3.2. ПИГМЕНТИРОВАНИЕ ОДНОФАЗНЫХ ВОДОРАЗБАВЛЯЕМЫХ ПЛЕНКООБРАЗУЮЩИХ СИСТЕМ

Водоразбавляемые грунтовки и эмали находят все возрастающее применение. Наносят их различными способами, но чаще всего электроосаждением. Пленкообразователями служат олигомеры, содержащие ионогенные группы (карбоксильные для анодного и аминогруппы для катодного электроосаждения) в количестве, обеспечивающем растворимость в воде после нейтрализации основаниями или кислотами. Для повышения совместимости с водой такие олигомеры растворяют в полярных органических растворителях, спиртах (изобутиловом, изопропиловом), кетонах (ацетоне, метилэтилкетоне), эфирах этиленгликоля и их смесях. В процессе адсорбции на пигментах такие растворители могут конкурировать с олигомерами. Принципиального различия в пигментировании лиофильных водоразбавляемых систем и ранее рассмотренных органорастворимых лаковых систем нет.

Водоразбавляемые материалы должны иметь высокую агрегативную и кинетическую устойчивость, чтобы не происходило избирательного осаждения отдельных компонентов при нанесении методом электроосаждения. Поэтому для пигментирования используют высокодисперсные химически инертные пигменты и наполнители, содержание водорастворимых солей в которых не превышает 0,2 мас. %. В состав водоразбавляемых грунтовок и эмалей вводят сиккативы и пеногасители (кремнийорганические соединения). После тщательной гомогенизации и созревания эмали фильтруют и в виде концентрированных кислых суспензий отправляют потребителям. Полную нейтрализацию, разбавление деминерализованной водой (содержание нелетучих веществ снижается с 45–50 до 8–15 мас. %) и доведение до рабочей вязкости производят потребители.

3.3. ПИГМЕНТИРОВАНИЕ ОДНОФАЗНЫХ НЕЛЕТУЧИХ ПЛЕНКООБРАЗУЮЩИХ СИСТЕМ

Пластигели – твердообразные дисперсные системы полимерных пленкообразователей. Внутри надмолекулярных структур полимеров распределены жидкие нелетучие пластификаторы.

82

Пленкообразователями служат гомо- и сополимеры винилхлорида, ацетаты и нитраты целлюлозы, эфиры метакриловой кислоты и др. Пластификаторы I рода (в которых полимеры набухают) внедряются в надмолекулярные структурные пачки и располагаются вокруг них. Пластификаторы II рода находятся только в межпачечных пространствах, они ограниченно совместимы с полимерами и служат как бы смазкой между крупными надмолекулярными структурами. Пластификаторами являются низкомолекулярные и полимерные нелетучие вещества: эфиры фталевой, фосфорной и других кислот, парафины, хлорпарафины, касторовое масло и др. Многие из них считаются хорошими диспергаторами.

Высокодисперсные пигменты смешивают и диспергируют в среде жидких пластификаторов в тихоходных смесителях, а затем гомогенезируют на трехвалковых краскотерочных машинах. Полученные пигментные пасты смешивают с набухшими в пластификаторах полимерными пленкообразователями и высоковязкие пасты длительное время гомогенизируют в двухчервячных смесителях или на трехвалковых краскотерочных машинах.

Пигментированные пластигели – труднотекучие пасты с высоким содержанием хорошо диспергированных пигментов – являются удобной выпускной формой так называемых преддиспергированных пигментов. Они легко набухают и разводятся в соответствующих лаках с образованием высококачественных эмалей.

3.4. ПИГМЕНТИРОВАНИЕ ДВУХФАЗНЫХ СИСТЕМ

Двухфазные микрогетерогенные пленкообразующие системы (дисперсии лиофобных полимеров) состоят из твердой дисперсной фазы (нерастворимого полимера) и жидкой фазы (воды или органических жидкостей – растворителей, разбавителей, пластификаторов). Пигменты и наполнители в таких красочных системах являются второй твердой фазой. Твердые дисперсные полимеры не смачивают вводимые пигменты и наполнители, и если жидкая фаза не обладает поверхностно-активными свойствами, необходимо добавление ПАВ-диспергаторов.

3.4.1. Водно-дисперсионные системы

Водоразбавляемые водно-дисперсионные краски делают на основе дисперсий полимеров в воде с размером частиц от 0,1–0,2 мкм

83

(бутадиен-стирольные, полиакрилатные) до 0,5–5,0 мкм (поливинилацетатные). Такие системы стабилизируют, как правило, анионоактивными (соли щелочных металлов высших жирных кислот) или неионогенными ПАВ. Стабильность таких дисперсий обусловлена свойствами двойного диффузионного электрического слоя (теория ДЛФО), и всякое его нарушение ведет к коагуляции латексов. Поэтому вода, пигменты и наполнители не должны содержать водорастворимых солей поливалентных металлов, понижающих порог коагуляции латексов. Пигменты должны обладать стойкостью к действию щелочей и не изменять рН среды.

