Главная / Архив / Информационные статьи и описание продукции с прежнего сайта / Пигменты, применяемые в производстве суперконцентратов, их свойства и особенности

Пигменты, применяемые в производстве суперконцентратов, их свойства и особенности

Пигменты, органические и неорганические, наряду с красителями используются для создания широкой цветовой гаммы суперконцетратов. Cуперконцентраты (мастербачи) - это полимеры, в которые диспергированы концентрированные пигменты.

Суперконцентраты представляют собой дисперсию, в состав которой входят пигменты в полимер-носителе. Но просто добавить пигменты в полимер не получится, особенно в полиолефины – полиэтилен и полипропилен, т.к. эти полимеры неполярны, они обладают очень низкой смачиваемостью. Поэтому перед тем, как соединить пигменты с полимером его вначале диспергируют, а затем обрабатывают поверхностно-активными веществами, которые не позволяют отдельным частицам пигмента опять скоагулировать. После этого активизируют полимер-носитель, вводя специальные технологические добавки (доломит, наноглины, химические компоненты), добавляя подготовленные пигменты. Готовую расплавленную массу пропускают через гранулятор, таким образом получая суперконцентрат.
Пигменты обладают следующими основными характеристиками:
- укрывистость (кроющая способность),
- красящая способность (интенсивность цвета), свойство передавать свой цвет,
- диспергируемость – способность пигмента измельчаться и распределяться в среде.
Из органических пигментов наиболее важными являются пигменты, имеющие молекулярно-кристаллическую структуру, отличающиеся нерастворимостью в окрашиваемых средах. К таким относятся такие пигменты, как азопигменты, фталацианиновые пигменты, трифенилметановые и полициклические. Органические пигменты обладают широкой гаммой ярких оттенков, большей красящей способностью, т.к. в сухом виде имеют много меньший размер частиц, чем неорганические. Но они уступают неорганическим по термо-, свето-, атмосферостойкости, а также миграционной стойкости.
Неорганические пигменты делятся на природные (минеральные), а также синтетические. По цвету пигменты классифицируют на ахроматические (белые, серые, черные), хроматические - цветные, декоративные, порошки металлов.
Для получения черных мастербачей используют сажу, технический углерод. Самый мелкодисперсный углерод получают недожиганием или термическим разложением углеводородов (дизельного топлива, природного газа и т.д.) состоящий из сферических частиц, образующих глобулярную структуру. Средний размер частиц порядка 100 – 3500 ангстрем. Этот тип углерода обладает высокой укрывистостью, высокой степенью черноты из-за своей глобулярности.
Белые неорганические пигменты - это, например, диоксид титана, несколько типов карбоната кальция, тальк, другие минералы (см. фото 1, 2, 3).

Фото 1. Суперконцентрат с наполнителем из белого силиката Анортита.
Обладает перламутровым эффектом, высоким блеском

Фото 2. Суперконцентрат с карбонатом кальция, минералом

Фото 3. Суперконцентрат с карбонатом кальция, тоже минерал,
но с другого месторождения.

Для цветных суперконцентратов применяются разные виды красителей, полученных из минералов или синтетическим путем.
Широко используются природные и синтетические кроны. Кроны имеют яркие цвета, обладают высокой красящей способностью. Цвет пигмента больше всего зависит от физических свойств - дисперсности, структуры (соотношения концентраций оксидов свинца, молибдена, хрома, которые содержит минерал). Из кронов получают пигменты желтого, красного, оранжевого цвета.

Рис.1 Рентгеновские спектры желтого пигмента, полученного синтетическим
путем и из природного крона

Фото 4. Срез окрашенного полимера с применением синтетического
желтого пигмента (увеличение в 1000 раз)

Из рисунка 1 видно заметное отличие составов природного и синтетического пигмента. Присутствие хрома в природном образце во-первых, повышает свето- и термостойкость пигмента, а во-вторых, создает лимонный оттенок. За счет присутствия кальцита пигменты не ухудшают свои свойства. Полимерной промышленностью он используется как технологическая добавка (естественно контролируется его процентное содержание). Окислы алюминия и кремния – также технологические добавки, используемые для улучшения колеровочных свойств пигментов: исключают окисление поверхности частиц пигмента . Синтетические пигменты обладают теми же параметрами, что и природные, но лучше «держат» цвет во время окрашивания, имеют насыщенный тон.
Микрофотография (фото.4) дает представление о картине окрашивания полимера желтым красителем.
Применяют также природный ультрамарин, который бывает розовым, насыщенным синим, или же фиолетовым. Синтетический ультрамарин получают прокаливанием каолина с серой. Природный ультрамарин светоустойчив, атмосферостоек. Синтетический ультрамарин обладает более низкими параметрами по термо- и светостойкости из-за возможного присутствия серы (если плохая очистка).
Самые распространенные неорганические пигменты - железоокисные пигменты. Помимо минеральных окисей железа широко используются синтетические железоокисные пигменты от красного до коричневого цвета и черного.

Качество всех пигментов, полученных из природных минералов, значительно зависит от качества помола, степени распределения частиц по размерам, а также от формы получаемых частиц (существует такой параметр, как форм-фактор частиц). Структура и размер частиц зависит даже от того, какой используется тип мельницы.
Синтетические пигменты могут иметь следующий недостаток. При синтезе, а также после промывки уже готовых веществ, остаются технические примеси. Даже незначительные количества этих примесей могут повлиять на оттенок при окрашивании, или внести коррекцию режима литья.

