Влияние объемного содержания пигментов на оптические свойства композиционных материалов

Объемное содержание пигментов является одним из основных факторов, определяющих оптические, и, в том числе, колористические свойства композиционных покрытий. С увеличением объемного содержания пигментов в составе композиционных материалов до определенной величины оптическая плотность материалов увеличивается, при этом поглощение света преобладает над светорассеянием для материалов, поглощающих в видимой области. В результате этого при увеличении содержания пигментов наблюдается уменьшение светлоты для покрытий, наполненных различными пигментами, поглощающих в видимой области спектра.

Область критического наполнения соответствует переходу от матричного распределения частиц наполнителя или пигмента в объеме композиционного материала к контактному. В этой области частицы наполнителя или пигмента контактируют друг с другом через адсорбционные оболочки, а пространство между частицами заполнено полимером. Непрерывность полимерной фазы может сохраняться за счет адсорбционных оболочек. Именно в области критического наполнения наблюдается резкое изменение хода зависимостей большинства свойств наполненных композиционных материалов от содержания в них наполнителей или пигментов (изменяются реологические свойства лакокрасочных материалов, блеск, механические и защитные свойства покрытий) (рисунок 8) [2,22].

1 – паро и газопроницаемость, 2 – блеск, 3 – прочность при разрыве.

Рисунок 8 – Зависимость свойств пигментированных композиционных материалов от объемного содержания пигмента

Теоретически для сферических частиц, независимо от их диаметра, при наиболее плотной гексагональной упаковке φ_кр должно составлять 0,74 общего объема системы.

φ_кр=0,74 V_общ;

Практически полидисперсные частицы упакованы не идеально плотно и φ_кр составляет обычно менее 0,55 общего объема.

В ряде лакокрасочных покрытий объемное содержание пигмента превышает критическое. К таким материалам относятся фасадные краски и краски для внутренней отделки помещений, у которых для обеспечения паропроницаемости покрытия необходима определенная пористость.

При повышении содержания пигмента выше критического обычно имеет место резкое возрастание укрывистости. В области, где объемная доля пигментов или наполнителей φ превышает ее критическое значение φ_кр, существенный вклад в совокупность свойств наполненных полимерных материалов вносит наличие в них пустот (воздуха), то есть пористость. При увеличении содержания наполнителя в их составе объемное наполнение растет вплоть до φ_кр. В закритической области оно остается практически постоянным, причем часть полимера замещается воздухом, т.е. материал становится пористым. Исходя из постоянства объемной доли наполнителя или пигмента в закритической области, Стигом введен индекс пористости, характеризующий объемную долю воздуха в промежутках между частицами.