1.3 Укрывистость

Укрывистость, или кроющая способность красочной пленки определяется отражением и поглощением света, которые, в свою очередь, являются следствием рассеяния и поглощения света частицами пигмента. В соответствии с ГОСТ 8784-75 под укрывистостью понимают массу материала, отнесенную к единице поверхности при условии, что коэффициент контрастности между участками над черной поверхностью подложки и белой не менее 0,98.

Величина, обратная укрывистости носит название кроющая способность. Кроющая способность выражается в м²/кг, в Европе единицы измерения кроющей способности – м³/л.

Согласно теории Рэлея и теории Ми рассеяние света возрастает с ростом показателя преломления частиц дисперсной фазы (точнее с ростом разности показателей преломления дисперсной фазы и дисперсионной среды). Действительно, кроющая способность белых пигментов с ростом показателя преломления n сильно возрастает (таблица 1) [7].

Таблица 1 – Значение укрывистости и кроющей способности белых пигментов

Пигмент	Показатель преломления	Укрывистость, г/м2	Кроющая способность, м2/кг
Диоксид титана: рутил анатаз	2,72 2,55	25-40 30-45	32,5 27,5
Оксид цинка (ZnO)	2,05	100-140	8,5
Литопон (ZnS.BaSO4)	1,84	110-140	8,0
Свинцовые белила (2PbCO3.Pb(OH)2)	1,94-2,0	140-200	6,0

Кроющая способность показывает площадь в м², которую можно укрыть израсходовав 1 кг пигмента или лакокрасочного материала.

Укрывистость интенсивно окрашенных и черных покрытий определяется главным образом поглощением света.

Для хроматических пигментов значение коэффициентов рассеяния и поглощения различны на разных длинах волн. Хроматические пигменты, обладающие кроющей способностью должны иметь высокий коэффициент рассеяния только в минимуме поглощения, так как рассеяние в максимуме приводит к снижению чистоты цвета.

Пигменты, не обладающие кроющей способностью, так называемые лессирующие, имеют низкие коэффициенты рассеяния в видимой области спектра, недостаточно высокие для обеспечения кроющей способности коэффициенты поглощения или размеры частиц, при которых, практические не наблюдается рассеяния света – чаще всего менее 100 нм.

Пластинчатые и чешуйчатые частицы пигментов, имеющие более плотную упаковку по сравнению со сферическими обладают большей кроющей способностью. Такие частицы способны к листованию в покрытии, за счет чего происходит перекрывание рассеянного светового потока.

В общем случае, равномерное распределение частиц пигментов в покрытии способствует росту укрывистости при оптимальном наполнении.

Методы определения укрывистости [10,11]:

1) визуальный метод. С помощью шахматной доски визуально определяют толщину слоя краски на стеклянной пластине при которой достигается полная укрывистость. Стеклянная пластина считается укрытой если глаз человека перестает видеть черно-белую подложку шахматной доски.

Укрывистость пигмента вычисляют по формуле:

Где m₁ – масса пластинки со слоем краски, г;

m₀ – масса неокрашенной пластинки, г;

m_п – навеска пигмента, израсходованного при получении краски, г;

m_м – навеска льняного масла, израсходованного при получении краски, г;

S – площадь поверхности пластины

2) метод контрастных отношений (инструментальный метод).

Краску наносят на стеклянные пластины из прозрачного бесцветного стекла размерами примерно см, толщиной 1,2-1,8мм. Пластинки перед этим промывают сначала теплой мыльной водой, а затем чистой водой, высушивают, взвешивают с точностью до 0,01 г и измеряют их длину и ширину с точностью до 0,5 мм. Перед нанесением краски пластинку протирают ватой, смоченной спиртом, а затем насухо вытирают.

Краску наносят аппликаторами или кистью на 4 подготовленные пластинки. Движениями кисти вдоль и поперек пластинка получают слой краски равномерной толщины. Желательно, чтобы пластинка со слоем краски минимальной толщины имела коэффициент контрастности не менее 0,7-0,8, остальные более высокий, но не превосходящий 0,98.

На покрытую пленкой подложку (подложка в виде шахматной доски) накладывают поочередно стеклянные пластинки и регулируют толщину слоя так, чтобы для первой пластинки квадраты подложки были ясно видны, для второй – слегка просвечивали, для третьей – были едва различимыми и для четвертой – еще полностью не исчезли. Затем снимают краску, налипшую на ребра и обратную сторону пластинок, и взвешивают пластинки с точностью до 0,01 г.

