Физико-химические свойства пигментов
Укрывистость пигментов. Маслоемкость и объем смачивания как технические показатели, характеризующие плотность упаковки смоченных порошков для конкретной системы пигмент-жидкость. Диспергирование, абразивность, светостойкость и фотохимическая активность.
| Рубрика | Строительство и архитектура |
| Вид | реферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 30.07.2015 |
| Размер файла | 44,6 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://allbest.ru
Физико-химические свойства пигментов
1.УКРЫВИСТОСТЬ ПИГМЕНТОВ
пигмент диспергирование смачивание
Одним из наиболее важных технических свойств пигментов является укрывистость, или кроющая способность. Под укрывистостью понимают способность пигмента или пигментированного материала делать невидимой поверхность, на которую наносится лакокрасочный материал.
Укрывистость, или кроющая способность красочной пленки определяется отражением и поглощением света, которые, в свою очередь являются следствием рассеяния и поглощения света частицами пигмента. В случае белых или слабоокрашенных пигментированных пленок на первый план выступает отражение света материалом покрытия Укрывистость интенсивно окрашенных и черных покрытий определяется главным образом поглощением света. Поверхность считается укрытой, если толщина красочной пленки такова, что отношение коэффициента отражения покрытия над черной подложкой Rч к коэффициенту отражения над белой подложкой Рб равно 0,98 (Rч/Rб = 0,98).
В случае хроматических пигментов значения коэффициентов рассеяния и поглощения, а следовательно, и коэффициентов отражения, различны для разных длин волн, поэтому при значениях необходимо указывать, для каких длин волн они определены. Хроматические пигменты, обладающие кроющей способностью, должны иметь высокий коэффициент рассеяния только в минимуме поглощения, так как рассеяние света в максимуме поглощения приводит к снижению чистоты цвета.
Пигменты, не обладающие кроющей способностью, так называемые лессирующие, имеют низкие коэффициенты рассеяния в видимой области спектра и недостаточно высокие для обеспечения кроющей способности коэффициенты поглощения. Чтобы цветные красочные пленки с такими пигментами были укрывистыми, в них добавляют пигменты, обладающие высокими коэффициентами рассеяния; роль лессирующих пигментов сводится только к селективному поглощению света и приданию, соответственно, определенной окраски пленке.
Рассеяние света частицами пигмента обусловлено разностью показателей преломления пигмента и среды, в которой он диспергирован. Еcли пигмент состоит из крупных частиц, значительно превышающих размерам длины волн видимого света, рассеяние сводится к многократному зеркальному отражению светового потока поверхностями частиц. При нормальном падении монохроматического света из среды с коэффициентом преломления n1 в среду с коэффициентом преломления n2 коэффициент отражения R определяется уравнением Френеля:
.(1.7)
Если же частицы пигмента соизмеримы с длиной волны, рассеяние света не подчиняется этому закону. При прохождении света через однородную среду все частицы подвергаются поляризации, зависящей от частоты электромагнитных колебаний. В результате поляризации образуются диполи с переменным электрическим моментом, которые тоже излучают свет, т. е. сами являются источниками электромагнитных колебаний. Согласно принципу Гюйгенса, свет, излучаемый диполями, распространяется в том же направлении, что и падающий поток, с интенсивностью падающего потока. 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 п сильно возрастает:
|
n |
Кроющая способность, м2/кг |
||
|
Диоксид титана (рутил) |
2,72 |
30,1 |
|
|
Диоксид титана (анатаз) |
2,55 |
23,6 |
|
|
Сульфид цинка |
2,37 |
11,8 |
|
|
Оксид цинка |
2,05 |
4,1 |
|
|
Свинцовые белила |
1,94 2,09 |
3,1 5,1 |
Возможно получение кроющих покрытий без пигментов за cчет формирования в красочной пленке пузырьков воздуха. В этом случае рассеяние света происходит благодаря превышению показателя преломления среды над показателем преломления воздушного пузырька.
