Лекции по "Материаловедению"

Пигменты  обладают определённым цветом благодаря  тому, что они способны избирательно отражать лучи дневного света. Когда на пигмент падает световой луч, то часть лучистой энергии поглощается, а другая отражается, окрашивая пигмент в цвет отраженных лучей. Если пигмент поглощает фиолетовые, синие, зеленые, желтые лучи и отражает красные, то и поверхность воспринимается как окрашенная в красный цвет. Пигмент, отражающий почти весь падающий на него свет, кажется белым, а пигмент, поглощающий падающие на него световые лучи - черным. Основными цветами следует считать три -красный, синий и желтый. Смешивая их между собой, можно получить фиолетовый, оранжевый, зеленый. Цветные краски - хроматические; сочетания черного и белого - ахроматические цвета.

По цвету  пигменты бывают:

· белыми (мел, белила цинковые, литопонные, титановые и др.);

· желтыми (охра, свинцовый и цинковый кроны и др.);

· красными (сурик железный и свинцовый, мумия и др.);

· зелеными (свинцовая и цинковая зелень и др.);

· синими (ультрамарин, малярная лазурь и др.);

· черными (сажа, чернь, графит и др.);

· коричневыми (умбра).

Свойства  пигментов

· плотность, которая составляет от 0,5 г/см³ (сажа) до 9,55 
г/см³ (свинцовый сурик);

· интенсивность цвета;

· красящая способность, заключающаяся в способности пигмента передавать свой цветовой тон смеси с белым пигментом;

· светоустойчивость;

· безвредность для здоровья работающих;

· щелочестойкость (для силикатных красок);

· коррозийная стойкость и т.д.

Цвет – свойство тел вызывать определённое зрительное ощущение в соответствии со спектральным составом и интенсивностью отражаемого или испускаемого ими видимого излучения. Основные качества цвета – цветовой тон, насыщенность и светлота. Цвет ЛКМ зависит в основном от цвета пигментов, наполнителей и связующих.

Цвет определяет визуальным и инструментальным методами (ГОСТ 16873-78).

Блеск – способность поверхности направленно отражать световой поток. Блеск лакокрасочных покрытий устанавливают фотоэлектрическим методом. Сущность метода заключается в измерении величины фототока, возбуждаемого в фотоприёмнике под действием пучка света, отражённого от поверхности испытываемого покрытия.

Светостойкость – свойство материала сохранять свой цвет под действием световых лучей. В процессе эксплуатации ЛКМ изменяют свой цвет под воздействием ультрафиолетовых лучей естественного света и источников искусственного освещения, излучающих ультрафиолетовые лучи. ЛКМ заводского изготовления - готовые к применению лакокрасочные материалы, а также пигменты, связующие и другие материалы, составляющие окрасочную плёнку, должны быть светостойкими. Это особенно важно для наружных лакокрасочных покрытий фасадов и кровель зданий, открытых металлических конструкций.

У лакокрасочных материалов и неорганических пигментов определяют условную светостойкость (ГОСТ 21903-76).

Атмосферостойкость – свойство лакокрасочного покрытия сопротивляться разрушающему действию солнечных лучей, дождя, мороза, снега, ветра, и других атмосферных факторов (например, газов и пыли, загрязняющих нижние слои атмосферы). Для определения атмосферостойкости (ГОСТ 6992-68) образцы с лакокрасочным покрытием выдерживают в атмосферных условиях с последующей количественной оценкой стойкости покрытия по изменению декоративных и защитных свойств. Испытания проводят на атмосферных площадках, расположенных на открытом воздухе на крыше здания или на земле.

Основными свойствами красочных  пигментов являются:

· дисперсность;

· укрывистость;

· маслоемкость.

Дисперсность  – тонкость помола, влияющая на укрывистость и красящую способность пигмента. Дисперсность пигмента характеризуется размерами его частиц, которые не должны превышать толщину пленки красочного покрытия, иначе поверхность будет неровной, шероховатой. С увеличением степени измельчения (до определенного предела) повышаются укрывистость и красящая способность пигмента. Наилучшая укрывистость достигается при использовании частиц пигмента 0,2-10 мкм. Пигменты отличаются высокой тонкостью помола и просеиваются сквозь сито 10000 отв./см². Для определения дисперсности пигментов используют методы ситового, микроскопического и седиментометрического анализов.