Толщину слоя краски Н (в мм) на пластинках рассчитывают по формуле:

;

где - масса краски, нанесенной на пластинку, г;

S – площадь пластинки, мм² ;

- плотность краски, г/см³

Плотность краски (в г/см³) вычисляют по формуле:

;

где - масса пигмента, израсходованного при получении краски, г;

- навеска льняного масла, израсходованного при получении краски, г;

- плотность пигмента, г/см³;

- плотность льняного масла, при 20⁰С, г/см³;

Вычислив по уравнению:

;

где R_ч(L_ч) и R_б(L_б) яркость (коэффициент отражения) слоя краски на черной и белой подложке соответственно

значение коэффициентов контрастности С для каждой пластинки, рассчитывают значения кроющей способности F_к (в м²/кг), соответствующие нанесенным на пластинки слоям краски по формуле:

;

где S – площадь пластинки, мм² ;

m₁ – масса пластинки со слоем краски, г;

m₀ – масса неокрашенной пластинки, г.

Укрывистость краски и пигмента определяют по графику (рисунок 7) на оси абсцисс которого нанесена равномерная шкала для кроющей способности краски F_к (в м²/кг) и укрывистости краски D_к (в г/м2), а на оси ординат – равномерная шкала для коэффициента контрастности С.

Рисунок 7 – Определение укрывистости пигментированного лакокрасочного материала

Нанеся на график точки с координатами, соответствующими значениями F_к и С для каждой пластинки, поводят прямую, наиболее близкую к этим точкам. С помощью этой прямой определяют соответствующие С=0,98 значения кроющей способности F_к и укрывистости D_к краски. Укрывистость пигмента Dп (в г/м2) вычисляют по формуле:

;

где - масса пигмента, израсходованного при полученииикраски, г;

- навеска льняного масла, израсходованного при получении краски, г;

3) определение укрывистости с использованием теории ГКМ.

Этот метод часто называют двухконстантным, так как при падении монохроматического света на тонкие слои одной и той же краски отношение констант – коэффициента поглощения света K к коэффициенту рассеяния света S – является постоянной величиной для различных длин волн света, которая определяется по формуле:

где - минимальное значение коэффициента отражения в коротковолновой части спектра при данной длине волны

Для цветных красок суммируют значения K/S, определенные для различных длин волн света спектрофотометрическим методом. У белых пигментов значения K и S незначительно изменяются с длиной волны и для них принимают:

где - яркость (коэффициент отражения) переукрывающего слоя краски, т.е. слоя такой толщины, что дальнейшее ее увеличение не влияет на яркость

Укрывистость краски D_к (в г/м²) рассчитывают по формуле:

;

где Н_у – минимальная толщина слоя краски, при клоторой достигается ее укрывистость, мкм;

- плотность краски, г/см³;

При определении Н_у по двухконтрастному методу на одну тонкую бесцветную прозрачную стеклянную пластину наносят неукрывающий слой краски, а на другую – заведомо переукрывающий слой краски. затем измеряют коэффициент отражения переукрывающего слоя и при наложении пластинки с неукрывающим слоем на черную подложку – коэффициент отражения неукрывающего слоя . Измерив коэффициенты отражения слоев краски только на двух пластинках и определив толщину Н (в мкм) неукрывающего слоя, по формуле КГМ можно рассчитать Н_у и тем самым определить укрывистость краски.

При условии, что коэффициент контрастности С=0,98, коэффициент отражения белой подлоэжки R_б=0,80, а черной подложки R_ч=0, была получена следующая формула для определения Н_у для белых и светлых цветных красок с :

где R₀ – коэффициент отражения неукрывающего слоя, наложенного на черную подложку с R_ч=0.

оптические константы a и b вычисляются по формулам:

Величины Р и а зависят только от . Установлено, что в пределах , с погрешностью .

Подставив в формулу, приведенную выше для расчета Ну это выражение для Р, получаем:

;

Данная формула получена при условии наложения пластинки с неукрывающим слоем краски на черную подложку с коэффициентом отражения R_ч=0.

При отсутствии такой черной подложки, т.е. для случая когда , в формулу вводят коэффициент m и заменяют в ней R₀ на R’ , где R’ – коэффициент отражения неукрывающего слоя краски на черной подложке с , но не более 0,05. Формула принимает следующий вид:

Коэффициент m вычисляют по формуле:

За результат испытания принимают среднеарифметическое трех параллельных определений, допускаемые расхождения между которыми не должны превышать 3% [10,11].