Влияние диоксида титана на устойчивость покрытий
Влияние диоксида титана на устойчивость лакокрасочных покрытий к воздействию атмосферных факторов и их долговечностью является важным во многих случаях, особенно для наружных покрытий, эксплуатирующихся под влиянием окружающей среды. Важен не только тот факт, что определенная марка диоксида титана обеспечивает высокую долговечность, но также важно сохранение этого качества от партии к партии пигмента, поскольку экономические последствия даже случайного использования некачественной партии диоксида титана могут быть тяжелыми для производителя ЛКМ. Для решения этого важного вопроса нами была разработана экспресс-методика, которая дает результаты, позволяющие с высокой вероятностью прогнозировать высокое качество пигментного диоксида титана.
Основными причинами окрашивания различных объектов являются необходимость защиты поверхности от внешних воздействий и придание ей декоративного внешнего вида. Однако эти свойства лакокрасочного покрытия ухудшаются под воздействием на органический полимер, водящий в состав покрытия, солнечного света, кислорода и воды. Увеличение срока службы лакокрасочного покрытия достигается главным образом подбором пленкообразователя, устойчивого к окислению. Однако смолы, обладающие высокой стойкостью, как правило, дорогие, поэтому задачей производителей ЛКМ является выпуск покрытий с высокой долговечностью при обеспечении экономических показателей, необходимых для нормального развития бизнеса. В общем случае, пленкообразователи, обеспечивающие получение атмосферостойких покрытий, используются только в тех областях применения, где долговечность является критически важной, когда заказчик готов покупать дорогой материал, чтобы получить покрытия с высоким сроком службы.
Хотя выбор пленкообразователя является наиболее важным, другие компоненты ЛКМ также вносят свой вклад в скорость разрушения лакокрасочного покрытия. В частности, пигменты на основе диоксида титана могут многофакторно влиять как на деструкцию полимера, так и на внешний вид покрытия при его старении. Специально разработанные марки диоксида титана минимизируют внешние проявления эффектов старения лакокрасочной пленки; пигменты этого типа вносят существенный вклад в долговечность лакокрасочного покрытия.
Важным механизмом, при помощи которого диоксид титана влияет на долговечность лакокрасочных покрытий, является фотокаталитическая деструкция. TiO2 является фотокатализатором, преобразующим энергию УФ-излучения в энергию химической реакции, генерируя при этом свободные радикалы. Данный процесс представляет собой совокупность большого числа последовательных стадий. Долговечность лакокрасочного покрытия возрастает при подавлении любой из стадий. На практике это достигается исключением взаимодействия кислорода и воды, которые адсорбированы на поверхности пигмента, с высоко реакционноспособными свободными радикалами, образующимися внутри кристаллов TiO2 при поглощении ими УФ-излучения. Данная реакция предотвращается путем создания физического барьера между TiO2, адсорбированными кислородом и водой, при этом частица пигмента инкапсулируется, т.е. заключается в оболочку из оксидного покрытия, наносимого на поверхность частицы.
Целостность этой изолирующей оболочки и, соответственно, эффективность, с которой она предотвращает фотокаталитическую деструкцию лакокрасочного покрытия, зависит от многих факторов. Различные марки диоксида титана обеспечивают различную долговечность, однако даже пигмент одной марки может состоять из частиц, качество изолирующего оксидного покрытия которых может варьироваться. Причиной этого являются неизбежные технологические различия в условиях получения разных партий продукта. Поэтому качество и долговечность лакокрасочных покрытий, пигментированных диоксидом титана даже одной марки, может отличаться от партии к партии. В отличие от других показателей лакокрасочного покрытия, на которые влияет диоксид титана (таких как укрывистость, разбеливающая способность блеск, оттенок и др.), долговечность покрытия не поддается быстрому тестированию. Это особенно неудобно в случае лакокрасочных покрытий с длительным сроком службы, поскольку долговечность покрытия в данном случае имеет первостепенное значение.
Для решения данной проблемы был разработан экспресс-метод, позволяющий определить целостность изолирующего оксидного слоя на частицах пигментного TiO2, когда в качестве инкапсулирующего материала используется гидратированный аморфный диоксид кремния. Данный тест основан на различной растворимости оксидов кремния и титана в кипящей серной кислоте (оксид кремния не взаимодействует с этой кислотой, в тоже время как диоксид титана полностью растворим). Полная инкапсуляция частицы TiO2 внутри оболочки из диоксида кремния защищает пигмент от растворения в кислоте. Однако при наличии трещин в оболочке либо при неполной инкапсуляции становится возможным взаимодействие серной кислоты с диоксидом титана; аналогично неполная инкапсуляция и/или трещины в оксидном покрытии делают возможной фотокаталитическую деструкцию покрытия. Чувствительность данного метода даже к очень небольшим дефектам оксидного инкапсулирующего покрытия высока. В статье подробно описана методика проведения испытания.
M.P. Diebold, R.A. Kwoka, S.R. Mehr, R.W. Vargas, DuPont Titanium Technologies – E.I. DuPont de Nemours, США
«Лакокрасочная промышленность» №6, 2012
Загрузка ...