Пигменты и наполнители

Природные минеральные пигменты — неорганические компоненты красок.

С древнейших времен и поныне пигменты для красок приготовляются из молотых природных яркоокрашенных минералов (главным образом для темперы в станковой живописи, а также для гуаши и масляных красок).

Синтетические пигменты и некоторые компоненты, не имеющие аналогов в природе, производятся промышленным путем по специальным технологиям.

Назначение и свойства пигментов

Пигменты и наполнители предназначены для придания малярным составам цвета, непрозрачности, улучшения механических свойств и долговечности в эксплуатации.

Пигментами называют цветные тонкоизмельченные минеральные или органические вещества, нерастворимые или малорастворимые в воде и органических растворителях; в качестве пигментов применяют также металлические порошки (пудры). Пигменты бывают природные и искусственные, минеральные и органические.

Каждый пигмент имеет свой цвет и обладает определенными свойствами. К числу общих свойств пигментов относят укрывистость, красящую способность, тонкость помола, светостойкость, огнестойкость, стойкость против химических воздействий, атмосферостойкость.

• Укрывистость пигмента характеризуют расходом его на 1 м² окрашиваемой поверхности.
• Красящая способность — это свойство пигмента передавать свой цвет в смеси его с белыми, черными и синими пигментами.
• Тонкость помола пигмента оказывает сильное влияние как на укрывистость, так и на красящую способность. С увеличением тонкости помола возрастают укрывистость и красящая способность.
• Светостойкость — способность пигмента сохранять свой цвет под действием света. Это свойство очень важно для наружных покрасок зданий и сооружений.
• Стойкость против химических воздействий — способность некоторых пигментов сохранять свой цвет под действием щелочей и других реагентов.
• Атмосферостойкость — способность пигментов сопротивляться совместному действию температуры, влаги, углекислоты и других агентов внешней среды. Сурик железный, например, обладает хорошей атмосферостойкостью.
• Огнестойкость пигментов — способность выдерживать действия высоких температур без разрушения и изменения цвета. Органические пигменты лишены огнестойкости; минеральные пигменты по-разному реагируют на изменение температуры.
• Антикоррозионная способность — способность в сочетании со связующими защитить металлы от коррозии. Например, железный сурик и свинцовые белила обладают антикоррозионными свойствами, а сажа, наоборот, способствует развитию коррозии.

Виды пигментов

Пигменты минеральные природные получают путем обогащения и измельчения на специальных установках природных материалов (руды, глины). Их используют для приготовления известковых и клеевых красок, шпаклевок и цветных строительных растворов. К этой группе пигментов относят: мел природный молотый белого, цвета; охру сухую желтого цвета (глина с содержанием более 15 % оксида железа); сурик железный (Fe₂0₃, FeO) коричнево-красного цвета, обладающий высокой свето- и антикоррозионной стойкостью; мумию естественную сухую (бокситную, светлую и темную), имеющую светло-коричнево-красный цвет; графит серый; глауконит зеленый и пероксид марганца черного цвета.

Пигменты искусственные минеральные получают путем химической переработки минерального сырья. Такими пигментами являются:

1. диоксид титана Ti0₂ белого цвета, получаемый из титановых руд;
2. белила цинковые, получаемые возгонкой металлического цинка с последующим окислением паров цинка; они обладают хорошей укрывистостью, светостойкостью, не ядовиты;
3. литопон белого цвета, представляющий собой смесь сернистого цинка и сернокислого бария; он недостаточно устойчив против действия атмосферы, применяют преимущественно для внутренних работ;
4. крон цинковый малярный сухой светло-желтого (лимонного) цвета, представляющий собой двойное соединение оксида хромитов цинка с хромовокислым калием или натрием; содержит небольшое количество основных сернокислых или хлористых солей цинка; применяют в масляных, клеевых и грунтовых красках по металлу;
5. сурик свинцовый красного цвета получают прокаливанием свинцового глета при температуре 450 °С; обладает стойкостью к действию щелочей, но растворяется в кислотах, хорошо защищает сталь от коррозии; применяют в масляных красках, антикоррозионных грунтовках по металлу и дереву;
6. ультрамарин синего цвета, обладающий средней свето- и щелочестойкостью; применяют в масляных красочных составах, в цветных растворах и известковых красках;
7. оксид хрома Сг₂0₃ зеленого цвета обладает стойкостью к действию кислот, щелочей, света и высоких температур; получают нагреванием измельченной смеси К₂О₂О₇ с каким-либо восстановителем (порошком древесного угля, серы); применяют во многих красках;
8. сажа газовая — продукт сжигания газов (ацетилена), является наиболее легким пигментом, имеет высокую кроющую и красящую способность, устойчива к действию кислот и щелочей.

