Укрывистость пигментов

Одним из наиболее важных технических свойств пигментов является укрывистость, или кроющая способность. Под укрывистостью понимают способность пигмента или пигментированного материала делать невидимой поверхность, на которую наносится лакокрасочный материал.

Укрывистость выражается количеством (в г) пигмента, которое необходимо нанести на поверхность в виде однопигментной пасты, чтобы сделать невидимым собственный цвет поверхности площадью 1 м2. Связана с укрывистостью величина кроющей способности, коя измеряется в м2/кг, т. е. показывающая площадь поверхности (в м2), которую можно укрыть, израсходовав 1 кг пигмента (или лакокрасочного материала).

Укрывистость, или кроющая способность красочной пленки определяется отражением и поглощением света, которые, в свою очередь, являются следствием рассеяния и поглощения света частицами пигмента. В случае белых или слабоокрашенных пигментированных пленок на первый план выступает отражение света материалом покрытия. Укрывистость интенсивно окрашенных и черных покрытий определяется главным образом поглощением света. Поверхность считается укрытой, если толщина красочной пленки такова, что отношение коэффициента отражения покрытия над черной подложкой к коэффициенту отражения над белой подложкой равно 0,98.Для светлых пигментов, укрывистость которых определяется главным образом отражением, желательным является как можно большее значение коэффициента рассеяния.

Хроматические пигменты, обладающие кроющей способностью, должны иметь высокий коэффициент рассеяния только в минимуме поглощения, так как рассеяние света в максимуме поглощения приводит к снижению чистоты цвета. Пигменты, не обладающие кроющей способностью, так называемые лессирующие, имеют низкие коэффициенты рассеяния в видимой области спектра и недостаточно высокие для обеспечения кроющей способности коэффициенты поглощения. Чтобы цветные красочные пленки с такими пигментами были укрывистыми, в них добавляют пигменты, обладающие высокими коэффициентами рассеяния, а роль лессирующих пигментов сводится только к селективному поглощению света и приданию, соответственно, определенной окраски пленке.

Рассеяние света частицами пигмента обусловлено разностью показателей преломления пигмента и среды, в которой он диспергирован. Если пигмент состоит из крупных частиц, значительно превышающих по размерам длины волн видимого света, рассеяние сводится к многократному зеркальному отражению светового потока поверхностями частиц.

При прохождении света через однородную среду все частицы подвергаются поляризации, зависящей от частоты электромагнитных колебаний. В результате поляризации образуются диполи с переменным электрическим моментом, которые тоже излучают свет. Согласно принципу Гюйгенса, свет, излучаемый диполями, распространяется в том же направлении, что и падающий поток, с интенсивностью падающего потока. Если в системе присутствуют частицы с большей или меньшей поляризуемостью, чем среда, а показатель преломления этих частиц отличается от показателя преломления среды, то диполи, получающиеся в результате поляризации, имеют другие значения дипольных моментов. Излучение этих диполей не равно излучению среды. Такое излучение представляет собой рассеянный свет.

Возможно получение кроющих покрытий без пигментов за счет формирования в красочной пленке пузырьков воздуха. В этом случае рассеяние света происходит благодаря превышению показателя преломления среды над показателем преломления воздушного пузырька.

Зависимость светорассеяния от размеров частиц выражается кривой с максимумом. Максимум светорассеяния наблюдается для частиц с размерами 0,25 — 0,33l.

Оптимальный с точки зрения укрывистости размер частиц белых пигментов d(в нм) определяется следующим соотношением:

d=l/[2,16(n1-n0)]

Из этого уравнения следует, что чем выше показатель преломления пигмента, тем выше степень дисперсности, необходимая для достижения максимальной укрывистости.

Определенное влияние на укрывистостъ оказывает и форма частиц пигмента. В частности, более высокой укрывистостью обладают пигменты, частицы которых имеют игольчатую или чешуйчатую форму. Частицы пигмента такой формы характеризуются более плотной упаковкой в покрытии. Чешуйчатые частицы способны к листованию, т. е. к расположению в пленке параллельно ее поверхности, за счет чего происходит полное перекрытие светового потока.

Укрывистость пигмента зависит от его объемного содержания в покрытии. Для каждого пигмента и конкретного типа пленкообразователя существует определенное объемное наполнение, при котором достигается максимальная укрывистость. С ростом наполнения расстояние между частицами уменьшается и увеличивается степень перекрытия светового потока. Однако при очень малых расстояниях между частицами сблизившиеся частицы оказывают воздействие на световой поток как одна крупная частица, т. е. имеет место снижение эффективной частичной концентрации пигмента в пленке. Расстояние между частицами, при которых несколько частиц оптически проявляют себя как одна, принимают равным половине длины волны света. Отсюда следует, что для достижения высокой укрывистости необходимо как можно более равномерное распределение пигмента в пленке.

Существует ряд методов экспериментального определения укрывистости. Визуальный метод основан на определении толщины красочного слоя на стеклянной пластинке, при котором перестают просвечивать белые и черные квадраты, нанесенные на подложку, на которую накладывается пластинка. Толщина кроющего слоя может быть определена экстраполяцией зависимости коэффициента контрастности, определенного инструментально, от толщины слоя пигментированного материала, нанесенного на черно-белую подложку, к значению Rч/Rб = 0,98.