Лако-красочные материалы — производство

Когда свет из одной среды переходит в другую, то его путь от границы, разделяющей обе среды, определяется показателями пре­ломления обеих сред. Нели показатель преломления среды, в ко­торую свет входит, равен показателю преломления среды, из ко­торой свет выходит, то скорость света на границе сред не изме­няется, а поэтому не изменяется и направление света. В этом случае свет от поверхности среды, в которую он входит, не отра­жается, а целиком проходит сквозь среду, и она кажется прозрач­ной. Так, например, если опустить кусок стекла в кедровое масло, то стекло становится невидимым, так как показатели преломления стекла и кедрового масла одинаковы, — свет, падающий из масла на поверхность стекла, не отражается, а проходит в стекло.

Если же свет переходит из среды с меньшим показателем пре­ломления в среду с большим показателем преломления, то его ско­рость, а следовательно, и направление на границе, разделяющей обе среды, изменяются. В этом случае часть света преломляется и, изменив свое направление, входит во вторую среду, а часть света отражается от ее. поверхности; вследствие отражения части света от поверхности среды, в которую он входит, последняя становится видимой. Так, например, то же стекло на воздухе ясно видно, по­тому что показатель преломления стекла 1,475) значительно больше показателя преломления воздуха (1,00).

Точно так же протекают световые явления в красочной пленке, содержащей пигмент. Если показатель преломления пигмента, на­ходящегося в пленке, равен показателю преломления пленкообра — вователя, то пигмент кажется в пленке прозрачным. Такие пиг­менты называют лессирующими. Если же показатель преломления пигмента больше показателя преломления пленкообразователя, то часть света, дошедшего до частицы пигмента, отражается от его поверхности, и пигмент кажется в пленке непрозрачным. Такие пигменты называют кроющими.

Кроющей способностью, или укрывистостью, пигментов назы­вают их способность при окраске изделия закрывать грунт, на который наносят краску, так, чтобы грунт не просвечивал сквозь слой краски.

Так как при прочих равных условиях укрывистость пигмента зависит от разности показателей преломления его и пленкообразо­вателя, то один и тот же пигмент может быть, очевидно, в одном пленкообразователе лессирующим, а в другом — кроющим. На практике иногда приходится встречаться с изменением укрыви — стости пигмента в зависимости от изменения свойств пленкообра­зователя. Например, мел в масле укрывает очень плохо, так как его показатель преломления п = 1,6, а показатель преломления масла п = 3,479, и разница их показателей преломления d = 3,6— 1,479 = 0,321; в клеевом же пленкообразователе, т. е. в водном

растворе клея, мел укрывает плохо до тех пор, пока краска не вы­сохнет, и очень хорошо —в высохшей краске. Укрывистость мела в клеевых пленкообразователях объясняется следующим образом: в невысохшей краске пленкообразователь состоит из водного раствора клея, имеющего показатель преломления п ~ 1,35. Раз­ница показателей преломления пигмента и пленкообразователя в этом случае еще не велика: d = 1,6— 1,35 = 0,25; высыхание же краски сопровождается испарением из красочной пленки воды, в результате чего в пленке образуется много пустот, заполненных воздухом, показатель преломления которого равен 1. Разница по­казателей преломления пигмента и пленкообразователя в высох­шей пленке поднимается до d ~ 1,6—1 =0,6, и пигмент начинает хорошо укрывать. Поэтому мел никогда не применяют в качестве пигмента в красках на масляных пленкообразователях, в клеевых же красках он является наиболее часто применяемым белым пиг­ментом.

Подобное же изменение кроющей способности в зависимости от характера пленкообразователя наблюдается также у ультрама­рина.

Укрывистость пигментов может зависеть не только от количе­ства света, отраженного от поверхности частиц, но и от способно­сти пигмента поглощать падающий на него свет. В качестве при­мера пигментов, укрывистость которых зависит от поглощения света, можно привести сажу, которая совсем не отражает света, а весь падающий на нее свет поглощает и вместе с тем является пигментом с высокой укрывистостью.