Как следует из теории Рэлея и теории Ми, рассеяние света зависит от размеров частиц. Согласно теории Ми, зависимость светорассеяния от размеров частиц выражается кривой с максимумом. Максимум светорассеяния наблюдается для частиц с размерами 0,25 0,33. Зависимость рассеивающей способности пигментированного слоя от размеров частиц пигмента представлена на рис. 1.7.
Рис. 1.10. Зависимость рассеивающей способности покрытия от размеров частиц пигмента
Оптимальный с точки зрения укрывистости размер частиц белых пигментов d (в нм) определяется следующим соотношением:
.(2.7)
Из этого уравнения следует, что чем выше показатель преломления пигмента, тем выше степень дисперсности, необходимая для достижения максимальной укрывистости.
Определенное влияние на укрывистость оказывает и форма частиц пигмента. В частности, более высокой укрывистостью обладают пигменты, частицы которых имеют игольчатую или чешуйчатую форму. Частицы пигмента такой формы характеризуются более плотной упаковкой в покрытии. Чешуйчатые частицы способны к листованию, т. е. к расположению в пленке параллельно ее поверхности, за счет чего происходит полное перекрытие светового потока.
Укрывистость пигмента зависит от его объемного содержания в покрытии. Для каждого пигмента и конкретного типа пленкообразователя существует определенное объемное наполнение, при котором достигается максимальная укрывистость. С ростом наполнения расстояние между частицами уменьшается и увеличивается степень перекрытия светового потока. Однако при очень малых расстояниях между частицами сблизившиеся частицы оказывают воздействие на световой поток как одна крупная частица, т. е. имеет место снижение эффективной частичной концентрации пигмента в пленке. Расстояние между частицами, при которых несколько частиц оптически проявляют себя как одна, принимают равным половине длины волны света. Отсюда следует, что для достижения высокой укрывистости необходимо как можно более равномерное распределение пигмента в пленке.
Существует ряд методов экспериментального определения укрывистости. Визуальный метод основан на определении толщины красочного слоя на стеклянной пластинке, при котором перестают просвечивать белые и черные квадраты, нанесенные на подложку, на которую накладывается пластинка. Толщина кроющего слоя может быть определена экстраполяцией зависимости коэффициента контрастности, определенного инструментально, от толщины слоя пигментированного материала, нанесенного на черно-белую подложку, к значению Rч/Rб = 0,98. Используются инструментально-математические методы, основанные на двухконстантной теории Гуревича, Кубелки, Мунка с расчетом кроющей способности на ЭВМ.
2. СМАЧИВАЕМОСТЬ ПИГМЕНТОВ
Смачивание является первой стадией взаимодействия пигментов с растворами и расплавами пленкообразователей при производстве лакокрасочных материалов. Смачиваемость пигментов определяется как энергетическими параметрами систем, так и кинетическими, зависящими от размеров и формы пигментных частиц, плотности их упаковки структуры пор, а также вязкости смачивающей жидкости.
Различие между поверхностными явлениями смачивания и адгезии заключается в том, что смачивание происходит при наличии сопряженных фаз газовой, жидкой и твердой, а адгезия имеет место между двумя фазами жидкой и твердой после удаления газа, т. е. после смачивания.
3. МАСЛОЕМКОСТЬ И ОБЪЕМ СМАЧИВАНИЯ
Маслоемкость и объем смачивания это не физические константы, а технические показатели, характеризующие плотность упаковки смоченных порошков для каждой конкретной системы пигмент жидкость.
Маслоемкостью I рода называют количество льняного масла (в г), необходимое для получения из 100 г пигмента нерассыпающегося комочка пасты; маслоемкостью II рода количество льняного масла (в г), необходимое для получения из 100 г пигмента текучей пасты.
