Диспергирование в концентрированных растворах

До недавнего времени производство пигментированных лакокрасочных материалов осуществлялось смешением всех предусмотренных рецептурой сухих пигментов и наполнителей с рабочими 45-55 %-ными растворами пленкообразователей, и замес подвергался механической обработке -«перетиру». Олигомеры и полимеры вследствие большой структурванности и высокой вязкости растворов плохо смачивают пигментные агрегаты. Лишь в результате затраты значительной энергии и времени на разогрев и частичную механическую деструкцию вторичных надмолекулярных структур пленкообразователей создавалась возможность смачивания и адсорбции их на диспергируемых пигментах.

Из концентрированных растворов пленкообразователей на поверхность крупных пигментных агрегатов переходят существующие в растворах вторичные надмолекулярные структуры. На поверхности пигментных агрегатов создаются толстые оболочки из налипших (аглютинированных) больших надмолекулярных структур. Такие оболочки на длительное время задерживают смачивание находящихся внутри пигментных агрегатов. Образовавшиеся сгустки задерживают диспергирование и засоряют эмали. Они могут быть удалены при фильтровании эмалей, но при этом теряется часть пигментов и нарушается цвет и состав эмалей.

Диспергирование пигментов по методу «тощих паст»

Пасты с малым содержанием пленкообразователя и высоким наполнением цигментами называют «тощими», в отличие от «жирных», содержащих полностью необходимое количество пленкообразователя для формирования глянцевых покрытий.

Создавая оптимальные условия для смачивания и диспергирования и отдельно для стабилизации дисперсий раздельно во времени, а часто и в разных аппаратах, удается в 2-5 раз повысить производительность и снизить энергозатраты на диспергирование. Для смачивация и диспергирования используют разбавленные слабоструктурированные низковязкие растворы олигомеров, обладающие ньютоновским течением и расклинивающим действием. Для этого берут лишь часть (0,25-0,6) от предусмотренного рецептурой эмали количества лака и разбавляют его растворителем до содержания нелетучих веществ 15-42 %. В этом растворе и диспергируют пигменты, он хорошо смачивает их.

Более разбавленные, 2-5 %-ные растворы олигомеров, отвечающие максимальной адсорбции, еще лучше смачивают и диспергируют, но не предохраняют от немедленно наступающей необратимой флокуляции. Поэтому в производстве используют растворы оптимальных концентрации, еще достаточно хорошо диспергирующие и на какое-то короткое время стабилизирующие дисперсии. В зависимости от поверхностной активности и молекулярно-массового распределения олигомеров оптимальные концентрации различны. Наименьшие 15-20 % - для глифталевых, пентафталевых и фенолоформальдегидных олигомеров; 20 - 42% -для алкидно-карбамидных и эпоксидных олигомеров. Вязкость таких растворов не более 1 Па-с.

Оптимальную концентрацию растворов для диспергирования приближенно определяют по изотерме возрастания вязкости лака с ростом концентрации. Область перехода от линейного роста вязкости к параболическому будет соответствовать оптимальной концентрации по вязкости.

Более точно, с учетом изменения активности олигомеров, оптимальная концентрация отвечает максимальной удельной объемной электрической проводимости растворов.

Объемное наполнение пигментом паст для диспергирования берут высоким, близким к φ_кр, что обеспечивает хорошую передачу срезывающих механических усилий, уменьшая рассеяние энергии - диссипацию.

Диссипация — рассеяние.

Диссипация энергии - переход части энергии упорядоченных процессов (кинетической энергии движущегося тела, энергии электрического тока и т. д.) в энергию неупорядоченных процессов, в конечном итоге — в тепло.

Количественное соотношение между пигментами и раствором оптимальной концентрации определяют по началу резкого увеличения роста вязкости суспензии или точнее по точке начала текучести пасты. Это соотношение соответствует началу снижения прочности пасты, отмеченной точкой Б на реологической кривой.

Диспергированные тощие пасты вследствие недостатка пленкообразователя для формирования достаточно толстых адсорбционных слоев нестабильны, и в течение непродолжительного времени пигменты в них флокулируют. Поэтому вслед за диспергированием в разбавленных лаках необходимо вводить в тощие пасты недостающее количество пленкообразователя, продолжая механическое диспергирование. Так как для диспергирования использовались разбавленные растворителем лаки, то для сохранения состава конечной эмали при стабилизации приходится применять высоковязкие лаки с повышенным содержанием (55-60 % нелетучих веществ).

При совмещении диспергированной тощей пасты с раствором пленкообразователей повышенной концентрации, стабилизирующих дисперсию, часто имеет место быстропротекающая флокуляция с выпадением пигмента в виде плотного, трудно редиспергируемого осадка (пигментный шок).

Для предотвращения пигментного шока концентрированный раствор пленкообразователя вводят в тощую пасту подогретым до 50 °С небольшими порциями (лучше непрерывно) при непрерывном перемешивании; диспергирование продолжается в последовательно работающей второй бисерной мельнице.

Метод тощих паст улучшает дисперсность, однако полной дезагрегации до первичных частиц не достигается, так как количество и свойства активных полярных олигомеров в стандартных полидисперсных лаках для дезагрегации не соответствует оптимальным условиям.

В лакокрасочных производствах для диспергирования "тощих" пигментных паст традиционно и довольно успешно применяется двухступенчатый каскад, состоящий из диссольвера и бисерной мельницы той или иной конструкции.