Повышение интенсивности и термостойкости кадмиевых пигментов

Кадмиевые пигменты, благодаря своим ценным свойствам — яркости и разнообразию оттенков, термостойкости, светостойкости и др., нашли широкое применение для окраски синтетических материалов— пластмасс, волокон и др.

Поскольку количество вводимого в эти материалы пигмента ограничено (во избежание потери прочности), особое значение приобретает его красящая способность. Влияние условий синтеза и различных факторов на свойства желтых и красных кадмиевых пигментов изучалось ранее.

Ниже описаны результаты работы по выяснению зависимости красящей способности и термостойкости кадмиевых пигментов от ряда факторов.

Объектами исследования служили кадмий сернокислый марки х. ч., сернистый натрий марки ч. д. а., углекислый натрий марки ч. Синтез пигментов проводили осадочно-прокалочным методом. Задача заключалась в установлении связи между дисперсионным составом (удельной поверхностью) и интенсивностью пигмента, а также влияния зародышей и некоторых добавок при синтезе пигмента и температуры прокаливания на интенсивность и термостойкость. Интенсивность определялась по количеству разбеливающего вещества визуально, а также на компараторе цвета ЭКЦ-1. Образцами для сравнения служили кадмиевые пигменты, полученные прокалочным методом.

Была приготовлена серия разбеленных паст средне-желтого и светло-желтого кадмия путем тщательного перетира их с цинковыми белилами и вазелиновым маслом. Измерялись цветовые характеристики паст в координатах цвета n_α и n_ß.

Для выяснения связи между интенсивностью I и удельной поверхностью 5 было синтезировано 38 образцов желтых кадмиевых пигментов. Удельную поверхность рассчитывали по оптической плотности суспензий пигментов.

На рис. 1 приведена кривая зависимости S_УД—I. Для учета случайных отклонений полученные данные обрабатывались методом скользящего среднего. Видно, что между интенсивностью и удельной поверхностью существует вполне определенная зависимость, основной участок которой приближается к прямой. Таким образом, задача получения сульфида кадмия с высокой интенсивностью сводится к нахождению условий, способствующих образованию продукта с большей удельной поверхностью.

Рис. 1. Зависимость между интенсивностью (I) и удельной поверхностью (S) образцов сульфида кадмия

При синтезе пигментов в качестве зародышей и добавок применялись вещества с большой удельной поверхностью (CdS в виде золя, АI(ОН)₃, SiO₂) и некоторые ПАВ (стеарат натрия, гексаметафосфат натрия и др.) с целью повышения дисперсности и модификации поверхности сульфида кадмия. ПАВ вводили при осаждении CdS или в пасту осажденного продукта.

Все осадки прокаливали при 600 °С в течение 1 ч в среде водяного пара. Прокаленные продукты отмывали от растворимых солей, сушили и определяли цвет и интенсивность.

Результаты опытов (табл. 1) показали, что наибольшее влияние на интенсивность пигмента оказывает Si0₂, введенный при синтезе CdS в раствор сульфата кадмия: в присутствии 4% Si0₂ интенсивность CdS увеличилась до 300— 330%, цвет полученного пигмента золотисто-желтый, более насыщенный, чем пигмента без добавок.

Интересные результаты получились при введении больших количеств Si0₂ (до 30%); при этом, несмотря на значительное содержание наполнителя, интенсивность пигмента остается высокой (- 250%), а цвет приобретает более насыщенный желтый оттенок. Этот эффект представляет интерес с точки зрения экономии дорогостоящего сульфида кадмия при введении в состав пигмента двуокиси кремния.

Измерение удельной поверхности методом БЭТ обнаружило, что для образца CdS, полученного с введением 4% Si0₂, удельная поверхность составляет 6,6 м²/г, в то время, как для образцов без добавок она значительно меньше (1—3 м²/г). Это подтвердилось также при испытании полученных образцов для окраски полипропилена в массе. Образцы с добавкой Si0₂ окрашивали волокна интенсивнее: частицы пигмента в нем значительно меньшего размера и распределены равномернее.

Для выяснения влияния температуры прокаливания образцы CdS, полученные с 4% Si0₂ и без добавок, прокаливали при 550—750 °С в течение 1 ч. Предварительными опытами было показано, что изменение продолжительности прокаливания в пределах от 40 до 180 мин почти не влияет на интенсивность продукта.

На рис. 2 приведена зависимость интенсивности пигмента от температуры. Как видно, с повышением температуры >600 °С интенсивность очень резко снижается. Измерение удельной поверхности непрокаленных продуктов (полуфабрикатов) и прокаленных (методом БЭТ), показало, что для первых S_уд составляет 35—40 м²/г, а для вторых — максимально 7 м²/г. Это связано, очевидно, с явлением укрупнения и спекания частиц при нагревании материала, которое особенно интенсивно проходит при 600—700 °С.

Рис. 2. Зависимость интенсивности кадмиевых пигментов, полученных без добавок (1) и с введением 4% Si0₂ (2), от температуры прокаливания

Наличие спекания (агрегации) частиц было подтверждено также определением содержания в прокаленном пигменте фракции трудно диспергирующихся в воде агрегатов размером >40 мкм. Результаты показали, что содержание этой фракции в случае прокаливания при температуре от 550 до 650 °С увеличивается от 62 до 76%, что свидетельствует об увеличении спекаемости частиц.

Как видно из рис. 2, для пигмента, полуденного в присутствии Si0₂ (кр. 2), интенсивность с повышением температуры прокаливания снижается менее резко, т. е. пигмент отличается большей термостойкостью. Для определения термостойкости пигменты, полученные без добавок и с добавками, прокаливали в среде воздуха в открытых тиглях в течение 1 ч (навеска 2—3 г, температура от 400 до 550°С).

Изменение цвета полученных продуктов фиксировали как визуально, так и путем замера цвета клеевых накрасок пигментов на приборе КНО-3. Результаты определений (табл. 2) показали, что при 400—450 °С цвет всех образцов остается практически без изменений; при 500 °С начинается довольно сильное высветление (увеличение коэффициента отражения р) для всех образцов кроме тех, которые получены с введением Si0₂ в количестве 2, 4 и 20%. В последнем случае даже при 550 °С не наблюдалось заметного изменения цвета.

Таким образом, введение Si0₂ помимо повышения интенсивности пигмента дает возможность увеличивать и его термостойкость.