Краски на основе окислов металлов

Железооксидные пигменты

Содержание статьи

В промышленности применяется большое количество разнообразных красящих веществ. В основе красителя лежит пигмент — вещество, которое способно изменить материал, а именно наделить его цветом, свойством непрозрачности, либо обеспечить защиту материала, например, защитить его от коррозии. Обычно этим термином пользуются при выделении красителей неорганического происхождения.

Классификация пигментов

Пигмент, как правило, является основным сырьем при производстве лакокрасочных материалов. Добавлением пигментов, являющихся высокодисперсными органическими веществами, создаются различные покрытия, область применения которых очень обширна.

Для того чтобы было легче разобраться в разнообразии красящих веществ, нужно их классифицировать.

Итак, основой деления пигментов на классы можно положить:

• Цвет, посредством которого выделяются ахроматические и хроматические пигменты. К первым красителям относятся одноцветные вещества белого, черного и серого цветов. Хроматическими называют остальные цветные пигменты. Их разделяют на два крупных блока. Как правило, это красящие вещества теплых оттенков, например, колер красного, желтого, оранжевого цветов. Другая группа – это красители холодных тонов, к которым можно отнести все оттенки зеленого, голубого, синего, фиолетового цветов.
• Химический состав, в этом случае выделяют пигменты, состоящие из химических элементов, либо их производных, например, оксидов, солей.
• Способ получения, то есть выделяют пигменты природного происхождения, и полученные искусственным путем.
• Область применения пигментов, то есть подразделяются пигменты, используемые для составов, имеющих декоративное назначение, для создания антикоррозионных покрытий, для специального использования.
• Способ производства пигментов.

Химический состав пигментов

Вышеперечисленные основы классификации не являются оптимальными в силу того, что одна и та же группа может содержать красящие вещества, свойства которых имеют значительные отличия. В последнее время наиболее приемлемым, является деление красящих веществ, основу которых составляет химическое строение пигмента. Здесь различают элементы, оксиды и соли.

Рассмотрим их подробнее.

• К элементам можно отнести технический углерод, чернь, различные металлические порошки, например, пыль, получаемая при обработке цинка, алюминиевые пудры;
• К оксидным пигментам относятся: двойной оксид титана, окислы таких металлов, как цинк, свинец, хром, а также пигменты железооксидные.
• Пигменты, в основе которых лежат соли элементов. В качестве примера можно привести соль угольной кислоты – карбонат свинца, так называемые свинцовые белила. В эту же группу входят хроматы, сульфиды и комплексные соли.

Характеристики железооксидных пигментов

К железооксидным пигментам относятся минеральные элементы и природные породы, в которых присутствует оксид железа. Наличием именно этого вещества определяется их окраска. Цвет природного пигмента определяется различными характеристиками.

К ним относятся:

• уровень гидратации окисла металла;
• строение кристаллической решетки;
• присутствие и количество различных примесей.

По причине постоянного изменения состава природных пигментов, и, как следствие, перемены их свойств, в последнее время все чаще используют синтетически полученные пигменты.

Тем не менее, природные пигменты железооксидные имеют большое количество достоинств.

К ним относятся:

• достаточно низкий уровень цены;
• повышенная стойкость к воздействию внешних факторов – окружающей атмосферы и солнечных лучей;
• низкая химическая активность;
• низкий уровень выделения вредных веществ.

Таблица 1. Физико-технические и оптические свойства железооксидных пигментов.

Показатели	Охра	Сиена	Сурик	Мумия	Умбра	Желтый (синтет.)	Красный (синтет.)
Плотность, кг/м 3	2700-3400	3000-3400	—	2800-3100	3800-3900	4500-5000
рН водной вытяжки	7-8	6-8	6,5-7,5	6-8	3,5-7,0	5,5-7,0
Насыпной объем Vнас×10 3 , м 3 /кг	0,9-1,3	1,0	1,1	—	1,34	4,3-4,6	2,2-2,4
Маслоемкость, г/100 г	60-70	15-20	15-26	75-110	35-70	25-35
Укрывистость, г/м 2	65-115	30-35	12-20	6-8
Y	16-29	24-26	14-16	7-12	35-42	9,9-10,0
р	74-80	28-30	32-33	54-72	72-75	51-53
l	580-586	594-596	592-598	580-582
ПДК, мг/м 3	—

Виды железооксидных пигментов

Железооксидные пигменты природного происхождения используются для производства окрашенных материалов лакокрасочной промышленности, в основу которых может быть положены различные пленкообразователи.

