Материаловедение Лекция 8 Принципиальный состав красок

Материаловедение Лекция 8

Принципиальный состав красок Краска Пигмент Связующее Добавки Реологические свойства Цвет (вязкость, липкость) Регулировка Эластичности, Термо- и хим. Закрепление на прочности к истиранию стойкость оттиске Скорости высыхания Глянец и т. д. Светостойкость Прочность к истиранию

Классификация красящих веществ n Красители – красящие вещества растворимые в воде и обычных органических растворителях; n Пигменты – красящие вещества нерастворимые в воде и обычных органических растворителях; n Лаковые пигменты (красочные лаки) – красящие вещества полученные путем перевода растворимого красителя в нерастворимое состояние.

Основные свойства пигментов n Цветовые свойства n Дисперсность n Маслоёмкость n Коэффициент преломления n Жесткость n Плотность n Устойчивость к свету, температуре, хим. реагентам

Основные свойства пигментов Дисперсность – величина обратная размеру частиц пигмента Прозрачность/ Тиксотропные Интенсивность Глянец Кроющая свойства способность Оптимальный размер частиц в краске – 0, 2 – 0. 4 мкм

Основные свойства пигментов Маслоемкость-характеризует способность пигмента смачиваться маслом, зависит от химической природы пигмента. Интенсивность Вязкость Количественно маслоемкость оценивается как минимальное количество масла, которое требуется для перевода 100 г пигмента из порошкообразного в пастообразное состояние.

Основные свойства пигментов Маслоемкость (30 -180%)

Основные свойства пигментов Природа Прозрачность/ Коэффициент Кроющая пигмента преломления способность Условие получения прозрачной краски

Основные свойства пигментов Природа Стабильность Плотность пигмента краски

Классификация пигментов По природе Неорганические Органические • Высокая светостойкость • Мягкость • Малая маслоемкость • Невысокая светостойкость • Разнообразная гамма цветов • Высокая жесткость • Относительно высокая маслоемкость

Классификация пигментов По способу получения Природные Синтетические

Ассортимент пигментов Органические Неорганические Фталоцианиновые Белые Ti. O 2, Al(OH)3, Ba. SO 4 Азопигменты Черный Сажа Трифенилметановые Железоокисные (для печати на декоративных бумагах)

Декоративные пигменты Пигменты Флуоресцентные Металлизированные Перламутровые

Связующие n Обеспечивают печатно-технические свойства; n Обеспечивают закрепление краски на оттисках

Связующие Компоненты связующих Смолы-пленкообразователи Растворители • Высокая температура размягчения • Растворяющая способность • Хорошая растворимость • Летучесть • Хорошая адгезия к субстратам • Вязкость • Глянец • Малая токсичность • Совместимость с другими смолами • Низкая горючесть

Ассортимент смол n Сложные эфиры канифоли (ПЭМАК) n Фенолоформальдегидные смолы, модифицированные канифолью n Канифольно-малеиновые смолы n Соли канифоли (резинаты) n Нитроцеллюлоза n Этилцеллюлоза n Полиамиды n Алкидно-акриловые n ПВХ n Полиуретаны

Органические растворители – жидкости, при помощи которых вязкие или твердые органические соединения могут быть переведены в растворы, но растворенные вещества не вступают во взаимодействие с растворителем.

Классификация органических растворителей по химическому строению n Парафиновые и нафтеновые углеводороды - бензин, керосин, нефтяные масла; n Ароматические соединения - бензол, толуол, ксилол; n Хлорированные углеводороды – четыреххлористый углерод, дихлорэтан; n Спирты – этиловый, бутиловый, амиловый, бензиловый и т. д. ; n Простые эфиры – этиловый эфир; n Сложные эфиры – ацетаты; n Кетоны –ацетон; n Терпены – скипидар.

Органические растворители. Парафины и изопарафины. n Парафиновые углеводородные растворители представляют собой прямые (парафины) или разветвленные (изопарафины) цепочки Н Н Н Н С С С Н Н Н Н

Важнейшие парафиновые растворители Название растворителя Число углеродных атомов в цепи Бензин От 5 до 12 Керосин « 8 « 14 Легкие индустриальные масла Средние индустриальные « 15 « 18 масла Тяжелые индустриальные « 16 « 20 масла « 18 « 22

Свойства парафинов n Являются неполярными жидкостями; n Небольшая растворяющая способность (увеличение молекулярной массы растворяющую способность; n Летучесть зависит от молекулярного веса; n Имеют слабый, довольно приятный запах (запах низкокипящих парафинов более резкий, чем у высококипящих)

Свойства изопарафинов n По растворяющей способности изопарафины и парафины практически одинаковы; n Изопарафины имеют большую летучесть; n Почти не имеют запаха; n Склонны к окислительному старению

Нафтеновые растворители Нафтены – по характеру строения образуют промежуточный класс соединений между парафиновыми и ароматическими углеводородами. Н 2 С Н 2 С СН 2 С Н 2

Свойства нафтеновых растворителей n Обладают большей растворяющей способностью, чем парафины; n Обладают меньшей летучестью n Обладают сильным характерным запахом

Ароматические углеводороды – представляют собой химические соединения, имеющие в своем составе бензольное кольцо, атомы водорода в котором могут быть замещены на алькильные, циклоалкильными или арильными радикалами.

