Лако-красочные материалы — производство

Степень дисперсности пигмента является одним из основных факторов, определяющих качество и самого пигмента и содержа­щей его лакокрасочной пленки. Степень дисперсности пигмента влияет на его цветовой тон, укрывистость, интенсивность и масло­емкость. Выше уже было указано, что с повышением степени дис­персности частиц пигмента его основной цветовой тон усиливается, укрывистость и интенсивность повышаются,, изменяется также и маслоемкость, но в этом случае имеет место более сложная зави­симость.

Наряду с таким влиянием на качество самого пигмента степень дисперсности его частиц влияет также и на качество содержащей его пленки. Частицы пигмента удерживаются в лакокрасочной пленке силами,, возникающими между веществом пленки и веще­ством пигмента (силами адгезии). Эти силы прилагаются к поверх­ности пигмента; они тем больше, чем больше поверхность сопри­косновения пигмента с пленкообразователем*. Так как поверхность твердого вещества растет при измельчении очень быстро, то тонко­дисперсные частицы пигмента удерживаются в лакокрасочных пленках силами, значительно большими, чем грубодисперсные. Вследствие этого лакокрасочные покрытия, содержащие тонко­дисперсные пигменты, обладают повышенной прочностью и твер­достью.

Значительное влияние дисперсности пигментов на их качество и качество лакокрасочных покрытий вызывает повышение требо­ваний к степени измельчения пигментов.

Большинство действующих ОСТ и ГОСТ определяют дисперс­ность пигментов прохождением их через сита определенных номе­ров. Так как самые тонкие сита имеют ячейки размером 40 ц, то очевидно, что эти ГОСТ определяют в лучшем случае только от­сутствие в пигменте частиц размером больше 40 ц. Толщина лако­красочной пленки равна приблизительно также 40 ц, и поэтому частицы размером больше 40 ц не могут полностью в нее погру­зиться. При случайных механических воздействиях такие частицы могут быть легко вырваны из пленки. В пленке на месте вырван­ных частиц остаются очень мелкие, незаметные для невооружен­ного глаза пустоты, которые при надлежащих условиях могут стать путями проникновения атмосферных воздействий к окрашенной поверхности, а следовательно, и центрами коррозии. При полном погружений пигмента в пленку последняя высыхает с образова­нием совершенно ровной и гладкой поверхности, на которой не задерживаются пыль и атмосферные осадки, вследствие чего такие покрытия лучше противостоят атмосферным воздействиям.

В настоящее время установлено, что для получения высокока­чественного лакокрасочного покрытия степень дисперсности пигмен­тов, регламентируемая действующими ГОСТ, недостаточна. В прак­тике для этих целей применяют пигменты и в первую очередь двуокись титана и синтетические железоокисные пигменты, подверг­нутые сверхтонкому измельчению {микроизмельчению), при ко­тором частицы измельченного пигмента имеют размеры 0,5—3 ц.

Особое значение имеет дисперсность пигментов, применяемых для изготовления типографских и литографских красок, которые наносятся машинами слоем, значительно более тонким, чем маляр­ные и художественные краски. По данным Георгиевского [25], пиг­менты в красках для. печати должны состоять из частиц величиной не более 0,5 ц и быть изодисперсными, т. е. приблизительно одина­кового размера.

Для микроизмельчения пигментов обычные промышленные типы мельниц оказались непригодными. В промышленности для этих целей применяют мельницы специальной конструкции — струйные мельницы, или микронайзеры (Micronizer), действие ко­торых основано на принципах, отличных от принципов действия обычных мельниц для более грубого помола. В мельницах грубого помола измельчение частиц пигмен­та происходит в результате их раз­давливания или удара по ним веще­ством, более твердым, чем вещество пигмента. В струйных мельницах частицы пигмента измельчаются в результате взаимных столкновений, вызванных действием струи воздуха или пара, поступающей в мельницу под большим давлением и с боль­шой скоростью.

Для иллюстрации принципа дей­ствия струйных мельниц на рис. 27 показана схема одной из существую­щих конструкций этих аппаратов.

