Типы глин, применяемых в красках

Каолины, представляющие собой чистые каолинитовые глины, широко используются в составе красок. Обычно каолины отмучиваются водой, отбеливаются химическим способом и фракционируются для получения продукта с определенным размером частиц. Каолины, применяемые при изготовлении красок, имеют размеры частиц 0,5—5 мк, а остаток на сите 325 меш встречается только в следах. Производители выпускают каолины с различным распределением частиц по размеру, так как недавно было установлено, что свойства краски изменяются в зависимости от размера частиц, а каолины с одинаковым гранулометрическим составом дают разные результаты в различных красках. В США каолины для производства красок добываются в штатах Джорджия и Южная Каролина. Кроме того, они добываются в районе Корнуэлла в Великобритании, в Германии, Франции, Чехословакии, Японии, а также в других странах.

Содержание каолина в составе красок варьирует в зависимости от типа краски. Так, в некоторых эмалях, где каолин используется для поддержания компонентов эмали во взвешенном состоянии и предотвращения расслаивания суспензии, его содержание не превышает 2—5%. С другой стороны, в некоторых красках для окраски внутренних стен зданий около 70% объема краски составляет пигмент, в состав которого может входить до 70% каолина. Краски для домов содержат 2—3 фунта каолина на галлон, т. е. сухая краска содержит около 25 вес. % глины.

К каолиновым глинам, используемым в производстве красок, предъявляются следующие требования.

Они должны придавать краскам требуемые и контролируемые поверхностные свойства. Так, в некоторых марках красок они используются для придания блеска. Считают, что каолинитовые глины придают краскам сильный ровный блеск благодаря тому, что чешуйки каолинита обычно имеют толщину меньше длины волны света. Они позволяют вводить в состав красок большое количество пигмента. Это особенно наглядно видно на примере полуматовых красок, где происходит постепенное снижение блеска при увеличении количества пигмента, а не резкое падение блеска при определенном содержании пигмента.

Каолинитовые глины быстро и полностью распускаются во многих пленкообразующих. Каолин, кроме того, по-видимому, облегчает диспергацию других пигментов, которые труднее вводятся в состав красок. Они неабразивны и придают краскам хорошие рабочие свойства, что было показано на примере водных красок для наружной покраски. Такие каолины обеспечивают рабочую консистенцию краски «под кисть», хорошую текучесть и равномерное покрытие окрашиваемой поверхности. Они обладают хорошими суспензионными свойствами, уменьшают оседание краски при приготовлении и хранении на складе.

Каолин повышает укрывистость красок. Это особенно заметно в водных и масляно-смоляных красках. Он обладает удовлетворительной абсорбцией масла. В табл. 8-5 приведены величины маслоемкости каолина с различной средней величиной частиц, а также аналогичные данные для других пигментов.

Маслоемкость определяется как минимальное количество масла, требуемого для получения пасты с заданными характеристиками из установленного количества пигмента по стандартной методике (A S T М, D 281-31). Она обычно выражается в весовых частях масла на 100 вес. ч. пигмента. Как и следовало ожидать, грубодисперсные каолины имеют более низкую маслоемкость, и поэтому они требуют меньшее количество растворителя и обладают наиболее высоким потенциалом наполнения. Грубодисперсные каолины, вероятно, будут иметь меньшую укрывистость, чем тонкодисперсные. Однако оптимальную укрывистость дает не столько тонкодисперсность каолинов, сколько определенное соотношение частиц по гранулометрии.

Из-за гидрофильности глины легче смешиваются с водой, чем с другими жидкостями. При производстве красок глины высушиваются до содержания абсорбированной воды менее 1%, но даже при этом ко времени их действительного использования они абсорбируют некоторое количество воды, так что поверхность частиц покрыта по крайней мере слоем воды толщиной в одну молекулу. Во многих случаях гидрофильные пигменты можно удовлетворительно диспергировать в органических растворителях, однако не во всех. Кроме того, считают, что присутствие водной пленки вызывает нежелательные свойства некоторых систем. Все это несколько ограничивает использование глинистых пигментов в красках с органическими растворителями. Чтобы исправить этот недостаток, были получены каолины, в которых отдельные каолинитовые чешуйки покрыты различными органическими соединениями; такие каолины в настоящее время имеются в продаже. Каолины с «измененной поверхностью» выпускаются с различным гранулометрическим составом. Наиболее обычны каолины, частицы которых покрыты катионными веществами, но выпускаются каолины с частицами, Покрытыми другими соединениями. Получение каолинов с «измененной поверхностью» — чрезвычайно важное достижение каолиновой промышленности. Можно получить каолины, покрытые органическими соединениями, которые особенно подходят для определенных растворителей. Другими словами, каолины могут быть специально рассчитаны для использования в определенных средах таким образом, что их поверхность оптимальным образом реагирует с этой органической жидкостью или, наоборот, если это необходимо, совершенно не реагирует с органическим растворителем. Этот процесс, используемый в производстве каолинов, в опубликованных работах не описан и состав применяемых покрытий не известен.