В двухфазных пигментированных системах одновременно существуют две границы раздела фаз: твердый полимер – вода и пигмент – вода, нуждающиеся в стабилизации. Непосредственное введение пигментов в латексы приводит к перераспределению – переходу ПАВ с частиц пленкообразователя на поверхность пигментов, после чего стабилизированные ПАВ дисперсии пленкообразователей теряют устойчивость и коагулируют.

Для сохранения устойчивости системы проводится предварительная обработка поверхности пигментов и наполнителей ПАВ. Как недостаток, так и избыток ПАВ может вызывать флокуляцию пигмента. Необходимое количество ПАВ-диспергатора в каждом случае устанавливают экспериментально. Для этого титруют примерно 70%-ную суспензию пигментов в воде раствором ПАВ-диспергатора известной концентрации. После каждой добавки ПАВ-диспергатора измеряют вязкость и строят график зависимости вязкости от количества диспергатора, приходящегося на единицу массы пигмента. Точка минимальной вязкости отвечает оптимальному количеству ПАВ-диспергатора.

Оптимальное количество воды для диспергирования пигмента устанавливают по его влагоемкости, которую определяют, аналогично маслоемкости, титрованием водой.

Пигменты и наполнители с высокой гидрофильностью, например каолин, диатомит, можно использовать только в небольших количествах, иначе происходит задержка воды при отверждении покрытий.

Водно-дисперсионные краски – принципиально неустойчивые и необратимые системы. При замораживании кристаллы льда, сжимая дисперсную фазу, вызывают ее коагуляцию. Для увеличения морозостойкости в краски вводят антифризы, для подавления

84

пенообразования – пеногасители и другие добавки целевого назначения. Примерный состав водно-дисперсионной краски следующий, мас. %:

Технология изготовления водно-дисперсионных красок из латексов состоит из трех последовательных стадий:

–подготовка водного полуфабриката;

–диспергирование пигментов и наполнителей в водном полуфабрикате;

–составление краски совмещением пигментной пасты с пленкообразующей дисперсией – латексом и постановкой на тип путем введения отдельно подготовленных цветных пигментных паст и других добавок.

Для приготовления водно-пигментных паст используют гидрофильные пигменты (диоксид титана) и наполнители (мел, кальцит). Гидрофобные пигменты и наполнители предварительно гидрофилизуют, модифицируя их поверхность ПАВ. Для воднодисперсионных красок изготавливают специальные сорта диоксида

титана с высоким содержанием SiO2 (4,5–7,5%) и А12О3 (3,0–4,5%).

(А12О3 изменяет заряд частиц TiO2 с отрицательного на положительный в зависимости от рН среды.) Ионы Са2+ и других поливалентных металлов, вызывающие коагуляцию, связывают добавками 0,1–5,0% метафосфата натрия.

В деминерализованную воду вносят все необходимые компоненты, нагревают смесь до 50–60°С и перемешивают в течение 1–2 ч.

85

Затем загружают пигменты и наполнители из такого расчета, чтобы общее содержание твердой фазы было 50–60 мас. %, перемешивают и диспергируют в диссольвере и, при необходимости, бисерной мельнице до нужного размера частиц. Диспергированные водные пасты пигментов совмещают с дисперсией пленкообразователя при непрерывном перемешивании на протяжении 2–3 ч.

Разработан метод получения латексных глянцевых красок непосредственно в процессе полимеризации в водной среде акриловых, винилацетатных и бутадиен-стирольных мономеров. В этом случае диспергированные пигменты и наполнители, загустители, эмульгаторы, защитные коллоиды и другие ингредиенты вводят в

мономерную смесь в процессе полимеризации.

Возможно получение самопигментированных водоразбавляемых материалов синтезом осадочных пигментов в среде пленкообразователей, например фосфата хрома в водном растворе продуктов кислотного гидролиза поливинилацетата.

3.4.2. Органодисперсные системы

Двухфазные органодисперсные материалы состоят из твердой дисперсной фазы (золя нерастворимых полимеризационных лиофобных пленкообразователей: поливинилхлорида и его сополимеров, политетрафторэтилена, акриловых сополимеров, полиэтилена и др.) и жидкой дисперсионной среды. Дисперсионной средой для органозолей являются растворители – диспергаторы полимеров (бутилацетат, кетоны, циклогексанон) и разбавители – ароматические и алифатические углеводороды (уайт-спирит). Для пластизолей дисперсионной средой являются пластификаторы. Объемное содержание пигментов и наполнителей в органодисперсных материалах составляет всего 2–12%, ϕкр < 20%, так как размер частиц полимеров в десятки раз больше пигментных частиц.

Пигменты и наполнители для органодисперсий выбирают с наименьшей маслоемкостью, чтобы снизить избирательную адсорбцию ими пластификаторов и диспергаторов полимеров. Используют свето- и термостойкие пигменты, выдерживающие повышенные температуры (более 150°С) при отверждении покрытий и не обладающие фото- и термокаталитической активностью.

Для пигментированных органодисперсных материалов раздельно готовят дисперсии полимеров, диспергируя их в мельницах или получая эмульсионной полимеризацией, и дисперсии пигментов. Диспергирование пигментов осуществляют в виде густых

86