Гибридные пигменты на основе неорганического ядра и смешанно-размолотые сухие препарации

Введение

Если бизнес сочетает инновационный потенциал и экологическую устойчивость, это означает, что инновации становятся мощным инструментом для стимулирования устойчивого развития. Иначе говоря, «устойчивые инновации» относятся к видам инновационной деятельности, которая не только создает экономическое преимущество для компании, но и дает преимущество для перерабатывающих компаний, а также способствует охране окружающей среды. Современные гибридные пигменты и второе поколение смешанно-размолотых сухих пигментных препараций обладают техническими характеристиками, которые не могут быть достигнуты обычной техникой смешивания сухих компонентов. К ним относятся гибридные пигменты на основе неорганического ядра и органической оболочки и смешанно-размолотые сухие препарации (Mix — mulled dry preparations).

Краткие выводы

• Гибридные пигменты, изготовленные из микронизированных неорганических носителей, в сочетании с преддиспергированными органическими пигментами быстро проявляют свою красящую способность, сохраняя высокий уровень насыщенности.
• Усиливающая интенсивность окраски гибридная технология позволяет в большой степени снизить общее содержание пигментов, не нарушая укрывистость.
• Специальная структура этих гибридов защищает высококачественные органические пигменты, что позволяет достигнуть высокого уровня атмосферостойкости.
• Смешанно-размолотые пигментные препарации могут быть сделаны на заказ почти для всех цветов по RAL и NCS. Интенсивные физические процессы при размоле позволяют отказаться от использования добавок в процессе производства.
• Эти сухие пигментные препарации быстро проявляют свою красящую способность даже при низких усилиях сдвига.
• Благодаря физическому взаимодействию поверхностей пигментов такие эффекты, как всплывание и оседание некоторых частиц пигментов во время высыхания, как правило, подавляются.

Основная часть

Устойчивое развитие и инновации имеют много общего: они ориентированы на будущее и улучшение текущей ситуации. Словосочетание «стабильные инновации» подразумевает новые или измененные процессы, технологии и продукты, которые оказывают положительное воздействие на экономику, общество и окружающую среду. Это не только открывает значительное количество новых предпринимательских перспектив, но и представляет возможность для внедрения новых решений на рынок.

Гибридные пигменты и готовые к использованию смешанно-размолотые пигментные препарации могут стать идеальными инструментами в этой ситуации.

Будучи комбинацией органических и неорганических пигментов в соответствии с конкретными требованиями, они сочетают в себе наиболее выгодные свойства каждого вида пигментов: обеспечивают отличную укрывистость, высокую насыщенность цвета, легкость диспергирования и высокую рентабельность.

В этой статье рассмотрены два примера комбинирования пигментов этого класса. И хотя они производятся по совершенно разным технологиям, они оба облегчают современные и нетрадиционные методы создания рецептур.

Неорганические органические комбинации пигментов

Благодаря своим свойствам известные неорганические пигменты, например, сложные неорганические цветные пигменты (CIC) пригодны для различных высокотехнологичных вариантов применения. Они легко диспергируются, а следовательно, соответствуют
условиям устойчивости при производстве ЛКМ. Они придают покрытиям непрозрачность, химическую стойкость и уникальную долговечность вне помещения. Благодаря микронизации частиц пигмента производительность может быть повышена.

Высококачественные органические пигменты, в свою очередь, обладают высокой интенсивностью цвета и дают яркие цветовые оттенки. Однако они существенно отличаются от неорганических пигментов по характеристикам поверхности, размерам частиц, стойкости и удельному весу.

Хотя сочетание органических пигментов с диоксидом титана для достижения заданных оттенков широко используется в современной науке и технологиях, эти смеси не используют весь потенциал сочетания органических и неорганических пигментов, так что некоторые ожидания относительно технологичности обработки и качества не удовлетворены.

Гибридные пигменты

Технология TICO^® — это комбинация очень стойких и простых в обработке микронизированных пигментных частиц в качестве ядра и предварительно диспергированных органических высококачественных пигментов. Для этого предварительно диспергированные органические пигменты наносят на поверхность неорганического ядра с помощью запатентованной технологии (рис. 1).

В достоверности этой структуры можно убедиться, анализируя распределение размеров частиц или изображения, полученные с помощью электронного микроскопа. Распределение размеров частиц гибридного пигмента на основе ядра P.Br. 24 и оболочки P.R 254 показывает гораздо более узкое распределение частиц по размеру по сравнению со смесью тех же компонентов.