Как видно из табл. 8-6, размер поверхности, определенный методом абсорбции азота, почти не меняется после покрытия поверхности частиц каолинита органическими соединениями, но сильно меняется поверхность, смачиваемая водой. Маслоемкость также резко меняется, хотя ее величина контролируется составом покрытия и способом нанесения покрытия на глинистые частицы.

В красках используются также каолины, обожженные при температурах порядка 1700° F и затем тонко раздробленные. Такой обжиг приводит к полной дегидратации каолинита и уменьшает его способность абсорбировать воду. Обжиг увеличивает, кроме того, белизну каолинового продукта, содержащего 0,005% остатка на сите 325 меш и со средним размером частиц 0,8 мк, с увеличенной степенью белизны до 90—92 и с маслопоглощением до 56—58 мл/100 г. Более грубые каолины со средним размером частиц 1 мк имеют маслопоглощение до 46—47 мл/100 г Обожженные каолины, по-видимому, более укрывистые, чем необожженные. Указывается, что обожженные каолины используются во многих красках.



Аттапульгитовые глины используются в некоторых красочных композициях, где они увеличивают густоту и тиксотропные свойства. Кроме того, они действуют одновременно в качестве агента, придающего краскам матовость. Аттапульгит обладает высокой маслоемкостью, колеблющейся в пределах от 84—104%.



В красках широко применяются бентонитовые глины, сложенные преимущественно монтмориллонитом. Наиболее подходящими для красок являются монтмориллонитовые глины, содержащие в качестве обменного катиона натрий и обладающие высокой коллоидальностью, легко и полностью диспергирующиеся. В США такие глины добываются в Вайоминге. В Германии, Франции и Англии натриевые монтмориллониты приготавливаются искусственно из природных кальциевых глин при помощи реакций катионного обмена. Содержание натрия в природных глинах США может быть повышено обработкой бентонитов кальцинированной содой.

Бентониты применяются как в масляных, так и в водных красках. В красках на водной основе монтмориллонитовые глины действуют в качестве суспендирующего и сгущающего агента. Они могут использоваться в качестве носителя портланд-цемента. Бентониты также используются в качестве эмульгирующего агента в водных и масляных красках.

Подобно каолиниту, монтмориллонит обладает гидрофильными свойствами, и поэтому он трудно диспергируется в некоторых масляных красках. Для преодоления этих трудностей применяются монтмориллонитовые глины, частицы которых покрыты различными органическими соединениями. Такой подбор требуется для максимального соответствия различным пленкообразующим: эфирцеллюлозным лакам, эпоксидным и винильным смолам. Такие глины улучшают суспензионные свойства пигментов благодаря эффективному сцеплению адсорбированной органики с лаковой основой, что уменьшает силы притяжения частиц друг к другу, увеличивают эффективный размер частиц, что придает этим частицам более низкие значения средней плотности. Кроме того, такие глины улучшают контроль за вязкостью и тиксотропными свойствами красочных систем, так как увеличение монтмориллонитов, покрытых органическими соединениями, в общем приводит к пропорциональному возрастанию вязкости и гелеобразованию. Считают, что структура геля обеспечивает нужную консистенцию краски для нанесения кистью и распыления и позволяет до некоторой степени контролировать проникновение пленкообразующего внутрь окрашиваемой пористой поверхности. В некоторых пленкообразующих глины, покрытые органическими соединениями, придают краскам мягкую матовость. В краску вводится 2—10 фунтов глины на 100 галлонов.