Ароматические углеводороды С Бензол Толуол о-Ксилол

Свойства ароматических углеводородов n Высокая растворяющая способность (несколько уступают спиртам, сложным эфирам, гликолям, кетонам); n Относятся к легколетучим растворителям; n Обладают резким проникающим запахом

Важнейшие свойства органических растворителей n Температура вспышки – температура, при которой пары растворителя, образующиеся при нагревании в определенных условиях, при соприкосновении с огнем мгновенно сгорают с легким взрывом (при этом сам растворитель не воспламеняется). n Температура воспламенения – температура, при которой загораются не только пары испаряющегося растворителя, но загорается и сам растворитель и горит не менее 5 с.

Важнейшие свойства органических растворителей n Фракционный состав растворителя – разница между начальной и конечной точками кипения, характеризующая неоднородность состава растворителя; n Скорость испарения растворителя – оценивается в баллах, причем наибольшая скорость растворителя (1 балл), соответствует скорости испарения этилового эфира;

Важнейшие свойства органических растворителей n Цвет и прозрачность; n Плотность; n Наличие механических примесей; n Присутствие воды; n Наличие кислот и щелочей; n Растворяющая способность

Ассортимент растворителей n Растительные масла (льняное) n Минеральные масла (масла печатные – МП) n Толуол; n - этилацетат; n - бутилацетат; n - изопропиловый спирт (метоксипропанол); n - углеводородные растворители; n - этиловый спирт (этанол); n - вода; n - этилцеллозольв; n Уайт-спирит; n РПК (керосиновые фракции)-240, 280, 320

Классификация связующих По способу закрепления (высыхания) Химически Испаряющиеся пленкообразующие Впитывающиеся Комбинированные Оксиполемиризующиеся Фотополимеризующиеся (УФ)

Химически пленкообразующие связующие n Высокая прочность к истиранию; n Высокий глянец; n Высокая эластичность; n Отличные печатно-технические свойства; n Экологическая безопасность; n Относительно медленное высыхание.

Химически пленкообразующие связующие. Состав. Оксиполимеризующиеся связующие Растительные масла (льняное) Натуральные олифы Алкидные смолы Сиккативы (для ускорения высыхания)

Механизм высыхания оксиполемиризующихся связующих 1) окисление с образованием гидроперекисей и перекисей —HC═CH—CH 2— + О 2 → —HC─CН—CH— | О—OH (образование гидроперекиси) 2) инициирование (образование первичных радикалов) ROOH → RO· + HO· (фрагментация) 2 ROOH → ROO· + RO· + Н 2 О HO· + RH → R· + Н 2 О (дегидратационное диспропорционирование гидроперекиси) 3) рост цепи (образование трёхмерного полимера) RH + R· → ·R 2 H. . . . RO· + RH → ·R—O—RH. . . 3) обрыв цепи 2 R· → R 2 2 RO· → ROOR R· + RO· → ROR R· + ·OH → ROH.

Факторы, влияющие на скорость высыхания оксиполимеризующихся связующих n Температура n Освещенность n Циркуляция воздуха n Влажность n Введение сиккативов

Сиккативы – соли жирных кислот поливалентных металлов: Co, Mn, Zn, Ca активность убывает

Влияние концентрации сиккатива на время высыхания t C, % Cопт

Фотополимеризующиеся связующие (УФ) n Высокая скорость высыхания Высокая прочность к истиранию n Высокая атмосферостойкость n Хорошие печатно-технические свойства n Высокая эластичность n Высокий глянец n Экологическая безопасность n Высокая стоимость

Состав УФ-связующих n Реакционноспособный олигомер (ненасыщенные полиэфиры, эпоксиакрелаты, уретанакрилаты); n Реакционноспособные мономеры (монофункциональные, бифункциональные, полифункциональные) n Фотоинициаторы (Н-отрыва, фотофрагментационные, катионные) n Ингибиторы n Соинициаторы

Механизм высыхания УФ-связующих (свободно- радикальная полимеризация) 1) образование первичных радикалов 3) рост цепи ( I-молекула фотоинициатора) (образование трёхмерного полимера) 2) инициирование (М – молекула мономера или олигомера 4) обрыв цепи (рекомбинация) (диспропорционирование)

Факторы, влияющие на скорость высыхания УФ-связующих n Состав связующего n Интенсивность излучения

Впитывающиеся связующие Состав Твердая смола (битум) Минеральное масло (МП-12) Или Маловязкое растительное масло

Впитывающиеся связующие n Используются в красках, предназначенных для рыхлых пористых бумаг; n Дешевые; n Простые в изготовлении; n Невысокая прочность к истиранию; n Скорость высыхания зависит от вязкости краски, пористости бумаги.

Испаряющиеся связующие Состав Твердая смола (резинат цинка/кальция) Летучий растворитель (толуол)

Испаряющиеся связующие n Высокая скорость высыхания; n Относительно дешевые; n Хорошая адгезия к различным субстратам; n Горючие, токсичные; n Требуют использования вентиляции; n Требуют регулировки состава при печати.

Комбинированные связующие n Быстрое высыхание; n Хорошие печатно-технические свойства; n Хорошие эксплуатационные характеристики красочной пленки;

Комбинированные связующие Состав Твердая смола Льняное масло Минеральное масло, РПК, уайт-спирит, скипидар Алкид Сиккатив