После образования пленки в покрытии остается только нелетучая часть лакокра­сочного материала (массовая доля нелетучего вещества). Важнейшие параметры ре­цептур, такие, как степень наполнения, объемная концентрация пигментов (ОКП) и мас­совое соотношение пленкообразователя и пигментов, всегда соотносятся с содержани­ем нелетучего вещества.

Под степенью пигментирования понимают отношение суммарного массового коли­чества пигментов и наполнителей к содержанию пленкообразователя.

Термин ОКП определяется как отношение объема пигментов к общему объему от­вержденной пленки, выраженное в %. Под объемом пигментов следует понимать сум­марный объем пигментов и наполнителей.

Vп + Vн

ОКП = • 100%,

^П + Ун +

Где /п - объем пигментов;

/н - объем наполнителя;

/Пл - суммарный объем пленкообразователя и других компонентов (отверди - телей, пластификаторов, модификаторов).

Объем каждого компонента (V) рассчитывают как частное от деления массы (т) на плотность (р):

Т

У =-------

Р

Плотность пигментов и наполнителей, как правило, приводится в соответствующих справочниках и сертификатах на материалы. Усредненные значения плотности отверж­
денных пленок пленкообразователей можно найти в справочной литературе [15]. Для наиболее распространенных пленкообразователей они приведены в табл. 1.7.

Таблица 1.7

Средняя плотность некоторых отвержденных пленкообразователей

Пленкообразователь	Плотность пленки, г/см3
Стирол-акриловый	«1,1
Полистирольный
Полиакрилатный
Эпоксидный	* 1,2
Фенолформальдегидный
Полиуретановый
Поливинилацетатный
Мочевино - и меламиноформальдегидные	«1,5

Следует иметь в виду, что для пленкообразователей, поставляемых в виде раство­ров, обычно дается информация о плотности раствора, а не сухой пленки.

Степень наполнения различных лакокрасочных материалов сильно различается. Например, эмали для глянцевых покрытий имеют ОКП 10 — 20%, водно-дисперсионные краски для матовых покрытий - от 40 до 85%, лессирующие краски — менее 10%.

Рис. 1.27. Свойства алкидных покрытий в зависимости от степени пигментирования

Важным критерием возможности наполнения лакокрасочных материалов является значение критической объемной концентрации пигмента (КОКП). КОКП — это такая объемная доля (в %) пигмента или наполнителя в лакокрасочном составе, которая пол­ностью смачивается пленкообразователем и заполняет пустоты между частицами. При этом пигменты и наполнители располагаются плотно друг к другу. При превышении КОКП пористость лакокрасочной пленки стремительно растет. Величина КОКП в значи­тельной степени зависит от формы частиц применяемых пигментов и наполнителей, а также от их распределения. Для водно-дисперсионных красок значение КОКП состав­ляет около 60%.

50 Блеск (при 60°) Удлинение (0,1 мм) Твердость, з

Влияние концентрации пигмента или степени пигментирования на свойства покры­тий можно показать на примере алкидной эмали, содержащей красный железооксид­ный пигмент и сульфат бария в качестве наполнителя в соотношении 1:1. Степень пиг­ментирования эмали составляет 1 : 1 и 4 : 1 (по массе), что соответствует расчетному значению ОКП 21 и 51% соответственно. Свойства полученных покрытий приведены на рис. 1.27. С увеличением степени пигментирования покрытие становится более жест­ким и значительно менее эластичным, блеск стремительно уменьшается.

В табл. 1.8 приведены рецептура лакокрасочного материала и состав лакокрасоч­ного покрытия гооячей сушки. На практике все расчетные значения рецептур даются с точностью до одного знака после запятой. Массовые доли сухого остатка, как правило, в рецептурах не приводятся, их получают расчетным путем.

Таблица 1.8

Упрощенная рецептура лакокрасочного материала горячего отверждения

Компонент	Массовая доля, %
	В эмали	В покрытии
Меламиноалкидная смола (/]а1кус1 AN 950), 60%-ный раствор в смеси ЗоЬ/еБЭО 150 с бутилгликолем	51,0	30,6
Г ексаметоксиметилмеламин 100%-ный	5,0	5,0
Диоксид титана (рутил)	35,6	35,3
Растворитель и добгвки*	8,4	-
Итого:	100,0	70,9

* Для простоты расчета приведено суммарное значение, так как это не влияет на конечный результат.

