Лакокрасочные материалы и покрытия. Принципы составления рецептур
Характеристика дисперсных систем
Дисперсные системы крайне разнообразны. Их можно классифицировать как по дисперсной фазе, так и дисперсионной среде. Известны дисперсии твердого вещества в твердом (например, порошковые краски), твердого в жидком (большинство жидких лакокрасочных материалов), жидкого в жидком (разнообразные эмульсии, например эмульсии жидкой эпоксидной смолы в воде), твердого и жидкого в газах (аэрозоли, дымы, туман).
Другим критерием классификации дисперсных систем является размер частиц дисперсной фазы (рис. 1.1). Дисперсии с диаметром частиц 5 — 1000 нм называются коллоидами или коллоидными системами. Свойства дисперсий определяются главным образом внутренней поверхностью раздела фаз.
Дисперсные системы
Грубое распределение Коллоиды Молекулярные растворы
0 > 1000 нм (1 мкм) 0 от 1000 до 5 нм 0 < 5 нм
------------------------------------------------------------------------------------------------------------- >
Уменьшение размера частиц - увеличение степени дисперсности
Рис. 1.1. Классификация дисперсных систем по размеру частиц дисперсной фазы
Под молекулярными растворами в данном случае понимают системы с распределением компонентов на молекулярном уровне.
Пигментированные материалы, как правило, состоят из двух фаз: дисперсной фазы — частицы пигментов или наполнителей (размер кристаллических образований 10 — 1000 нм, а размер частиц обычно больше);
Дисперсионной среды — пленкообразователь, его раствор или дисперсия в жидкой среде (дополнительная граница раздела фаз).
Полимерные дисперсии содержат:
Дисперсную фазу — полимерные частицы размером 50 — 5000 нм;
Дисперсионную среду — чаще всего воду.
Таким образом, применяемые в лакокрасочной промышленности дисперсии пигментов, полимеров и олигомеров представляют собой грубые или тонкие коллоидные системы.
Зависимость между величиной поверхности и размером частиц дисперсной фазы давно определена [1, 2] и рассчитана на модели, в качестве которой выбран куб с длиной грани 1 см и поверхностью 6 см2. Каждую грань этого куба делят на 1С частей, получая 10x 10x 10 = 1000 кубиков с длиной грани 1 мм и общей поверхностью 60 см2. Такой процесс деления можно продолжать. При длине грани кубика 1 мкм их число составит 1012, а общая поверхность - 6 м2.
Увеличение поверхности при измельчении частиц важно до тех пор, пока атомы или молекулы на поверхности частиц приобретут более высокую энергию, чем атомы или молекулы, находящиеся внутри частиц. В частицах низкомолекулярных веществ диаметром 10 нм около 25% молекул находится на границе раздела фаз. Таким образом, понятие «коллоид» характеризует состояние веществ, определяемое большой удельной поверхностью и высокой величиной поверхностной энергии.
Таблица 1.1
Средний размер частиц и удельная поверхность некоторых пигментов и наполнителей
|
Наименование |
Диаметр частиц, нм |
Удельная поверхность, м2/г |
|
Изометрические частицы |
||
|
Сажа (углерод) |
||
|
- газовая |
13 |
460 |
|
- пламенная |
95 |
20 |
|
Диоксид кремния |
||
|
- молотый кварцевый песок |
16 000 |
0,9 |
|
- пирогенная кремниевая кислота |
7 |
390 |
|
Пигмент голубой фталоцианиновый |
||
|
- модификации 1 |
50 |
72 |
|
- модификации 2 |
100 |
36 |
|
Карбонат кальция |
||
|
- осажденный |
80 |
20 |
|
- мраморная^ка |
2500 |
3,4 |
|
Диоксид титана рутильной модификации |
||
|
- ультратонкий прозрачный |
10-20 |
45-110 |
|
- кроющий немодифицированный |
250-300 |
«6 |
|
Пигмент красный железооксидный |
||
|
- прозрачный |
20 |
100 |
|
- кроющий |
300 |
6 |
|
Таблица 1.1 (продолжение)
|
Примечание. Примеры соответствуют конкретным промышленным продуктам с максимально тонким и грубым размером частиц.
Данные, приведенные в табл. 1.1, показывают зависимость размеров частиц пигментов и наполнителей различной природы от их поверхности. Для пигментов и наполнителей, применяемых в промышленности, как правило, наблюдается сравнительно широкое распределение частиц по размерам.
Из данных таблицы можно сделать следующие выводы:
• с увеличением размеров частиц уменьшается их удельная поверхность;
• анизометрические частицы по сравнению с изометрическими имеют большую удельную поверхность, что следует из их геометрических характеристик.
|
Данные табл. 1.2 подтверждают, что максимальные значения некоторых технических характеристик пигментов приходятся на коллоидную область. |
Свойства дисперсных систем в зависимости от размера частиц [1] представлены на рис. 1.2. С увеличением степени дисперсности изменяются такие характеристики, как помутнение, фильтруемость, диффузия и диализ. Насыщенность оттенка и опалесценция, напротив, имеют максимальные значения в коллоидной области.
Таблица 1.2
Свойства железооксидных пигментов в зависимости от размера частиц [1]
TOC o "1-5" h z Размер частиц, нм 100 150 170 250 300 350 450 800 900 1000
Удельная поверхность ---------------------------------------- Уменьшение---------------------------------------------------- >
Маслоемкость Уменьшение---------------------------------------------------- >
Оттенок Становится голубым------------------------------------------------ >
Насыщенность оттенка <------- Уменьшение----------------------------- Уменьшение------------------------------- >
Укрывистость <------- Уменьшение----------------------------- Уменьшение------------------------------- >
Примечание. Насыщенность оттенка и укрывистость имеют максимальные значение при среднем размере частиц около 300 нм (рис. 1.2).