Применение железооксидных пигментов достаточно разнообразно. Они широко применяются в процессе лакокрасочного производства. Трудно получить разнообразные художественные и полиграфические краски без применения подобных пигментов. Их так же добавляют при окрашивании полимеров, производстве составов для облицовочных работ в строительной индустрии. Материалы древесно-стружечного производства, так же выпускают с добавлением железноокислых пигментов.

В качестве примера необходимо назвать основные красители железноокислого ряда:

Сурик железный

Состоит из окисла железа, с примесью силикатного алюминия и кварцев. Этот пигмент имеет темно-красную окраску. Получают его путем размалывания до мелкодисперсных фракций породы, которая называется красным железняком. Возможно получение путем прокаливания гидрогематита, бурого железняка или болотной руды, которая обогащена железом.

Мумия

Вещество, имеющее красно-коричневую окраску. Также железный окисел, в котором небольшое количество алюмосиликатов. Получение производится путем обжигания болотной руды, бокситов с высоким содержанием железа и гидрогематитов.

Пприродный краситель, окраска которого колеблется от светло-желтых до темно-желтых тонов. По химическому составу охра не что иное, как каолин, который является природным алюмосиликатом. Благодаря содержанию гидратированного оксида железа, минерал приобретает подобный цвет. Светлые оттенки охры содержат до 20 % окисла железа, темные – до 80%. На оттенок красителя в значительной степени влияет размер частиц и количество примесей. В частности, окраска обусловлена присутствием окислов кальция магния. В процессе обработки при повышенных температурах (до 7 тысяч градусов) наблюдается процесс дегидратации и изменения кристаллической решетки каолина. В результате краситель приобретает красный цвет.

Умбра

Красящее вещество коричневого цвета, состав которого очень похож на охру. Коричневый окрас обусловлен тем, что в составе вещества присутствует оксид магния, процентное содержание которого может достигать 15%. Данный пигмент чаще всего используют при производстве красок, как художественного назначения, так и для полиграфической промышленности.

Железная слюдка

Пигмент, обладающий блеском серого цвета с зеркально-слюдяным эффектом. В основном пигмент применяют в производстве антикоррозионных покрытий. Найти такой пигмент можно в большом количестве при обогащении железной руды в побочных продуктах. Состав пигмента — более 90 % оксида железа, состоящего из мелких пластинок, толщина которых не более пяти микрон, а длина около 60. Пластины способны образовать перекрытия черепичного типа, что обуславливает процесс армирования пленки. В результате образуется покрытие, способное отражать различные потоки и задерживать воду и газы. Если произвести более мелкий помол красящего вещества, то железная слюдка постепенно может превратиться в другой пигмент, который называется красным суриком.

Желтые железооксидные пигменты

Основу химической формулы желтых железооксидных пигментов составляет гидратный оксид железа.

В природе существует много модификаций гидратного железа, отличающихся по нескольким признакам, а именно:

• по составу или присутствию в оксиде гидратной группы (воды);
• по форме кристаллической решетки;
• по агрегатному состоянию молекул.

Таблица 2. Cвойства желтого железооксидного пигмента.

Свойства	Показатели
Укрывистость, г/м2	10-12
Маслоемкость, г/100г	40-60
Удельная поверхность, м2/г	11,2
Насыпной вес, г/л	420-550
Средняя величина частиц, мкм	0,2-0,6

Химическая реакция взаимодействия соли оксида железа со щелочными компонентами происходит с образованием неструктурированного осадка грязно-желтого цвета. Иногда в нем присутствует красный оттенок.

Высыхание образовавшегося осадка сопровождается переходом вещества в гелеобразную форму. Содержание воды в таком геле колеблется в зависимости от окружающих условий.

Гидраты оксида железа, обладающие периодической кристаллической решеткой, имеют возможность захватывать и удерживать в своем составе некоторое количество молекул воды. Эта способность позволяет менять свойства гидратов.

При различных условиях окисления гидратов оксида железа можно варьировать оттенок конечного продукта. Например, желтый железооксидный пигмент можно получить после окисления металлического железа. Оттенок пигмента – очень яркий, глубокий и чистый желтый цвет.

Вещество может применяться для всех видов покрасочных работ. Оно обладает повышенной атмосферо- и светоустойчивостью, что позволяет использовать пигмент при внешней и фасадной отделке.