Маслоемкость I рода определяют, добавляя к навеске высушенного пигмента льняное масло при перемешивании без приложения больших усилий до образования одного комочка. Маслоемкость I рода можно рассчитать полагая, что масло расходуется 1) на образование адсорбционного слоя на поверхности частиц и 2) на заполнение пустот между отдельными частицами или их агрегатами, что зависит от плотности упаковки пигментных частиц и способности жидкости проникать между ними. Расход масла на образование адсорбционного слоя пропорционален удельной поверхности пигмента Sуд и толщине адсорбционного слоя ( = 2,5 4 нм). Известно, что при наиболее плотной гексагональной упаковке шаров одинакового размера их объем составляет 0,74 объема сосуда. Если принять объем частиц пигмента равным 0,7 объема сосуда, объем, занимаемый маслом между частицами пигмента, составит:
Тогда маслоемкость I рода равна:
,(3.7)
где м и п плотность масла и пигмента.
Для легкодезагрегируемых пигментов, таких, как диоксид титана, цинковые и свинцовые белила, крона, маслоемкость I рода составляет 15 24 г на 100 г и практические данные хорошо совпадают с расчетными. Для прочноагрегированных высокодисперсных пигментов, таких, как технический углерод, железная лазурь маслоемкость I рода составляет 50 200 г на 100 г и более. В этом случае в расчетной формуле упаковочный коэффициент 43 следует увеличивать в 4 16 раз. Аналогично маслоемкости определяют лакоемкость или водоемкость.
Плотность упаковки пигментных частиц может характеризовать объем пор, определяемый по объему смачивания 1 г пигмента. Объем смачивания Vсм равен числу миллилитров жидкости, всасываемой 1 г в приборе, где измеряется расход жидкости. Присутствие ПАВ в жидкости резко снижает объем смачивания: Так, присутствие алкидных олигомеров в толуоле снижает объем смачивания цинковых белил толуолом в 2,6 раза, так как происходит разрушение рыхлых агломератов, и иглообразные частицы ZnO укладываются более плотно параллельно друг другу. Объем смачивания позволяет оценивать смачиваемость данного пигмента разными жидкостями с добавками ПАВ. Для легкодезагрегируемых пигментов Vсм = 2 3 мл/г.
Объем смачивания высокодисперсных органических пигментов пользуют для определения так называемой текстуры пигментов Т.
(4.7)
Этот показатель характеризует прочность агрегатов, их способность под влиянием смачивания к дезагрегации. Значение Т для органических пигментов изменяется от 2 до 14. Чем больше Т, тем легче диспергируется пигмент; такие пигменты называют «мягкими» в отличие от «жестких» труднодиспергируемых с низким значением Т.
Текстуру пигментов, хотя и недостаточно точно, можно определив по маслоемкости:
(5.7)
4. ДИСПЕРГИРУЕМОСТЬ ПИГМЕНТОВ
Способность пигмента подвергаться диспергированию в тех иных средах можно оценивать по дисперсности, достигаемой в результате обработки пасты в каком-либо диспергаторе в течение установленного времени. Обычно для этой цели используют бисерные диспергаторы, наиболее распространенные в технологии пигментированных матриалов. Дисперсность определяется по прибору «Клин».
Диспергируемость пигментов можно оценивать также по изменению красящей способности в процессе диспергирования. Для оценки изменения красящей способности хроматических или черных пигментов пробы пигментной пасты, отобранные через определенные промежутки времени, смешивают с постоянным количеством пасты белого пигмента. Для оценки изменения разбеливающей способности белых пигментов исследуемые пробы смешивают соответственно со стандартной пастой какого-либо хроматического пигмента.
Изменение красящей способности, выражаемое изменением значения функции Гуревича Кубелки Мунка F, описывается следующим уравнением:
,(6.7)
где k константа скорости диспергирования; t продолжительность диспергюования F максимально достижимое значение функции Гуревича Кубелки Мунка. соот ветствующее бесконечно большой продолжительности диспергирования.
Эта зависимость может быть представлена в виде уравнения прямой:
(7.7)
Из уравнения (1.41) по экспериментальным данным легко определяется значение F, как обратная величина углового коэффициента, и k, как обратная величина отрезка, отсекаемого на оси ординат. Отношение F/k численно равно продолжительности диспергирования, необходимой для достижения половины предельного значения красящей способности. Это время, называемое сопротивлением диспергирования, является количественным критерием диспергируемости пигмента в тех или иных условиях.
