Лакокрасочные материалы и покрытия. Принципы составления рецептур

Составление рецептур лакокрасочных материалов Объемная концентрация пигментов

После образования пленки в покрытии остается только нелетучая часть лакокра­сочного материала (массовая доля нелетучего вещества). Важнейшие параметры ре­цептур, такие, как степень наполнения, объемная концентрация пигментов (ОКП) и мас­совое соотношение пленкообразователя и пигментов, всегда соотносятся с содержани­ем нелетучего вещества.

Под степенью пигментирования понимают отношение суммарного массового коли­чества пигментов и наполнителей к содержанию пленкообразователя.

Термин ОКП определяется как отношение объема пигментов к общему объему от­вержденной пленки, выраженное в %. Под объемом пигментов следует понимать сум­марный объем пигментов и наполнителей.

Vп + Vн

ОКП = • 100%,

^П + Ун +

Где /п - объем пигментов;

/н - объем наполнителя;

/Пл - суммарный объем пленкообразователя и других компонентов (отверди - телей, пластификаторов, модификаторов).

Объем каждого компонента (V) рассчитывают как частное от деления массы (т) на плотность (р):

Т

У =-------

Р

Плотность пигментов и наполнителей, как правило, приводится в соответствующих справочниках и сертификатах на материалы. Усредненные значения плотности отверж­
денных пленок пленкообразователей можно найти в справочной литературе [15]. Для наиболее распространенных пленкообразователей они приведены в табл. 1.7.

Таблица 1.7

Средняя плотность некоторых отвержденных пленкообразователей

Следует иметь в виду, что для пленкообразователей, поставляемых в виде раство­ров, обычно дается информация о плотности раствора, а не сухой пленки.

Степень наполнения различных лакокрасочных материалов сильно различается. Например, эмали для глянцевых покрытий имеют ОКП 10 — 20%, водно-дисперсионные краски для матовых покрытий - от 40 до 85%, лессирующие краски — менее 10%.

Важным критерием возможности наполнения лакокрасочных материалов является значение критической объемной концентрации пигмента (КОКП). КОКП — это такая объемная доля (в %) пигмента или наполнителя в лакокрасочном составе, которая пол­ностью смачивается пленкообразователем и заполняет пустоты между частицами. При этом пигменты и наполнители располагаются плотно друг к другу. При превышении КОКП пористость лакокрасочной пленки стремительно растет. Величина КОКП в значи­тельной степени зависит от формы частиц применяемых пигментов и наполнителей, а также от их распределения. Для водно-дисперсионных красок значение КОКП состав­ляет около 60%.

Влияние концентрации пигмента или степени пигментирования на свойства покры­тий можно показать на примере алкидной эмали, содержащей красный железооксид­ный пигмент и сульфат бария в качестве наполнителя в соотношении 1:1. Степень пиг­ментирования эмали составляет 1 : 1 и 4 : 1 (по массе), что соответствует расчетному значению ОКП 21 и 51% соответственно. Свойства полученных покрытий приведены на рис. 1.27. С увеличением степени пигментирования покрытие становится более жест­ким и значительно менее эластичным, блеск стремительно уменьшается.

В табл. 1.8 приведены рецептура лакокрасочного материала и состав лакокрасоч­ного покрытия гооячей сушки. На практике все расчетные значения рецептур даются с точностью до одного знака после запятой. Массовые доли сухого остатка, как правило, в рецептурах не приводятся, их получают расчетным путем.

Таблица 1.8

Упрощенная рецептура лакокрасочного материала горячего отверждения

Расчет стегюни пигментирования

Пигмент (ТЮг) 35,6

Сумма пленке образователей (нелетучая часть) 30,6 + 5,0 = 35,6

Степень пигментирования (пигмент/пленкообразователь) 35,6 : 35,6 = 1:1

Расчет КОКП плотность диоксида титана рутильной модификации р = 4,1 г/см3, плотность сухой меламиноалкидной пленки р — 1,2 г/см3 (по табл. 1.7).

35,6/4,1

КОКП = --------------------------------------------------- «100% = 23%.

35,6 / 4,1 +30,6/1,2 + 5/1,5

Приведенный расчет КОКП носит лишь приближенный характер, так как истинная плотность пленкообразователя и отвердителя после сушки не известна. Однако для многих областей применения такая точность расчета достаточна.

Для масляных пленкообразователей критерием оценки величины КОКП может слу­жить показатель маслоемкости.

Под маслоемкостью (или степенью адсорбции масла) понимают количество льняно­го масла (стандартного качества, кислотное число около 2,8 мг КОН/ЮО г), которое при

Добавлении по каплям способно адсорбироваться на пигменте или наполнителе при пе­ремешивании шпателем на стеклянной пластинке (DIN ISO 787 Т.5). Маслоемкость вы­ражают количеством граммов льняного масла на 100 г пигмента.

Применение этого показателя для других пленкообразователей, даже с учетом раз­ницы в плотности, недопустимо, так как при этом необходимо учитывать специфиче­скую природу жидкости и ее смачивающую способность. Определение маслоемкости имеет большую погрешность (до 50% от абсолютного значения).

Ниже приведены значения маслоемкости для ряда пигментов и наполнителей (в со­вокупности с другими их свойствами).

Таблица 1.9

Свойства некоторых пигментов и наполнителей

Из табл. 1.9 видно, что с ростом удельной поверхности маслоемкость возрастает, однако увеличение происходит непропорционально. Это можно объяснить следующим образом:

• маслоемкость определяется не только поверхностью раздела фаз пигмента и льняного масла, но и плотностью упаковки частиц, а также свободным объемом, заключенным между частицами пигмента. Между маслоемкостью и показателем КОКП есть определенная корреляция;

• предполагают, что льняное масло адсорбируется не на всех участках поверхно­сти, на которых адсорбируются молекулы азота, особенно в случае частиц пиг­мента тонкого помола (при определении удельной поверхности).

На адсорбцию льняного масла, в отличие от неспецифической адсорбции азота, мо­гут влиять не только разница в размере молекул, но и полярность поверхности пигмента.

Следует отметить, что удельная поверхность пигментов и наполнителей (по БЭТ) лишь приблизительно описывает величину поверхности раздела фаз в лако­красочных материалах. Более важным показателем является маслоемкость, кото­рая служит мерой необходимого количества пленкообразователя для пигментиро­ванных материалов.

Зная маслоемкость пигмента (М), можно легко рассчитать величину КОКП и рецеп­туру масляных красок. В справочной литературе можно найти плотность пигмента рп, а плотность льняного масла рм равна 0,93 г/см3

Рп * М

КОКП = 100/(1 +---------- ).

Рм * 100

Пример расчета КОКП для масляной краски, содержащей красный железооксид­ный пигмент (р„ = 5,0 г/см3):

5*24

КОКП = 100 / (1 +---------- ) = 43,7 » 44.

0,93*100