Популярным стало окрашивание полимеров под различные виды металлов. Чтобы применять металлические пигменты требует создание абсолютно нового класса суперконцентратов, применяя новые технологии, материалы для получения пигментов такого класса.
Используемые пигменты под золото создаются с помощь золь-гель (sol-gel) технологии. Суть этой технологии заключается в инкапсулировании каждой частицы латуни в абсолютно прозрачную и химически инертную оболочку из оксида кремния. Использование данной технологии позволило предотвратить химическую реакцию частиц с водой, а также повысить термическую и атмосферную устойчивость красителей на этих пигментах.
Чтобы создать пигменты под золото или бронзу выбираются различные марки сплавов латуни или бронзы. Эти два сплава являются разновидностью медных сплавов с разными легирующими компонентами, которые придают мелкозернистую структуру и желтый цвет латуни и крупнозернистую структуру и темно-коричневый цвет бронзе. При оксидировании оба сплава приобретают золотистый и более насыщенный цвет с крапинками.
Приведем составы, которые могут быть применимы для окрашивания полимерных изделий, допустимых к контактам с пищевыми продуктами, игрушкам.
Бронзы:
- олово Sn – 6–7%, фосфор P – 0,1-0,25%, остальное – медь Cu,
- олово Sn - 3 – 5% , цинк Zn - 3,5-5%, остальное – медь Cu
- алюминий Al - 4-6%, остальное – медь - Cu
- алюминий Al - 8-10%, железо Fe - 2-4%, остальное – медь Cu
Сплавы с 10–15% цинка с 2-4% олова отличаются красивым красно-желтым цветом. Излишки цинка придают бронзе тусклый темный цвет металлических соединений. Цвет бронзы с 5 % алюминия весьма похож на золото. Примесь кремния меняет цвет алюминиевой бронзы. Оттенки бронзы зависят от степени оксидирования сплавов.
Латуни:
- 90% меди + 10% цинка = светлое золото,
- 85% меди + 15% цинка = натуральное золото
- 70% меди + 30% цинка = насыщенное золото
- 70% меди + 30% цинка + темп.(оксидирование) = английское золото
- 85% меди + 15% цинка + темп. = лимон
- 90% меди + 10% цинка + темп. = глубокое золото
- 100% меди + темп. = огненно красная бронза
- 76–79% меди + 1,75-2,5% алюминия + остальное цинк
- 58-61% меди + 6-7% алюминия + 2-4% железо + остальное цинк
- 88-91% меди + 0,25-0.75% олово + остальное цинк
- 59-61% меди + 1-1,5% олово + остальное цинк
Довольно часто золотые пигменты получают с использованием алюминиевых металликов, сочетая колеровочные пигменты. Более того, золотые пигменты можно получать с перламутровых пигментов. Пигменты, полученные разными методами отличаются характерным блеском: перламутровые пигменты – радужным, металлики – холодным. Только медные пигменты дают натуральный золотой блеск.
Пигменты серебристого металлика получают из алюминиевых пластинок, на которые нанесен тонкий слой полимерного покрытия, предохраняющий алюминий от окисления при получении суперконцентрата.


Фото 5. Алюминиевые пластинки пигмента под серебристый металлик

Фото 6. Алюминиевая пластинка, на поверхности которой видны частицы серебра.
Указан ее средний размер в микронах (мкм).


Фото 7. Показана боковая грань частицы. Четко видна граница алюминия и нанесенной на его поверхность защитной полимерной пленки. На поверхности пленки отчетливо видны частицы серебра, которые улучшают отражательный эффект пигмента.

Фото 8. Здесь показана грань частицы, увеличенная в 300 раз. Средняя толщина частицы составляет 22,4 мкм. Хорошо виден сглаживающий эффект полимерной пленки. Благодаря этой пленке исключено рассеяние света на частице алюминия, из-за ее шероховатости и ее окисление.

Фото 9. Показана толщина полимерной пленки на поверхности алюминия


Перламутровые пигменты получают из неорганического природного минерала мусковита или арогонита – определенного вида ракушечника. Измельченные частицы этих материалов затем обрабатываются оксидами кремния или алюминия для придания оттенков. Явление переливчатости – опалесценции очень сильно зависит от размера, формы частиц.
На основе совместных исследований Горного института и Института химии и технологии редких элементов и минерального сырья КНЦ РАН разработана технология, по которой получаются перламутровые пигменты (ПП) из отходов слюдяного производства [ Л.Г.Герасимова. «Пигменты и наполнители из природного титаносодержащего сырья и техногенных отходов».]
Разработанный способ синтеза пигментированных слюд включает: безагрегатное электрохимическое расщепление слюды в электролизерах специальной конструкции, измельчение расщепленного продукта с помощью центробежной мельницы, классификация слюды на заданные фракции, а также нанесение на поверхность выделенных фракций слюды диоксида титана с последующим его закреплением.

Материал подготовил технолог Карась Светлана Михайловна. В статье были использованы фотографии из штатных исследований ОДО "Поликонта", в ходе которых изучались различные пигменты и их свойства.