Способы введения пигментов в композиции

Качество наполненных составов (красок) во многом зависит от способа смешения пигментов с пленкообразователем.

Определились следующие пути введения пигментов в порошковые составы 1) сухое смешение; 2) смешение (диспергирование) в расплаве; 3) диспергирование в растворе (дисперсии) пленкообразователя с последующей сушкой образующейся жидкой краски; 4) осаждение полимера из раствора на поверхности частиц пигмента; 5) осаждение (кристаллизация) пигмента на поверхности частиц полимера; 6) эмульсионная полимеризация или поликонденсация мономера в присутствии пигмента. Промышленное применение получили в основном первые два способа.

Перечисленные способы предопределяют три возможных варианта взаимного распределения компонентов в порошковых смесях:

1. пигментные частицы находятся на поверхности частиц пленкообразователя; пигмент как бы «опудривает» полимер. Это возможно при условии, если диаметры частиц полимера и пигмента несоизмеримы. Такой случай имеет место при применении способов 1 и 5.
2. полимерные частицы находятся на поверхности частиц (или агрегатов частиц) пигмента, капсулируя последние. Случай типичен для способа 4.
3. пигментные частицы сольватированы пленкообразователем и находятся внутри полимерной (олигомерной) частицы, составляя с ней единое целое. Этот случай характерен для способов 2, 3, 6. По скорости пленкообразования и комплексу свойств покрытий лучшими являются композиции с распределением компонентов по вариантам 2 и 3. С другой стороны, вариант 1 дает преимущество в отношении сыпучести, уменьшения слеживания и комкования составов.

В литературе дается анализ различных способов пигментирования порошковых пленкообразователей. Способ сухого смешения порошков один из наиболее простых и доступных зарекомендовал себя при получении красок на полимерных пленкообразователях, которые в исходном состоянии являются высокодисперсными порошками.

Было показано, что при таком смешении порошков возможно не только взаимное перераспределение частиц компонентов, но и их дезагрегация с одновременным образованием смешанных агрегатов на принципе преимущесгвенной адсорбции частиц пигмента (как более высокодисперсного компонента) на поверхности полимерных частиц. Адсорбция, однако, происходит неравномерно; пигмент располагается островками.

Такой характер распределения компонентов проявляется и в покрытии. Срез поливинилхлоридной пленки, пигментированной диоксидом титана: толщина прослоек из пигмента, изолирующих полимерные частицы, возрастает с увеличением содержания пигмента в композиции. Фактором, способствующим гомогенизации, является уменьшение величины частиц смешиваемых компонентов.

Краски, полученные способом сухого смешения, характеризуются малой степенью наполнения 3-15° (масс.) и невысокой кроющей способностью 200-600 г/м2.

Смешение в расплаве предусматривает смачивание частиц пигмента пленкообразующим веществом до стадии формирования покрытия. Одновременно со смачиванием происходит диспергирование, т.е. разрушение пигментных агрегатов с образованием более мелких частиц и их равномерное распределение в объеме красочной системы. Процесс диспергирования в расплаве подчиняется всем закономерностям диспергирования в растворе. Благоприятное влияние на этот процесс оказывает наличие функциональных групп в молекулах пленкообразователя, а также присутствие ПАВ в системе. Поэтому краски изготовленные на разных олигомерах, могут иметь разную степень диспергирования пигментов и соответственно неодинаковую укрывистость. Более высокая укрывистость полиакрилатной краски по сравнению с эпоксидной объясняется лишь иной природой функциональных групп акрилатного олигомера.

Скорость диспергирования сильно зависит и от природы пигмента-характера и степени обработки его поверхности. Нередко возникают трудности при диспергировании технического углерода, оксида хрома, хинакридоновых, фталоцианиновых, антантроновых и других пигментов. Тем не менее, при использовании совершенного оборудования и соблюдении требуемых условий диспергирования может быть достигнуто удовлетворительное распределение частиц и этих пигментов в композиции. Получаемые этим способом краски имеют, как правило, высокое наполнение и качественное распределение пигментов и, как результат, хорошую кроющую способность, достигающую уровня обычных жидких красок. Так, современные белые эпоксидные и полиэфирные краски укрывают поверхность при толщине слоя 35-40 мкм, цветные 20 мкм и менее.

Своеобразные по свойствам и строению частиц краски могут быть получены при осаждении или кристаллизации полимеров из растворов на поверхности частиц пигментов. В случае кристаллических полимеров пигменты одновременно выполняют роль зародышей кристаллизации. При осаждении происходит капсуляция частиц наполнителя в оболочку из полимера; образующиеся сложные частицы с радиусом в несколько микрометров не разделяются флотацией и электросепарацией, что позволяет наносить их любыми способами, не боясь расслоения. Степень наполнения таких порошковых красок может достигать 30-50% (масс.); оптимальные эксплуатационные свойства покрытий, однако, соответствуют содержанию пигментов (диоксид титана и др.) 15% (масс.). Полиэтиленовые краски, изготовленные этим способом, хорошо укрывают поверхность при толщине пленки 40 мкм.

Наполненные составы, получаемые в процессе синтеза полимеров-полиакрилатов, полиамидов, полиуретанов, существенно отличаются по свойствам от материалов, полученных наполнением готовых полимеров. Наполнитель, вызывая блокирование контактирующих с ним молекул мономера, влияет на процесс полимеризации, строение и структуру образующихся полимеров. Характер распределения частиц наполнителя в готовых композициях, однако, полностью зависит от степени их диспергирования и гомогенизации в исходной смеси (мономерах). В этом отношении благоприятное влияние оказывают ПАВ, а также правильно выбранная скорость перемешивания системы. Необходимым условием образования качественных композиций является активация поверхности наполнителей.

В целом применимость того или иного способа введения пигментов и наполнителей в порошковые составы определяется технико-экономическими факторами и качеством готового продукта. В последнем случае наиболее важное значение имеет степень диспергирования пигментов (она должна находиться на уровне современных жидких красок, т. е. не превышать 20 мкм).

Предложены разные пути улучшения совместимости пигментов и наполнителей с пленкообразователями: введение в композиции ионогенных и неионогенных ПАВ, использование низко- и высокомолекулярных добавок разной степени полярности, поверхностная обработка пигментов и наполнителей (модифицирование, аппретирование), микрокапсуляция. Адсорбируясь на поверхности пигмента или наполнителя, эти вещества придают ей необходимую полимерофильность или полимерофобность и тем самым способствуют улучшению смачивания расплавами пленкообразователей. Особенно большое признание в производстве порошковых красок получили выпускные формы пигментов и наполнителей – пигментные концентраты с содержанием пленкообразующего вещества 10-50%. Их готовят с применением полиэтиленгликоля, полиэтиленовых восков, атактического полипропилена, жидких каучуков, низкомолекулярных полиамидов и выпускают в виде порошков, гранул или паст. В частности, изготовляются выпускные формы пигментов под названием санилены (фирма Sandoz, Швейцария), зикопласты, зикопуры (фирма Zigle, ФРГ), люфилены (фирма BASF, ФРГ). Они отличаются высокой степенью дисперсности, хорошей сыпучестью, мягкостью и широкой гаммой цветов и могут применяться для приготовления порошковых красок, как сухим смешением, так и смешением в расплаве

По материалам tikkurila powder coatings