Оптимизация процесса диспергирования с использованием функции ГКМ

Известно, что оптическая эффективность пигментов в покрытии увеличивается с уменьшением размера частиц [2,18]. С ростом дисперсности пигментов увеличивается их укрывистость, красящая способность и чистота цвета.

Изменение красящей способности, выражаемое изменением значения функции Гуревича - Кубелки - Мунка F, описывается следующим уравнением [2,18]:

F = Кt - КFt/F_∞

где К - константа скорости диспергирования;

t - продолжительность диспергирования;

F_∞ - максимально достижимое значение функции Гуревича - Кубелки - Мунка, соответствующее бесконечно большой продолжительности диспергирования.

Эта зависимость может быть представлена в виде уравнения прямой (рисунок):

t/F=t/F_∞ +1/К.

	По экспериментальным данным строят зависимость t/F=f(t) и аппроксимируют ее линейным уравнением: y=ax+b.
Рисунок – Зависимость t/F от времени диспергирования

Значение F_∞ определяют как обратную величину углового коэффициента а или тангенса угла наклона прямой к оси абсцисс, и константу диспергирования К, как обратную величину сводного члена b или отрезка, отсекаемого на оси ординат:

;

;

Отношение максимально достижимого значения функции ГКМ к константе скорости диспергированиячисленно равно продолжительности диспергирования, необходимой для достижения половины предельного значения красящей способности. Это время, называемое сопротивлением диспергирования, является количественным критерием диспергируемости пигмента в тех или иных условиях.

;

Оптимальным временем диспергирования является время диспергирования, необходимое для достижения 0,9 F_∞. [19].

При прочих равных условиях успешное диспергирование возможно только при правильном выборе соотношений пигмент: пленкообразователь и пленкообразователь: растворитель, т.е. при правильном выборе наполнения и концентрации пленкообразователя в растворе.

Рабочие концентрации пленкообразователя для диспергирования выбирают по зависимости вязкости или электрической проводимости его раствора от концентрации. Наиболее приемлемы для диспергирования концентрации пленкообразователя, которые соответствуют максимуму или началу выхода на плато на кривых зависимости электрической проводимости от концентрации, или на 2-3 % меньшие, чем концентрации, отвечающие подъему вязкости на реологических кривых [2,18].

Для определения оптимального для диспергирования содержания пигмента в пасте проводят диспергирование двух образцов, содержащих различное количество пигмента. Объемное содержание пигмента в образцах должно различаться примерно на 10 %. Верхний предел не должен превышать значение критического объемного содержания пигмента.

Используя значения констант скорости диспергирования, определенных для двух значений содержания пигмента в пасте при постоянной концентрации пленкообразователя, оптимальное для диспергирования содержание пигмента С_п^опт можно вычислить по следующей формуле:

;

где К_Д1,К_Д2 – константы скорости диспергирования для объемных содержаний пигмента в пасте С_п1, ^. С_п2.

При изменении концентрации пленкообразователя или изменении его состава в общем случае изменяется и значение оптимального для диспергирования объемного содержания пигмента. Однако в большинстве случаев при варьировании концентрации одного и того же пленкообразователя в области концентраций, лежащей левее начала структурирования, оптимальное объемное содержание пигмента меняется незначительно, оставаясь практически постоянным [18].