Автор
В компании Kolortek мы сотрудничаем с глобальными партнерами, чтобы предлагать инновационные решения в области пигментов, отвечающие меняющимся требованиям рынка. Благодаря передовым производственным возможностям и строгому контролю качества, наша продукция отличается стабильностью, производительностью и долговечностью.
Вы смотрите две партии, казалось бы, идентичных прозрачных смол. Обе содержат... перламутровый порошок слюды При одинаковой загрузке. Один образец остается во взвешенном состоянии в течение нескольких часов. Другой через двадцать минут образует плотный перламутровый слой на дне. Тот же поставщик пигментов, та же спецификация D50, тот же протокол смешивания.
Проблема не в технике смешивания. Дело в плотности частиц, геометрии хлопьев и соотношении между вязкостью смолы и скоростью осаждения по Стоксу — переменных, которые в технических характеристиках обычно умалчиваются или полностью игнорируются.
Не все перламутровые пигменты на основе слюды одинаковы по плотности. Плотность натуральных хлопьев слюды, покрытых диоксидом титана, составляет около 2,8–3,2 г/см³. Это кажется разумным, пока не сравнишь с плотностью самой смолы — большинство эпоксидных, полиэфирных и водорастворимых акриловых смол имеют плотность от 1,0 до 1,2 г/см³ при рабочей вязкости.
Разница в плотности, превышающая 2,0 г/см³, является основной причиной оседания. И ситуация усугубляется в зависимости от структуры покрытия.
Пигменты с более толстым покрытием из TiO₂ или дополнительными слоями оксидов металлов (например, оксида железа для цветовых эффектов) увеличивают массу частиц без пропорционального увеличения сопротивления. Серебристо-белый цвет перламутровый пигментный порошок Слой TiO₂ оседает медленнее, чем золото интерференционного класса с многослойной структурой TiO₂ + Fe₂O₃ на той же слюдяной подложке. Размер хлопьев одинаковый. Более толстое покрытие. Более быстрое падение.
В системах с низкой вязкостью более крупные хлопья оседают быстрее — это не новость. Что действительно удивляет разработчиков рецептур, так это то, насколько сильно крайняя часть распределения размеров искажает восприятие процесса оседания.
Если в вашем перламутровом порошке слюды с размером частиц 10–60 мкм содержится хотя бы 15% частиц размером более 50 мкм, то именно эти крупные хлопья будут преобладать в визуальном осаждении. Они быстрее оседают, заметно накапливаются и создают впечатление нестабильности всего пигментного состава. На практике более мелкая фракция может оставаться во взвешенном состоянии, но вы уже планируете переформулировку.
Значение D50 показывает медиану. Оно не сообщает о значении D90 или диапазоне распределения, которые напрямую влияют на скорость осаждения в смолах с вязкостью ниже 500 сП.
| Размер частиц (D50) | Типичная толщина покрытия | Относительная скорость осаждения в смоле 200 сП | Наиболее подходящий диапазон вязкости |
|---|---|---|---|
| 5–25 мкм | 50–70 нм TiO₂ | Медленный | 100–1000 сП |
| 10–60 мкм | 60–90 нм TiO₂ | Умеренный | 500–3000 сП |
| 20–100 мкм | Многослойная структура толщиной 80–120 нм | Быстрый | 2000+ сП или тиксотропный |
| 40–200 мкм | Многослойная структура толщиной более 100 нм | Очень быстро | только тиксотропные гели |
Да, более высокая вязкость замедляет осаждение. Но эта зависимость нелинейна, и она осложняется эффектом уменьшения вязкости при увеличении скорости сдвига в большинстве рабочих составов.
Смола, вязкость которой по вискозиметру составляет 800 сП, может снизиться до 200 сП при небольшом сдвиговом воздействии при заливке или нанесении кистью. Как только пигмент оказывается в этом диапазоне низкой вязкости, вступает в действие закон Стокса. Скорость осаждения обратно пропорциональна вязкости — уменьшите вязкость вдвое во время нанесения, и скорость осаждения удвоится. Именно поэтому некоторые перламутровые пигментные порошки, которые кажутся стабильными в растворе, могут превратиться в сверкающий снежный вихрь в момент заливки.
Тиксотропные добавки помогают, но только если они достаточно быстро восстанавливают структуру после сдвига. Дымчатый диоксид кремния работает. Некоторые органоглины тоже работают. Многие коммерческие «противоосаждающие» агенты просто увеличивают вязкость при низких скоростях сдвига, не оказывая существенного влияния на микроокружение пигмента после прекращения течения.
Слюдяные хлопья представляют собой пластинки. В идеальной суспензии они оседали бы плоской стороной вниз, максимально увеличивая сопротивление. В действительности же ориентация хлопьев во время и после перемешивания хаотична, и многие хлопья падают, перекатываясь ребром вниз.
Осаждение хлопьев ребром вниз уменьшает эффективную площадь поверхности и значительно снижает сопротивление. Хлопьям размером 40 мкм, оседающим ребром вниз, может потребоваться в два раза больше времени, чтобы достичь дна, чем тем же хлопьям, падающим ребром. В низковязкой смоле это невозможно контролировать без создания достаточной сетчатой структуры, чтобы физически задержать хлопья, что возвращает нас к вопросу модификации реологии.
Тем не менее, соотношение сторон чешуек играет свою роль. Более тонкие чешуйки (с большим соотношением сторон) создают большее сопротивление на единицу массы. Это одна из причин, почему перламутровые покрытия на основе синтетической слюды — часто более тонкие и однородные, чем натуральные сорта слюды — иногда демонстрируют лучшую суспензию, даже при сопоставимых значениях D50 и весе покрытия.
