ДИСПЕРГИРОВАНИЕ ПИГМЕНТОВ

Энергетика диспергирования

Из всех процессов производства красок и эмалей процесс диспергирования всегда был наиболее трудоем­ким и энергоемким. На изготовление 1 т змали затра­чивается в среднем 70 квт-ч электроэнергии. При этом коэффициент полезного использования энергии при ме­ханическом диспергировании составляет 0,1 — 1%, осталь­ная энергия переходит в тепловую и рассеивается в ок­ружающем пространстве или отводится охлаждающей водой.

Между тем при рассмотрении отдельных элементар­ных процессов, происходящих на поверхности предвари­тельно хорошо размолотого дисперсного сухого пигмен­та, при его взаимодействии с растворами пленнообра- зующего (смачивание, адсорбция, пептизация) было вид­но, что они протекают с выдельннем тепла и общий за­пас свободной энергии системы понижается^{10 11} (см. !гл. 3, 4, 6).

На рис. 9.1 схематически показано изменение уровня поверхностной энергии красочной системы Е на различ­ных стадиях взаимодействия частиц высокодисперсного пигмента с раствором полимера¹². Во всех случаях имеет­ся в виду изменение общего балгнсэ поверхностной энергии пигмента и связующего. Порошкообразный йигмент обладает большим запасом поверхностной свободной энергии Е\ (помимо уже компенсированной в результате коагуляции частиц и адсорбции газов и влаги йз воздуха).

Для высокодисперсных пигментов с сильно развиты­ми коагуляционными структурами (например, сажи, 'железной лазури, аэросила и др.) величина Е\ велика, а

№

для пигментов, модифицированных органическими по­верхностно-активными веществами, — мала.

Под влиянием сдвиговых усилий (работа Лі) noaryv ляционные структуры пигмента разрушаются и диффу­зия жидкости к твердой поверхности облегчается. Часть твердой поверхности смачивается растворителем, небольшие подвижные молеку­лы которого адсорбируются в первую очередь. При этом вы­деляется теплота смачивания и уровень энергии снижается с Е_х до Е₂. Вслед за этим под влиянием перемешивания и нагревания (работа Л₂) адсор­бируются поверхностно-актив­ные вещества с низким моле­кулярным весом и некоторое количество полимера. Площадь адсорбционного покрытия до­стигает половины поверхности пигмента (а = 0,5) и уровень энергии снижается до Ё₃. При этом частично сохраняются прямые коагуляционные кон­такты между частицами пиг­мента и одновременно возника­ют новые мостпчные связи, т. е. происходит флоккуляция-, что приводит к возрастанию прочности паст. Это явле­ние отмечается во многих работах^12-14.

В состоянии покоя структура композиции не изме­няется, так как диффузия макромолекул в структуриро- ванной системе без активации перемешиванием практи­чески не имеет места. При продолжительном механиче-

высоким молекулярным весом, а изменение конформации адсорбированных молекул приводит к почти полному адсорбционному насыщению поверхности пигмента (а—И).

Очевидно, что при адсорбционном равновесии систе­мы, отвечающему и дисперсионному равновесию, уровень энергии системы Е$ будет наименьшим¹⁴. При непосред­ственном переводе высокодисперсных пигментов ИЗ ВйДт пых паст в «масляные» отбивкой воды количество затра­чиваемой работы А і и частично А₂ резко снижается.

При использовании высокодисперсных пигментов с модифицированной поверхностью, имеющей высокое -сродство к пленкообразующему, теоретически не требует­ся затраты работы А\, А₂ и А₃. В случае диспергирования ^пигментов в концентрированных растворах смол значения Л₃ и А₄ резко возрастают. Особенно значительны затра­ты энергии при сухом вальцевании паст. При использо­вании «тощих паст» работа Л₃ очень мала, но при добав­лении в эти пасты связующих работа А₄ может быть значительной.