Черные пигменты

К черным пигментам относятся: технический углерод (сажа), черни, смешанный оксид железа (II) и (III) Fe3О4, а также органические пигменты — черный анилин, нигрозин и индулины.

Различные марки технического углерода содержат от 83 до 98,5 % (масс.) углерода, 0,5‑0,9 % Н, 0,5‑16% О; диаметр частиц 10‑200 мкм; удельную поверхность 15‑250 м2/г. Технический углерод имеет истинную плот­ность 2000—2200 кг/м3, насыпная плотность пыля­щего технического углерода составляет всего 80—150 кг/м3, при грану­лировании она может быть повышена до 300—450 кг/м3. Маслоемкость высокая 80—200 г/100 г.

Элементарной структурной единицей агрегатов является полиаценовый (графитоподобный) слой атомов углерода. Слои располагаются приблизительно концентрически вокруг центров роста. Так образуются первичные частицы. По периферии агрегатов полиаценовые слои рас­полагаются параллельно поверхности, образуя пачки. Частицы плотные, непористые, сферической формы. С уменьшением размера частиц и агрегатов повышается чер­нота технического углерода. Красящая способность пигмента увеличи­вается при снижении размера частиц лишь до 25 hm, а затем сни­жается за счет релеевского рассеяния света. Технический углерод обла­дает весьма высокой укрывистостью З-6 г/м2 при толщине укрываю­щего слоя всего 8 мкм.

Первичная структура технического углерода может быть низкой (цепочечная форма агрегатов), нормальной (слабо разветвленная форма) и высокой (значительно разветвленная форма). Агрегаты обра­зуют прочные агломераты (вторичную структуру), для разрушения которых при диспергировании требуются значительные механические усилия. Все это придает красочным системам большую структурную прочность и вязкость.

По химическому строению технический углерод можно рассматривать как полициклические ароматические углеводороды или углеводороды олефинового ряда, поэтому он может участвовать в реакциях замеще­ния подобно бензолу и реакциях присоединения как олефины.

На поверхности частиц технического углерода находятся остатки неразложившегося сырья в виде высших полициклических углеводо­родов, а также минеральные вещества, кислород на поверхности частиц технического углерода находится в виде карбоксильных, лактоновых, фенольных, хинонных и некоторых других групп, поэтому водная вытяжка имеет кислую реакцию: рН 2—6. Наличие кислородсодержащих функциональных групп обеспечивает повышенную адсорбцию пленкообразующих веществ, способных всту­пать в химическое взаимодействие с пигментом (алкиды, полиамины, полиуретаны и др.). что оказывает положительное влияние на физико-механические свойства лакокрасочных пленок.

С целью улучшения диспергируемости технического углерода, регу­лирования реологических свойств паст и готовых лакокрасочных мате­риалов проводится изменение химического характера поверхности ча­стиц путем окисления, аминирования, сульфирования, галогенирования или прививки полимеров. Наибольшее распространение получило окис­ление кислотами, воздухом, озоном и другими окисляющими агентами. При окислении уменьшается размер агрегатов, изменяется структурность, повышается содержание кислорода. Окисление приводит к улучшению диспергируемости, в том числе в водоразбавляемых лако­красочных материалах, углублению черноты, снижению вязкости и тиксотропности красок и увеличению блеска покрытий.

Технический углерод почти полностью поглощает световые лучи в видимой области спектра, а также ИК- и УФ-лучи. Адсорбция УФ-лучей снижает деструкцию пленкообразователей и таким образом повышает светостойкость и атмосферостойкость покрытий. Технический углерод термостоек до 3000C, обладает стойкостью к действию кислот и щелочей, практически безвреден.

Наличие большого количества кислорода, адсорбированного поверх­ностью технического углерода, может привести к самовозгоранию.

Различают четыре способа получения технического углерода. В ка­нальном способе продукт получают при неполном сгорании природного газа в диффузионном пламени, и технический углерод осаждается на охлаждаемых лотках — «каналах». Выход составляет всего 2—5%. Такой продукт обозначают буквой «К» (раньше «Д»). При использо­вании печного способа технический углерод получают путем пиролиза и частичного сгорания в печах-реакторах смеси алифатических и аро­матических углеводородов (термогазойля, зеленого нефтяного или ка­менноугольного остаточного масла) с природным газом. Выход продукта составляет 40—50%; обозначается он буквой «П». Термический способ осуществляется пиролизом углеводородов без допуска воздуха. Продукт обозначают буквой «Т». Ацетиленовый способ осуществляется при взрывном разложении ацетилена. Продукт обозначают буквой «А».

Для устранения пыления и повышения насыпной плотности техни­ческий углерод гранулируют. Более 90% всего-вырабатываемого технического  углерода   применяется  для  усиления   резины,  для  лакокра­сочных материалов используется менее 10%.