Не все перламутровые пигменты на основе слюды обрабатываются после нанесения покрытия одинаково. Некоторые проходят обработку гидрофобным органосиланом для улучшения дисперсии в системах на основе растворителей или неполярных смол. Другие остаются гидрофильными для применения в водорастворимых системах.
Если химический состав поверхности не соответствует полярности смолы, возникает плохое смачивание. Плохо смачиваемые частицы слипаются, а слипшиеся частицы оседают быстрее, чем отдельные хлопья. Я видел партии, где пигмент выглядел прекрасно диспергированным под смесителем, но в течение часа в полиэфире с низкой полярностью образовывал рыхлые агломераты. Агломераты осыпались как камни.
Проверьте технические характеристики обработки поверхности пигмента, особенно если вы переходите с растворимых на водную основу на другие системы. Перламутровый пигмент, идеально работающий в акриловой эмульсии, может флокулировать в низкополярной эпоксидной смоле без дополнительного диспергирующего агента.
Если вы используете низковязкую смолу и сталкиваетесь с проблемой оседания, ваши возможности делятся на три категории: изменить реологические свойства, сменить пигмент или смириться с оседанием и разработать дизайн с учетом этого явления.
В некоторых областях применения оседание допустимо. Если конечный пользователь будет перемешивать перед использованием (что часто встречается в смолах для рукоделия, некоторых промышленных покрытиях), небольшое оседание не является недостатком. Просто убедитесь, что оно достаточно плотное.повторно подлежащий суспендированию—Спрессованный пигмент на дне банки — это уже другая проблема.
Это приблизительные скорости осаждения перламутрового порошка слюды в нетиксотропной смоле при комнатной температуре. Фактические значения будут варьироваться в зависимости от содержания пигмента, химического состава смолы и любых остаточных эффектов сдвига.
| Вязкость смолы (сП) | Пигмент D50 (мкм) | Время до видимого оседания | Статус рецептуры |
|---|---|---|---|
| 100–200 | 40–100 | 15–30 минут | Нестабилен без добавок. |
| 200–500 | 40–100 | 1–2 часа | Малопознавательный; нуждается в тиксотропе. |
| 500–1000 | 10–60 | 4–8 часов | Подходит для некоторых применений |
| 1500+ | 10–60 | 24+ часов | Стабилен для большинства требований к сроку годности. |
Если вы выбираете перламутровый пигментный порошок для нового проекта, значение D50 в техническом описании — это лишь отправная точка. Уточните полное распределение частиц по размерам. Спросите о структуре слоя покрытия и о том, подвергался ли пигмент поверхностной обработке. И если ваша смоляная система имеет показатель D50 ниже 500 сП, проверьте поведение при осаждении на ранней стадии — желательно до того, как вы сделаете заказ минимум на пять бочек.
Поставщики пигментов, работающие на рынке уже некоторое время, знают, какие сорта склонны к оседанию в системах с низкой вязкостью. Они также смогут порекомендовать более мелкую фракцию или обработанный вариант, если ваш первоначальный выбор не подходит. Если они не могут этого сделать, это тревожный знак.
А: Нет. Добавление большего количества пигмента ускоряет осаждение, потому что вы увеличиваете общую массу частиц, не изменяя при этом силы, вызывающие осаждение. В итоге вы получите более плотный слой осадка и ту же проблему. Вместо этого исправьте реологические свойства или качество пигмента.
А: Иногда. Синтетические хлопья слюды часто тоньше и однороднее, что может улучшить суспензию благодаря большему соотношению сторон и лучшему сопротивлению. Но вес покрытия и обработка поверхности по-прежнему играют решающую роль. Не стоит предполагать, что синтетические всегда лучше — протестируйте оба варианта, если осаждение имеет решающее значение.
А: Начните с 2–3% и протестируйте. Если через 24 часа вы все еще наблюдаете значительное оседание, увеличьте концентрацию до 4–5%. При концентрации выше 6% вы, как правило, сталкиваетесь с уменьшением эффективности и рискуете столкнуться с другими проблемами, такими как плохая текучесть или проблемы с текстурой поверхности. Дымчатый диоксид кремния — не панацея, он лучше всего работает, когда базовая вязкость уже находится в разумном диапазоне.
А: Это помогает, но не гарантирует результата. Перламутровый пигментный порошок размером 5–25 мкм оседает медленнее, чем порошок с размером частиц 40–100 мкм, но если ваша смола имеет твердость 150 сП и не является тиксотропной, оседание все равно произойдет — просто в течение нескольких часов вместо минут. Для получения надежных результатов сочетайте уменьшение размера частиц с модификацией реологических свойств.
А: При чувствительности ниже 200 сП вы боретесь с законами физики без особой помощи. Можно добиться суспендирования тонких фракций (менее 25 мкм) с помощью агрессивных тиксотропов, но это непросто. Если ваша система имеет чувствительность ниже 150 сП, а вы используете пигмент с размером частиц более 40 мкм, учитывайте возможное осаждение или перейдите на распыляемый формат, где осаждение между слоями не имеет значения.
Проблемы с оседанием часто можно решить, подобрав пигмент нужного качества или внеся небольшие корректировки в рецептуру. Если вы столкнулись с проблемой при работе с низковязким материалом и вам нужна рекомендация, основанная на фактическом распределении частиц по размерам и структуре покрытия, техническая команда Kolortek может предоставить подробные характеристики и предложить альтернативный вариант. Для квалифицированных разработчиков рецептур доступны запросы на образцы и пакеты данных.
Русский
English
Français
Deutsch
Español
Português