ДИСПЕРГИРОВАНИЕ ПИГМЕНТОВ

Флоккуляция под влиянием воды

Пигменты всегда содержат от 0,2 до 2% адсорбцион­ной воды, что примерно отвечает равновесной влажно- jjcTU на воздухе при 25 °С. В зависимости от величины ‘удельной поверхности пигмента и степени ее гидрофиль- ности дисперсные системы до определенного предела !|мало чувствительны к присутствию воды. Если вода по­рывала лишь часть поверхности пигментных частиц, то при смачивании пигментов олифой или лаком она вы- есняется более активными адсорбатами и образует эмульсию типа «вода в масле» или солюбилизируется внутри мицелл поверхностно-активных веществ. Когда же частицы гидрофильного пигмента покрыты сплошной водной оболочкой, то в малополярных связующих про­исходит полная флоккуляция с выпадением рыхлого садка большого объема^55-*⁵⁷.

Стремление системы к сокращению поверхности раз- ела углеводород — вода приводит к слиянию — коалес-

ценции водных оболочек частиц (рис. 10.4). Общая по­верхность раздела фаз углеводор'од — вода несколько снижается, и создается сплошная прочная гелеобразная структура⁵⁸. Такие структуры не поддаются механиче­скому разрушению, так как это привело бы к увеличе­нию поверхности раздела фаз углеводород — вода. До­бавление органической жидкости совместимой с водой

(например, спирта) также не повысит дисперсность⁵⁹. В данном случае необходима добавка поверхностно-ак­тивного вещества с более сильными полярными группа­ми, способными хемосорбироваться и вытеснять воду с поверхности пигмента^60-62 (например, алкидных смол). Чтобы вытеснить молекулы воды, связанные с поверх­ностью пигмента водородными связями, необходимо рез­ко увеличить продолжительность процесса диспергиро­вания при одновременном нагреве композиции.

Действие смачивающих добавок, вводимых в пленко­образующее, зависит от их растворимости. Олеиновая кислота, хорошо растворимая в углеводородах и не рас­творимая в воде, способствует смачиванию и дисперги­рованию пигментов н предотвращает флоккуляцию. До бавка небольшого количества н-бутанола, ограниченно растворимого в углеводородах и в воде, во многих слу­чаях способствует диспергированию, в то время как вве­дение значительного количества я-бутанола может вы­зывать флоккуляцию⁶³.

Известные опыты П. А. Ребиндера⁵⁷, Харкинса и Ган­са⁵⁶ по диспергированию тщательно высушенной поляр­ной двуокиси титана в осушенном бензоле, не смачиваю-

щем поверхность пигмента, приводили к коагуляции, т. е. показали невозможность диспергирования. Введе­ние олеиновой кислоты в количестве, достаточном для образования мономолекулярного слоя на поверхности частиц двуокиси титана, делали эту поверхность непо­лярной, что сообщало ей смачиваемость, и пигмент при­обретал способность диспергироваться в бензоле. Добав­ка воды приводит к флоккуляции пигмента-⁴, что объ­ясняют вытеснением олеиновой кислоты (с поверхности пигмента) водой⁶³. Однако флоккуляция не обязательно вызывается вытеснением молекул олеиновой кислоты из адсорбционного слоя. Вследствие мозаичности поверхно­сти пигмента вода может занимать другие свободные активные центры и вызывать флоккуляцию в результа­те образования связей—мостиков между отдельными ча­стицами.

Сильно полярные низкомолекулярные фракции ал кидных смол адсорбируются селективно⁶⁵ и хорошо вы­тесняют воду с поверхности пигментов. При адсорбции полимеров присутствие следов воды в растворителе (па- пример, в бутаноле) вначале задерживает адсорбцию полимера, но затем адсорбированная вода постепенно вытесняется с поверхности пигмента макромолекулами, причем не только полярных полимеров, но даже таких неполярных, как полистирол⁶⁶. Выделяющаяся вода сни­жает растворяющую способность бутанола, что приводит к увеличению адсорбции полимера по сравнению с ад­сорбцией из осушенного растворителя. Льняное масло, очищенное от природных поверхностно-активных веществ (лицетина и свободных жирных кислот), образует агре­гированные системы с низкой критической объемной кон центрацией пигмента, которые флоккулируют в присут­ствии воды.

Для таких неполярных пигментов, как сажа и многие органические пигменты, наличие воды при диспергиро­вании имеет второстепенное значение, так как на по­верхности этих пигментов влага не образует сплошного слоя⁶⁷ и легко вытесняется полярными и неполярными растворителями. При приготовления смешанных красок (например, серых) с использованием гидрофобной сажи и гидрофильных белил в случае совместного замеса мо­жет произойти флоккуляция⁶⁸. Это объясняется тем, что вытесненная с поверхности сажи зода будет адсорбиро­
ваться на гидрофильном .белом пигменте, имеющем десятки раз меньшую поверхность. Стабильность краснії может быть достигнута, если пигменты диспергировать^ раздельно и каждую композицию выдержать до со-.- зревания, т. е. до установления адсорбционного и дис­персионного равновесия, я только после этого их сме шать.

Для выяснения влияния воды на образование структур была определена зависимость реологических свойств паст от содержания в них связующего | при использовании влажных н высушенных пигментов** |

при степени покрытия поверхности двуокиси титана во­дой, равной 0,08, достигается максимальная адсорбция органических веществ, наилучшие дисперсионные и ста­билизирующие свойства суспензий в неводных средах. Авторы этих работ экспериментально установили нали­чие на поверхности рутила двух типов адсорбции моле­кул воды: хемосорбции через гидроксильные группы по­верхности пигмента и физической адсорбции посредст­вом водородных связей с хемосорбированными молеку­лами воды, причем физически адсорбированная вода все­гда способствует флоккуляции пигмента.

Считают⁷³, что вода, присутствуя в незначительных количествах на поверхности пигмента в виде ионов Н+ и ОН^-, может являться инициатором хемосорбции по­лярных молекул.

Из сказанного следует, что присутствие небольшого количества воды при наличии в связующем активно хе­мосорбирующихся на поверхности данного пигмента полярных веществ не приносит вреда⁷⁴. Но время дис­пергирования при этом увеличивается, так как процесс вытеснения воды всегда требует определенного времени, что сказывается на скорости установления адсорбцион­ного равновесия.

на друга. Следовательно, пр смачивании железного сурика алкидным лаком моле кулы воды вытесняются с поверхности пигмента более полярными молекулами смолы и не влияют на харак­тер структурирования паст.

Опыты по диспергированию в шаровых мельницах влажных и высушенных пигментов (железного сурика, цинковых белил и двуокиси титана) показали, что при их диспергировании в полярных растворителях неболь­шое количество влаги в пигменте (1—2%) не оказыва­ет заметного влияния или даже несколько ускоряет про­цесс диспергирования по сравнению с высушенными пигментами⁶⁹. Содержание до 0,45% влаги в двуокиси титана и до 3% в железной лазури благоприятствует их диспергированию в органических средах⁶⁷-⁷⁰. В резуль­тате определения теплот адсорбции, электрофоретиче-