Расчет стегюни пигментирования

Пигмент (ТЮг) 35,6

Сумма пленке образователей (нелетучая часть) 30,6 + 5,0 = 35,6

Степень пигментирования (пигмент/пленкообразователь) 35,6 : 35,6 = 1:1

Расчет КОКП плотность диоксида титана рутильной модификации р = 4,1 г/см3, плотность сухой меламиноалкидной пленки р — 1,2 г/см3 (по табл. 1.7).

35,6/4,1

КОКП = --------------------------------------------------- «100% = 23%.

35,6 / 4,1 +30,6/1,2 + 5/1,5

Приведенный расчет КОКП носит лишь приближенный характер, так как истинная плотность пленкообразователя и отвердителя после сушки не известна. Однако для многих областей применения такая точность расчета достаточна.

Для масляных пленкообразователей критерием оценки величины КОКП может слу­жить показатель маслоемкости.

Под маслоемкостью (или степенью адсорбции масла) понимают количество льняно­го масла (стандартного качества, кислотное число около 2,8 мг КОН/ЮО г), которое при

Добавлении по каплям способно адсорбироваться на пигменте или наполнителе при пе­ремешивании шпателем на стеклянной пластинке (DIN ISO 787 Т.5). Маслоемкость вы­ражают количеством граммов льняного масла на 100 г пигмента.

Применение этого показателя для других пленкообразователей, даже с учетом раз­ницы в плотности, недопустимо, так как при этом необходимо учитывать специфиче­скую природу жидкости и ее смачивающую способность. Определение маслоемкости имеет большую погрешность (до 50% от абсолютного значения).

Ниже приведены значения маслоемкости для ряда пигментов и наполнителей (в со­вокупности с другими их свойствами).

Таблица 1.9

Свойства некоторых пигментов и наполнителей

Пигмент или наполнитель	Размер частиц, нм	Удельная поверхность (по БЭТ), м2/г	Масло­емкость, г/100 г	Плотность (Рр), Г/м3	КОКП (масляные Краски), % (по объему)
Газовая сажа	13	460	620	1,8	8
__ Пламенная сажа	95	20	280	1,8	16
Пигмент голубой
Фталоцианиновый
Модификации 1	50	72	50	1,6	54
Модификации 2	100	36	45	1,6	56
Осажденный карбонат	80	20	40	2,8	45
Кальция
Мраморная мука	2500	3,4	19	2,7	65
Пигмент красный
Железооксидный
Прозрачный	20	100	40	4,5	34
Кроющий	300	6	24	5,0	44

Из табл. 1.9 видно, что с ростом удельной поверхности маслоемкость возрастает, однако увеличение происходит непропорционально. Это можно объяснить следующим образом:

• маслоемкость определяется не только поверхностью раздела фаз пигмента и льняного масла, но и плотностью упаковки частиц, а также свободным объемом, заключенным между частицами пигмента. Между маслоемкостью и показателем КОКП есть определенная корреляция;

• предполагают, что льняное масло адсорбируется не на всех участках поверхно­сти, на которых адсорбируются молекулы азота, особенно в случае частиц пиг­мента тонкого помола (при определении удельной поверхности).

На адсорбцию льняного масла, в отличие от неспецифической адсорбции азота, мо­гут влиять не только разница в размере молекул, но и полярность поверхности пигмента.

Следует отметить, что удельная поверхность пигментов и наполнителей (по БЭТ) лишь приблизительно описывает величину поверхности раздела фаз в лако­красочных материалах. Более важным показателем является маслоемкость, кото­рая служит мерой необходимого количества пленкообразователя для пигментиро­ванных материалов.

Зная маслоемкость пигмента (М), можно легко рассчитать величину КОКП и рецеп­туру масляных красок. В справочной литературе можно найти плотность пигмента рп, а плотность льняного масла рм равна 0,93 г/см3

Рп * М

КОКП = 100/(1 +---------- ).

Рм * 100

Пример расчета КОКП для масляной краски, содержащей красный железооксид­ный пигмент (р„ = 5,0 г/см3):

5*24

КОКП = 100 / (1 +---------- ) = 43,7 » 44.

0,93*100