При разработке рецептур и производстве промышленных покрытий, красок на водной основе и высокоэффективных чернил пигменты играют гораздо более важную роль, чем просто красящие вещества. Именно они в основном определяют кроющую способность, атмосферостойкость, реологические свойства и долгосрочную стабильность при хранении. Правильный выбор и нанесение пигментов для покрытий требует от разработчиков рецептур решения сложных химических и физических задач, таких как замена токсичных материалов, например хромата свинца, устранение дефектов нанесения покрытия, таких как «плавание» и «заливка», а также повышение общей эффективности диспергирования.

В данной статье подробно описаны 15 основных технических проблем в выбор и нанесение пигментов для покрытий, в котором представлены полезные инженерные выводы и практические рекомендации для разработчиков покрытий.

1. Как правильно подходить к выбору и применению бессвинцовых альтернатив при подборе пигментов для покрытий

В связи с нормами по токсичности, выбор и нанесение пигментов для покрытий В настоящее время стратегии направлены в первую очередь на замену пигментов на основе свинца с использованием органические пигменты в сочетании с диоксидом титана ($\text{TiO}_2$) или Неорганические пигменты на основе смеси оксидов металлов (MMO).

• Альтернативы органическим пигментам:
  • Красный: Пигмент красный 48:4, PR 112, PR 170, PR 254, PR 255, PV 19.
  • Оранжевый: Пигмент оранжевый 36, PO 73.
  • Жёлтый: Пигмент-желтый 74, PY 109, PY 110, PY 139, PY 151, PY 154.
• Жёлтый пигмент с высокой степенью поглощения: ванадат висмута (PY 184) По сравнению с титаново-никелевым желтым (PY 53) ванадат-молибдат висмута (PY 184) отличается более ярким оттенком, более высокой красящей способностью, превосходной кроющей способностью (что зачастую позволяет обойтись без TiO₂) и отличной термостойкостью и атмосферостойкостью. При надлежащем промышленном контроле за пылеобразованием эти альтернативы являются безопасными и нетоксичными.

2. Основные факторы, влияющие на флокуляцию при выборе и нанесении пигментов для покрытий

Флокуляция снижает красящую способность, уменьшает блеск и приводит к появлению плавающих частиц или переливам в любом выбор и нанесение пигментов для покрытий процесс. К ключевым влияющим параметрам относятся:

• Вязкость: Более низкая вязкость системы позволяет частицам пигмента двигаться более свободно, что ускоряет флокуляцию.
• Температура: Повышение температуры снижает вязкость, что косвенно увеличивает скорость флокуляции.
• Время отгонки: Увеличение интервалов между нанесением слоев при нанесении «мокрое на мокрое» способствует флокуляции пигмента.
• Обработка поверхности TiO₂: Непокрытый диоксид титана обладает сильной склонностью к флокуляции.
• Размер и распределение частиц: Мелкие частицы активно перемещаются и часто сталкиваются друг с другом, что повышает риск флокуляции. Однако чрезвычайно мелкие частицы могут резко повысить общую вязкость системы, что сдерживает движение частиц и снижает флокуляцию.
• Концентрация пигмента: Увеличение концентрации пигмента приводит к повышению вязкости системы, что сдерживает процесс флокуляции.
• Структура папки: Низкомолекулярные связующие вещества создают меньшее стерическое препятствие, что повышает риск флокуляции. Связующие вещества с неподходящей химической структурой также ослабляют адсорбцию на поверхности пигментов.
• Качество растворителя: Хорошие растворители вытягивают полимерные цепи смолы, максимально увеличивая стерическое препятствие и предотвращая флокуляцию. Плохие растворители приводят к скручиванию полимерных цепей, ослабляя стерические барьеры и ускоряя флокуляцию.

3. Какие типы фталоцианинового синего подходят для выбора и применения в качестве пигментов для покрытий?

Фталоцианиновый синий (медьфталоцианин) в основном встречается в виде трёх коммерческих кристаллических модификаций:

1. α-Фталоцианиновый синий (PB 15): Синий с красным оттенком, обладающий наибольшей относительной красящей способностью. Однако в ароматических растворителях он превращается в более зелёную β-форму.
2. α-форма, стабилизированная растворителем (PB 15:1 / PB 15:2): Частичное монохлорирование обеспечивает соотношение PB 15:1, что обеспечивает стабильность растворителя. Модификация поверхности и химическая обработка приводят к ПБ 15:2, который обеспечивает значительно более высокую эффективность в предотвращении флокуляции и осаждения.
3. β-фталоцианиновый синий (PB 15:3): Синий оттенок с зеленоватым оттенком, отличающийся максимальной термодинамической стабильностью.
4. Синий (PB 15:6): Отображает самый яркий оттенок красного.

