Лако-красочные материалы — производство

1.1. ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ И ПРИРОДА ПОВЕРХНОСТИ ПИГМЕНТОВ

В качестве пигментов находят применение неорганические и органи­ческие химические соединения различных классов. Синтетические неорганические пигменты чаще всего являются оксидами или гидрокси­дами металлов с разной степенью гидратированности, средними или основными солями. Применяют оксиды таких металлов, как титан, цинк, хром, железо, смешанные оксиды железа в степенях окисления II и III — Рез04, свинца в степенях окисления II и IV— РЬз04, смешанные оксиды кобальта и алюминия, кобальта и цинка, железа и цинка, железа и кальция, титана и никеля и др. Из солей в качестве пигментов наибольшее распространение получили хроматы, прежде всего, хроматы свинца, цинка, стронция, кальция, бария. Варьирование свойств’пигментов часто осуще­ствляется синтезом смешанных солей, являющихся либо смешанными кристаллами, либо твердыми растворами, например, сульфохроматов свинца, сульфоселенидов кадмия.

Пигментами могут служить простые вещества — технический углерод, порошкообразные цинк, алюминий, свинец и др.

Широко применяются природные пигменты, главным образом оксиды железа(Ш) с разной степенью гидратированности, содержащие от 25 до 60 % примесей, которые входят в минералы, используемые для получе­ния этих пигментов.

Во всех случаях пигментами являются не индивидуальные химически чистые соединения, а технические продукты, часто переменного состагёа. Свойства пигментов определяются не только химическим составом массы частиц, но их кристаллическим состоянием, дисперсностью и поверх — постными свойствами. В состав пигментов всегда входят примеси веществ, имевшихся в исходном сырье, побочные продукты реакций, адсорбирован­ные компоненты реакционных растворов и специально вводимые добавки — модификаторы. Модификаторы могут входить в кристаллическую решетку основного вещества пигмента или находиться только на его поверхности (в этом случае они являются поверхностными модификаторами). Поверх­ностные модификаторы не изменяют структуры вещества, но изменяют его свойства.

Состав поверхностного слоя пигментов всегда отличается от среднего химического состава массы частиц. Это отличие обусловлено как техно* логией изготовления пигмента, включая модифицирование, так и после­дующим воздействием окружающей среды — окислением кислородом воздуха, гидратацией, поглощением углекислого, сернистого газов и др. Гак, металлические порошки всегда окислены с поверхности, поэтому свойства их существенно меняются, хотя содержание оксидов не превы­шает десятых долей процента. Поверхности частиц диоксида титана и оксида цинка всегда гидратированы.

По своей природе как основное вещество пигментных частиц, так и примеси должны быть инертными и даже при повышенных температурах в процессе отверждения пигментированных покрытий не должны разла­гаться или вступать в химические реакции с пленкообразователем, другими пигментами, водой и растворителями. Это условие, однако, не

относится к поверхностным слоям пигментных частиц. В большинстве случаев желательна хемосорбция на границе раздела пигмент — пленко — образователь. Поверхностные химические соединения не представляют отдельной самостоятельной фазы, и не имеют определенного состава. Вступившие в поверхностную реакцию атомы и ионы твердого тела не порывают своих связей с атомами и ионами кристаллической решетки.

Химические свойства поверхности пигментов определяются наличием на ней центров, обладающих кислотным или основным характером. Количество, соотношение и сила кислотных и основных центров придают поверхности пигментов преимущественно кислотные, основные, амфотер­ные или нейтральные свойства.

Сила центров может быть оценена значением функции кислотности Гаммета Но:

tfo=-]g(a/B//A),

где а — активность протона, для бренстедовской кислотности, или активности кислоты Льюиса; /в и /д — коэффициент активности адсорбированного основания и сопряженной ему кислоты.

Одинаковые по химическому составу пигменты могут иметь различные химические свойства поверхности в зависимости от условий производства, введения добавок-модификаторов и последующей поверхностной обра­ботки. Так, амфотерный по своей природе в чистом виде диоксид титана при модифицировании его оксидом цинка приобретает основной характер, при поверхностной обработке соединениями кремния — кислотный. Нейтральный по своей природе голубой фталоцианиновый пигмент при незначительном хлорировании или сульфировании становится кислотным, при обработке поверхности аминами — основным.

Силу кислотных и основных центров, их тип и количество определяют методами адсорбционного титрования с использованием индикаторов Гаммета (визуально или с приме­нением спектрофотометров), дериватографии образцов после адсорбции на них соответ­ствующих летучих оснований или кислот, ИК — и УФ-спектроскопии, ЯМР и др.

От химических свойств поверхности частиц пигмента зависит его смачиваемость, адсорбционная способность, диспергируемость и агрега­тивная устойчивость его дисперсий. Химические свойства поверхности влияют на цвет, фотохимическую активность, противокоррозионное действие пигментов.

Пигменты не должны растворяться в воде и органических веществах. Водорастворимые примеси могут значительно изменять рН водной вытяжки и отрицательно сказываться на стабильности лакокрасочных материалов, особенно водоэмульсионных и водоразбавляемых, а также на защитных свойствах пигментированных лакокрасочных покрытий. Раствор электролита, образующийся под пленкой, может вызвать электрохимическую коррозию. Поэтому количество водорастворимых веществ всегда жестко нормируется в ГОСТах на пигменты в пределах 0,05—0,5 %. Лишь в некоторых случаях ограниченная растворимость пигментов бывает желательна.