ДИСПЕРГИРОВАНИЕ ПИГМЕНТОВ

Седиментационная устойчивость дисперсий

Уменьшение скорости осаждения отдельных частиц пигментов и их флоккул может быть достигнуто различ­ными путями: сохранением высокой дисперсности, т. е. агрегативной устойчивости, что было рассмотрено вы ше; блокированием активных центров пигментов и свя­зующих на внешней адсорбционной оболочке и повыше­нием тиксотропной вязкости окружающей жидкой среды. Пространственное структурирование жидкости во всем объеме, т. е. гелеобразование, достигается введением в композицию структурирующих полимеров или особо вы­сокодисперсных активных минеральных наполнителей. Обратимое гелеобразование в красочных композициях препятствует седиментациоиному расслоению суспензий и исключает агрегацию частиц.

Стабилизация блокированием активных центров пигментов и связующих

Адсорбция низкомолекулярных поверхностно-актив­ных веществ на пигментах предотвращает непосредст­венные контакты между частицами, ведущие к образова­нию коагуляционных структур и выпадению осадков"⁰* ^77 90-94. Неполярные жидкости не предохраня­ют частицы пигмента от коагуляции⁹⁵, поэтому пасты пигментов, диспергированных в очищенном вазелиновом масле, отличаются высокой прочностью. Нефтяная са­жа с неполярным растворителем образует прочные про­странственные решетки⁹⁶.

При диспергировании связующие адсорбируются только на определенной части поверхности пигментов,

соответствующей им по характеру активных центров⁹⁷, вставляя другие центры свободными. В результате об­разуются новые коагуляционные структуры, нередко сводящие на нет усилия, приложенные при диспергиро­вании суспензий. Блокирование свободных активных центров путем адсорбции низкомолекулярных поверхно­стно-активных веществ устраняет или ослабляет коагу­ляцию и тем самым способствует (получению и солрмне­нию высокодисперсной системы⁹⁸. Например, амины способствуют диспергированию сажи в алкидных и масляных связующих, полиамины и (полиамиды повыша ют стабильность дисперсий^99-102 (рис. 10.7).

Возможен и другой механизм стабилизации диспер­сий. Низкомолекулярные поверхностно-активные веще­ства блокируют полярные группы не самих пигментов, а полярные группы полимерных многофункциональных молекул, оставшиеся свободными после адсорбции.

В этом случае блокирование полярных групп на внеш­ней стороне адсорбционной оболочки сокращает воз­можность образования больших флоккул и тем более сплошной сетки, т. е. предотвращает необратимое геле образование¹⁰³.

Необходимо учитывать, что поверхностно-активные вещества, введенные в избытке (сверх необходимого для образования мономолекулярного слоя), могут вместо диспергирующего и стабилизирующего действия вызвать вторичную флоккуляцию. Это объясняется образованием второго адсорбционного слоя молекул поверхностно-ак­тивных веществ с обратной ориентацией полярных групп⁴³ (рис. 10.8). В случае образования третьего ори­ентированного слоя стабильность системы вновь повы­шается⁷⁹. Дозировка и, что особенно важно, равномерное распределение поверхностно-активных веществ является тонкой операцией. Конечно, более надежных и воспроиз­водимых результатов можно ожидать при модифицирс вании пигментов в процессе их изготовления, а не при введении поверхностно-активных веществ во время дне пергирования.

Хемосорбционный слой поверхностно-активных ве­ществ на поверхности пигментов определяет ориентацию последующих сольватных слоев связующего и создает более устойчивые системы⁸⁶. Физически адсорбированные же поверхностно-активные вещества с течением време ни вытесняются, что приводит к существенным измене­ниям в структуре сольватных оболочек и нарушению стабильности системы.

Молекулы лаковых смол, особенно конденсационных, обладают высокой поверхностной активностью. Наг бо лее активными являются алкидные смолы. Показано¹⁰⁴ что алкидные смолы, содержащие только гидроксильные

группы, обладают значительно меньшей адсорбционной способностью и стабилизирующим действием, чем смо­лы, содержащие карбоксильные группы или те и другие одновременно. Считают¹⁰⁵, что оседание пигмента в ал- кидных эмалях происходит главным образом в соста­вах, полученных на основе фракции алкидных смол с

низкой характеристической вязкостью, а флоккуляция — в составах на основе фракций со средней характеристи­ческой вязкостью.

Стабилизация структурирующими полимерами

На практике красочные суспензии стабилизируют введением высокополимерных стабилизаторов — флок- кулянтов, содержащих пространственно расположенные полярные группы. Наиболее часто применяются карб- оксиметилцеллюлоза (тилоза), гидролизованные поли­акриламид и полиакрилонитрил, сополимер винилацета­та с малеиновым ангидридом, полиаммонийная соль по­листеарата (ПАПС) и многие другие полимеры с учетом их растворимости в дисперсионной среде. Наиболее эф­фективны полиэлектролиты с молекулярным (Весом — 100 000. Макромолекулы полимеров могут полярными группами необратимо адсорбироваться разными звенья­ми своей цепи на нескольких частицах пигмента, связы­вая их достаточно длинными и гибкими мостика-

_МИ45, 84, 106, 107 (р_ИС< Ю.9).

247

Катионные полиэлектролиты, адсорбируясь в водной среде на частицах минеральных веществ, резко умень­шают отрицательный электрический заряд, свойственный многим суспензиям. Полианиониты, наоборот, способст­вуют увеличению отрицательного заряда частиц¹⁰⁷. Высо­комолекулярные полиэлектролиты в малых концентраци­ях вызывают флоккуляцию частиц пигмента, а при по­крытии более 0,5 поверхности — стабилизацию. Адсорби руясь на частицах пигмента, такие полиэлектролиты

придают им полнмерофильность, хорошо связывая и> с дисперсионной средой.

В качестве стабилизирующих добавок в углеводород ных средах широко используют также олеаты и нафте наты алюминия, цинка, кальция*⁰⁸. Вследствие своей поверхностной активности они адсорбируются на пигмеи тах за счет ковалентных и координационных связей с образованием объемной структуры, в узлах которой на ходятся частицы пигмента⁶³* ^,09. Стеарат алюминия с трудом растворяется при нагревании, а при охлаждении переходит в гель. Стеарат цинка практически нераство­рим. Отличаясь высокой дисперсностью в красочных сус­пензиях, они снижают блеск покрытий и действуют как стабилизаторы, предупреждающие образование твердо

го осадка пигментов при хранении эмалей и красок. Стеарат цинка имеет исключительно высокую гидрофобность и повышает водостойкость покрытий.