олгое время считалось, что наполнители в лакокрасочных материалах (ЛКМ) играют, как бы, пассивную роль в отношении свойств лакокрасочной композиции. На сегодняшний день стало очевидно, что наполнители оказывают существенное влияние на такие свойства ЛКМ, как распределение частиц пигмента в ЛКМ, структуру и реологические свойства краски (розлив и вязкость), ряд наполнителей механически укрепляют структуру покрытия, повышают твердость, атмосферостойкость покрытий. Важным моментом так же является себестоимость ЛКМ, и так как в красках с высокой концентрацией пигмента укрывистость можно сохранить на достаточном уровне, заменив часть непрозрачного пигмента наполнителем, а так как наполнители существенно дешевле пигментов, себестоимость готовой краски снижается.
Наполнители отличаются от пигментов относительно низким показателем преломления света - он колеблется в пределах 1,45 - 1,75, а так как эти показатели мало отличаются от показателей преломления органических пленкообразователей, то наполнители обычно не способствуют укрывистости красок в данных системах. Однако, в водных красках, после испарения воды и заполнения пор воздухом, наполнители имеют достаточную укрывистость, и могут существенно снижать содержание дорогостоящих пигментов в составе ЛКМ (1). Разделение на отдельно пигменты и отдельно наполнители во многом условно, и на практике чаще оперируют понятием пигмент-наполнитель. Однако, это вовсе не означает, что пигмент-наполнитель "дублирует" свойства пигментов. Как правило, пигменты-наполнители несут ряд специфических свойств - армируют пленку покрытия, изменяют реологию красок, обладают матирующим эффектом и т.д. Наполнители получают двумя способами:
• измельчением пород и осадочных отложений (отсюда и название - природные или натуральные);
• химическим осаждением (их называют осажденными). Частицы природных пигментов-наполнителей существенно крупнее, чем у продуктов, полученных осаждением.
Пигменты-наполнители имеют различную форму частиц, зависящую от формы кристалла химического соединения и от способа измельчения. Их существует два - сухой и мокрый. Мокрый размол и микронизация дают более гладкие и круглые частицы, что является более предпочтительным сухому размолу, так как гладкие частицы вызывают в процессе производства ЛКМ меньший износ оборудования (2). Форма кристаллов частиц пигментов-наполнителей определяет три типа строения: зернистый, игольчатый и пластинчатый. Пигменты-наполнители имеющие игольчатое строение частиц дают осадок в краске в виде неупорядоченного кистеобразного слоя, который затем легко удаляется путем перемешивания в отличии от плотных осадков, образованных наполнителями зернистого строения (в частности, при использовании в качестве наполнителя в воднодисперсионных системах только дешевого мела МТД-2 образуется очень плотный "камнеподобный" осадок, который практически не перемешивается). Кроме того, игольчатые наполнители укрепляют структуру сухих пленок как армирующие добавки. Использование таких наполнителей весьма целесообразно в грунтовках, так как при применении данного типа наполнителя пленка грунтовочного слоя имеет шероховатую поверхность, что существенно увеличивает адгезию последующих слоев.
Особо ценными свойствами обладают наполнители с пластинчатой (чешуйчатой) формой частиц (каолин, тальк, слюда). Благодаря своей форме в ЛКП они стремятся расположиться слоями, находящимися друг над другом. Такая упаковка частиц является значительно более плотной и создает перекрывание зазоров между слоями, что в свою очередь существенно понижает газо-, водо-, светопроницаемость покрытий. Наиболее известным и давно применяемым пигментом-наполнителем для лакокрасочных систем является карбонат кальция (мел, известняк, мрамор) СаСО3 - природный продукт белого цвета. Основным минералом для всех трех разновидностей карбоната кальция является кальцит (известковый шпат) - СаСО3 тригональной структуры. Мел представляет собой отложения раковин морских организмов (это тонкозернистая разновидность известняка). Содержание карбоната кальция в меле достигает 95%, примесями являются глины, глауконит, оксиды железа. Известняк и мрамор имеют явно выраженное кристаллическое строение. Известняк - самая распространенная осадочная порода, используемая для получения извести, цемента и т.п., а так же как исходный продукт для получения наполнителя в лакокрасочной промышленности. Основной примесью в известняке к карбонату кальция является карбонат магния (до 3%), присутствующий в виде доломита - МgCO3*CaCO3 , а также небольшие количества окислов алюминия (до 0,15%) и железа (до 0,25%). Большинство известняков образовалось в результате отложений кальциевых солей, карбонизованных растворенной в воде двуокисью углерода (4). Карбонат кальция широко применяется в производстве лакокрасочных материалов, пластмасс, резины, герметиков, бумаги, косметических и фармпродуктов.