Поскольку диспергируемость пигментов в среде пленкообразователя зависит не только от свойств пигмента, но и от условий диспергирования, последние должны быть стандартными. Регламентируется объем диспергатора, размер мелющих тел и частота вращения мешалки. Постоянными должны быть объемное наполнение контейнера диспергатора, мелющими телами и объемное содержание пигмента в пасте.
5. АБРАЗИВНОСТЬ ПИГМЕНТОВ
Абразивность, или истирающая способность, является одной из отрицательных характеристик пигментов. При измельчении пигментов, размоле и микронизации, перетире (диспергировании), непрерывном транспотировании в шнеках и трубопроводах происходит значительный износ рабочих поверхностей оборудования. Продукты истирания загрязняют пигменты и лакокрасочные материалы «намолом» или «натиром», часто изменяющим цвет лакокрасочных материалов, электрические, защитные и другие свойства покрытий. При диспергировании абразивных пигментов затрачивается большое количество энергии и многократно возрастает расход размалывающих рабочих тел (шаров в шаровых мельницах, поверхности валков краскотерочных машин и, особенно, стеклянного бисера в бисерных машинах), а также корпусов мельниц и сопел распылителей при окраске распылением.
Абразивность пигментов зависит от минералогической твердости вещества, а также формы и размеров полидисперсности частиц.
Твердость минералов определяется сопротивлением их поверхности царапанию и оценивается по 10-балльной шкале Мооса:
Увеличение твердости
Тальк1
Гипс2
Кальцит3
Корунд9
Алмаз10
Наибольшей абразивностью обладают кристаллы, обломки и сростки кристаллов изометрической формы.
Природный диоксид кремния кварцевый песок имеет твердость 7 и примесь его в природных железооксидных пигментах охре, мумии и других придает им высокую абразивность. В то же время природные высокодисперсные виды диоксида кремния диатомит, инфузорная земля и синтетические белая сажа, аэросил мягкие и неабразивные порошки. Твердость рутильной модификации диоксида титана 6,0 6,5, анатазной 5,5 6,0 вследствие различной плотности упаковки ионов в кристаллических решетках.
При выборе пигментов и способов их изготовления стремятся избавиться от абразивных примесей и избежать спекания кристаллов при высокотемпературной обработке. Природный желтый железооксидный пигмент охру освобождают от примесей кварцевого песка отмучиванием или заменяют синтетическим желтым железооксидным пигментом. При прокаливании пигментов стремятся снижать температуру. Диоксид титана рутильной модификации, полученный прокаливанием анатазной модификации, более абразивен, чем полученный с применением специальных рутилизирующих зародышей и прокаливаемый при более низкой температуре.
Абразивность пигментов количественно оценивают по уменьшению массы пластинки (диска) из талька, истираемой за 1 мин навеской пигмента 1 г в стандартных условиях. В зависимости от формы и размера частиц и условий их термической и механической обработки истирающая способность (в мг/мин) разных образцов пигментов колеблется в широких пределах:
Диоксид титана3 18
Желтые железооксидные пигменты5 30
Железный сурик10 80
Оксид хрома13 15
Крон свинцовый3 5
7. СВЕТОСТОЙКОСТЬ И ФОТОХИМИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ ПИГМЕНТОВ
Под светостойкостью понимают способность пигмента сохранять цвет под действием света. Большая часть неорганических пигментов и высококачественных органических пигментов светостойкости, Однако, у некоторых неорганических пигментов под действием света происходят те или иные изменения в структуре или составе, вызывающие, в свою очередь, изменение светлоты, чистоты цвета или цветового тона пигментов. Изменения цвета могут быть необратимыми или обратимыми (фототропия). Чаще всего изменение цвета связано с протеканием фотохимических окислительно-восстановительных процессов в самом пигменте или в системе пигмент пленкообразователь. Под действием света значительно меняется цвет свинцовых кронов, железной лазури особенно в присутствии пигментов, обладающих основным характером. Некоторые органические пигменты выцветают из-за частичного перехода в бесцветное лейкосоединение. Явление фототропии характерно для диоксида титана и литопона.