Мельница представляет собой за­мкнутую овальную трубу, в ниж­ней части которой происходит из­мельчение пигмента, а в верхней — сепарация измельченного продукта и вынос тонкой фракции из мельни­цы. Измельчаемый пигмент дози­рующим шнеком или питателем 3 подается в питательную ворон­ку 6, а из воронки эжектором 7 — в размольную камеру 10. В эжектор поступает сжатый воздух или пар от общего коллектора S, снабжаю­щего воздухом также и сопла 9. Сопла вмонтированы в размольную камеру под такими углами, что линии, являющиеся продолжением их осей, образуют кривую, параллельную стенке размольной ка­меры. Сжатый воздух, выходящий из сопел со скоростью 300 м/сек и больше, вызывает беспорядочное движение частиц пигмента в размольной камере, их многократное столкновение и, как след­ствие этого, — их измельчение. Измельченные частицы уносятся воздушным потоком в классификационную камеру 4, Достигнув верхнего закругления камеры, частицы пигмента, движущиеся со скоростью около 150 м/сек, разделяются. Более крупные частицы, движущиеся по наружной стенке, попадают в камеру 5 и из нее ссыпаются обратно в размольную камеру 10, а более мелкие, движущиеся по внутренней стенке, попадают в классификатор 1, в котором остатки крупных частиц выделяются из потока и напра­

вляются в камеру 5, а оттуда—>в размольную камеру 10. Тонкие частицы выносятся из сепаратора воздушным потоком через трубу 2 в уловительную систему, состоящую из последовательно включенных двух циклонов, улавливающих 99% измельченного пигмента, и рукавного фильтра, улавливающего остатки пигмента, не осевшие в циклонах. Производительность таких мельниц дости­гает 400 кгічас.

Более подробные данные о принципах действия и конструкции мельниц для микроизмельчения можно найти в специальной лите­ратуре [26].

Разработке методов определения дисперсионного состава сыпу­чих тел посвящено большое число исследований, но разработать’ достаточно быстрый, удобный и точный метод для определения дисперсионного состава пигментов до сих пор не удалось.

В настоящее время в лакокрасочной промышленности степень дисперсности пигмента определяют по количеству остатка его при просеивании через шелковое или металлическое сито. Сито харак­теризуется числом отверстий на 1 см2 и обозначается условным но­мером. Характеристика сит приведена в табл. 9 (по ГОСТ 3584—53).

Иногда в литературе встречается характеристика сит числом меш, т. е. числом отверстий на і погонный дюйм. Для того чтобы перейти от числа меш к числу отверстий на 1 см2, нужно число меш разделить на 2,5 (см/дюйм) и возвести полученное частное в квадрат. Так, например, сито в 100 меш содержит 100:2,5 = 40 отв/см и 40*40 = 1600 оте{см2, сито в 300 меш — 300 : 2,5 = 120 отв/см и 120 * 120 = 14 400 отвісм2.

Некоторые пигменты обладают способностью при просеивании их в сухом виде через сито скатываться в комочки. Из-за образо­вания таких комочков при определении степени дисперсности полу­чаются неправильные результаты. Для предотвращения образова­ния комочков навеску пигмента перед просеиванием через сито взбалтывают в воде, керосине, уайт-спирите или какой-нибудь дру­гой смачивающей пигмент жидкости. Полученную суспензию пиг­мента выливают на сито и промывают его той же жидкостью до тех пор, пока жидкость не пойдет с сита совершенно прозрачной. Комочки на сите при промывке пигмента раздавливают мягкой кисточкой. Сито с не прошедшим через него остатком высушивают и по разности веса до и после просеивания определяют остаток на сите. Его выражают в процентах.

Сухое просеивание применяют только в тех случаях, когда не удается подобрать жидкость, смачивающую пигмент, но не раство­ряющую его.

Так как самое тонкое сито {№ 004 по ГОСТ 3584—53) имеет на 1 см2 20 450 отверстий величиной 40 X 40 ц, а размеры первичных частиц пигментов значительно меньше, то очевидно, что результа­тами просеивания пигмента через сито нельзя характеризовать величины первичных частиц пигмента и тем более его дисперсион­ный состав. Просеивание через сито позволяет только определить наличие, количество и величину содержащихся в пигменте посто­ронних частиц или вторичных частиц пигмента, образовавшихся в результате спекания или слипания первичных частиц.

Для определения размеров частиц пигментов, кроме ситового анализа, предложено много других методов. Простейший из них заключается в наблюдении капли суспензии пигмента под микро­скопом с окуляр-микрометром. Последний представляет собой стек­лянную пластинку с нанесенными на нее делениями, равными 0,1 или 0,05 мм. При исследовании капли суспензии пигмента под ми­кроскопом частицы пигмента видны на фоне делений пластинки. Зная величину деления пластинки, можно определить размеры частиц.

