Лако-красочные материалы — производство

Дисперсность является важнейшей характеристикой мик­рогетерогенных систем с развитой поверхностью раздела фаз,, к которым относятся и пигменты. Под дисперсностью понимают степень раздробленности вещества: чем меньше размер его час­тиц, тем выше дисперсность. На практике монодисперсные по­рошки, т. е. порошки с одинаковыми по размеру частицами, встре­чаются крайне редко. Реальные системы полидисперсны, т. е, состоят из частичек, заметно различающихся по размерам. Та­кие порошки принято характеризовать степенью полидисперс­ности 6, которая определяется отношением:

Б = г /г

Где /макс и /"мин — максимальный и минимальный радиусы частичек.

Наиболее наглядно полидисперсность системы можно представить гра­фически в виде интегральных и дифференциальных кривых распределения частиц по размерам (рис. 5.2). Точке перегиба на интегральной кривой (а} И максимуму на дифференциальной кривой (б) соответствует значение наи — вероятнейшего радиуса частицы ги, которое также используется для характе­ристики степени дисперсности порошков. По форме дифференциальной кривой можно судить о степени полидисперсности. Для относительно монодисперсных

£,%(масс)

Рис. 5.2. Интегральная (а) и дифференциальная (б) кривые распределения частиц пигментов по размерам:

J — полидисперсная система; 2 — относительно монодисперсная система [G —суммарное содержание частиц, % (масс.)]

-систем такая кривая имеет узкую форму (2), для полидисперсных (7)—бо — .лее пологую и растянутую.

Дисперсность пигмента может быть охарактеризована удель­ной поверхностью. Для монодисперсных порошков, части­цы которых не имеют внутренних пор, удельная поверхность SyA может быть представлена как отношение наружной поверхности «частицы 5 к ее объему V или массе т:

5уд=5/и или 5уд=5/т=5/(ир),

Где р — плотность частиц.

Обычно удельная поверхность пигментов выражается в м2/г или м2/кг. С увеличением дисперсности растет и удельная по­верхность. Для различных пигментов она может иметь самую различную величину. Например, для оксида хрома удельная по­верхность равна 3, для диоксида титана — 8, для оксида железа красного цвета—11 м2/г и т. д. Для очень высокодисперсных порошков удельная поверхность может достигать больших зна­чений. Так, для диоксида кремния (аэросила) она может быть равна 175—340 м2/г.

Дисперсность пигментов имеет исключительно большое зна­чение. Этот показатель определяет оптические и защитные свой­ства лакокрасочных покрытий, от него зависит и экономичность их применения. Размеры частиц пигментов определяются усло­виями их синтеза, а также степенью измельчения готового пиг­мента. Особо высокодисперсные пигменты называют микроиз- мельченными (или микронизированными). Их получают при
сверхтонком измельчении на струйных мельницах. Такие пиг­менты содержат 90% частиц размером до 1 мкм и 95%—до* 5 мкм при полном отсутствии частиц более 10 мкм.

Для определения размеров частиц пигментов и характера распределения их по размерам применяются различные методы дисперсиоииого анализа. Вы­бор того или иного метода дисперсионного анализа зависит от требуемых точности и воспроизводимости результатов.

Ситовый анализ состоит в последовательном просеивании образца пигмента через сита с уменьшающимися размерами отверстий и определении остатка на каждом сите (в °/о). Таким методом можно фракционировать — сравнительно крупные (грубодисперсиые) порошки, поскольку самое тонкое — сито, применяемое в промышленности, имеет размер отверстия 40 мкм. Од­нако в настоящее время разработаны методы получения сит с отверстиями размером до 5 мкм, что позволит расширить возможности ситового анализа.

Седимеитационные методы анализа основаны на определе­нии массы осаждаемых за единицу времени частиц пигмента из суспензии, в гравитационном поле (при отстаивании) или в поле центробежных сил. (при центрифугировании). Эти методы анализа получили наибольшее распро­странение. Для получения кривой седиментации с помощью специальных ве­сов непрерывно взвешивают массу выпадающего из суспензии пигмента, измеряют концентрацию взвешенных в суспензии частиц пигмента по мере его оседания или регистрируют оптическую плотность суспензии при оседа­нии частиц. Применение оптических методов для седнмеитациониого анализа дает возможность значительно сократить его продолжительность.

Микроскопия является единственным прямым методом измерения, размеров отдельных частиц пигментов. Измерение проводится с помощью оп­тических микроскопов для частиц размером до 1000 мкм и электроииых. микроскопов для частиц размером до 1 мкм. С целью облегчения визуальиых. подсчетов разработаны микроскопы с приставками для автоматического сче­та. Удобно проводить подсчеты с использованием микрофотографий.

Метод светорассеяния используется для оценки размеров частиц монодисперсиых порошков. Для полидисперсных систем необходимо предва­рительное фракционирование. Определение размера частиц пигмента методом светорассеяния проводится по интенсивности рассеянного света данной длины волны, по оценке спектра рассеянного света или по поляризуемости рассеян­ного света при заданной длине волны.

Кондуктометрический метод позволяет определять размеры частиц с помощью счетчика Коултера по величине электрических зарядов, переносимых твердыми частицами суспензии от одного электрода к другому.

Для определения удельной поверхности используют адсорб­ционные и кинетические методы. Адсорбционные методы основаны на определении объема или массы вещества, адсорбированного на поверхности и образующего мономолекулярный слой. В качестве адсорбатов используют­ся газы, жидкости и твердые вещества. Наибольшее распространение получи­ли газоадсорбционный метод и метод адсорбции поверхиостио-активиых ве­ществ из растворов.

Кинетические методы основаны на измерении сопротивления фильтрации воздуха или газов через слой порошка. Фильтрация проводится при атмо­сферном давлении либо при разрежении.

На свойства пигментов оказывает влияние не только размер — частиц (дисперсность), но и их форма. Так, от формы частиц, зависят укрывистость, маслоемкость, атмосферостойкость и дру­гие показатели. Различают следующие формы частиц: сфериче­ские, кубические, зернистые, игольчатые, пластинчатые и чешуй-

Чатые. В действительности пигменты имеют не совсем правиль­ные формы частиц, перечисленные выше. Существуют также ча­стицы неправильной или узловатой формы, которые образуются при срастании нескольких первичных частиц, например при тер­мообработке в условиях высокой температуры.

Как показали исследования, оптимальными свойствами обла­дают пигменты, имеющие игольчатую и чешуйчатую (пластин­чатую) форму частиц. Игольчатая форма частиц способствует улучшению механических свойств лакокрасочных покрытий за счет «армирующего» действия. Атмосферостойкость такого по­крытия также высока. Однако еще большей атмосферостойкостью обладают покрытия, в состав которых входят пигменты с части­цами чешуйчатой формы, например алюминиевая пудра. Чешуй­чатые частицы алюминиевой пудры обладают способностью всплывать в лакокрасочном слое и располагаться параллельно его поверхности. При таком расположении пигмента значитель­но повышается атмосферостойкость покрытия, уменьшаются газо — и влагопроницаемость, снижается пылепроницаемость и возрастает способность отражать тепловые лучи, что приводит к уменьшению температуры на поверхности окрашенного из­делия.

Форма частиц пигмента зависит от условий его получения и обработки.