Новые способы поверхностной обработки цветных пигментов
Многие годы разработчики рецептур водно-дисперсионных (ВД) ЛКМ сталкивались с трудностями при достижении высококачественного черного цвета, связанными с проблемой диспергирования и стабилизации пигмента на основе газовой сажи. ВД-ЛКМ, образующие покрытия глубокого черного цвета можно получить только при использовании большого количества диспергаторов и длительном диспергировании. Новые способы поверхностной обработки пигментов, разработанные в компании Cabot Corporation, устраняют эту проблему, возникающую при производстве водно-дисперсионных ЛКМ.
Новейшая технология Cabot обеспечивает образование функциональных групп непосредственно на поверхности пигмента. В полярных композициях положительно заряженные ионы отрываются от частицы, выводя на поверхность гидрофильные группы, которые облегчают диспергирование пигмента в воде и позволяют оптимизировать его свойства для получения различных материалов.
При производстве автоэмалей черные пигменты, обработанные с помощью этой технологии, диспергируют в течение в 5 раз меньшего времени, необходимого для диспергирования необработанных пигментов. Содержание диспергирующих добавок в пигментной пасте может быть снижено, при этом цвет получаемых покрытий соответствует промышленным стандартам.
Традиционной дилеммой для производителей пигментов и разработчиков рецептур ЛКМ является устранение взаимосвязи между площадью поверхности пигментных частиц или качеством цвета и диспергируемостью пигмента. При уменьшении размера первичных частиц площадь их поверхности возрастает, и пигмент диспергируется намного труднее.
Зависимость насыщенности цвета пигмента от его способности к диспергированию преодолевают двумя способами.
Во-первых, широкое распространение получило использование диспергирующих добавок, позволяющих уменьшить количество энергии, необходимой для достижения полного диспергирования пигмента, за счет снижения поверхностной энергии частиц и улучшения смачиваемости.
Для более эффективного диспергирования и предотвращения флокуляции вся поверхность частиц пигмента должна быть покрыта диспергирующим агентом. Отсутствие флокуляции является залогом стабильности цвета и вязкости получаемого ЛКМ. Чем меньше размер и больше площадь поверхности частиц пигмента, тем большее количество диспергатора необходимо использовать.
К сожалению, диспергаторы имеют ряд недостатков. Они являются поверхностно-активными веществами и способствуют образованию пены и микропены, повышают поглощение покрытием воды и влаги, снижают адгезию и антикоррозионные свойства покрытий и отрицательно влияют на качество цвета, являясь причиной формирования мутных матовых покрытий. Кроме того, диспергаторы являются одним из наиболее дорогих компонентов ВД-ЛКМ.
Новейшая технология Cabot обеспечивает образование функциональных групп непосредственно на поверхности пигмента
Другим общим подходом к диспергированию пигментов с высокой площадью поверхности является простое измельчение в течение продолжительного времени. В основном, время измельчения зависит от рецептуры, диспергирующего оборудования и характера среды.
Химическая природа поверхности частиц пигмента также влияет на его способность к диспергированию. Наиболее распространенной поверхностной обработкой пигментов на основе газовой сажи является так называемое «окисление», в процессе которого увеличивается число химически адсорбированных на поверхности кислородсодержащих функциональных групп, некоторые из которых, в том числе гидроксильные, взаимодействует с подобными группами полимерного пленкообразователя. Такое взаимодействие повышает способность пигмента к диспергированию и повышает его стабильность в ЛКМ.
Недавно ряд крупных компаний начали выпуск других пигментов с поверхностной обработкой для улучшения диспергирования, а также производство самодиспергирующихся пигментов.
Наиболее общим подходом к повышению способности не черных пигментов диспергироваться является адсорбция небольшого количества пленкообразователя на поверхность пигмента.
Хорошая диспергируемость сажи, как в полярных, так и в неполярных средах, способствует увеличению интенсивности цвета, а также усилению синего и глубокого черного оттенков. Улучшение способности к диспергированию также связано со снижением поверхностной энергии пигмента и повышением смачиваемости в полярных и неполярных средах.
Эффективность способов обработки поверхности частиц существенно зависит от полярности материала. Рост популярности полярных материалов, в особенности ВД-ЛКМ, в последние 20 лет способствовал разработке промышленных способов обработки поверхности, при которых полярность среды катализирует получение пигментных дисперсий.
К полярным материалам, кроме ВД-ЛКМ, относятся органорастворимые композиции, содержащие гликоли и спирты, которые также имеют полярную природу. Поверхностная обработка, обсуждаемая в данной статье, одинаково эффективна при диспергировании сажи в воде, гликолях, спиртах и других полярных средах.
В новых способах обработки поверхности, разработанных Cabot Corporation, для улучшения диспергируемости пигментов на основе газовых саж используют полярную природу ВД-систем.
В запатентованном способе производства на поверхность газовой сажи добавляют функциональное соединение, которое химически связывается с поверхностью частиц, причем связь стабильна даже при высоких температурах.
Наиболее заметные преимущества такой обработки можно продемонстрировать при сравнении цвета покрытий, содержащих необработанную, окисленную и обработанную с помощью описанной выше технологии сажу. Продукты Cabot Corporation, полученные с использованием новой технологии, выпускают под маркой Emperor.
Сравнительные испытания были проведены при получении акрилового ВД-ЛКМ.
Показано, что использование продуктов Emperor позволяет получать стабильные материалы, так как соединение, способствующее снижению поверхностной энергии, химически связано с частицей пигмента. Материал стабилен даже после выдержки при 500С в течение 10 сут. Повышение стабильности материала при длительном хранении является преимуществом для разработчиков рецептур, в задачу которых входит создание ЛКМ с устойчивостью к колебаниям температуры при хранении, длительным сроком хранения и низкими затратами на транспортировку и переработку.
Josh Preneta, Lang Nguyen, Koen Burger, Cabot Corporation, USA