Укрывистость пигментов зависит, кроме того, от их кристалли­ческой структуры. Вопрос о том, какие пигменты обладают лучшей укрывистостью — аморфные или имеющие кристаллическую струк — туру, — был предметом ряда исследований и до сих пор оконча­тельно не разрешен. По старым воззрениям, высокой укрыви­стостью обладают пигменты с аморфным строением частиц. Сто­ронники этих воззрений приводили в качестве подтверждения высокой кроющей способности аморфных пигментов в первую оче­редь свинцовые белила, которые будто бы обладают аморфным строением и высокой укрывистостью. Аморфным строением ка­мерных свинцовых белил они объясняли также и их большую кроющую способность по сравнению с белилами, полученными по французскому способу, которые имеют, по их мнению, кристалли­ческую структуру. Точно так же переходом в аморфное состояние сторонники этих воззрений объясняли и повышение кроющей спо­собности литопона после его прокаливания и гашения. Однако рентгенографические исследования этих пигментов показали, что они все имеют кристаллическое строение.

Исследование свинцового крона показало, что существуют две кристаллические модификации этого пигмента — ромбическая п монокдиническая — и что высокая укрывистость свинцового крона
всегда связана с моноклинической формой его частиц; свинцовый же крон, состоящий из частиц ромбической модификации, обла­дает худшей укрывистостью.

Укрывистость любого пигмента может колебаться в определен­ных границах в зависимости от его обработки. При прочих равных условиях укрывистость пигментов зависит от степени их дисперс­ности. Вагнер [18] указывает, что укрывистость пигментов растет с повышением степени их дисперсности, но повышение укрывисто — сти в зависимости от дисперсности имеет предел. Этот предел на­ступает, когда величина частиц пигмента становится равной поло­вине длины световой волны, так как в этом случае свет проходит сквозь частицу, не преломляясь.

Такие частицы кажутся прозрач­ными.

В некоторых случаях на укры­вистость пигментов большое влия­ние оказывает форма их частиц.

Так, высокая укрывистость метал­лических пудр определяется в пер­вую очередь формой их частиц.

Частицы алюминиевой пудры представляют собой плоские че­шуйки, которые имеют толщину 0,1—0,25 ц и диаметр до 100 р.

Такие частицы обладают способ­ностью располагаться в красоч­ном слое параллельно его поверх­ности. Поэтому пудры зеркально отражают падающий на красоч­ную пленку свет и обладают вы­сокой укрывистостью.

Укрывистость смешанных пигментов зависит от укрывистости составных частей смеси, но она не подчиняется правилу аддитив­ности. Якубович и Гольдберг [19], исследуя укрывистость смесей цинковых белил с тальком, установили, что укрывистость смесей с любым содержанием талька выше, чем рассчитанная по правилу аддитивности. В частности, ими установлено, что добавка к цинко­вым белилам до 40% талька почти совершенно не снижает укры­вистости цинковых белил. Данные, полученные Якубовичем и Гольдбергом, графически изображены на рис. 22.

К аналогичным выводам пришла и Кириллова [20], исследуя смеси кронов с тяжелым шпатом и талькохлоритом.

Эти данные имеют большое практическое значение, так как по­зволяют вводить в некоторые пигменты наполнители, понижая тем самым стоимость пигментов без заметного снижения их укрыви­стости.

Укрывистость пигмента определяет и его экономичность, так как чем выше укрывистость пигмента, тем меньший слой краски нужно положить на грунт, чтобы последний не просвечивал сквозь краску.

Для определения укрывистости существует много различных методов. Методы, принятые в СССР, основаны на определении количества пигмента, которое нужно затратить на окраску 1 м2 поверхности, чт, обы грунт не просвечивал сквозь слой краски. Ее выражают в г/м2 поверхности.