При производстве красок для художественных целей используется пигмент, полученный другим способом. Соли оксида железа вступают в химическую реакцию с мелом или содой. Далее полученное вещество окисляется кислородом или с применением бертолетовой соли.

Так получаются желтые краски для художества, известные под названием «желтые марсы». Также полученный таким образом пигмент используется для изготовления клеевых закрасок.

Желтые железооксидные пигменты могут быть использованы для производства самых разных типов красок или эмалей.

Вот некоторые из них:

• масляные;
• клеевые;
• нитролаковые;
• художественные;
• фасадные и прочие.

Кроме указанных способов использования, железооксидный краситель желтого цвета нашел свое применение в производстве резины. Иногда гидраты оксида железа могут быть использованы для изготовления красного железооксидного пигмента.

Наиболее применяемый метод производства железнооксидных красящих веществ – химическая реакция, в результате которой из солей окисла железа образуется осадок с красящим пигментом.

материалы по теме

В Томске создали пигменты широкого применения

Эксперты лаборатории гетерогенных металлических систем, которая находится в Томском научном центре СО РАН, создали инновационные неорганические пигменты различных оттенков. Новые материалы устойчивы к внешним действиям.

Уникальные матирующие и разглаживающие реагенты, и антикоррозийные пигменты для покрытий, красок и чернил от PPG

Для производителей покрытий, красок и чернил соответствие строгим экологическим стандартам и техническим параметрам одновременно всегда было одной из первостепенных задач, особенно при разработке новых решений и печатных технологий. За последние 50 лет корпорация PPG внедрила в производство множество технологий, соответствующих запросам потребителей, а также спросу на промышленном рынке и изготовила разнообразную продукцию с содержанием кремния, предназначенную для использования в производстве жидких красок, лаков и полировочных средств, а также порошковых красителей и гелеобразных покрытий. Последние разработки привели к созданию торговых марок LO-VEL ™ и INHIBISIL ™ , представляющих собой матирующие и разглаживающие реагенты, и антикоррозийные пигменты для покрытий, красок и чернил.

Металлические пигменты

Металл всегда ценился дороже таких материалов, как глина, дерево или пластмасса, по причине своих физических свойств. Но если его нельзя использовать как основу, то можно пойти на хитрость, и нанести только поверх готового продукта. Таким образом, изделие приобретает все заметные человеческому глазу признаки металла – цвет и блеск. Промышленность взяла это на вооружение и вот уже несколько веков производит металлические пигменты.

Источник

Классификация и характеристики пигментов для краски

Пигменты для красок — это разбавленные особыми веществами тонко перемолотые порошки, добавляемые в лакокрасочные составы. Разноцветная краска (колер) производится за счет перемешивания разных пигментов.

Цвета пигментов

Для образования разных цветов могут использоваться следующие пигменты:

• белый — мел, известь или белила,
• желтый — крон, охра,
• синий — ультрамарин, лазурь,
• красный — сурик железный или свинцовый, мумие, киноварь,
• зеленый — хромовая или свинцовая зелень.

Виды пигментов

Пигментирующие вещества делятся на натуральные и искусственные. Натуральные также подразделяются на органические и неорганические. Природных веществ относительно немного, однако в строительстве они применяются активно, поскольку их использование обходится дешевле, чем производство искусственных компонентов.

Натуральные пигменты

Минеральные красители

Пигменты на натуральной основе извлекаются из металлов и окислов. К числу источников для получения красителей относятся такие неорганические элементы с соответствующими цветами:

• окислы железа (желтый, коричневый, красный),
• марганец (желтый, фиолетовый, коричневый),
• хром (зеленый),
• кобальт (синий),
• медные окислы (изумрудный, красный, ярко-зеленый),
• сурьма (желтый),
• охра (бледно-желтый, золотистый, темно-желтый, при прокаливании — красный),
• марс (светло-коричневый, темно-коричневый),
• умбра (красновато-коричневый, зеленовато-коричневый),
• ван-дик (коричневый),
• ультрамарин (синий).

Минеральные красители характеризуются высокой прочностью, устойчивостью к свету, хорошей смешиваемостью и сочетаемостью со связующими.

