Дисперсные порошки для покрытий поверхности

Дисперсные порошки для покрытий поверхности

Дисперсные порошки некоторых минеральных и органических материалов используются в качестве пигментов для покрытий поверхностей, требующих защиты от внешних воздействий агрессивных сред; они определенным образом влияют на свойства таких покрытий, как краски, эмали, литографические краски и т. п. Пигменты – красящие вещества, высокодисперсные окислы или соли поливалентных металлов (неорганические пигменты) или же синтетические (органические) красители, нерастворимые в воде и обладающие определенным цветом. Неорганические пигменты – высокодисперсные окрашенные порошки, нерастворимые в воде и пленкообразующих веществах и имеющие высокий показатель преломления (обычно >1,55). Делятся на: природные, или минеральные, и синтетические; по цвету – на ахроматические (белые, серые , черные) и хроматические (цветные); по назначению – на декоративные, защитные (противокоррозионные), целевого назначения (противообрастающие, светящиеся, бактерицидные, и др.) В качестве пигментов используются оксиды (соединения элементов с кислородом — основные: Na₂O, CaO, FeO; кислотные или ангидриды : CO₂, P₂O₅, SO₃ и амфотерные: ZnO, Al₂O₃), сульфиды (неорганические – соединения S c металлами, а также с более электроположительными , чем S, неметаллами) и соли переходных металлов (Fe, Co, Cr и др.), компмлексные соединения, порошки цветных металлов (Al, Cu, Zn, Fe, Ni) и сплавов (бронзы, латуни), сажа. Основные характеристики пигментов:

1. укрывистость (кроющая способность) – свойство пигментов делать невидимыми (перекрывать) цвет закрашиваемой поверхности; оценивается количеством пигмента в г, необходимым для получения на стеклянной пластинке площадью 1 м² непрозрачного слоя краски;
2. красящая способность (интенсивность) – свойство передавть свой цвет другим пигментам, с которым и он тщательно перемешан; оценивается в % по отношениюк красящей способности эталона (для белых пигментов аналогично оценивается разбеливающая способность);
3. маслоемкость – минимальное количество пленкообразующего (обычно льняного масла) в г, необходимое для превращения 100 г сухого пигмента в однородное пастообразное состояние;
4. диспергируемость – способность измельчаться и распределяться в дисперсионной среде;
5. светостойкость – способность сохранять свой цвет при воздействии естественного и искусственного дневного света.

Получают неорганические пигменты: — путем измельчения природного сырья, например, в производстве железного сурика, умбры; — химическим осаждением из водных растворов (например, литопон); — реакцией в паровой или газовой фазе с последующей конденсации продуктов реакции (ZnO из Zn, TiO₂ из TiCl₄, сажа из природного газа); — прокаливание (Cr₂O₃ из хромпика, красные железоокисные пигменты из железного купороса, ультрамарин – из каолина и серы); К природным пигментам относится также охра. Основные компоненты охры – гидроксиды Fe (неорганические соединения, содержащие одну или несколько групп ОН) c примесью алюмосиликатов. По цвету охры делят на светло-желтые (содержат 12 – 25 % Fe в пересчете на Fe₂O₃, средне-желтые (25- 40%), золотисто-желтые (40 – 75%). Изумрудная зелень – пигмент, получаемый прокаливанием смеси хромпика с H₃BO₃. Содержит 91 — 99% Сr₂O₃*nH₂O, где n=1-2; остальное – B₂O₃. Отличается высокой атмосферо- и химстойкостью, однако менее термостойка, чем Сr₂O₃. Глауконит – минерал зеленого цвета, водный алюмосиликат железа, магния и калия; твердость 2 – 3, уд. вес 2,2 – 2,8. Применяется для изготовления краски, для уменьшения жесткости подземных вод и как калийное удобрение; месторождения в Украине, в Курской, Орловской, Московской и кировской областях России. В некоторых случаях для лучшей диспергируемости пигменты обрабатывают ПАВ. Применяются пигменты для изготовления лакокрасочных материалов (грунтовок, красок, эмалей) и полиграфических красок; крашение в массе неорганических стройматериалов, пластмасс, химических волокон, резин, клеёнки, бумаги, кожзаменителей. Некоторые пигменты токсичны. В СНГ запрещено использование свинцовых белил 2PbCO_3* Pb(OH)₂, медномышьяковистых зеленей Cu(AsO₂)_2*nCu(OH)_*mH₂O(n=1 – 3), ртутных пигментов; ограничено применение свинцовых кронов (пигменты, окраска которых обусловлена присутствием иона CrO²₄). При сравнительном описании дисперсных порошков упор делается на свойства первичных частиц – их размеры, форму и т. д. Не менее важным является анализ свойств дисперсных порошков, оцениваемых с позиций их применимости, и достигаемых путем соответствующей их обработки, например путем распределения его в матрице, спекания, обработки их поверхности и т. д. и т. п. Такая классификация является несколько произвольной, но позволяет рассмотреть вопросы применения дисперсных порошков отдельно от тех их свойств, которые обычно называют «химико-технологическими». Так, определенные химические свойства пигмента позволяют определять его пригодность в красках для наружных покрытий, а физические свойства играют роль при определении блеска, текстуры, стойкости и толщины покрытия. Любая химическая реакция или физический процесс, в которой принимает участие твердое тело, протекает на поверхности раздела. Механизм, кинетика и другие характеристики подобных реакций могут исследоваться на массивных образцах или тонких пленках. acheter chaussures nike Доступная при этом площадь поверхности мала, концентрация сорбированных объектов или продуктов реакции на поверхности тоже низка. При использовании дисперсного порошка с большой удельной поверхностью объемное соотношение концентраций может быть увеличено. Повышенная удельная поверхность влияет на скорость реакции, протекающей на поверхности. Для многих реакций, таких реакций как разбавление и растворение, скорость приблизительно пропорциональна площади доступной поверхности. Свободная поверхностная энергия (избыток энергии поверхностного слоя на границе раздела фаз, обусловленной различием межмолекулярных взаимодействий в обеих фазах) дисперсного порошка может быть значительной. Например, в случае частиц железного порошка диаметром несколько нанометров (сотен Å), свободная поверхностная энергия составляет несколько сотен калорий на моль. Эта энергия связана с дефектами структуры твердого тела, отклонениями от стехиометрии (соотношения между количествами вступающих в реакцию реагентов и образующихся продуктов) и т. д., неотделимая от поверхности; она обычно снижается за счет адсорбции (концентрирование вещества – адсорбата, из объема фаз на поверхности раздела), происходящей на поверхности. Свободная поверхностная энергия линейно уменьшается с ростом температуры Эта энергия оказывает настолько кардинальное влияние на свойства дисперсного порошка, что свойства поверхности раздела становятся идентичными свойствам дисперсного порошка. Так, при армировании эластомеров (каучук, резина) размеры частиц оказываются более существенными, чем их природа, независимо от того, представляют они собой уголь, окись кремния карбонат кальция и т.д. Другие свойства (например, регулирование вязкости путем образования суспензии окиси кремния) в гораздо большей степени зависят от природы частицы и от её поверхности. Эта поверхность всегда чем-то покрыта; характер связи между поверхностью и её покрытием зависит от энергетики поверхности, которая является отражением природы частицы.