В любом случае фотохимические процессы в пигменте или в системе пигмент пленкообразователь вызываются главным образом света спектр которого соответствует малой отражательной способности пигмента. Чаще всего эта область приходится на коротковолновую, в основном УФ-часть спектра.
Качественно светостойкость оценивают либо по изменению светлоты, либо по полному изменению цвета при облучении в стандартных условиях.
Некоторые пигменты под действием света способны ускорять проще деструкции пленкообразователя за счет сенсибилизации окислительно-восстановительных процессов. Такое свойство пигментов называемое фотохимической активностью (ФХА).
Фотохимическая активность способность пигментов фотохимичски сенсибилизировать окислительно-деструкционные процессы, вызывающие разрушение пленкообразователей вблизи поверхности пигментных частиц. Фотохимическая активность пигментов зависит от их химической природы, размера и формы частиц, параметров кристаллической решетки и ее дефектности. Влияние дисперсности обусловлено изменением площади поверхности, на которой протекают фотохимические реакции в пигментированном покрытии.
Для каждого фотохимически активного пигмента существует оптимальная форма частиц, при которой пигмент обладает минимальной ФХА, благодаря минимальному запасу поверхностной энергии. Например, для оксида цинка оптимальной формой частиц является игольчатая форма.
Влияние параметров кристаллической решетки, примесей, дефектов обусловлено изменением энергии электронных переходов. Пигменты, имеющие плотные кристаллические решетки, минимальное количество дефектов и примесей имеют минимальную ФХА. С целью уменьше ФХА проводят обработку поверхности пигментов солями и оксидами тяжелых металлов (Zn, Ca, Al, Mg), в которых интенсивность электронных переходов низка.
Некоторое подобие ФХА проявляют пигменты, содержащие металлы переменной валентности (сиккативирующие пигменты), оказывающие каталитическое влияние на окислительные процессы в масляных и других непредельных олигомерных и полимерных пленкообразователях (свинцовый сурик, черный железооксидный пигмент и др.).
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Основные технологические процессы производства портландцемента, его виды и показатели качества. Физико-технические свойства строительных материалов. Основные направления решения экологических проблем в стройиндустрии. Параметры пригодности материалов.
контрольная работа [80,3 K], добавлен 10.05.2009Классификация лаков и красок. Лакокрасочные материалы как вязкие жидкости, которые после нанесения превращаются в твердую пленку на поверхности окрашиваемого материала. Характеристика пигментов, наполнителей, связующих, растворителей и разбавителей.
лекция [29,5 K], добавлен 16.04.2010Технологическая схема производства гидроизола. Физико-химические показатели кровельных нефтяных битумов. Выбор и технические характеристики основного оборудования. Режим работы и производительность цеха. Расчет сырьевых материалов и потребности в них.
курсовая работа [256,2 K], добавлен 18.03.2015Характеристика основных пород древесины: хвойные, лиственные кольцесосудистые и рассеяннососудистые. Особенности строения и макросруктуры древесных материалов, их физико-механических свойств: плотность, влажность, тепло- и звукопроводность, разбухание.
реферат [71,4 K], добавлен 17.05.2010Характеристика промышленных строительных материалов. Гранулированные доменные шлаки в производстве шлакопортланд-цемента. Шлакопортландцемент как универсальный материал, его строительно-технические свойства. Физико-механические свойства шлакового щебня.
контрольная работа [57,4 K], добавлен 11.12.2010Строение, теплофизические свойства, плотность, газопроводность материала. Способ пенообразования, высокого водозатворения. Создание волокнистого каркаса. Зависимость теплопроводности теплоизоляционных неорганических и органических материалов от плотности.
презентация [233,2 K], добавлен 17.02.2011Свойства битума: цвет плотность, растворимость, плавление, вязкость и показатели его качества. Классификация асфальтовых бетонов по ГОСТу. Сортамент металлических строительных материалов. Сиккативы, пластификаторы и ингибиторы в красочном составе.
