Какие типичные проблемы качества вызывает плохое диспергирование промышленных пигментов?

Партия синей промышленной финишной эмали полностью прошла лабораторные испытания в стендовом масштабе, но после перехода на производственный реактор красящая способность оказалась заниженной, и лишь добавлением пигмента цвет удалось подтянуть к эталону, выйдя за рамки бюджета. При нанесении на оборудование заказчика на поверхности появились пятнистость и мелкие зерна, а блеск оказался на ступень ниже образца. Заказчик отказался принимать партию и потребовал выяснить причину. Рецептура, партия пигмента и параметры процесса не менялись; изменилось диспергирование. Стендовый опыт делали на лабораторной бисерной мельнице, а диспергирующее оборудование и время на производственной линии пигмент так и не разбили.

Какие типичные проблемы качества вызывает плохое диспергирование промышленных пигментов? Плохое диспергирование напрямую проявляется как низкая красящая способность, разнооттеночность партий, всплывание и флокуляция цвета, включения и зерна, падение блеска, укрупнение частиц и осаждение после хранения. Корень этих проблем не в самом цвете, а в том, были ли частицы пигмента полностью смочены, дезагломерированы и удержаны в стабильном состоянии.

Пигмент покидает завод в виде порошка, и частицы в этом порошке — не отдельные первичные частицы, а агломераты и агрегаты, образованные множеством слипшихся первичных частиц. Диспергирование означает раскрыть эти комки в системе смолы или растворителя, распределить первичные частицы как можно равномернее и не позволить им вновь слипнуться при последующем хранении и использовании. Цвет, укрывистость, прозрачность, блеск и стабильность при хранении — все зависит от того, насколько хорошо выполнен этот этап. Три стадии незаменимы: смачивание замещает воздух, адсорбированный на поверхности пигмента, жидкой средой и позволяет ей проникнуть внутрь комков; дезагломерация механической силой размольного оборудования разбивает комки на более мелкие частицы; стабилизация позволяет смачивающе-диспергирующей добавке адсорбироваться на вновь открытой поверхности пигмента и предотвращает повторную агломерацию за счет зарядового отталкивания или стерического затруднения. Если любая из трех стадий не доведена до конца, усилия двух других сводятся к нулю при хранении или нанесении. Размер частиц определяет красящую способность, прозрачность и блеск: при равной массе пигмента чем тоньше дисперсия, тем больше общая поверхность частиц, полнее поглощение и рассеяние света и выше красящая способность, а прозрачные пигменты становятся еще прозрачнее. Грубая дисперсия не только снижает красящую способность, но и оставляет крупные частицы, выступающие над поверхностью пленки, которые рассеивают свет и снижают блеск. Именно поэтому одна и та же рецептура дает совершенно разный цвет и внешний вид в зависимости от состояния дисперсии.

Перечисленные ниже проблемы повторяются в лакокрасочных материалах, красках для печати и окрашивании пластмасс; они выглядят как разные дефекты, но, если проследить до корня, часто оказываются одним и тем же. Недостаточная красящая способность и разнооттеночность партий: недодиспергированный пигмент реализует лишь часть своей красящей способности, так что дозировка пигмента в рецептуре выглядит достаточной, а цвет до эталона не доходит; добавка пигмента приближает цвет ценой роста затрат, а следующая партия, диспергированная чуть иначе, снова уходит, так что многие различия между партиями — это различия в степени диспергирования, а не в самом пигменте. Всплывание и флокуляция цвета: в покрытиях, когда два и более пигмента различаются состоянием дисперсии, размером частиц и плотностью, после нанесения они разделяются — один всплывает к поверхности, другой оседает, и пленка показывает неравномерный цветовой рисунок или общий оттенок, не совпадающий с содержимым банки; это классическая проблема диспергирования многопигментных покрытий.

Зерна, включения и проколы: нераскрытые комки становятся видимыми частицами в пленке краски, особенно в тонких пленках и продуктах с высоким блеском, а крупные частицы могут царапать покрытие при нанесении или мешать пленкообразованию при сушке, оставляя кратеры и проколы, которые заказчик видит с первого взгляда и которые часто ведут прямо к отказу от партии. Падение блеска и помутнение: чем крупнее частицы, тем шероховатее поверхность пленки, тем более рассеянным становится отражение и ниже блеск, поэтому у высокоглянцевых промышленных эмалей и красок самые строгие требования к степени перетира, и даже немного недостаточное диспергирование заметно снижает блеск и четкость изображения, делая цвет мутным и тусклым. Точки и полосы в пластмассах: при окрашивании пластмасс плохое диспергирование проявляется как точки, полосы и неравномерная глубина тона на поверхности изделия, а в пленках и волокнах комки забивают фильтрующие сетки или обрывают нити и нарушают производство; поскольку сдвиг и время пребывания при переработке пластмасс ограничены, решающими здесь становятся собственная диспергируемость пигмента и качество суперконцентрата. Укрупнение и осаждение при хранении: пигмент, раскрытый при диспергировании, но не стабилизированный должным образом, при хранении вновь слипается, что проявляется как более грубый перетир, рост вязкости и изменение цвета, а в тяжелых случаях — как твердый осадок; заказчик открывает банку и обнаруживает продукт, отличный от отгруженного, и корень этой претензии — снова диспергирование, только проявившееся с задержкой.