Однако для определения дисперсионного состава пигментов и этот метод непригоден, так как он не дает возможности опреде­лить в пигменте число частиц определенного размера.

Для определения фракционного состава пигментов Гуревич и Горель [27] применили метод, основанный на законе Стокса. Этот закон выражает зависимость скорости свободного движения ча­стицы, осаждающейся в жидкости, от диаметра частицы, вязкости

Е. Ф. Беленький. И. В. Рискин

жидкости и удельных весов частицы и жидкости. Закон Стокса может быть представлен в виде:

Ыт/v — ~ nr3 {D — d) g (1)

где правая часть равенства выражает вес’ частицы в Жидкости удельного веса d, D — удельный вес частицы, g — ускорение силы тяжести, равное 981 смісекй, г| — вязкость жидкости, г— раДиус ча­стицы и v — скорость ее осаждения (все величины выражены в си­стеме CGS).

Из равенства (1) можно найти, что:

Из формулы (2) можно определить, что путь А частица пройдет за время:

Л • 9tj

120r2 (D — d)g

Зная вязкость жидкости т| (для воды эта величина равна при­мерно 0,01 пауза), удельный вес пигмента D, жидкости d (для воды d= 1), радиус частицы г и путь А в сантиметрах, можно легко подсчитать время, которое необходимо, чтобы частицы ра­диуса г опустились в жидкости на глубину А. Все частицы, диа­метр которых больше г, за это время опустятся на глубину, боль­шую, чем А. Таким образом, через время І на глубине А будут находиться частицы радиуса г и меньше.

Для определения содержания в пигменте фракции с частицами, размеры которых находятся между г и гь навеску пигмента взбал­тывают в 1 л жидкости и полученную суспензию сливают в мер­ный цилиндр. Затем вычисляют время t, в течение которого ча­стицы размером больше г пройдут плоскость, находящуюся на глу­бине А. По истечении этого времени пипеткой объемом V мл отбирают с глубины А V мл суспензии, переносят ее во взвешенную чашку и выпаривают. После взвешивания чашки с сухим пигмен­том по разности определяют вес пигмента а, содержащего частицы размером г и меньше.

Если в V мл содержится а г частиц размером г и меньше, то в 1 мл их содержится у, а в 1 л, т. е. в первоначальной навеске,

—у—. В процентах от первоначальной навески вес этой фрак­ции составит щ %. Точно таким же образом можно вычис­

лить время t, в течение которого частицы размером больше Г пройдут ту же плоскость, находящуюся на глубине Л. Отобрав через время t той же пипеткой снова V мл суспензии, определяют содержание частиц размером г и меньше. Содержание этой вто-

„ . в,. 1000-100 „

рои фракции составит-1—щ——— %, где at — вес пигмента, полу­

ченного после испарения воды из суспензии. Таким образом, в исследуемом пигменте количество частиц, размеры которых на­ходятся между г и Г], составляет:

Л-1000-100 я,. 1000 *100 105

———————- VF-“Т^(в“в1)%

Этот метод определения дисперсности пигментов непригоден для контроля производства вследствие его длительности и исполь­зуется преимущественно при исследовательских работах.

Результаты, получаемые по методу Гуревича и Гореля, а также по другим методам, в основу которых положено свободное падение частицы пигмента в жидкости, нельзя считать достаточно досто­верными, так как указанные методы предполагают, что падение частицы пигмента в жидкости происходит в соответствии с зако­ном Стокса. Чтобы частица опускалась в жидкости в соответствии с законом Стокса, она должна иметь гладкую поверхность и шаро­образную форму; частицы же пигментов, полученные в результате механического измельчения, не могут иметь ни гладкой поверхно­сти, ни тем более шарообразной формы. Поэтому при определении величины частиц этими методами необходимо вводить поправоч­ный коэффициент, величина которого, по данным разных авторов, различна.

Кроме ситового анализа и методов, оснрванных на седимента­ции частиц, для дисперсионного анализа порошков применяют также методы, основанные на воздушной сепарации и измерении удельной поверхности, но так как пригодность этих методов для определения дисперсионного состава пигментов до сих пор не про­верена, то и рекомендовать их для этой цели пока не следует.