Химическая природа поверхности частиц

Суммарная свободная поверхностная энергия твердого тела уменьшается при адсорбции на поверхности как жидкостей, так и газов. Это может быть отображено как использование «разорванных связей», существование которых, как можно полагать, обусловлено разрывным характером поверхности твердого тела. Прочность связи между адсорбатом (поглощаемым веществом) и адсорбентом (поглощающим веществом – твердое тело) непрерывно изменяется от слабой физической адсорбции инертного газа, наблюдающейся только при низких температурах, до хемосорбции, скрытая теплота которой обычно превышает 40 ккал/моль, а сила связи сравнима с силой обычной химической связи. Десорбция ( удаление адсорбированного вещества с поверхности адсорбента) хемсорбированного вещества часто сопровождается химическими изменениями, так что хемсорбция непрерывно переходит в химическую реакцию. Когда эта связь слабая, адсорбат может быть заменен другим, который связан более сильно и дополнительно снижает свободную поверхностную энергию. Так, окисленные поверхности, будучи вынесенными на воздух, покрываются слоями воды, а не азотом. Поверхности адсорбентов энергетически неоднородны, что обусловлено поверхностной топографией, а также положением атомов на поверхности и вблизи неё. Поэтому могут существовать центры адсорбции, различающиеся между собой по силе и реактивности, так, что в зависимости от конкретных условий молекулы адсорбата оказываются связанными с определенными атомами поверхности или же могут обладать какой-то степенью подвижности на ней. Большинство окислов обладает полупроводниковыми свойствами, обусловленными малыми отклонениями от стехиометрии. Однако для описания того, что происходит на поверхности окисла, вообще не обязательно использовать полупроводниковые свойства. Например, влияние хемсорбции кислорода, водорода и т. д. на стехиометрию (соотношение между количествами вступающих в реакцию реагентов и образующихся продуктов) окиси цинка отражается в изменениях проводимости порошка, которые могут быть измерены на дисперсных порошках. Это весьма обширная область, сформировавшаяся в отдельное научное направление: она имеет свою терминологию, словари, журналы. Пленка краски, имеющей хорошую укрывистость имеет толщину порядка 20 мкм, поэтому все частицы пигмента должны быть еще меньше и изменяться от 10 мкм, и, по-видимому до 0,01 мкм В текстах книг или литографической печати пленка краски имеет толщину менее 3 мкм, поэтому верхний предел для размеров частиц еще более ограничен. При чем этот верхний предел ограничивает не только размер частиц, но и любых агломератов из этих частиц, образовавшимися в процессе нанесения покрытия. Итак, пигменты являются одним из двух наиболее масштабных применений субмикронных порошков. Краткий анализ влияния пигмента на свойства поверхностного покрытия позволит выявить те свойства пигмента, которые играют здесь определяющую роль.

