Наполнители для ЛКМ

Наполнитель – это вещество, состоящее из частиц, практически не растворимых в среде нанесения, которое используется для увеличения объёма или улучшение технических свойств и/или изменения оптических свойств. Наполнители, используемые в ЛКМ и покрытиях, являются преимущественно светлоокрашенными, в основном неорганическими порошкообразными веществами, инертными по отношению к данному связующему, и отличаются от белых пигментов более низким коэффициентом отражения.

Наполнители для ЛКМ применяются для:

• упрочнения (армирования)

• улучшения механических характеристик покрытий (прочности при изгибе, адгезионной и при напряжении)

• регулирования блеска покрытий

• снижения стоимости ЛКМ

Риск растрескивания покрытия может быть значительно снижен при использовании волокнистых или пластинчатых наполнителей. Форма и размер частиц наполнителя также влияют на реологическое поведение ЛКМ. Как и пигменты, наполнители с сильно изометрическими частицами могут за счёт электростатических взаимодействий образовывать тиксотропные структуры.

Наполнители оказывают существенное влияние на такие свойства ЛКМ, как распределение частиц пигмента в ЛКМ, структуру и реологические свойства краски (розлив и вязкость), ряд наполнителей механически укрепляют структуру покрытия, повышают твердость, атмосферостойкость покрытий. Важным моментом так же является себестоимость ЛКМ, и так как в красках с высокой концентрацией пигмента укрывистость можно сохранить на достаточном уровне, заменив часть непрозрачного пигмента наполнителем, а так как наполнители существенно дешевле пигментов, себестоимость готовой краски снижается.

Наполнители отличаются от пигментов относительно низким показателем преломления света - он колеблется в пределах 1,45 - 1,75, а так как эти показатели мало отличаются от показателей преломления органических пленкообразователей, то наполнители обычно не способствуют укрывистости красок в данных системах. Однако, в водных красках, после испарения воды и заполнения пор воздухом, наполнители имеют достаточную укрывистость, и могут существенно снижать содержание дорогостоящих пигментов в составе ЛКМ. Разделение на отдельно пигменты и отдельно наполнители во многом условно, и на практике чаще оперируют понятием пигмент-наполнитель. Однако, это вовсе не означает, что пигмент-наполнитель "дублирует" свойства пигментов. Как правило, пигменты-наполнители несут ряд специфических свойств - армируют пленку покрытия, изменяют реологию красок, обладают матирующим эффектом и т.д.

Наполнители получают двумя способами:

• измельчением пород и осадочных отложений (отсюда и название - природные или натуральные);

• химическим осаждением (их называют осажденными).

Частицы природных пигментов-наполнителей существенно крупнее, чем у продуктов, полученных осаждением.

Пигменты-наполнители имеют различную форму частиц, зависящую от формы кристалла химического соединения и от способа измельчения. Их существует два - сухой и мокрый. Мокрый размол и микронизация дают более гладкие и круглые частицы, что является более предпочтительным сухому размолу, так как гладкие частицы вызывают в процессе производства ЛКМ меньший износ оборудования (2). Форма кристаллов частиц пигментов-наполнителей определяет три типа строения: зернистый, игольчатый и пластинчатый. Пигменты-наполнители имеющие игольчатое строение частиц дают осадок в краске в виде неупорядоченного кистеобразного слоя, который затем легко удаляется путем перемешивания в отличии от плотных осадков, образованных наполнителями зернистого строения (в частности, при использовании в качестве наполнителя в воднодисперсионных системах только дешевого мела МТД-2 образуется очень плотный "камнеподобный" осадок, который практически не перемешивается). Кроме того, игольчатые наполнители укрепляют структуру сухих пленок как армирующие добавки. Использование таких наполнителей весьма целесообразно в грунтовках, так как при применении данного типа наполнителя пленка грунтовочного слоя имеет шероховатую поверхность, что существенно увеличивает адгезию последующих слоев. Наиболее известным и давно применяемым пигментом-наполнителем для лакокрасочных систем является карбонат кальция (мел, известняк, мрамор) СаСО3 - природный продукт белого цвета. Основным минералом для всех трех разновидностей карбоната кальция является кальцит (известковый шпат) - СаСО3 тригональной структуры. Мел представляет собой отложения раковин морских организмов (это тонкозернистая разновидность известняка). Содержание карбоната кальция в меле достигает 95%, примесями являются глины, глауконит, оксиды железа. Известняк и мрамор имеют явно выраженное кристаллическое строение. Известняк - самая распространенная осадочная порода, используемая для получения извести, цемента и т.п., а так же как исходный продукт для получения наполнителя в лакокрасочной промышленности. Основной примесью в известняке к карбонату кальция является карбонат магния (до 3%), присутствующий в виде доломита - МgCO3*CaCO3 , а также небольшие количества окислов алюминия (до 0,15%) и железа (до 0,25%). Большинство известняков образовалось в результате отложений кальциевых солей, карбонизованных растворенной в воде двуокисью углерода (4). Карбонат кальция широко применяется в производстве лакокрасочных материалов, пластмасс, резины, герметиков, бумаги, косметических и фармпродуктов. Обычные сорта карбоната кальция имеют высокую химическую активность в карбоксилсодержащих пленкообразующих системах (алкидных и пр.) и благодаря этому существенно могут быть повышены защитные свойства покрытий (водо- и коррозионностойкость, механическая прочность и другие показатели). Наполнители на основе карбоната кальция широко применяются в водных красках, используемых для отделки жилых помещений, а также для простой побелки (в смеси с известью). Основным достоинством мела является способность понижать внутренние напряжения в покрытиях (так как он является мягким минералом). Из кристаллического светлого мрамора получают специальные сорта карбоната кальция (кальциты), имеющие высокий коэффициент отражения, малую маслоемкость и которые значительно менее гидрофильны и химически активны, чем мел. Для получения высокодисперсного наполнителя его подвергают микронизации (используют механическое, струйное и ультразвуковое измельчение). Измельченный мрамор (микрокальцит) применяется для получения светлых атмосферостойких покрытий, но особенно рекомендуется в материалах, в которых требуется повышенная прочность и твердость (маркировочные покрытия, дорожная разметка и пр.). Его также используют в антикоррозионных грунтовках, эксплуатируемых в атмосфере кислых сред.