Металлические порошки применяют наряду с минеральными искусственными пигментами: это алюминиевая пудра — тонкий порошок металлического алюминия — для наружной окраски металлических конструкций и для декоративной окраски; пудра золотистая — бронзовый порошок — для декоративной окраски по металлу.

Органические пигменты представляют собой синтетические красящие вещества органического происхождения, они обладают высокой красящей способностью и чистотой цвета. Органические пигменты нерастворимы или малорастворимы в воде и других растворителях.

К числу органических пигментов, применяемых в красках, можно отнести следующие: пигмент желтый, светопрочный лимонного цвета; оранжевый прочный, красный, алый, лак рубиновый, пигмент голубой фталоцианитовый, светло-синего цвета; пигмент зеленый фталоцианитовый и др. Органические пигменты используют для придания тона красочным композициям на различных связках. Однако щелочестойкость их сравнительно низкая, несколько ниже оказывается и светостойкость.

Виды и назначение наполнителей

Наполнителями называют нерастворимые минеральные вещества, в большинстве случаев имеющие белый цвет и добавляемые в лакокрасочные материалы для экономии пигментов и для придания этим материалам особых свойств, например повышенной прочности, кислотостойкости, огнестойкости и т. д.

В качестве наполнителей для приготовления растворов и выравнивающих составов используют каолин, молотый тальк, песок, пылевидный кварц, андезит, диабаз, асбестовую пыль, волокно и другие материалы. 

Роль пигментов и наполнителей в ЛКМ

При введении в лаки пигментов и наполнителей получают пигментированные лакокрасочные материалы. Роль этих веществ в композициях очень важна.

С одной стороны, пигменты дают возможность получить все множество цветов и оттенков эмалей и красок. С другой стороны, многие пигменты для красок это химически активные вещества, способные участвовать в образовании пленки, делать ее прочнее, долговечнее.

Чрезвычайно важна роль пигментов и в повышении антикоррозионных свойств лакокрасочных материалов.

Наполнитель — это целевая добавка. Так, при введении в систему талька, частички которого имеют плоскую форму, материал не только упрочняется, но и повышается его атмосферостойкость.

Молотая слюда улучшает термостойкость, препятствует растрескиванию пленки при высоких температурах.

В зависимости от назначения материала состав пигментной части изменяется как качественно, так и количественно.

Виды пигментированных материалов

Существует несколько видов пигментированных материалов, это: грунтовки, шпатлевки (шпаклевки) и покрывные эмали, краски.

Грунтовки: 

Этим термином обозначают группу материалов, представляющих собой суспензии пигментов или их смесей с наполнителями в пленкообразующем веществе, образующих после высыхания непрозрачную однородную пленку.

Суспензия (взвесь) смесь веществ, из которых одно (твердое) распределено в виде мельчайших частичек в другом (жидкости) во взвешенном состоянии.

Грунтовки предназначаются для нанесения первого слоя покрытия, поэтому к ним предъявляются высокие требования. Они должны обеспечивать хорошее сцепление пленки (адгезию) с окрашиваемой поверхностью и с покрывными материалами, наносимыми по грунтовке (межслойная адгезия). Кроме того, грунтовки должны надежно защищать поверхность изделий и иметь высокую коррозионную стойкость. Для этого в состав грунтовки вводят специальные пигменты.

Существует несколько типов грунтовок:

• Изолирующие грунтовки обеспечивают низкую проницаемость пленки, препятствуя проникновению влаги, агрессивных сред к окрашенной поверхности. Обычно в такие грунтовки добавляют железный сурик, цинковые белила (оксид цинка) и др.
• Пассивирующие грунтовки содержат в составе пигменты, способные пассивировать металл. Это в первую очередь различные хроматы и фосфаты, при введении которых в грунтовку даже в небольших количествах на поверхности металла образуется защитная оксидная пленка, предотвращающая коррозию.
• Протекторные грунтовки содержат в своем составе до 90 % металлических пигментов (порошки цинка, сплав цинка с магнием, свинец). Защита металла протекторными грунтовками обусловлена тем, что при контакте с электролитом лакокрасочный материал, содержащий порошок цинка, цементируется продуктами коррозии цинка, образуя уплотненный слой пленки, который становится непроницаемым.
• Фосфатирующие грунтовки применяются для фосфатирования поверхности изделий из черных и цветных металлов. Грунтовки облегчают пассивацию металла, фосфатируют его и способствуют значительному повышению адгезии пленки как к черным, так и к цветным металлам. Обычно эти грунтовки состоят из двух компонентов основы и кислотного разбавителя, содержащего ортофосфорную кислоту.
• Грунтовки-преобразователи ржавчины наносят непосредственно на поверхность, с которой не удалены продукты коррозии (ржавчина, окалина). В состав грунтовок входит ортофосфорная кислота, которая превращает эти продукты в нерастворимые фосфаты железа. Эти грунтовки одновременно с преобразованием ржавчины создают на поверхности полимерную пленку, придающую коррозионную стойкость всему покрытию.

