Метод определения маслоемкости органических пигментов

Маслоемкость является важной технологической характеристикой качества пигментов в производстве лакокрасочных материалов и полиграфических красок. Величина маслоемкости позволяет сделать вывод о критической объемной концентрации пигмента в краске; она зависит от пористости пигмента, его адсорбционных свойств и дисперсности (удельной поверхности), связана с его текстурой. Между тем, до сих пор нет еще единого мнения даже относительно трактовки термина «маслоемкость», что обусловлено, по-видимому, использованием различных методов определения этого показателя. В одних случаях анализируют количество масла, адсорбированного на частицах пигмента, в других количество масла, заполняющего промежутки между частицами прессованного порошка пигмента при его пропитке (смачивании).

По методу Гарднера— Колемана, включенному в различных вариантах в стандарты многих стран (СССР — ГОСТ 11279—65; США — А5ТМ-Д281; Англия — BS 3482—62 и др.), навеску пигмента перемешивают вручную шпателем, одновременно придавая по каплям масло; при этом визуально фиксируют момент перехода порошка пигмента в пастообразное состояние. Таким образом учитывают суммарно расход масла на адсорбцию и на заполнение пор между частицами. Перемешивание вручную и визуальный контроль используют также в методах Азама и Даниэля — Гольдмана. Все эти методы имеют плохую воспроизводимость результатов, что обусловлено влиянием субъективных факторов при органолептическом контроле. Развитием метода Гарднера — Колемана, вероятно, является способ определения маслоемкости саж, для использования которого требуется специальная автоматическая установка.

Строго научного определения маслоемкости пока не дано, и значение этой характеристики даже оспаривается. Иногда этот показатель называют маслоемкостью 1 рода, в отличие от маслоемкости 2 рода, под которой понимают количество масла, необходимое для приготовления краски малярной (печатной) консистенции. Причем указывают, что никакой зависимости между маслоемкостью 1 и 2 рода не существует. Следовательно, по маслоемкости (1 рода) нельзя судить о поведении пигмента в готовой краске, она отражает только адсорбционные свойства пигмента и его дисперсное состояние. Процесс адсорбции, на наш взгляд, более объективно характеризует взаимодействие масла и пигмента, так как зависит, при прочих равных условиях, от природы компонентов. Измерение адсорбции й положено в основу предлагаемого метода определения маслоемкости.

Испытуемый порошок пигмента (лака) высушивают при 60 °С до постоянной массы. Сухой стеклянный фильтр-тигель № 4 (ТФ-40, пор 16) с помещенной в него магнитной мешалкой взвешивают с точностью до 0,001 г, в том же тигле берут навеску 0,200 г пигмента и заливают пипеткой 6 мл раствора льняного масла (ГОСТ 5791—51) в уайт-спирите (ГОСТ 3134—52), взятых в объемном соотношении 1:5. Включают привод магнитной мешалки и размешивают содержимое тигля в течение 15 мин, после чего тигель с помощью фигурной пробки вставляют в колбу Бунзена и фильтруют под вакуумом 450—500 мм рт. ст. По окончании фильтрования поверхность пигмента на фильтре становится матовой (небольшое растрескивание поверхностного слоя). Затем тигель с пигментом и магнитной мешалкой высушивают от уайт-спирита до постоянной массы при 90—100 °С (около 1 ч) и взвешивают. Масло- емкость (г/100 г пигмента) определяют по формуле

где А — масса фильтра-тигля с мешалкой и пигментом после фильтрации и сушки; В — масса фильтра-тигля с мешалкой и навеской пигмента (до добавления раствора масла).

После определения фильтр-тигель очищают от слоя пигмента, промывают уайт-спиритом и помещают в стакан с растворителем или серной кислотой до полного удаления пигмента.

Использование льняного масла в виде раствора дает возможность получить более воспроизводимые результаты за счет уменьшения вязкости адсорбтива и благодаря этому достичь улучшения процесса суспендирования пигмента и фильтрации суспензии. Выбор уайт-спирита обусловлен следующими причинами:

1) доступен, практически не растворяет органические пигменты и лаки, но хорошо растворяет льняное масло;

2) имеет неполярные относительно малые молекулы, что должно обеспечивать малую адсорбционную способность его по сравнению с льняным маслом;

3) обладает относительно малой летучестью.

Концентрация льняного масла в уайт-спирите и количество раствора для определения были подобраны предварительными экспериментами.

По описанной выше методике определяли маслоемкость ряда пигментов и лаков ассортимента Тамбовского химического комбината (см. таблицу).

Как видно из таблицы, результаты, полученные по предлагаемому методу для пигментов, близки к данным по методу ГОСТ и показателям некоторых зарубежных аналогов. Большие различия наблюдаются только в случае лаков. Мы можем объяснить это следующим. Если принять, что частицы пигментов имеют сферическую форму и не обладают пористостью, то «геометрическая маслоемкость» не будет превышать 26% от объема пигмента. Маслоемкость реальных пигментов, частицы которые в большинстве своем — пористые агрегаты кристаллов неправильной формы, всегда выше «геометрической». Как показывает электронномикроскопическое исследование, лаки по сравнению с азопигментами имеют более аморфную рыхлую структуру, образуя большие пористые агрегаты высокодисперсных кристаллов. При определении маслоемкости по методу ГОСТ масло расходуется не только на адсорбцию на отдельных кристаллах, но и на заполнение капилляров и полостей в агрегатах и между ними.

Полагают также, что при растирании шпателем частицы могут электризоваться, и это способствует увеличению маслоемкости. При определении по предлагаемому методу навеска лака размешивается и равномерно распределяется в относительно большом объеме раствора масла с разрушением наиболее слабых агрегатов. В этом случае безусловно превалирует процесс адсорбции масла на активных центрах кристаллов лака. Если же имеет место и заполнение оставшихся капилляров и пор, то в них находится не масло, а его раствор в уайт-спирите, причем последний полностью улетучивается при сушке. Следовательно, результаты определения маслоемкости, полученные описанным методом, точнее характеризуют поверхностные свойства частиц лака, чем показатели, измеренные по ГОСТ. Азопигменты, в отличие от лаков, как правило, менее агрегированы, и показатели маслоемкости для них по ГОСТ более близки величине адсорбции масла, которую находят по предлагаемому методу.

Некоторые пигменты и лаки имеют низкую устойчивость к льняному маслу, например лак рубиновый СК. Однако при определении маслоемкости даже этого лака за короткое время контакта с раствором масла не происходит закрашивания последнего.

Максимальное отклонение от среднего результата величины маслоемкости по предлагаемому методу не превышает ±3%.

Описанный метод определения маслоемкости предложен для включения в ГОСТ по методам испытаний пигментов и лаков.

Авторы: Б. А. Баранов, Л. С. Май