Рис. 1. Гибридный пигмент с неорганическим пигментным ядром и органической пигментной оболочкой

Выдающаяся технологичность

Специальная морфология гибридных пигментов способствует появлению нескольких положительных эффектов, в частности снижению образования пыли во время загрузки сырья при производстве. Сравнение пылеобразования при использовании разных рецептур RAL 1003 (signal yellow) и RAL 1023 (traffi c yellow) хорошо иллюстрирует эту концепцию (табл. 1).

Табл. 1. Пылеобразование двух образцов рецептур RAL на основе пигментных смесей и гибридных технологий

Еще одно особое преимущество гибридной технологии — преддиспергированное состояние его компонентов, которое позволяет уменьшить время измельчения по сравнению с измельчением чистых неорганических CIC пигментов (рис. 2), за счет этого окончательная насыщенность цвета достигается намного быстрее (рис. 3). В то же время риск чрезмерного измельчения, который может привести к непредвиденным изменениям цвета, сводится к минимуму.

Рис. 2. Дисперсия гибридного пигмента по сравнению с чистым P.R 254 пигментом и сухой смесью P.R 254 с P.Br. 24

Рис. 3. Дисперсия гибридного пигмента (вверху) и сухой смеси P.R 254 с P.Br. 24 (внизу)

Высокие насыщенные цвета и укрывистость

Возможности в достижении одной и той же насыщенности цвета у обычных пигментных смесей намного ниже (рис. 4). В этом примере гибридные пигменты содержат только 38% P.Y. 151, но достигают того же уровня насыщенности цвета, что и в обычных смесях диоксида титана с P.Y. 151, которого нужно взять 67%. Это имеет несколько положительных моментов. Относительно высокое содержание органических пигментов (67%) при обычном смешивании не позволяет достигнуть высокого уровня укрывистости. И наоборот, для рецептур с пигментами на основе гибридной технологии есть возможность увеличить загрузку титансодержащего пигмента, повышающего укрывистость.

Рис. 4. Развитие цвета гибридного пигмента на основе P.Y. 53, P.Y. 151 по сравнению с обычными смесями P.Y. 151 и диоксидом титана

Более того, процентное содержание органических пигментов может быть существенно снижено, что, в свою очередь, минимизирует затраты на сырье при составлении рецептуры. Улучшение цветности является неотъемлемой характеристикой технологии гибридных пигментов и в значительной степени зависит от химической природы и морфологии пигмента. На рис. 5 представлено цветовое пространство, в котором может быть достигнуто значительное усиление цвета. Это цветовое пространство включает желтый, оранжевый и красный оттенки.

Рис. 5. Цветовое пространство с выделенными областями, в которых с помощью гибридных пигментов может быть достигнуто усиление цвета

Другой положительный эффект гибридного пигмента — улучшение укрывистости. Конечно, этот эффект зависит от оттенков и рецептуры, но он может достигать удивительных уровней качества покрытия. Например, две рецептуры одинакового цвета были сделаны с помощью гибридного пигмента (содержание неорганики 70%), который визуально обеспечил укрывистость при толщине сухой пленки всего 105 мкм, тогда как при обычном пигментировании (содержание неорганики 6,5% для того же цвета) требуется толщина 214 мкм! Этот эффект имеет большой потенциал для оптимизации уровня пигментирования при постоянной толщине пленки.

Долговечность вне помещения

В гибридных пигментах органические пигменты защищены специально разработанными титансодержащими пигментами, которые позволяют достичь выдающихся результатов по свето- и атмосферостойкости. В отличие от диоксида титана, который обладает фотокаталитической активностью, индуцирующей в атмосферных условиях механизмы деградации, титансодержащие пигменты в гибридных пигментах действуют как УФ-абсорберы и, таким образом, защищают чувствительные органические пигменты от воздействия ультрафиолетовых лучей. Результаты ускоренных испытаний на атмосферостойкость в соответствии с DIN EN ISO 11341-1 для всех оттенков при использования гибридных пигментов во многих случаях значительно улучшены.

Мультипигментные препараты для индивидуальных оттенков

HEUCO®FIT — это новый способ упростить процесс окраски продукции в лакокрасочной промышленности и индустрии пластмасс и вместе с тем расширить спектр возможностей при создании рецептур благодаря улучшению свойств. Мы осветим этот подход ниже для смешанно-размолотых мультипигментных препараций, которые можно сделать почти для всех цветов и оттенков RAL или NCS, по индивидуальному заказу.

В большинстве случаев оттенки нужного цвета могут быть получены простым смешиванием органических и неорганических пигментов и наполнителей для удовлетворения различных требований по колориметрии, укрывистости, атмосферостойкости и другими показателями. Это требует специфических знаний в области пигментов в процессе лабораторных исследований и последующей работы на заводе.