контрольная работа [1,2 M], добавлен 15.03.2011Метод получения пеностекла. Теплофизические и эксплуатационные свойства пеностекла. Плотность и диаметр пор. Гарантийный срок эксплуатации блоков из пеностекла. Устойчивость к химическому и биологическому воздействию. Стабильность размеров блоков.
курсовая работа [350,1 K], добавлен 09.08.2016Организационно-технологическая схема возведения объекта, строительный генплан. Материально-технические ресурсы строительства. Объем строительно-монтажных работ и монтируемых железобетонных конструкций. Технико-экономические показатели по проекту.
курсовая работа [132,7 K], добавлен 23.06.2009Архитектурно-строительное решение здания, его наружная и внутренняя отделка. Проектирование конструкции каркасно-панельным методом. Теплотехнический расчет стен, показатели теплоусвоения поверхности и физико-технические характеристики составляющих пола.
контрольная работа [966,2 K], добавлен 07.08.2011Приготовление легких бетонов. Преимущественное производство стеновых блоков. Назначение и физико-технические свойства керамзитобетона. Теплоизоляционный, теплоизоляционно-конструктивный и конструктивный керамзитобетон. Водопоглощение керамзитового гравия.
курсовая работа [242,9 K], добавлен 03.12.2010Свойства и характеристики арболита. Особенности его применения в строительстве. Способ изготовления и технические характеристики арболита. Способы повышение его прочности. Основные химические добавки для арболита. Особенности формирования изделий из него.
реферат [24,1 K], добавлен 18.01.2013Виды водозаборных гидротехнических сооружений. Принцип работы канализационной насосной станции, система ее автоматики. Монтаж полимерных КНС. Классификация сточных вод. Механические, химические, физико-химические и биологические методы их очистки.
контрольная работа [920,5 K], добавлен 07.04.2013Области применения литых, подвижных и жестких бетонных смесей. Способы зимнего бетонирования. Классификация качественных углеродистых сталей по назначению и их маркировке. Основные технические свойства битумов. Влияние влаги на свойства древесины.
контрольная работа [49,7 K], добавлен 30.04.2008Определение и классификация искусственных камней. История распространения отделочных искусственных камней, их изготовление и применение. Физико-механические свойства искусственного камня Solid Surface. Свойства мраморных и кварцевых агломерированных плито
реферат [81,9 K], добавлен 22.05.2012Газобетон: общее понятие, основные компоненты, физико-механические свойства. Классификация газобетонов по назначению, по условиям твердения, по виду вяжущих и кремнеземистых компонентов. Гидрофобизированные пено-газобетоны как строительный материал.
контрольная работа [15,2 K], добавлен 18.10.2011Исходные материалы, физико-механические свойства, геометрические размеры. Модель конструкции, свойства углепластиков. Расчет упругих характеристик слоистого композита по заданным характеристикам слоя. Определение коэффициента запаса прочности, массы.
курсовая работа [94,2 K], добавлен 30.04.2007Классификация экскаваторов непрерывного действия. Разработка грунта многоковшовыми экскаваторами. Технические характеристики роторов и конвейеров. Процесс работы машин, их устройство и системы, рабочие параметры и основные эксплуатационные показатели.
лабораторная работа [7,5 M], добавлен 27.01.2016Сущность понятия "шпатлёвка", наполнители, классификация. Состав клеевой, латексной шпатлёвки. Свойства выравнивающей, финишной и универсальной шпатлёвки. Марки, технические требования, методы испытаний. Применение, транспортирование и хранение шпатлёвки.
реферат [28,8 K], добавлен 23.01.2012Методические указания к выполнению лабораторных работ. Определение средней плотности материала на образцах правильной геометрической формы. Расчет насыпной плотности песка, щебня, сыпучих материалов. Исследование водопоглощения, пористости материалов.
методичка [260,8 K], добавлен 13.02.2010