По ОСТ 10086—39 МИ-13 для определения укрывистости при­меняют стеклянную пластинку размером ЗО X Ш см. На пластинке накрашены красная и черная полосы шириной по 1,5 см. Для опре­деления укрывистости чистую сторону пластинки закрашивают краской, изготовленной на испытуемом пигменте. Чашечку с кра­ской и кистью взвешивают до и после окраски. Разница в весе указывает количество израсходованной краски. Если при рассмо­трении пластинки, положенной на белую бумагу, полосы в отра­женном свете просвечивают сквозь краску, то окраску производят вторично, а в случае нужды ~~ и третий раз, определяя каждый раз расход краски. Укрывистость пигмента вычисляют следующим образом. Если на окраску пластинки израсходовано А г краски,

содержащей р % пигмен­та, то количество израс­ходованного пигмента

п Иногда вместо пла-

. нс. 23. криптометр Пфунда. стинки с накрашенными

полосами пользуются ква­дратной пластинкой, разделенной на 16 мелких квадратиков, за­крашенных в шахматном порядке в белый и черный цвета.

Определение укрывистости накраской на стеклянной пластинке требует много времени, так как повторные накраски можно про­изводить только тогда, когда высыхает предыдущий слой.

Гораздо удобнее и скорее можно производить определение укрывистости специальными-приборами. Наиболее простым и удоб­ным из таких приборов является криптометр Пфунда (рис. 23), Прибор состоит из пластинки А черного стекла размером 14 X X 5 X 0,6 см. На пластинке Л имеется поперечное углубление Б шириной 1 см и глубиной 0,2 см. По пластинке А движется пла­стинка В размером 7 X 3,5 X 0,6 см. К одному краю пластинки В

прикреплен стальной брусок Д толщиной 0,45 мм. Для определения укрывистости пигмента из него готовят краску и заполняют ею пространство под пластинкой В. Передвигая пластинку влево и на­блюдая через нее границу, отделяющую углубление Б от остальной части пластинки л, можно легко найти такое положение пла­стинки В, при котором эта граница перестанет просвечивать через краску. Отмечая в этот момент положение пластинки В по шкале пластинки А, вычисляют укрывистость пигмента. Из треугольника MRQ (рис. 24) можно определить, что критическая толщина краски RQ, при которой пропа — N

дает граница углубления, *

равна: -___ т

RQ = MQ tg а /1/^ггГ-гГ —————— y=L

ИЛИ

Рис. 24. Вычисление укрывистости по крип-

тометру.

При очень малом угле а можно принять, что МР = MN; тогда NP

RQ == MQ-jyjjy-, где MQ отсчитывается в миллиметрах по шкале. Обозначив RQ через D, a MQ — через К, получаем:

D = К или D = 0,0064 К

Таким образом, определив положение пластинки В и умножив показание шкалы на 0,0064, получаем толщину критического слоя, при котором краска начинает просвечивать. Если краска укрывает при толщине слоя D = 0,0064 К, то на 1 м2 окрашиваемой поверх­ности такой краски пойдет 6400 К ммг, или 6,4 К смь/м2, или 6,4 Kd г/м2, если удельный вес краски —d. Зная р — процентное содержа­ние пигмента в краске, можно вычислить укрывистость самого пиг­мента:

О, = г/м2 = 0,064 dpK г/м2

Для получения при помощи криптометра более точных резуль­татов, верхнюю подвижную пластинку сначала передвигают вправо до появления границы углубления, а затем влево до ее исчезнове­ния. В качестве результата каждого определения берут среднее арифметическое из показаний шкалы, при которых граница углуб­ления появляется и исчезает. Окончательный результат вычисляют как среднее из 5—6 таких определений.

Недостаток криптометра описанной конструкции заключается в некоторой субъективности полученных на нем данных.

Более объективные данные можно получить криптометром с фотоэлементом. Схема криптометра с фотоэлементом показана на рис. 25. У этого криптометра уменьшение толщины слоя краски происходит в результате поворота эксцентрика, изменяющего угол

между двумя стеклянными пластинками. Над верхней пластинкой помещен источник света постоянной силы, а под нижней пластин­кой— фотоэлемент с гальванометром. Определение укрывистости на крипто метре с фотоэлементом заключается в уменьшении тол­щины слоя краски до тех

пор, пока свет не пройдет сквозь краску и не вызовет появления фототока.