Характеристики некоторых неорганических красителей:

1. Сухая охра. Извлекается из глинистых минералов, которые окрашены гидратированными оксидами железа. Цвет сухой охры — желтый, желто-коричневый. Охра используется как красящее вещество при изготовлении растворов цемента, применяемых для создания декоративной штукатурки. Также используется при производстве силикатных и клеевых красок. Составы с охрой хорошо подходят для покраски изделий из бетона, металла и дерева. Пигмент отличается прочностью, укрывистостью, устойчивостью к свету и щелочам.
2. Натуральная сиена. Глиняное красящее вещество желтого цвета. На вид похоже на охру, но в составе сиены большее количество оксида железа и кремнезема. Сиена устойчива к щелочам и извести и применяется практически во всех разновидностях краски. При смешивании с маслом сиена обретает лессировочные характеристики. Такие составы часто используются при отделочных работах по дорогим породам дерева.
3. Красный-сурик железный. Включает в себя оксид железа и следы кварцевых минералов. Цвет красящего вещества — красно-коричневатый. Пигмент извлекается путем тонкого помола железной руды. Вещество не ядовито само по себе, но его пыль содержит токсины. Разные марки сурика железного применяются для добавления в алкидные грунтовки и лакокрасочных материалов специального назначения (для покраски судов, антикоррозийные составы). Также сурик нашел широкое применение в масляных составах для покраски металлических изделий, расположенных на открытом воздухе. Стоимость производства элемента невелика, поэтому он используется в клеевых красках и эмалях.
4. Умбра натуральная. Пигмент включает марганцевые и железные оксиды. Цвет умбры — коричневый с оттенком зеленого или же темно-желтый. В результате прокаливания умбра приобретает красно-коричневую окраску. Краситель отличается повышенной прочностью, хорошими красящими свойствами. Добавление умбры позволяет маслам сохнуть быстрее. Красящее вещество применяется для покраски штукатурки, изделий из металла и дерева.
5. Оксид хрома. Пигмент производится в результате сложных химических реакций. Цвет — от светло-зеленого до темно-зеленого. Недостатки оксида хрома состоят во взрывоопасности, токсичности и пожарной опасности. Достоинства вещества заключаются в высокой устойчивости к свету, большой прочности, устойчивости к кислотам и щелочам даже при высоких температурах. Пигмент можно добавлять к пигментам любого происхождения. Оксид хрома применяется для особо важных покрытий на химических предприятиях, поверхностях труб и оборудования, подвергающихся высокой термальной нагрузке.
6. Сурик свинцовый. Цвет — яркий оранжевый или оранжево-красный. Отличается большим весом и представляет собой продукт окисления свинцового глета при высокой температуре. Сурик свинцовый — очень токсичный материал. Пигмент характеризуется высокой устойчивостью к щелочам, антикоррозионными качествами и укрывистостью. Сурик свинцовый отличается низкой устойчивостью к кислотам.
7. Марс коричневый. Цвет — темно-коричневый, светло-коричневый. Пигмент производится при прокаливании смеси, включающей марганец, оксид железа, гидрат оксида алюминия. Марс коричневый отличается устойчивостью к щелочам и свету, а также приемлемой укрывистостью и лессировочными свойствами. Компонент используется со связующими в водных и неводных составах. Красящее вещество применяется для покраски металлических и деревянных изделий, а также оштукатуренных поверхностей.
8. Изумрудная зелень. Краситель характеризуется высокими лессирующими свойствами, устойчив к воздействию света, влажности и газов.
9. Кобальт синий. Цвет — ярко-синий. Вещество светоустойчиво и хорошо переносит воздействия атмосферных осадков, характеризуется высокими сиккативными и лессирующими качествами. Кобальт синий отличается повышенной маслоемкостью и невысокой укрывистостью.
10. Берлинская лазурь светоустойчива, ей свойственна укрывистость и интенсивность окраса.

Органические красители

Органика извлекается из насекомых и растений. Такие красители, в отличие от минеральных, растворимы в воде, маслах и спирте. Для органики характерна меньшая прочность в сравнении с минеральными красителями. Поскольку эти пигменты не создают красочного слоя, а проникают в структуру поверхности, они чаще всего применяются при окраске тканей.

Распространенным представителем органики является краплак, извлекаемый из корней марены или крапа. Еще одно вещество растительного происхождения — индиго, получаемое из вайды. Современная промышленность также производит синтетическое индиго. Из морских моллюсков получают пигмент светло-коричневого цвета. Методом прокаливания из органического сырья можно получить черные красящие вещества.

