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
Критерий классификации |
Типы и особенности пигментов |
---|---|
По цвету |
Ахроматические включают белые, серые и чёрные цвета. Хроматические охватывают все остальные цвета. |
По происхождению |
Природные, такие как умбра, охра, мел. Синтетические, получаемые химическим путем, например, диоксид титана, железная лазурь. |
По составу |
Металлические, включая алюминий, используемый с декоративной целью и цинк для защиты от коррозии. Оксидные, например, оксид железа для красного и чёрного цветов, оксид хрома для зелёного. Смешанные оксиды и шпинели, такие как синий кобальт и зеленый кобальт. |
По свойствам |
Укрывистые позволяют полностью скрыть цвет основания. Интенсивные, влияющие на цвет созданной композиции. Маслоёмкие, требующие минимального количества связующего вещества для образования пасты. |
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:
- Диоксид титана (белый). Известен высокой устойчивостью при нахождении в агрессивных условиях. Он подвергается разрушению только под воздействием подогретой серной кислоты высокой концентрации.
- Оксид цинка. Это также белый краситель. Его особенность — амфотерные свойства.
- Ультрамарин. Это краситель синего тона. В его составе содержатся сульфиды натрия. Это обуславливает его низкую устойчивость в кислотных средах.
- 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:
- 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.
- 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.
- 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.
- Светорассеяние. Определяет эффективность в снижении бликов и отражений. Это свойство особенно ценно в автомобильной и аэрокосмической промышленности, где необходимо минимизировать отражения света.
- 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.