Преимущество определе­ния укрывистости криптоме­тром заключается в возмож­ности произвести измерение в очень короткий срок.

Для определения укры — вистости черных пигментов применяют криптометры, от­личие которых заключается в том, что их стеклянная пластинка не имеет углубле­ния; она сварена из белого и черного стекла.

Укрывистость (в г(м2) наиболее употребительных пигментов, определенная на-

Под интенсивностью, или красящей способностью, пигментов понимают их способность влиять при смешении с другими пигмен­тами на цвет получаемых смесей. Интенсивность мало влияет на технические свойства пигментов, но оказывает заметное влияние на их экономичность. Для иллюстрации этого положения можно при­вести следующий пример. Известно, что в качестве зеленых пиг­ментов часто применяют смеси желтых кронов (свинцовых или цинковых) с синей железной лазурью. Так как стоимость лазури значительно выше стоимости кронов, то для получения зеленых пигментов из различных сортов лазури выгоднее применять сорта, обладающие более высокой интенсивностью, так как расход такой лазури будет соответственно ниже. Для производства ряда красок в качестве пигмента применяют цинковые белила, подцвеченные

некоторыми значительно более дорогими пигментами. В данном слу­чае для уменьшения расхода этих дорогих подцвечивающих пиг­ментов выгодно применять цинковые белила с низкой интенсив­ностью. Поэтому некоторые зарубежные фирмы выпускают спе­циальные сорта цинковых белил с пониженной интенсивностью.

Интенсивность пигментов зависит не только от их природы, но и от метода изготовления. Рядом работ установлено, что чем дис­перснеє пигмент, тем выше его интенсивность. Данные, получен­ные Гуревичем и Горелем [21] о зависимости интенсивности ультра­марина от его дисперсности, приведены в табл. 8 (при определении интенсивности отдельных фракций они принимали интенсивность исходного ультрамарина за 100%).

ТАБЛИЦА 3

На основании данных этой таблицы можно сделать вывод, что чем больше фракция содержит высокодисперсных частиц, тем выше ее интенсивность, и что рост интенсивности при очень высокой дисперсности частиц несколько замедляется, но не приостанавли­вается, как это имеет место для укрывистости.

Такие же выводы сделал Гуревич [22] при исследовании ряда земляных пигментов.

Якубович и Стогов (НИИЛК), исследуя железный сурик, при­шли к аналогичным выводам другим путем. Замешав железный сурик с олифой и приняв интенсивность полученной пасты за 100%, они пропускали эту пасту через краскотерку 10 раз и определяли после каждого перетира интенсивность краски. После первого перетира интенсивность составляла 621 % и после десятого — 658%. Таким образом, и у железного сурика повышение степени дисперсности вызывает повышение интенсивности.

Интенсивность пигментов определяют по количеству разбели­вающего вещества, которое нужно прибавить к ним для получения смеси определенного оттенка. Для определения интенсивности пиг­мента одинаковые навески стандартного образца и испытуемого пигмента смешивают каждый в отдельности, не растирая, с одина­ковым количеством разбеливающего вещества (мела, каолина, цинковых белил и др.).

В случае равной интенсивности испытываемого пигмента и стандартного образца при разбелке их равными количествами

разбеливающего вещества получаются смеси одинаковых оттенков.’ Если же смеси отличаются по оттенку, то оттенок, полученный из испытываемого пигмента, подгоняют к оттенку смеси, полученной из стандартного образца, прибавляя по весу либо разбеливающее вещество, либо пигмент. Подсчитав количество разбеливающего ве­щества, израсходованное на 1 г испытываемого (Л) и стандартного {/?) пигмента, можно выразить интенсивность испытываемого пигмента в процентах интенсивности стандартного образца:

Если к навеске сухого пигмента прибавлять при размешивании по каплям масло, то после прибавления первых капель масла пигмент, остается сыпучим телом; при дальнейшем прибавлении масла образуются отдельные комочки, и наконец, после прибавле­ния одной капли вся масса пигмента превращается в пасту.

