Лако-красочные материалы — производство

Вязкость пигментированных лакокрасочных материалов явля­ется одной из их важнейших характеристик. При получении покрытий лакокрасочный материал может наноситься на по­верхность самыми различными методами: распылением в элек­тростатическом поле высокого напряжения, электроосаждением, обливом и окунанием, пневматическим и безвоздушным распы­лением и т. д. В каждом из этих методов требуется лакокрасоч­ный материал строго определенной вязкости для получения покрытия высокого качества.

Вязкость пигментированного материала (суспензии) зависит от вязкости жидкой фазы, свойств и содержания твердой фазы. Если предположить, что частицы пигмента имеют сферическую форму, концентрация их невелика и между ними нет никакого взаимодействия, вязкость суспензии т} может быть выражена уравнением Эйнштейна:

П =ПЖ(1+2.5Ф),

Где т]ж — вязкость жидкой фазы; ф — объемное наполнение системы твердой фазой.

Однако в реальных пигментированных системах приведен­ные выше условия практически никогда не выполняются, поэто­му ни одно математическое выражение, связывающее вязкость с содержанием твердой фазы, не может быть пригодным.

Вязкость пигментированных материалов находится в слож­ной зависимости от концентрации пигмента (ОКП). Так, при определенном значении ОКП всегда происходит ее резкое на­растание. Это обусловлено образованием коагуляционных и флокуляционных структур. Для разных пигментов величины ОКП, при которых происходит это явление, заметно различают­ся (рис. 10.1). Число коагуляционных (флокуляционных) кон­тактов зависит от свойств поверхности пигмента, а также от величины этой поверхности, т. е. от дисперсности.

Характеризуя пигментированные лакокрасочные материалы, обычно рассматривают не просто их вязкость, а реологические свойства. Реология — наука о деформациях и течении матери­альных систем под влиянием механических воздействий. Теку­честь — величина, обратная вязкости.

Все материальные системы могут быть классифицированы по реологиче­ским свойствам. Так, ньютоновскими жидкостями называют системы, вяз­кость которых не зависит от напряжения сдвига. Скорость течения их про­порциональна приложенному напряжению. Если вязкость зависит от напря­жения сдвига, то течение таких систем может быть псевдопластическим и Дилатантным. Для всех этих систем выполняется уравнение:

Р = ПО"

У},Па-с

0,6 —

0,4-

0,2

О

Рис. 10.1. Зависимость вязкости суспензии пигментов в алкидиом лаке от ОКП: / — технический углерод (SyA=100 м5/г); 2 — железная лазурь (5уд—50 м2/г); 3 —диоксид титана (5уд—10 м2/г)

Рис. 10.2. Типы течений систем:

/—ньютоновское; 2—псевдопластическое; 3— дилатантное; 4—биигамовское; 5—пла­стическое; 6 — пластическое дилатантное

Где Р — напряжение сдвига; г) — эффективная вязкость; D — скорость сдвига; п — показатель, характеризующий свойства системы (для ньютоновского те­чения n= 1, для псевдопластического n< 1 и для дилатантного л>1). Типы течений представлены на рис. 10.2.

Пигментированные системы ие являются ньютоновскими жидкостями. Как ньютоновские жидкости суспензии могут вести себя лишь при очень низкой концентрации твердой фазы и отсутствии взаимодействия между ее частичками. При наличии коагуляционно-флокуляционных структур для на­чала течения жидкости необходимо приложить определенное напряжение для их разрушения. Это напряжение называется пределом текучести или Предельным напряжением сдвига Рт. Течение системы тогда может быть опи­сано уравнением:

Р = РТ + ПО"

Течение системы, имеющей конечное значение предельного напряжения сдвига Рт и л<1, называется пластическим, а при п>—пластическим ди — латантным. При л= 1 течение становится бингамовским. Типы этих течений также представлены на рис. 10.2.

Поведение пигментированных систем при механическом воз­действии имеет исключительно важное значение для технологии их производства, а также при нанесении на поверхность с целью получения высококачественных покрытий. Особый интерес при этом представляет тиксотропия. Пространственные структуры, образованные частицами пигмента, разрушаются при Pt, что приводит к резкому снижению вязкости системы. По окончании механического воздействия постепенно образуются новые связи и возникают структуры, аналогичные разрушенным. Этот обра­тимый процесс и называется тиксотропией. Тиксотропия харак­теризуется периодом релаксации, т. е. временем, необходимым

Для восстановления структуры. Описанный тип тиксотропии, на­зываемой прочностной, характерен для высоконаполненных систем. Для систем с малым наполнением (или даже при от­сутствии пигмента) характерна вязкостная тиксотропия, обус­ловленная образованием пространственных надмолекулярных структур пленкообразователя. Возможно также образование смешанных взаимно пронизывающих друг друга пространствен­ных структур обоих типов.

В процессе получения пигментированных материалов под влиянием значительных сдвиговых усилий (например, в бисер­ном диспергаторе) происходит разрушение пространственных структур обоих типов. Вязкость системы сильно снижается и характер течения приближается к ньютоновскому. При этом создаются наиболее благоприятные условия для завершения процессов смачивания и адсорбции.

При получении покрытий снижение вязкости в результате разрушения тиксотропной структуры также оказывается благо­приятным для розлива материала на поверхности и получения ровного слоя определенной толщины. Последующее восстанов­ление структуры предотвращает стекание лакокрасочного мате­риала с поверхности, что особенно важно для крупногабарит­ных изделий и вертикальных поверхностей.

Дилатантное течение материалов проявляется реже, чем пластическое. Оно характерно для очень концентрированных суспензий в том случае, когда между частицами нет прочных связей н они сохраняют достаточно высокую подвижность под действием небольших сдвиговых усилий или при малых скоростях сдвига. С увеличением сдвиговых усилий или скорости сдвига на­чинают проявляться взаимные механические препятствия перемещению час­тиц относительно друг друга — вязкость возрастает. Дилатантными свойст­вами может обладать и осадок пигментов или наполнителей. Проявление суспензией дилатантных свойств может привести к поломке перемешиваю­щих устройств или выходу из строя насосов.

Вязкость пигментированных лакокрасочных материалов на практике очень часто определяется по продолжительности исте­чения через отверстие определенного диаметра (условная вяз­кость). Для этой цели обычно используется вискозиметр ВЗ-4. Следует отметить, что истинное представление о реологиче­ских свойствах материалов можно получить лишь на ротацион­ных вискозиметрах.