За плохим диспергированием стоят три группы причин. Сам пигмент: чем мельче первичные частицы и выше их поверхностная энергия, тем прочнее образуемые ими комки и тем труднее их диспергировать; поверхностная обработка меняет совместимость пигмента со средой, так что хорошо обработанная марка быстро смачивается и диспергируется без больших усилий, а пигмент с высокой маслоемкостью требует больше смачивающе-диспергирующей добавки и более длительного размола, и выбор марки, совместимой с системой и легко диспергируемой, — способ сократить проблемы у истока. Рецептура: смачивающе-диспергирующая добавка должна соответствовать поверхности пигмента и системе смолы, поскольку органическим и неорганическим пигментам нужны разные диспергаторы, а водные и органорастворимые системы тоже различаются; при недостатке добавка не стабилизирует, при избытке ухудшает свойства пленки, а ее дозировку обычно рассчитывают по удельной поверхности пигмента, а не по простому массовому соотношению. Процесс: лабораторные бисерные мельницы и производственные диспергаторы создают разный сдвиг, так что успешный стендовый опыт не гарантирует успешного масштабирования; недостаточное время размола, чрезмерная температура, выводящая из строя смолу или диспергатор, и единовременная загрузка пигмента с неравномерным предварительным смешением — все это не позволяет дисперсии достичь цели, поэтому процесс диспергирования нужно повторно валидировать в производственном масштабе, а не копировать стендовые параметры.

Чтобы судить о достаточности диспергирования, обычно применяют четыре проверки: измерение степени перетира гриндометром, чтобы увидеть, остались ли крупные частицы; сравнение красящей способности путем разбеливания образца и эталона в одинаковом соотношении и оценки глубины тона; выкраски и растирание для наблюдения всплывания, флокуляции и блеска; и испытания стабильности при хранении для контроля перетира, вязкости и цвета после выдержки. Только когда все четыре проверки пройдены, диспергирование действительно достигнуто. Многих проблем диспергирования можно избежать на этапе подбора: предпочитать легко диспергируемые марки пигментов с поверхностной обработкой; на линиях с ограниченным диспергирующим оборудованием рассматривать предварительно диспергированные пигментные препараты или пасты, передавая стадию диспергирования специализированному звену; и требовать от поставщика гарантии постоянства размера частиц и свойств поверхности от партии к партии, поскольку процесс диспергирования настраивается под характеристики пигмента и при смене пигмента должен меняться вслед за ним. Поставляя пигменты заказчикам в сегментах ЛКМ, печатных красок и пластмасс, Hongda рекомендует марки с учетом системы и диспергирующего оборудования заказчика и предоставляет данные по диспергируемости, чтобы процесс диспергирования удалось настроить правильно с первого раза.

Какова самая частая причина того, что диспергирование проходит на стенде и ухудшается при переходе на производство? Различия в сдвиге оборудования и времени размола: лабораторные бисерные мельницы обычно диспергируют эффективнее производственного оборудования, поэтому прямое копирование стендовых параметров приводит к недодиспергированию, и при масштабировании следует заново проверять перетир, красящую способность и стабильность при хранении. Решает ли увеличение дозировки диспергатора проблему плохого диспергирования? Только если диспергатора действительно не хватало: его избыток ухудшает водостойкость и адгезию пленки и не компенсирует недостаточный сдвиг оборудования или труднодиспергируемый по своей природе пигмент, поэтому сначала нужно найти причину, а затем корректировать дозировку. Стоит ли использовать предварительно диспергированные пигментные препараты и пасты? Определенно стоит для линий с ограниченными возможностями диспергирования, высокими требованиями к постоянству партий или большим числом цветовых вариантов: диспергирование уже выполнено специализированным звеном, линии остается только смешивание, а красящая способность и постоянство партий обеспечиваются надежнее, при цене за единицу выше, чем у порошкового пигмента.

Hongda Group производит в Нинбо органические пигменты, неорганические пигменты и диоксид титана и экспортирует продукцию более чем в тридцать стран; она широко применяется в лакокрасочных материалах, печатных красках и окрашивании пластмасс. Если вашу линию преследуют разнооттеночность, пятнистость или зерна, расскажите нам о своей системе и диспергирующем оборудовании, и мы вместе посмотрим, где еще можно оптимизировать подбор пигмента и процесс диспергирования. Чтобы узнать больше о вариантах сотрудничества, зайдите на hongda-chem.com и нажмите "Become a strategic partner".