Резюме:
Смачивающие добавки
Смачивание пигментных агломератов раствором смолы зависит от многих факторов. Скорость проникновения жидкой фазы в пространство между агломератами (в значительно упрощенных условиях) математически выражена уравнением Уошберна (Рис. 4). Наиболее значимыми факторами являются: полярность поверхности пигмента и раствора связующего; вязкость жидкой фазы, а также геометрия незаполненных пространств (или пор) внутри агломератных структур. Особенно важно межфазное натяжение в определенных областях, где смачивающие добавки действуют между поверхностями пигмента и раствором смолы. Смачивающие добавки могут быть определены как вещества, которые предназначены для снижения межфазного натяжения и в результате повышают "давление растекания", что, в свою очередь, ускоряет процесс смачивания. Для таких веществ характерна поверхностно-активная структура: полярные структурные гидрофильные элементы наряду с неполярными структурными гидрофобными элементами, находящимися в одной молекуле. Несмотря на эту специфическую структуру, подобные молекулярные комбинации являются активными в межфазной области. (Например, смачивающие добавки объединяются в межфазу пигмент/раствор связующего). С химической точки зрения, смачивающие добавки могут быть классифицированы как ионные или как не ионные – в соответствии с тем, как полярный сегмент вводится в молекулы. Неполярный сегмент, как правило, представлен углеводородными цепочками.
Диспергирующие добавки
Диспергирующие добавки поглощаются на поверхности пигмента и, следовательно, поддерживают в нем внутренние интервалы между частицами через электростатическое отталкивание и/или пространственное препятствие, снижая таким образом тенденцию к нерегулируемой флоккуляции. Оба механизма стабилизации рассмотрены ниже.
Электростатическое отталкивание
Частицы пигмента в жидкой краске несут на своей поверхности электрические заряды. С помощью добавок можно увеличить заряды и, более того, сделать все частицы пигментов одинаково заряженными.
Противоионы концентрируются вблизи поверхности пигментов (в жидкой фазе), таким образом создается "двойной электрический слой" (Рис. 5). Стабилизация повышается вместе с толщиной этого слоя. Механизм стабилизации электростатического отталкивания особенно эффективен для латексной дисперсии на водной основе и аналогичных систем. Химические добавки, применяемые для приготовления дисперсий в таких системах, представляют собой полиэлектролиты – продукты высокого молекулярного веса, которые содержат множество электрических зарядов в боковых цепях.
Кроме полифосфатов в лакокрасочной промышленности в качестве полиэлектролитов применяют производные поликарбоновых кислот. Полиэлектролиты адсорбируются на поверхности пигмента и, следовательно, передают свои заряды пигментным частицам. Через электростатическое отталкивание между одинаково заряженными пигментами тенденция к флоккуляции значительно снижается, и дефлоккуляционное состояние стабилизируется. Из-за своей химической структуры эти добавки проявляют смачивающие свойства, следовательно, практически необходимо комбинировать их со смачивающими добавками.
Резюме:
Пространственные помехи
Диспергирующие добавки, функция которых состоит в создании пространственного препятствия, обладают двумя специфическими особенностями структуры. Первая – эти продукты содержат так называемые "пигмент аффинные" группы – группы сцепления или адгезивные группы, что обеспечивает сильную,прочную адсорбцию на поверхности пигмента. Вторая – они содержат совместимые со смолой цепные структуры (углеводородные элементы), которые после адсорбции добавки на поверхности пигмента отодвигаются как можно дальше от пигмента в окружающий раствор смолы. Этот слой адсорбированных молекул добавки с продвинутыми цепями относят к пространственному препятствию или "электронной стабилизации" (Рис. 7). Вышеназванная стабилизация еще усиливается за счет взаимодействия полимерных сегментов добавок с полимерами смол так, что "оболочка" вокруг частиц пигмента расширяется.
Такой механизм стабилизации характерен для систем с растворителем или восстанавливаемых водой систем, которые содержат сольватированные смолы. При помощи специфических структурных элементов, содержащих пигмент аффинные группы (полярные) и цепные структуры, совместимые со смолой (неполярные), эти добавки проявляют определенные поверхностно-активные свойства. Другими словами, они не только стабилизируют дисперсию пигмента, но и действуют как смачивающие добавки.
Резюме:
Регулируемая флоккуляция
Если пигмент аффинные группы не только ограничены небольшой областью молекул добавки, но и особым образом распределены над молекулой, то такая добавка может быть мостиком между различными частицами пигмента. Благодаря конструкции добавок образуются трехмерные структуры, как показано на диаграмме пигментного флоккулята (Рис. 8). Размер и стабильность таких флоккулятов определяется добавкой, в частности, они зависят от взаимодействий "добавка-добавка" и "добавка-пигмент". В этом случае создаются регулируемые состояния флоккуляции, в которых степень флоккуляции зависит от химической структуры и концентрации добавки. В этой химической структуре отдельные частицы пигмента (из-за молекул добавки) остаются отделенными друг от друга. Такой тип стабилизации пигмента приводит к изменению свойств краски, в отличие от случая дефлоккуляции пигментов. Детали будут приведены в следующих разделах.
Преимущества каждого из видов стабилизации необходимо анализировать в каждой конкретной ситуации.
Классификация смачивающих и диспергирующих добавок Одним из логических методов классификации многочисленных смачивающих и диспергирующих добавок является классификация в соответствии с химической структурой (анионная, катионная или электро нейтральная) их пигмент аффинных групп. На практике также важна совместимость добавки с системами, содержащими растворитель, или с системами на водной основе. Для практического применения также важно, стабилизируют добавки состояние дефлоккуляции или флоккуляции. Ниже этот критерий рассматривается как специфическая характеристика.
Резюме:
Диспергирующие добавки могут обеспечивать регулируемую флоккуляцию.
