Пигменты для производства красок и ЛКМ

Пигменты востребованы для окрашивания различных поверхностей и материалов. Они представляют собой мелкодисперсные порошкообразные вещества, для которых характерна способность не растворяться в воде и других средах.

Эти порошки бывают двух типов. По происхождению они классифицируются на органические красящие соединения и неорганические. Они также могут быть ахроматическими (чёрными, белыми и нейтральных серых оттенков) или хроматическими (всех остальных цветов).

Эти вещества находят широкое применение в производстве обширного ассортимента ЛКМ. Ряд пигментов полезен и в других сферах — бумажной, фармацевтической.

Рассмотрим особенности и значение неорганических красителей и органических пигментообразующих соединений для получения красок и эмалей.

Неорганические красители: значение для получения ЛКМ

В сфере производства ЛКМ неорганические пигменты играют ключевую роль, выходящую далеко за рамки простого окрашивания. Они не только придают материалам желаемый цвет, но и существенно влияют на их физические, химические и технологические свойства. Благодаря этому, неорганические пигменты позволяют создавать покрытия с разнообразными характеристиками. В их числе: повышенная прочность, износостойкость, устойчивость к коррозии. Существуют также специальные свойства, в числе которых теплостойкость, огнеупорность, электроизоляция и другие.

Значение пигментов в создании покрытий для защиты и декора поверхностей, определяется их способностью воздействовать на структуру и характеристики пленкообразующего материала. Взаимодействие между поверхностью пигментообразующих частиц и полимерной частью лакокрасочного материала может влиять на способность макромолекул свободно перемещаться, а также способствовать повышению температуры стеклования полимера и изменению релаксационных периодов. Это, в свою очередь, влияет на такие характеристик покрытия, как прочность и стойкость к деформации, упругость, износостойкость, а также на его защитные свойства.

Неорганические красители также способствуют улучшению антикоррозионных характеристик покрытий, поскольку они могут выступать в роли ингибиторов коррозии, предотвращая разрушение металлической подложки. Кроме того, пигменты способны влиять на влагопоглощение и водопроницаемость, что особенно важно для обеспечения долговечности и эффективности защитных покрытий.

Получается, что использование неорганических пигментов в производстве ЛКМ позволяет создавать покрытия с широким спектром характеристик, адаптированных под конкретные требования и условия эксплуатации.

Классификация цветных порошков неорганической группы: таблица

Эта классификация помогает лучше понять разнообразие неорганических пигментов и их применение в различных областях.

Свойства неорганических красителей

К ним относятся химические и оптические характеристики, кристаллическое строение, коррозионная стойкость, плотность, твердость, дисперсность и другие. Рассмотрим основные свойства подробнее.

Химические характеристики: особенности

На них напрямую влияет состав красителей. Рассмотрим на примере некоторых пигментов:

1. Диоксид титана (белый). Известен высокой устойчивостью при нахождении в агрессивных условиях. Он подвергается разрушению только под воздействием подогретой серной кислоты высокой концентрации.
2. Оксид цинка. Это также белый краситель. Его особенность — амфотерные свойства.
3. Ультрамарин. Это краситель синего тона. В его составе содержатся сульфиды натрия. Это обуславливает его низкую устойчивость в кислотных средах.
4. Железная лазурь. Быстро разрушается под действием щелочных растворов. Содержит ферроцианид железа.

Все цветные порошки состоят из нескольких элементов. Это означает, что они не относятся к химически чистым. Согласно исследованиям, все свойства пигментов зависят от особенностей их строения, а не от состава. Состав влияет лишь на особенности их структуры.

Для получения пигментов часто необходимы технические продукты, обладающие определённой структурой на макро и микро уровне. Это не должно быть чистое химическое соединение, а вещество с переменным составом.

Примеси, которые намеренно добавляются в состав красителей, оказывают значительное влияние на их свойства. Их роль — придание красящим порошкам определённых специфических свойств. Роль подобных добавок могут играть ПАВ, а также иные схожие микроэлементы.

Для модификации могут применяться различные неорганические соединения, например, полимеры. В числе таких веществ можно назвать оксиды цинка или кальция, фосфорные соединения кремния и алюминия и прочие аналогичные вещества.

Чтобы пигменты легко распределялись в пленкообразующих веществах, а сформированная дисперсия (любой ЛКМ) сохраняла стабильность, цветные порошки обогащают ПАВ.

В ходе образования пигмента в определенных случаях добавляются особые примеси, которые, например, способствуют формированию его кристаллов в определённой кристаллической структуре.

Строение кристаллов

Это ключевая характеристика пигмента, поскольку каждая его частица — это кристалл определённой формы. На свойства пигмента влияет форма и параметры кристалла.

Анизотропия — это ключевая особенность кристаллов. Она выражается в том, что свойства кристаллов различаются в зависимости от направления. Этот параметр влияет на прочность, скорость роста кристаллов, а также ряд свойств, в числе которых оптические, тепловые, магнитные.

