Пігменти. органічні і неорганічні, поряд з барвниками використовуються для створення широкої колірної гами суперконцетратов. Cуперконцентрати (мастербачі) - це полімери, в які дисперговані концентровані пігменти.
Суперконцентрати представляють собою дисперсію, до складу якої входять пігменти в полімер-носії. Але просто додати пігменти в полімер не вийде, особливо в полиолефини - поліетилен і поліпропілен, тому що ці полімери неполярних, вони мають дуже низьку смачиваемостью. Тому перед тим, як з'єднати пігменти з полімером його спочатку диспергируют, а потім обробляють поверхнево-активними речовинами, які не дозволяють окремим часткам пігменту знову скоагульованого. Після цього активізують полімер-носій, вводячи спеціальні технологічні добавки (доломіт, наногліни, хімічні компоненти), додаючи підготовлені пігменти. Готову розплавлену масу пропускають через гранулятор, таким чином отримуючи суперконцентрат.
Пігменти мають такими основними характеристиками:
- покриваність (здатність, що криє),
- красить здатність (інтенсивність кольору), властивість передавати свій колір,
- Диспергованість - здатність пігменту подрібнюватись і розподілятися в середовищі.
З органічних пігментів найбільш важливими є пігменти, що мають молекулярно-кристалічну структуру, що відрізняються не розчиняється в офарблюваних середовищах. До таких відносяться такі пігменти, як азопігменти, фталаціаніновие пігменти, трифенілметанового і поліциклічні. Органічні пігменти мають широкою гамою яскравих відтінків, більшою фарбувальної здатністю, тому що в сухому вигляді мають багато менший розмір частинок, ніж неорганічні. Але вони поступаються неорганічним по термо-, світло-, атмосферостойкости, а також міграційної стійкості.
Неорганічні пігменти діляться на природні (мінеральні), а також синтетичні. За кольором пігменти класифікують на ахроматичні (білі, сірі, чорні), хроматичні - кольорові, декоративні, порошки металів.
Для отримання чорних мастербачей використовують сажу, технічний вуглець. Самий дрібнодисперсний вуглець отримують недожіганіем або термічним розкладанням вуглеводнів (дизельного палива, природного газу і т.д.) складається з сферичних частинок, що утворюють глобулярную структуру. Середній розмір часток порядку 100 - 3500 ангстрем. Цей тип вуглецю має високу покривістістю, високим ступенем чорноти через свою Глобулярна.
Білі неорганічні пігменти - це, наприклад, діоксид титану, кілька типів карбонату кальцію, тальк, інші мінерали (див. Фото 1, 2, 3).
Фото 1. Суперконцентрат з наповнювачем з білого силікату анортитом.
Володіє перламутровим ефектом, високим блиском
Фото 2. Суперконцентрат з карбонатом кальцію, мінералом
Фото 3. Суперконцентрат з карбонатом кальцію, теж мінерал,
але з іншого родовища.
Для кольорових суперконцентратів застосовуються різні види барвників, отриманих з мінералів або синтетичним шляхом.
Широко використовуються природні і синтетичні крони. Крони мають яскраві кольори, мають високу фарбувальної здатністю. Колір пігменту найбільше залежить від фізичних властивостей - дисперсності, структури (співвідношення концентрацій оксидів свинцю, молібдену, хрому, які містить мінерал). З кронов отримують пігменти жовтого, червоного, оранжевого кольору.
Рис.1 Рентгенівські спектри жовтого пігменту, отриманого синтетичним
шляхом і з природного крона
Фото 4. Зріз пофарбованого полімеру із застосуванням синтетичного
жовтого пігменту (збільшення в 1000 разів)
Якість всіх пігментів, отриманих з природних мінералів, в значній мірі залежить від якості помелу, ступеня розподілу часток за розмірами, а також від форми одержуваних часток (існує такий параметр, як форм-фактор частинок). Структура і розмір часток залежить навіть від того, який використовується тип млина.
Синтетичні пігменти можуть мати наступний недолік. При синтезі, а також після промивання вже готових речовин, залишаються технічні домішки. Навіть незначні кількості цих домішок можуть вплинути на відтінок при фарбуванні, або внести корекцію режиму лиття.
Популярним стало фарбування полімерів під різні види металів. Щоб застосовувати металеві пігменти вимагає створення абсолютно нового класу суперконцентратів, застосовуючи нові технології, матеріали для отримання пігментів такого класу.
Використовувані пігменти під золото створюються з допомогу золь-гель (sol-gel) технології. Суть цієї технології полягає в инкапсулирование кожної частки латуні в абсолютно прозору і хімічно інертну оболонку з оксиду кремнію. Використання даної технології дозволило запобігти хімічну реакцію частинок з водою, а також підвищити термічну і атмосферну стійкість барвників на цих пігментах.