Количество масла в граммах, которое расходуется для получе­ния пасты из 100 а пигмента, является специфическим для каждого пигмента и называется его маслоемкостью.

Эта маслоемкость называется маслоемкостыо 1-го рода в отли­чие от так называемой маслоемкости 2-го рода, или маслоемкости краски малярной консистенции. Под маслоемкостыо 2-го рода по­нимают количество масла, которое содержится в краске, готовой к употреблению, т. е. уже разбавленной олифой.

Никакой зависимости между маслоемкостью 1-го и 2-го рода не существует. Так, например, если из двух пигментов маслоемкость

1- го рода одного пигмента меньше чем другого, то их маслоемкости

2- го рода не обязательно будут находиться в таких же соотноше­ниях, и у первого пигмента она может быть даже больше, чем у второго.

Величина маслоемкости пигментов имеет большое практическое значение, так как большинство растительных масел, применяемых для производства красок, является пищевыми продуктами, и чем меньше маслоемкость пигмента, тем меньше расходуется пищевого масла на изготовление густотертой краски. Кроме того, цены на растительные масла выше цен на большинство пигментов, и по­этому чем ниже маслоемкость пигмента, тем ниже стоимость изго­товленной из него краски.

Маслоемкость является величиной, специфичной для каждого пигмента, но в некоторых пределах она может колебаться в зави­симости от его дисперсности. Выяснению причин и характера зави­симости маслоемкости пигментов от степени их дисперсности по­священо много работ. Все эти работы можно разделить на две группы. В одной группе работ маслоемкость объясняется пали- чием зазоров между отдельными частицами; отсюда делается вы­вод, что при повышении дисперсности маслоемкость должна пони­жаться, так как при повышении дисперсности зазоры между от­дельными частицами уменьшаются. Во второй группе работ масло­емкость объясняется поверхностными явлениями на границе пиг­мент — пденкообразователь. В этом случае повышение дисперсно­сти, вызывающее увеличение удельной поверхности частиц пиг­мента, должно сопровождаться и повышением маслоемкости.

Большие работы по изучению зависимости маслоемкости пиг­мента от его дисперсности были проведены Гуревичем в Научно — исследовательском институте лаков и красок (НИИЛК) [23]. В этих работах исследованию были подвергнуты ультрамарин, железный сурик и окись хрома и было установлено, что одинако­вой для всех пигментов зависимости между маслоемкостью и дисперсностью не существует. По данным этих работ, при измель­чении пигмента происходят следующие изменения частиц: умень­шается их пористость вследствие разрушения агломератов, сгла­живается поверхность частиц и увеличивается их удельная поверх­ность. Эти изменения действуют в разных направлениях: умень­шение пористости и сглаживание поверхности приводят к умень­шению маслоемкости, а увеличение удельной поверхности — к увеличению маслоемкости. Характер изменения маслоемко­сти при измельчении пигмента находится в прямой зависимости от того, какой из этих трех факторов преимущественно изме­няется.

Кривые зависимости маслоемкости от дисперсности для уль­трамарина, окиси хрома и железного сурика, приведенные на рис. 26, позволяют сделать следующие выводы. У частиц ультра­марина и в меньшей степени — окиси хрома много пор и трещин и неровная поверхность. При измельчении этих пигментов поры и трещины пропадают, что вызывает сильное падение маслоем­кости. Происходящее при измельчении увеличение удельной по­верхности, вызывающее рост маслоемкости, не настолько значи­тельно, чтобы уничтожить влияние первых двух факторов, и поэтому маслоемкость с увеличением дисперсности падает. У же­лезного сурика, который состоит из сравнительно крупных ча­стиц, удельная поверхность при измельчении растет очень сильно, вследствие чего происходит большой рост маслоемкости, который перекрывает уменьшение маслоемкости, обусловленное уничтоже­нием пор и трещин в частицах пигмента.