В сфере изучении особенностей и свойств структуры используются такие понятия, как изоморфизм и полиморфизм. Они обозначают две ключевые характеристики кристаллического состояния. Первая указывает на то, что у каждого кристалла одного и того же вещества имеется способность преобразовываться в разные модификации, называемые полиморфными. Они различаются по своим физическим свойствам и некоторым другим параметрам.

Плотность неорганических красителей

Это один из основных параметров, определяющих физические свойства и поведение веществ в различных средах. На него оказывает прямое влияние кристаллическая структура — чем плотнее соприкасаются единицы, составляющие структуру кристалла, тем выше плотность.

Плотность определяет значительные различия пигментов. Для сравнения — свинцовый сурик считается одним из самых «тяжелых» цветных порошков неорганического происхождения, имеет плотность примерно 8600 кг/м³. В то же время, лазурь считается одним из самых «лёгких». Его плотность составляет около 1850–1920 кг/м³.

Чтобы точно рассчитать массу будущего окрашивающего покрытия и определить, сколько места займёт пигмент, необходимо измерить его плотность. Этот показатель важен для расчёта тары для хранения и транспортировки.

Существует два основных метода определения плотности пигментного порошка: волюмометрический и пикнометрический. Волюмометрический метод основан на определении, как изменится объем газа, если ввести краситель в закрытую систему. Тогда как пикнометрическая методика предполагает измерение объема жидкости, вытесняемой пигментом.

Твёрдость

Подобная характеристика неорганических красителей существенно влияет на их способность распределяться в дисперсионной среде. Когда пигмент отличается повышенной твердостью, операции по его распределению и измельчению требуют больше энергии и усложняют производственный процесс.

В ряде случаев твёрдость может значительно изменять физико-механические свойства образуемого покрытия. Например, железооксидные красители отвечают за его абразивные свойства.

На твёрдость неорганических красителей также влияет плотность расположения единиц, составляющих кристалл. Чем ближе эти единицы друг к другу, тем твёрдость будет выше.

Оптические свойства

Обуславливают востребованность цветных порошков в различных областях. Эти свойства включают в себя:

1. Цвет. Порошки придают материалам разнообразные цвета благодаря своей способности поглощать и отражать свет в определенных диапазонах длин волн. Например, диоксид титана используется для создания белых пигментов, а железооксидные пигменты могут давать широкий спектр цветов от жёлтого до чёрного.
2. Прозрачность. Некоторые неорганические красители могут быть прозрачными, что позволяет использовать их для создания оптических эффектов, таких как голография или радужные переливы. Существуют и другие вещества, которые, напротив, полностью непрозрачны. Они обеспечивают полную маскировку подложки.
3. Блеск. Этот показатель может варьироваться от матового до высокоглянцевого. Это свойство особенно важно в производстве ЛКМ, где блеск влияет на внешний вид и долговечность покрытия.
4. Светорассеяние. Определяет эффективность в снижении бликов и отражений. Это свойство особенно ценно в автомобильной и аэрокосмической промышленности, где необходимо минимизировать отражения света.
5. Светостойкость. Является критически важным параметром для материалов, используемых на открытом воздухе. Светостойкие пигменты предотвращают выцветание и обесцвечивание покрытий под воздействием солнечного света.

Коррозионная и атмосферная стойкость

Эти свойства особенно важны при выборе пигментов для окраски наружных конструкций, где материалы подвергаются многократному воздействию влаги, погодных явлений газов и т. д.

Коррозионная стойкость — показатель, определяющий способность пигмента при комбинации с определенным связующим формировать покрытие, предотвращающее распространение коррозии. Примером является алюминиевая пудра, которая при образовании гальванического соединения с железом становится анодом и, начиная модифицироваться в состояние ионов, защищает таким образом стальное сооружение от коррозии. Другие красители, такие как свинцовый сурик, также обеспечивают антикоррозионную защиту, образуя нерастворимые соли жирных кислот при соединении с маслом олифы.

Атмосферная стойкость описывает способность сохранять цвет и целостность в процессе многократных циклов увлажнения и высыхания, замерзания и оттаивания, а также воздействие кислорода и разных атмосферных реагентов.

Вещества, у которых этот показатель достаточно высок, идеально подходят для окрашивания наружных конструкций, обеспечивая долговечность и сохранение их первоначального внешнего вида.

Органические красители

Пигменты подобной разновидности в получении ЛКМ уступают неорганическим по некоторым характеристикам, таким как антикоррозионная защита, укрывистость и устойчивость к свету и погодным воздействиям. Однако для них характерна высокая интенсивность цвета и обширная гамма оттенков, в том числе ярких изумрудно-зелёных, лазурно-синих и выраженно красных.

Органические цветные порошки востребованы в качестве основы для синтетических эмалей, масляных составов на водной основе. Они могут заменять менее насыщенные неорганические пигменты, такие как железооксидные красные. Их также часто добавляют к неорганическим составам с целью повышения насыщенности и яркости ЛКМ. В основе классификации органических красителей на типы — их химическая структура.