Пигменты α-типа красного оттенка (PB 15:1, PB 15:2) широко используются в жидких покрытиях благодаря яркому оттенку, высокой тонирующей способности и простоте диспергирования.

4. Как оценить качество дисперсии при выборе и нанесении пигментов для покрытий

Разработчики рецептур используют прямые и косвенные методы для проверки степени измельчения дисперсии:

• Метод измерения шлифовального круга Хегмана: Быстрый тест для жидкостных систем. Материал пропускается через двухканальную наклонную поверхность с размером отверстий от 100 до 0 микрон. Глубина, на которой появляются вкрапления плотных частиц, определяет степень дисперсии. Рейтинг 7 или выше (примерно <15 мкм) свидетельствует об эффективной дисперсии.
• Оптическая микроскопия: Позволяет непосредственно оценивать размер частиц, их распределение и флокуляцию, хотя разрешение ограничено примерно 2 микронами.
• Электронная микроскопия (SEM/TEM): Обеспечивает высокое разрешение, позволяющее изучать морфологию первичных частиц. Однако оборудование стоит дорого, подготовка образцов занимает много времени, а анализ необходимо проводить в сухом состоянии.

5. Факторы, связанные с устойчивостью к воздействию растворителей, при выборе и нанесении пигментов для покрытий

Устойчивость к воздействию растворителей характеризует способность пигмента устойчивость к растворению в органических растворителях, предотвращая появление потеков или пятен при контакте с смолами на основе растворителей в процессе производства или после нанесения — при контакте с чистящими средствами, бензином или смазочными материалами.

Неорганические пигменты и сложные органические соединения (например, DPP, хинакридоны) обладают превосходной стойкостью к воздействию растворителей. Органические пигменты более низкого качества имеют склонность к выцветанию при воздействии сильнополярных растворителей, таких как МЭК, этилацетат или ксилол. К распространенным испытательным растворителям относятся вода, уайпер, толуол, ксилол, МЭК, этанол, этилацетат, диэтиленгликоль и трихлорэтилен.

6. Светостойкость и атмосферостойкость при выборе и нанесении пигментов для покрытий

• Светостойкость: Оценивает техническую способность пигмента противостоять выцветанию или изменению цвета, вызванному исключительно под воздействием света (в частности, ультрафиолетового излучения).
• Атмосферостойкость: Комплексный показатель, отражающий эффективность работы в условиях различных внешних факторов, включая Ультрафиолетовое излучение, перепады температуры, влажность и загрязнители атмосферы. Атмосферостойкость оценивается с помощью испытаний на открытом воздухе во Флориде (под углом 5° к югу в течение 12 и более месяцев) или в камерах ускоренного старения с ксеноновой дугой.

7. Понимание механизма впитывания масла для выбора пигментов для покрытий и их нанесения

Маслопоглощение указывает минимальное количество рафинированного льняного масла, необходимое для полного смачивания 100 граммов сухого пигментного порошка с образованием связной пасты (г/100 г).

Этот параметр напрямую зависит от удельная поверхность и пористость:

• Низкая впитываемость масла → Меньшая удельная поверхность → Более легкое смачивание смолой → Более низкая вязкость системы и превосходные реологические свойства.
• Высокая впитывающая способность → Большая площадь поверхности → Повышенная потребность в смачивающих и диспергирующих веществах, а также в связующих смолах.

8. Повышение скрывающей способности за счет грамотного подбора и нанесения пигментов для покрытий

Для пигментов с низкой светопоглощающей способностью (таких как яркие органические желтые и красные цвета) кроющую способность можно повысить следующими способами:

1. Смешивание неорганических пигментов с высокой степенью укрывистости: Добавление TiO₂ (показатель преломления ≈ 2,5 по сравнению с ≈ 1,6 у органических пигментов) или оксидов железа для максимального рассеивания света.
2. Добавление сажи с синергетическим эффектом: Добавление следовых количеств сажи обеспечивает поглощение света во всех диапазонах длин волн, что компенсирует слабое рассеивание света органическими красными или яркими пигментами и повышает общую непрозрачность, не приводя при этом к чрезмерному потускнению оттенка.

9. Предотвращение проблем с отслоением при выборе и нанесении пигментов для покрытий

Когда два или более пигмента демонстрируют различную подвижность внутри пленки, происходит разделение пигментов:

• Наводнение: Включает в себя вертикальное разделение распределения пигментных компонентов по толщине пленки. Концентрация пигмента остается равномерной в горизонтальной плоскости, однако вертикальные колебания приводят к неравномерности оттенка поверхности.
• Плавающий: Означает горизонтальное разделение пигментов. Поверхность имеет однородный цвет по горизонтали, однако цвет поверхности заметно отличается от цвета лежащего под ней влажного слоя (что можно увидеть при проведении теста на стирание).