Обычные сорта карбоната кальция имеют высокую химическую активность в карбоксилсодержащих пленкообразующих системах (алкидных и пр.) и благодаря этому существенно могут быть повышены защитные свойства покрытий (водо- и коррозионностойкость, механическая прочность и другие показатели). Наполнители на основе карбоната кальция широко применяются в водных красках, используемых для отделки жилых помещений, а также для простой побелки (в смеси с известью). Основным достоинством мела является способность понижать внутренние напряжения в покрытиях (так как он является мягким минералом). Из кристаллического светлого мрамора получают специальные сорта карбоната кальция (кальциты), имеющие высокий коэффициент отражения, малую маслоемкость и которые значительно менее гидрофильны и химически активны, чем мел.
Для получения высокодисперсного наполнителя его подвергают микронизации (используют механическое, струйное и ультразвуковое измельчение). Измельченный мрамор (микрокальцит) применяется для получения светлых атмосферостойких покрытий, но особенно рекомендуется в материалах, в которых требуется повышенная прочность и твердость (маркировочные покрытия, дорожная разметка и пр.). Его также используют в антикоррозионных грунтовках, эксплуатируемых в атмосфере кислых сред. На сегодняшний день в связи с ростом объема выпуска воднодисперсионных лакокрасочных материалов был разработан ряд специальных пигментов-наполнителей, получаемых модификацией каолина, кремнезема и целого ряда других минеральных и синтетических наполнителей, а также ультрадисперсные (микронизированные) наполнители, введение которых в ЛКП в комбинации с диоксидом титана позволяет сохраняя укрывистость и атмосферостойкость покрытий существенно снизить себестоимость последних. Кроме того, использование микронизированных наполнителей позволяет значительно интенсифицировать процесс изготовления лакокрасочных материалов в результате замены бисерных машин на более производительные диссольверы (3). Компания "Единая Торговая Система" предлагает сегодня на рынке карбонат кальция (кальцит) - продукт финского производителя "NORDKALK FC" - мелко перемолотая, химически очищенная (прошедшая флотационную обработку) смесь кальций карбоната белого цвета. Сырьевой химический состав: | СаСО3 | > 98,0% | | | Fe2O3 | < 0,15% | | Содержание примесей не растворимых в HCl | < 0,7% | | Твердость (по Мосу) | 3,0 |
Характеристика | Метод испытания | Марка | | | FC 2,5 | FC 5 | FC 7 | FC 10 | | Остаток на сите 45µ, % | ISO 787/7 | < 0,1 | < 0,2 | < 0,5 | < 1,0 | | Верхняя граница (d98), % | Седиграф | 14 | 22 | 30 | 40 | | Средний размер частиц (d98), µ | Седиграф | 2,5 | 5 | 7 | 10 | | Белизна (Ry, С/2°), % | DIN 53163 | 96 | 96 | 95 - 96 | 95 | | Влажность, % | ISO 787/2 | < 0,2 | < 0,2 | < 0,2 | < 0,2 | | Насыпная плотность г/см | ISO 787/11 | 0,9 | 1,1 | 1,2 | 1,3 | | pH | ISO 787/5 | 9,5 | 9,5 | 9,5 | 9,5 | | Маслоемкость, г/100 г | ISO 787/5 | 23 | 20 | 18 | 16 |
Не лишне будет еще раз напомнить, что качественную краску можно сделать только на качественном сырье! Литература: 1. П.И.Ермилов, Е.А.Индейкин, И.А.Толмачев. "Пигменты и пигментированные лакокрасочные материалы", Ленинград, "Химия", 1987г.
2. Г.Ф.Пэйн "Технология органических покрытий", том 2 - "Пигменты и пигментированные покрытия", Государственной научно-техническое издательство химической литературы, Л.-1963 г.
3. И.А.Толмачев, В.В.Верхоланцев "Новые воднодисперсионные краски", Л., "Химия", 1979 г.
4. Л.Ф.Корсунский, Т.В.Калинская, С.Н.Степин "Неорганические пигменты" справочник, С-Пб, "Химия", 1992 г.
5. Е.Ф.Беленький, И.В.Рискин "Химия и технология пигментов", Л., "Химия", 1974 г. Единая Торговая Система,
www.utsrus.com |