Укрывистость (кроющая способность) является способностью пигмента, затертого на пленкообразующем веществе, создавать непрозрачный слой при равномерном нанесении на одноцветную поверхность. Определяется количеством пигмента в граммах, необходимым для окраски 1 м² грунта таким образом, чтобы сделать невидимым цвет закрашиваемой поверхности; зависит от природы пигмента и степени его измельчения. Укрывистость пигментов считают хорошей, если она составляет 20-60 гр./кв.метр. Например, у железного сурика она 35 г/м², у охры - 180 г/м². Укрывистость в основном зависит от формы и размера частиц, цвета пигмента. Иногда фирмы-производители указывают расход краски (укрывистость) в метрах квадратных с одного килограмма (литра) краски.

Маслоемкость определяется количеством масла в граммах, расходуемым на затирание 100 г пигмента. Чем ниже маслоемкость, тем меньше необходимо масла для приготовления краски. И чем меньше связующего требуется для получения краски малярной консистенции, тем более долговечным будет покрытие. Для определения маслоемкости к пигменту добавляют по каплям масло, перемешивая при этом смесь стеклянной палочкой до тех пор, пока вся масса не превратится в комок.

Виды  пигментов.

Природные пигменты добываются из недр земли и в своем  естественном виде готовы к употреблению. Они уступают искусственным по яркости и насыщенности цвета, запасам сырья, но дешевы, безвредны и весьма устойчивы к атмосферным воздействиям. По цвету пигменты делят на:

· ахроматические (белые, серые, черные);

· хроматические (цветные).

Минеральные пигменты представляют собой окрашенные окислы (оксиды) и соли в основном поливалентных металлов (Fe, Pb, Cr, Zn, Cu и др.). Они отличаются высокой химической стойкостью, светостойкостью и устойчивостью к атмосферным воздействиям, что обусловливает их широкое применение в малярной технике, и в частности для наружных работ. Последние отличаются большей чистотой и насыщенностью цвета, разнообразием оттенков и более широким ассортиментом, чем естественные минеральные пигменты.

Минеральные пигменты различают по происхождению, цвету и видам. По происхождению минеральные пигменты делят на:

· естественные;

· искусственные.

Естественные или природные пигменты (охра, умбра, железный сурик и др.) получают переработкой окрашенных глин и горных пород, поэтому их еще называют земляными.

Искусственные пигменты (цинковые белила, кроны и др.) изготовляют промышленным способом. В отличие от земляных искусственные пигменты отличаются большим разнообразием оттенков, чистотой и насыщенностью цвета, но уступают им по свето- и атмосфе-ростойкости. К искусственным минеральным пигментам относят также бронзы – порошки алюминия, меди, цинка. Ассортимент искусственных пигментов более разнообразен.

Природные минеральные  пигменты.

Мел – порошок белого цвета. Состоит в основном из углекислого кальция (CaCO₃). Применяется в водных красках и шпатлевках.

Мумия – красный, с коричневым оттенком пигмент. Представляет собой алюмосиликат, окрашенный окислами железа. Применяется со всеми видами связующих.

Сурик железный – коричневато-красного цвета, представляет собой размолотую в мелкий порошок железную руду и в основной массе состоит из оксида железа (78-85 %). Отличается свето - и атмо-сферотойкостью.

Охра – желтый пигмент, состоящий из глин, окрашенных 10-25% раствором Fe₂O₃. Дешевый и стойкий пигмент.

Умбра – коричневый, с зеленым оттенком пигмент, содержит до 50% оксида железа и MnO.

Сиена – темножелтый, по составу алюмосиликат с содержанием 45-70%  оксида  железа.  Сиена жженая  имеет каштановый  цвет.

Киноварь – сернистая ртуть. Встречается в виде минерала красного цвета.

Боксит (от белого до красного цвета) состоит в основном из гидроксидов  алюминия. Отличается высокой атмосферостойкостью, светостойкостью и укрывистостью.

Пиролюзит (от черного до серо-стального цвета) состоит из перекиси марганца. Применяется для производства водных красящих составов.

Графит – темно-серый минерал, состоящий из углерода. Используется для покрытия горячих металлических поверхностей.

Искусственные минеральные пигменты. Белые пигменты.

Белила цинковые – по составу представляют собой оксид цинка с небольшим количеством примесей. Применяются для внутренних и наружных работ. Обладают хорошей свето - и атмосферостойкостью. Укрывистость – не более 100-110 г/кв.м., коэффициент отражения – 99,7%.

