Лако-красочные материалы — производство

Воздействие пигментов и заполнителей на структуру покрытия и изменение его параметров обосновано действием 2-ух причин: 1) заполнением полимерной органической фазы дисперсной минеральной фазой и нравом ее рассредотачивания в полимерной; 2) взаимодействием дисперсных частиц минеральной фазы с пленкообразующим.

В пигментированных лакокрасочных материалах имеет место межмолекулярное взаимодействие как снутри фаз (образование коагуляционных структур — агрегатов и агломератов пигментных частиц, первичных и вторичных надмолекулярных структур олигомеров и полимеров, мицелл низкомолекулярных ПАВ), так и межфазное взаимодействие. Пленкообразователи и вспомогательные вещества, адсорбируясь на поверхности пигментов и заполнителей, образуют граничные межфазные слои, отличающиеся по структуре и свойствам от начального пленкообразователя. Эти межфазные прослойки оказывают влияние на многие характеристики лакокрасочных материалов и получаемых из их покрытий. Огромное значение имеет количественное соотношение меж жесткими частичками и пленкообразователями, т. е. объемное заполнение органической пленки покрытий пигментами.

Количество пигментов и заполнителей в составе пленки колеблется в широких границах—от 8 до 80 % (масс.) зависимо от предназначения материала и параметров пленкообразователей и пигментов. Потому что плотность различных пигментов очень различается (к примеру, плотность технического углерода и органических пигментов 1600—2000, диоксида титана 4200, свинцового сурика 9000 кг/м3), о наполнении судят по выраженному в процентах объемному содержанию пигментов (ОСП) φ.

(Ранее применявшийся термин — большая концентрация пигментов (ОКП) — неудачен, потому что количество жесткой фазы — это только среднестатистическое содержание ее в общем объеме пленки, а не концентрация.)

ОСП определяют по последующей формуле:

При увеличении ОСП выше определенного для каждого пигмента значения вследствие недочета пленкообразователя происходят конфигурации структурных частей в межфазных прослойках, уменьшение их толщины прямо до нарушения непрерывности среды пленкообразователя. Область перехода структуры заполненного полимерного покрытия именуют критичным большим содержанием пигмента (КОСП) φкр. В области перехода структур резко меняются реологические характеристики лакокрасочных материалов (к примеру, их текучесть) сияние, механические и защитные характеристики покрытий (рис. 3.1).

На теоретическом уровне для монодисперсных сферических частиц, независимо от их поперечника, при более плотной гексагональной упаковке (φкр должно составлять 0,74 общего объема. С учетом наличия граничных слоев шириной δ при размере частиц α:

Фактически полидисперсные частички упакованы не совершенно плотно и  φкр составляет обычно 0,45—0,55 общего объема.

Величину δ найти трудно, но, зная маслоемкость пигмента М, косвенно характеризующую упаковку и толщину межфазных слоев, и плотность пигмента, можно приближенно вычислить (φкр, пользуясь формулой:

Приобретенные результаты всегда завышены, потому что М определяют для недиспергированных пигментов. При изменении природы пленко-образователей и растворителей значение φкр изменяется на 5—10 %.

Значение φкр можно найти экспериментально по точке падения прочности на диаграмме тесты на разрыв пленок с разным большим заполнением либо по изменению твердости пленок на подложке, измеряемой маятниковым прибором.

В реальных пигментированных лакокрасочных материалах содержание пигментов и заполнителей составляет некую часть от φкр (в %):

Эмали                                                 60—65

Водоразбавляемые составы           50—85

Грунтовки                                         75—90

Шпатлевки                                        90—95

При составлении рецептур выбор φ определяется требованиями к укрывистости, твердости, толщине и глянцу покрытий. К примеру, для отлично диспергированного диоксида титана укрывистость растет линейно с ростом φ до 9,25 %. В этой области расстояние меж частичками пигмента в 2 и поболее раза превосходит их поперечник, и любая из частиц без помощи других рассеивает свет. При предстоящем увеличении заполнения происходит сближение частиц пигмента и вследствие оптического перекрывания рост укрывистости замедляется. После заслуги φ =23 % укрывистость начинает приметно понижаться за длительное время до заслуги φкр= 55 %. Как следует, для укрывистости существует наилучшее значение φ, выше которого нет смысла увеличивать заполнение и наращивать расход ценного пигмента. Для сохранения в пленке нужного значения φ и, таким макаром, обеспечения глянца, твердости и других параметров покрытий, недостающую часть пигмента подменяют высокодисперсными наполнителями, к примеру, микробаритом либо микротальком. При всем этом укрывистость не только лишь не усугубляется, но может даже несколько улучшиться за счет уменьшения эффекта оптического перекрывания пигментных частиц, благодаря размещенным меж ними частичкам заполнителей, имеющих показатель преломления, близкий к показателю преломления пленкообразователя. Несколько повысить ОСП можно повышением плотности упаковки частиц, которое достигается модификацией их поверхности ПАВ и подбором отлично смачивающих пигмент пленкообразователей.