Грунтовки чрезвычайно важные материалы. К сожалению, часто пренебрегают рекомендациями и требованиями по окраске, когда в качестве первой окрасочной операции предлагается грунтование, а это приводит к снижению срока службы покрытия, ускорению коррозии подложки, необходимости более частой перекраски и в конечном счете к перерасходу более дорогих покрывных материалов, увеличению стоимости окрасочных работ.

Подсчитано, что при правильной окраске в общем количестве лакокрасочных материалов грунтовки должны составлять до 30%.

Следует отметить, что грунтовки не обладают высокими декоративными свойствами, поэтому практически не используются самостоятельно в качестве отделочных материалов.

Шпатлевки: 

Шпатлевки — высоконаполненные материалы, представляющие собой вязкую пастообразную массу, состоящую из смеси пигментов с наполнителями в пленкообразующем веществе.

Шпатлевки предназначены для заполнения неровностей и углублений, сглаживания окрашиваемой поверхности.

Как правило, шпатлевку наносят на предварительно загрунтованную поверхность, реже на металл. Для того чтобы шпатлевки хорошо просыхали по всей толщине, не давали усадки и легко шлифовались, содержание наполнителей в шпатлевке должно быть высоким.

В быту применяются алкидные (ошибочно называемые масляными), нитратцеллюлозные, эпоксидные и другие шпатлевки.

Для больших ремонтных работ наиболее удобны алкидные шпатлевки, обладающие хорошим комплексом свойств.

Для ремонта небольших повреждений, если требуется быстрое выполнение работы, применяются быстросохнущие нитрошпатлевки. Но надо учитывать, что они содержат большее количество растворителя и поэтому дают усадку. К числу безусадочных шпатлевок относятся эпоксидные и полиэфирные. Они хорошо известны автомобилистам. Это высококачественные шпатлевки, но дорогие. Кроме того, к их недостаткам можно отнести двухкомпонентность, что создает неудобства в работе, и ограниченную жизнеспособность после введения отвердителя.

Для строительных работ, выравнивания больших поверхностей сейчас выпускаются шпаклевки на основе водных дисперсий полимеров, однако для подготовки металлических поверхностей их можно использовать только после грунтования.

Эмали и краски: 

Эмали и краски предназначаются для получения верхних слоев покрытия, к которым предъявляются высокие и разнообразные требования по декоративности и стойкости к воздействию внешних факторов.

Употребляемые термины «краска» и «эмаль» достаточно близки, но не тождественны.

Краска — это суспензия пигментов или их смеси с наполнителями в масле, олифе, эмульсии, латексе или другом пленкообразующем веществе, образующая после высыхания непрозрачную окрашенную однородную пленку. Ранее этот термин применялся преимущественно к композициям на основе высыхающих масел и олиф. Он сохранился применительно к лакокрасочным материалам строительного назначения (клеевые,вододисперсионные,силикатные и др.), материалам для неметаллических подложек (художественные краски, краски для кожи). Этот термин применяется и для порошковых составов (сухие краски, порошковые краски для металла).

Свойства красок, учитывая разнообразие применяемых пленкообразователей, весьма различны. Они применяются для защиты поверхностей и изделий, эксплуатируемых в самых разных условиях, однако в отличие от эмалей образуют покрытия с меньшей декоративностью.

Эмалями называют суспензии пигментов или их смесей с наполнителями в лаках, образующие после высыхания непрозрачную твердую пленку с различной фактурой (глянцевые, матовые, «муаровые» и др.) и декоративностью.

По физико-механическим характеристикам пленок (твердости, эластичности) и защитным свойствам эмали превосходят масляные и вододисперсионные краски.

Эмали, содержащие, как правило, большое количество пленкообразователя (синтетического лака) и малое количество наполнителя, обладают повышенной декоративностью.

Очень часто различие между красками и змалями ошибочно сводят к блеску: эмали блестят, краски же матовые. Такая упрощенная трактовка терминов встречается, к сожалению, и в литературе по лакам и краскам для быта.

Ассортимент лаков синтетических пленкообразователей чрезвычайно разнообразен. Но число лаков, используемых для производства эмалей, учитывая их разнообразные сочетания для получения заданных свойств, во много раз больше.

В настоящее время пигменты и наполнители находят применение в различных сферах деятельности. Основными покупателями продукции являются предприятия, выпускающие на рынок строительные и лакокрасочные материалы, а также компании нефтяной, химической промышленности и металлургии.