Для получения сапфирово-синего цвета (RAL 5003), например, требуются следующие пигменты: голубой фталоцианиновый, диоксазиновый фиолетовый, сажа, диоксид титана и сульфат бария, которые должны быть отдельно взвешены, смешаны и подвергнуты диспергированию. Готовая краска должна быть проанализирована по колористическим характеристикам и откорректирована в лаборатории контроля качества. Пигменты, используемые в этом процессе, значит ельно отличаются по размеру, форме и удельному весу.

В процессе пленкообразования это часто приводит к неравномерному распределению отдельных пигментов в зависимости от их относительной подвижности. Это хорошо известное явление — всплывание (горизонтальное расслаивание) или оседание (вертикальное расслаивание), которое проявляется либо в виде нежелательных дефектов поверхности (-> ячейки Бернарда) или изменяет оттенок покрытия (-> Rub-out test). Это не только ухудшает внешний вид, но и требует систематической подгонки оттенков. К тому же оседание способствует увеличению потребления высококачественных пигментов. Эти дефекты цвета особенно проявляются в толстослойных покрытиях, например, полимерных покрытиях для пола, но они могут проявляться и во многих классических тонкослойных покрытиях.

В некоторых случаях добавление диспергирующих добавок может успешно сбалансировать различные уровни пигментной подвижности. Однако добавление этих полярных или ионных веществ всегда требует оптимизации, так как свойства пленок, такие как водостойкость, могут быть нарушены.

Рис. 6. Два размольных колеса вращаются в камере, содержащей измельчаемое сырье

Технологии измельчения без добавок

Поиск альтернативного подхода заставил пигментную промышленность разработать технологию смешанно-размолотых пигментных препараций.

В этой процедуре смешение пигментов проходит многоступенчато. Этот процесс сочетает интенсивные механические нагрузки и активное смешение, а это важнейший этап, на котором даже пигменты с различными физическими свойствами могут быть тщательно однородно размолоты. Стоит отметить, что сам процесс не требует никаких добавок. Завершающий этап позволяет добиться максимально возможной однородности и точности цвета конечного сухого препарата, который нельзя реализовать другими традиционными методами смешивания.

Открытый аппарат для смешения и измельчения состоит из камеры, которая заполняется сырьем для помола, и двух размольных колес, вращающихся в ней (рис. 6). Это приводит к очень интенсивному перемешиванию/измельчению, которые способствуют предварительному диспергированию пигментов и физическому взаимодействию их поверхностей.

На рис. 7 показано использование этого процесса для рецептуры RAL 3013 (томатно-красный) в сравнении с обычной пигментной смесью. Изображение измельченной сухой препарации, полученное с помощью отражающего электронного микроскопа (REM), показывает высокую степень дисперсности, особенно высококачественных органических пигментов, которые примыкают к поверхности физически более твердых неорганических компонентов. Дальнейшее взаимодействие более крупных частиц пигмента приводит к очень широкой кривой распределения частиц несвязанных агломератов. Как и ожидалось, смесь контрольной партии, измельченной традиционным способом, условно отображает кривую бимодального распределения отдельных компонентов, из которых она изготовлена.

Рис. 7. Распределение размеров частиц смешанно-размолотой пигментной препарации (фото справа) по сравнению с обычными пигментными смесями того же состава (фото слева)

Отличная однородность смеси по партиям

Сухая смешанно-размолотая пигментная препарация, полученная в процессе специального измельчения, быстро и легко вводится в состав связующего, что снижает усилия на дополнительное диспергирование и позволяет намного быстрее достигать насыщенности цвета. На рис. 8 этот момент представлен для не содержащей растворителей эпоксидной (ЭП) системы со смешанно-размолотыми пигментными препарациями и обычной смесью пигментов на примере RAL 3013 (томатно-красный), RAL 6002 (лиственно-зеленый) и RAL 7023 (бетонно-серый). Колориметрическая оценка покрытия проводилась после высыхания. Четко видны различия в яркости L* и двух цветовых координат a* и b*.

Рис. 8. Развитие цвета смешанно-размолотых пигментных препараций (слева) и пигментных смесей (справа)

Смешанно-размолотые пигментные препарации демонстрируют не только идеальное совпадение свойств от партии к партии, но и исключительные характеристики всплывания/оседания, что в большинстве случаев сводит использование диспергирующих добавок к минимуму. К тому же это создает идеальную основу для достижения высокого уровня водостойкости готовых покрытий.

Фришманн Лутц, Отт Юрген.

(По материалам журнала ЛКМ. Лакокрасочные материалы и их применение)