10. Роль показателей мощности при выборе и нанесении пигментов для покрытий

Скрывающая способность — это способность пигментированного покрытия скрывать цвет или рисунок основания при нанесении с определенной толщиной пленки; она выражается в г/м².

• Черные пигменты: Обеспечить непрозрачность с помощью полное поглощение света.
• Хроматические пигменты: Скрыть с помощью избирательно поглощающий определенные длины волн света.
• Белые пигменты: Не поглощают свет; маскировка полностью зависит от сильное рассеяние света.

11. Четыре этапа диспергирования при выборе и нанесении пигментов для покрытий

Диспергирование пигмента заключается в равномерной стабилизации твердых частиц пигмента в жидкой среде посредством четырёх этапов:

1. Смачивание: Растворитель или вода вытесняют воздух, застрявший на поверхности пигмента, при этом смачивающие вещества способствуют разрыхлению агрегатов частиц.
2. Деагломерация: Механические силы сдвига, удара и истирания, возникающие в дробильном оборудовании, расщепляют агломераты пигмента на первичные частицы.
3. Распределение: Первичные частицы равномерно распределены по всей матрице жидкой смолы.
4. Стабилизация: Диспергаторы создают электростатическое отталкивание или стерическое препятствие, предотвращающее повторное агрегирование.

12. Реагломерация и флокуляция при выборе и нанесении пигментов для покрытий

• Реагломерация: Частицы пигмента теряют защитную смоляную пленку и вновь слипаются в плотные, твёрдые скопления, для разбивания которых требуется высокое механическое сдвиговое усилие.
• Флокуляция: Отдельные частицы пигмента сохраняют адсорбированный слой смолы, но образуют неплотные, временные скопления благодаря притягательным межчастичным силам; низкое сдвиговое напряжение легко разрушает эти кластеры.

13. Проверка образования пленки и размывания при выборе и нанесении пигментов для покрытий

К распространенным отраслевым диагностическим тестам относятся:

1. Тест на стираемость: В период выпаривания (когда пленка частично высохла) участок покрытия протирают пальцем. Заметная разница в цвете между протертым участком и непротертой пленкой свидетельствует о сильном всплывании, переливании или флокуляции.
2. Сравнение методов «распыления» и «спуска»: Сравнение различий в оттенках между панелью, обработанной методом распыления, и панелью, изготовленной методом волочения проволоки.
3. Осаждение на стеклянной пластине: Осмотр отпечатков на стеклянных пластинках как с лицевой, так и с оборотной стороны для оценки однородности цвета.

14. Рекомендации по выбору и нанесению инфракрасных маскировочных пигментов

Инфракрасные маскирующие покрытия должны соответствовать оттенку фона в видимом спектре (400–700 нм) и одновременно имитировать естественные кривые отражения окружающей среды (листва, почва) в область ближнего инфракрасного излучения (700–1200 нм).

К подходящим камуфляжным пигментам относятся:

• Зелёный/чёрный: Пигмент-зеленый 17, PG 26, PBk 30, оксид хрома зелёный.
• Жёлтый/Фиолетовый: Пигментный желтый 119, карбазольный фиолетовый.
• Неорганические основания: Сорта синтетического пигмента оксида железа высокой чистоты.

15. Количественное измерение скрывающей способности при выборе и нанесении пигментов для покрытий

Скрытая мощность оценивается с помощью стандартного черно-белые диаграммы непрозрачности:

1. На черно-белую тестовую таблицу наносится влажная пленка покрытия заданной толщины.
2. После высыхания измеряются спектрофотометрические показатели отражательной способности (Yblack / Ywhite). Полное покрытие считается достигнутым, когда коэффициент контрастности достигает 0,98.
3. Масса сухой краски, необходимая на квадратный метр (г/м²), для полного устранения контраста фона рассчитывается в условиях стандартного дневного света D65.

Системная синергия и оптимизация диспергаторов при выборе и нанесении пигментов для покрытий

Правильный выбор и нанесение пигментов для покрытий должно сочетаться с оптимизированным составом гипердиспергента для предотвращения флокуляции, всплывания или оседания при хранении. Подбор подходящих полимерных диспергаторов, смачивающих веществ и модификаторов реологических свойств обеспечивает максимальную насыщенность цвета, высокую прозрачность и длительную стабильность при хранении.

Посетите наш портал, посвящённый функциональным добавкам, по адресу www.rk-chem.com чтобы ознакомиться с руководствами по выбору диспергентов и добавок, предотвращающих всплывание. Для получения индивидуальных рекомендаций по составу составов или заказа пробных образцов обращайтесь к нашим техническим специалистам по адресу senova-chem.com/contact.