Наличие такой зависимости между маслоемкостью и дисперс* ностью пигмента подтверждается и более поздними работами. Так, Кауфман [24] указывает, что при измельчении частиц желтого крона с 70 до 10 р маслоемкость увеличивается с 18,4 до 24,6, так как частицы этого пигмента не имеют пор. При измельчении же частиц сажи, обладающих большой пористостью, с 20 до 3 р масло­емкость падает с 192 до 145,2.

Работами НИИЛК было установлено, что зависимость масло* емкости от дисперсности одинакова для обеих маслоемкостей 1-го и 2-го рода, и она не изменяется при переходе от пигмента изодисперсного, состоящего из приблизительно равных по вели­чине частиц, к пигменту гетеродисперсному, состоящему из частиц, сильно различающихся по величине.

В этих же работах НИИЛК было показано, что маслоемкость смеси двух пигментов, частицы которых различны по величине и

не имеют лиосорбционных оболочек, является величиной аддитив­ной и может быть вычислена по формуле:

М„=*МаА4-МвВ *

С А 1 В

где Мс — маслоемкость смеси; МА и Мв — маслоемкость пигмен­тов А и В; А и В — процентное содержание этих пигментов в смеси.

В смеси пигментов частицы более дисперсного пигмента могут расположиться между более крупными частицами второго пиг­мента. В тех же случаях, когда частицы пигмента имеют лиосорб — ционные оболочки, зазоры между частицами заполнены этими обо­лочками, и мелкие частицы не могут поместиться в зазорах между крупными частицами, при этом маслоемкость смеси не является аддитивной величиной и вычислена быть не может.

Существующие методы определения маслоемкости различаются только деталями и в основном заключаются либо в размешивании, либо в растирании пигмента с постепенно увеличивающимся коли­
чеством масла, количество же масла увеличивают до тех пор, пока пигмент из сыпучего тела не превратится в пасту.

По ОСТ І0086—39 МИ-3 для определения маслоемкости 1-го рода в навеску пигмента из мнкробюреткн по каплям приливают при перемешивании стеклянной палочкой льняное масло. После добавления одной капли пигмент превращается из сыпучего тела в пасту. Этот переход очень резок и ясно заметен. Отметив по показаниям микробюретки объем израсходованного масла v, зная его удельный вес d и вес пигмента р, маслоемкость М можно определить по формуле:

vd • 100

М =———-

Р

По этому методу маслоемкость наиболее часто применяемых пигментов выражается следующими величинами:

Мумия…………………………….. . 25 Крон свинцовый желтый. . 10—15

Киноварь…………………………… 10—20 Крон свинцовый зеленый. 18—20

Охра . . .’……………………………. 29—37 Милори………. 50

Литопон ……………………………. 11—14 Сажа………………………………….. 165

Свинцовые белила……………………… 12 Цинковые белила……… 12—14

Маслоемкость 2-го рода по методу Стогова определяют по внешнему виду штрихов, оставляемых кистью на поверхности, окрашенной испытуемой краской. Метод Стогова основан на зави­симости характера штрихов от консистенции краски. На поверхно­сти слишком густой краски кисть оставляет резкие, нерасплываю- щиеся штрихи; на поверхности слишком жидкой краски кисть со­всем не оставляет штрихов, а на поверхности краски нормальной консистенции кисть оставляет медленно — расплывающиеся штрихи.

Для определения маслоемкости 2-го рода к красочной пасте постепенно прибавляют, по весу олифу, и получаемой таким обра­зом краской производят накраски на стекле, пользуясь для этого щетинной кистью. Рассматривая накраску в проходящем свете, отмечают момент, когда штрихи начинают медленно расплываться. Количество олифы в такой краске, выраженное в процентах от веса краски, и определяет маслоемкость 2-го рода.