Физические свойства поверхности

Тиксотропия (обратимые изменения физико-механических свойств полимерных и дисперсных систем при механическом воздействии в изотермических условиях) и вязкость поверхности Суспензии в жидкостях многих частиц примерно одинаковых размеров, таких как зерно, уголь, руда, цемент и т. д., обладают так называемыми бингамовскими свойствами пластичности. adidas ultra boost Свойства такого рода могут быть интерпретированы как обусловленные образованием в суспензии взаимосвязанной структуры, способной противостоять силам, меньшим предела текучести. Подобные материалы могут использоваться для увеличения вязкости путем образования густых суспензий, однако получающееся при этом относительное увеличение вязкости невелико. Тиксотропия – это снижение вязкости при непрерывном сдвиге; её часто проявляют суспензии размерно анизотропных частиц, имеющих вид дисков, пластинок и так далее. Тиксотропия рассматривается как результат стремления частиц к комкованию или к образованию определённых структурных связей. Одним из возможных механизмов этого явления обусловлено водородной связью. Преимущественной поверхностной группой на oкиси кремния, алюминия и окиси титана, контактирующих с воздухом является гидроксил (ОН). Гидроксильные группы стремятся образовать связи с другими гидроксильными группами; можно, предполагать, что начала таких связей ответственно отчасти за высокую степень комкования дисперсных порошков. Итак, когда дисперсный порошок такого гидроксилированиого типа погружают в жидкость, его свойства начинают зависеть от полярности этой жидкости. В полярной жидкости, которая сама способна к образованию водородных связей, частицы порошка будут окружены жидкостью и связаны с ней. После диспергирования в такой жидкости частицы опять будут стремиться связываться друг с другом. nike air max soldes Межчастичная связь вызывает гораздо больший рост вязкости, чем связь частицы с жидкой средой. Оба типа связи легко paзрываются при сдвиге и восстанавливаются при отталкивании.

Факторы, определяющие блеск и текстуру (особенность связи, соединения элементов) пленки.

Блеск возникает при отражении в определенном направлении, на поверхность пучка света, падающего на поверхность. Блеск создается гладкостью поверхности, мера которой гораздо больше длины волны света (длина в. св. в вакууме от 400 до 760 нм (40 -70 Å). 10^-1 нм = 10^-4 мкм =10^-8 см =10^-10 м = 1Å Как непрозрачность, так и блеск значительно улучшаются при использовании глины в качестве наполнителя и покрывающего материала. Если частицы глины имеют в диаметре менее 2 мкм, они имеют вид гексагональных пластинок. Подобные частицы ложатся своей плоской частью на поверхность бумаги и это дает сравнительно непроницаемую, блестящую и непоглощающую поверхностную пленку. Поверхность такого рода обеспечивает более яркие цвета печати. В отсутствие анизотропной (зависимость физико-механических свойств вещества от направления измерения) морфологии глин дисперсные порошки придают бумаге более матовый окончательный вид, но позволяют осуществлять довольно тщательное регулирование реологии покрытия. Это особенно важно тогда, когда покрытие наносится валиком. Тиксотропная (обратимое изменение физ. Christian Louboutin Pas Cher –мех. св-в, коагуляционных контактов дисперсных систем при мех-м возд. в изотермических условиях) покрывающая смесь обеспечивает меньшую шероховатость поверхности

Влияние на реологию поверхности покрытия

Реология (деформационные свойства реальных тел) оказывает огромное влияние на качество поверхностных покрытий. Пигмент окажется совершенно бесполезным, если он обеспечит достаточную прозрачность только при таких концентрациях, что покрытие окажется слишком густым для нанесения. Этого можно избежать, используя пигмент с высокой забивающей способностью или с сильным окрашивающим действием. В противоположном случае, когда покрытие оказывается слишком тонким для легкого нанесения, добавка наполнителя увеличивает «тело». Наполнителями служат дешёвые материалы с меньшим показателем преломления, чем у пигментов, в последнее время для улучшения густоты покрытия начали использовать дисперсные порошки, особенно окись кремния. Подобные дисперсные порошки в смеси с соответствующими органическими веществами характеризуются определенной степенью тиксотропии (обратимостью физико-механических свойств), что положительно сказывается на свойствах как обычных, так и на типографских красках.

Технические пигменты для поверхностных покрытий

Для поверхностных покрытий могут использоваться как неорганические, так и органические пигменты. Органические цветные пигменты характеризуются более устойчивыми цветами по сравнению с неорганическими. Однако, поскольку последние часто оказываются дешевле, такие материалы, как различные формы окиси железа, по-видимому, будут использоваться и в дальнейшем (с.74 — перевод) …. Интенсивное диспергирование твердой фазы с одновременной активацией частиц, характерное для газодинамического диспергирования, может быть использовано в производстве лаков и красок. Железоокисные пигменты, например, диспергируются до размеров менее 20 мкм в течение нескольких секунд, в то время, как в шаровых мельницах время помола составляет несколько часов. В процессе измельчения пигментов идет одновременно и измельчение с поверхности самих ферромагнитных частиц. Для белых и светлых красок это неприменимо. Однако для красок разных цветов добавка металла не только не ухудшает свойств, но зачастую даже значительно их улучшает.