Искусственные пигменты

Синтетические красящие вещества отличаются максимальной устойчивостью к влажности, атмосферным осадкам, свету и газам. Они характеризуются яркостью оттенков. Благодаря таким качествам искусственные пигменты давно заняли лидирующее место среди всех красителей.

Красители синтетического происхождения делятся на неорганические или минеральные. Неорганические пигменты производят путем сложных химических реакций. Синтетические неорганические пигменты характеризуются постоянством химической структуры, ярким и чистым цветом.

Стоимость изготовления таких компонентов стоит довольно дорого по сравнению с натуральными красящими веществами. Применяются неорганическая синтетика в строительной отрасли для создания неводных лакокрасочных составов.

Минеральные синтетические красители создаются в результате сочетания 2-3 составляющих. По методу производства такие пигменты подразделяют на осажденные из растворов металлов и солей или изготовленные прокаливанием.

Ультрамарин

Относится к классу синтетических неорганических красителей. Имеет в своем составе алюмосиликат натрия и серу. Ультрамарин часто применяется в строительной отрасли в малярных красках, водных и неводных лакокрасочных составах. Такими красками окрашиваются бетон, металл, дерево, а также оштукатуренные поверхности. В чистом виде ультрамарин применяется крайне редко, а если это случается, то цель обычно состоит в нейтрализации желтой окраски извести или мела.

Ультрамарин может применяться как лессировочный краситель. Пигмент отличается устойчивостью к воздействию света и щелочей. Однако добавление красящего вещества в растворы извести нежелательно, так как вещество в этом случае теряет цвет. Ультрамарин подходит для взаимодействия со всеми разновидностями связующих при осуществлении внутренних и наружных отделочных работ.

Киноварь

Краситель характеризуется ярко-красным окрасом, но бывает и темных тонов. Киноварь может применяться для производства всех видов красок, используемых для покраски бетонных, кирпичных, оштукатуренных и деревянных поверхностей. Допустимо использование, как для внутренних, так и для наружных отделочных работ.

Пигменты и свойства красок

Важным элементом лакокрасочного материала считается связующее вещество. Его функция — соединение частиц красителя и закрепление их на поверхности. Связующие вещества оказывают влияние и на цвет, поскольку все они отличаются коэффициентами преломления лучей света.

Очень важным показателем для масляной краски является маслоемкость красителей. Маслоемкость — это показатель количества масла, которое понадобится для изготовления краски на определенный объем пигмента. Показатель маслоемкости зависит от суммарной площади поверхности частиц, а кроме того, от физико-химических характеристик масла, применяемого в роли связующего.

Следующий существенный показатель, на который влияют пигменты — скорость высыхания краски. Часть красителей, к примеру, кобальт и свинцовые белила, делают процесс сушки более интенсивным. Некоторые же пигменты (газовая сажа, краплак и др.), наоборот, замедляют высыхание.

Пигмент должен соответствовать определенному эталону цветового фона, который определяется структурой его частиц, их возможностями по преломлению, отражению и поглощению лучей света.

Еще одно требование к красителю — необходимая степень дисперсности. Под этим качеством понимается степень измельченности, которой добиваются механическим дроблением, отстаиванием, осаждением в смеси растворов (мокрый метод) или за счет нагревания в особых печах (сухой метод). Чем ниже дисперсность, тем прозрачнее лакокрасочный материал, как и наоборот.

Дисперсность красителя в некоторых красках определяет их оттенок. К примеру, тонко измельченные цинковые белила дают синий оттенок, а сиена увеличивает насыщенность тона. В масляных составах повышенная дисперсность приводит к снижению показателя пластичности.

Дисперсность влияет и на другой показатель пигмента — укрывистость. Эта характеристика показывает количество красителя, необходимое на квадратный метр окрашиваемой поверхности. При этом подразумевается, что под слоем краски не будет видна находящаяся ниже поверхность или грунт. Показатель укрывистости зависит от внутренней структуры кристаллов, которым свойственны разные коэффициенты преломления лучей света.

Красители с невысокой дисперсностью находятся в основе корпусных и кроющих лакокрасочных составов, а пигменты с высокой дисперсностью имеются в составах лессировочных (более прозрачных) красок.

Интенсивность, как характеристика пигмента, это его способность менять тональность слоя краски при взаимодействии с другими пигментами. Наибольшая интенсивность свойственна красителям органического типа с высокой степенью дисперсности.

Источник