Белила литопонные – тонкий порошок – продукт осаждения из раствора смеси ZnSO₄ и BaSO₄. Для получения атмосферостойких покрытий не пригоден, так как не обладает атмосферостойкостью (желтеет на свету). Укрывистость литопона не более 110 г/см², коэффициент отражения – 97,8%. Для повышения светостойкости литопона при его изготовлении добавляют к раствору сернокислого цинка 0,01-0,015% (от массы ZnSO4) сернокислого кобальта. При хранении в темноте сереет.

Белила титановые – порошок двуокиси титана. Двуокись титана по своей укрывистости превосходит все другие белые пигменты. Она нейтральна и может быть введена во все пленкообразующие. Ук-рывистость составляет – 50-70г/кв.м. Коэффициент отражения – 98,9%. Благодаря высокому качеству и распространению природного сырья выпуск титановых белил постепенно увеличивается. Из белых пигментов они наиболее перспективны.

Сырьё для производства белых пигментов

Для приготовления водных составов применяют мел, известь, гипс и др.; для неводных – белила, литопон, двуокись титана и др.

• Природный мел является лучшим природным пигментом. Его применяют для внутренних и наружных покрытий в клеевых, силикатных окрашивающих составах, при приготовлении перхлорвинило-вых красок, грунтовок, паст, шпаклевок и замазок. Мел можно смешивать с любыми пигментами. Влажность комового мела не должна превышать 12%, а молотого – 2%.
• Обогащенный каолин (природное соединение, глина) применяют для, водных окрашивающих составов, а также как добавку для улучшения поверхности малярных покрытий, образующую более жирный и бархатный слой.
• Строительную известь используют как белый пигмент и как связующее для наружных и внутренних работ в водных составах и грунтовках. Известь можно смешивать только со щелочестойкими пигментами.
• Цинковые сухие муфельные белила марок БЦО–БЦ6 применяют преимущественно для внутренних работ и неводных составов

(иногда для  силикатных) для окрашивания по  металлу, дереву, штукатурке. Они недостаточно атмосферостойки.

• Свинцовые белила выпускают в виде густотертых паст. Из-за токсичности их применяют только для наружных работ по металлу и для изготовления масляных и эмалевых красок при ручном окрашивании.
• Сухой литопон выпускают в виде порошка марок ЛП, Т-А, Т-1, Т-2 и используют при составлении масляных и эмалевых красок для внутренних работ из-за низкой светостойкости.
• Пигментная двуокись титана (титановые белила) имеет несколько марок и разновидностей: А-1 – для водоэмульсионных красок и эмалей при окрашивании внутренних помещений; А-01 и А-02 – для эмалей с повышенными декоративными свойствами для внутренней отделки; Р-1 – для кремнийорганических эмалей при наружном окрашивании; Р-02 – для наружных атмосферостойких окрашивающих составов; Р-02, P-G4 – то же, но с повышенными декоративными свойствами; Р-05 – для малярных работ не применяют.

Желтые пигменты.

Из группы желтых пигментов наибольшее техническое  значение имеют кроны, к свойствам которых относятся:

· наличие высоких защитных (антикоррозийных) свойств;

· улучшение пластических свойств малярных составов;

· способствование равномерному распределению краски по 
окрашиваемой поверхности.

Охра – дешевый, прочный, свето- и щелочестойкий пигмент, применяемый во всех видах малярных составов для окрашивания деревянных, бетонных и металлических поверхностей для наружного и внутреннего применения.

Натуральная сиена аналогична охре, но содержит больше окиси железа и коллоидного кремнезема, ее цвет серовато-оранжевый. При сильном прогреве цвет переходит в красно-коричневый, а пигмент называют сиеной жженой. Сиены стойки к щелочам, их применяют для всех видов окрашивающих составов по всем поверхностям снаружи и внутри помещений.

Крон свинцовый – хромат свинца желтого цвета, а крон более светлого цвета – смесь хромата свинца с различным количеством сульфата свинца. Укрывистость кронов колеблется в пределах от 40 г/м² (для желтого крона) до 190 г/м² (для лимонного). Плотность желтого крона - 6,12 г/см².

Крон цинковый – порошок светло-желтого цвета. Чем больше в составе крона Ca₂O₃ и К₂О, тем ярче его цвет; чем больше ZnO, тем он

белее. Укрывистость крона  в пересчете на сухой пигмент  не более 120-170 г/м² (в зависимости от марки). Плотность - 3,46 г/см².

Крон стронциевый – лимонно-желтый порошок, обладает хорошей светостойкостью, превосходящей светостойкость свинцовых и цинковых кронов.