Щоб створити пігменти під золото або бронзу вибираються різні марки сплавів латуні або бронзи. Ці два сплаву є різновидом мідних сплавів з різними легуючими компонентами, які надають дрібнозернисту структуру і жовтий колір латуні і грубозернисту структуру і темно-коричневий колір бронзі. При оксидуванні обидва сплаву набувають золотистий і більш насичений колір з цяточками.
Наведемо склади, які можуть бути застосовні для фарбування полімерних виробів, допустимих до контактів з харчовими продуктами, іграшок.
бронзи:
- олово Sn - 6-7%, фосфор P - 0,1-0,25%, решта - мідь Cu,
- олово Sn - 3 - 5%. цинк Zn - 3,5-5%, решта - мідь Cu
- алюміній Al - 4-6%, решта - мідь - Cu
- алюміній Al - 8-10%, залізо Fe - 2-4%, решта - мідь Cu
Сплави з 10-15% цинку з 2-4% олова відрізняються гарним червоно-жовтим кольором. Надлишки цинку надають бронзі тьмяний темний колір металевих з'єднань. Колір бронзи з 5% алюмінію вельми схожий на золото. Домішка кремнію змінює колір алюмінієвої бронзи. Відтінки бронзи залежать від ступеня оксидування сплавів.
латуні:
- 90% міді + 10% цинку = світле золото,
- 85% міді + 15% цинку = натуральне золото
- 70% міді + 30% цинку = насичене золото
- 70% міді + 30% цинку + темп. (Оксидування) = англійське золото
- 85% міді + 15% цинку + темп. = лимон
- 90% міді + 10% цинку + темп. = Глибоке золото
- 100% міді + темп. = Вогненно червона бронза
- 76-79% міді + 1,75-2,5% алюмінію + інше цинк
- 58-61% міді + 6-7% алюмінію + 2-4% залізо + інше цинк
- 88-91% міді + 0,25-0.75% олово + інше цинк
- 59-61% міді + 1-1,5% олово + інше цинк
Досить часто золоті пігменти отримують з використанням алюмінієвих металіків, поєднуючи колеровочні пігменти. Більш того, золоті пігменти можна отримувати з перламутрових пігментів. Пігменти, отримані різними методами відрізняються характерним блиском: перламутрові пігменти - райдужним, металлики - холодним. Тільки мідні пігменти дають натуральний золотий блиск.
Пігменти сріблястого металіка отримують з алюмінієвих пластинок, на які нанесено тонкий шар полімерного покриття, що оберігає алюміній від окислення при отриманні суперконцентрату.
Фото 5. Алюмінієві пластинки пігменту під сріблястий металік
Фото 6. Алюмінієва пластинка, на поверхні якої видно частинки срібла.
Вказано її середній розмір в мікронах (мкм).
Фото 7. Показана бічна грань частки. Чітко видно межу алюмінію і нанесеною на його поверхню захисної полімерної плівки. На поверхні плівки чітко видно частинки срібла, які покращують відбивний ефект пігменту.
Фото 8. Тут показана грань частки, збільшена в 300 разів. Середня товщина частки становить 22,4 мкм. Добре видно згладжує ефект полімерної плівки. Завдяки цій плівці виключено розсіювання світла на частці алюмінію, через її шорсткості і її окислення.
Фото 9. Показана товщина полімерної плівки на поверхні алюмінію
Перламутрові пігменти отримують з неорганічного природного мінералу мусковита або арогоніта - певного виду черепашнику. Подрібнені частинки цих матеріалів потім обробляються оксидами кремнію або алюмінію для додання відтінків. Явище переливчасті - опалесценції дуже сильно залежить від розміру, форми частинок.
На основі спільних досліджень Гірничого інституту і Інституту хімії та технології рідкісних елементів і мінеральної сировини КНЦ РАН розроблена технологія, за якою отримуються перламутрові пігменти (ПП) з відходів слюдяного виробництва [Л.Г.Герасімова. «Пігменти і наповнювачі з природного титаномісткого сировини і техногенних відходів».]
Розроблений спосіб синтезу пігментованих слюд включає: безагрегатное електрохімічне розщеплення слюди в електролізерах спеціальної конструкції, подрібнення розщепленого продукту за допомогою відцентрової млини, класифікація слюди на задані фракції, а також нанесення на поверхню виділених фракцій слюди діоксиду титану з подальшим його закріпленням.
Матеріал підготував технолог Карась Світлана Михайлівна. У статті були використані фотографії з штатних досліджень ТДВ "Поліконта", в ході яких вивчалися різні пігменти і їх властивості.