В широком смысле, покрытия выполняют две очевидных функции: защита изделия и придание эстетически привлекательного внешнего вида в соответствии с желаемым цветом, блеском и характеристиками поверхности.
Рассмотрим процесс подбора цвета для порошковых покрытий. Начнем с пигментов.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ И ПРИРОДА ПИГМЕНТОВ
Пигменты представляют собой мелкие, нерастворимые частицы, которые обеспечивают цвет и непрозрачность, будучи диспергированными в среде, в нашем случае — в связующем порошкового покрытия. Пигменты дают цвет, поскольку они по своей природе поглощают определенные длины волн видимой части спектра (примерно от 380 до 730 нм). Это поглощение наблюдается, обрабатывается человеческим глазом и интерпретируется как то, что люди называют цветом. В таблице 1 представлен общий диапазон длин волн.
Поскольку пигменты состоят из относительно мелких частиц, они склонны образовывать агломераты в своем естественном состоянии.
Поэтому включение пигментов в связующие порошковых покрытий требует деагломерации для достижения оптимального цветоформирования и укрывистости. Деагломерация происходит в процессе экструзии и обеспечивает равномерное распределение частиц пигментов в связующем, что позволяет получить наиболее насыщенный оттенок и высокую непрозрачность.
Красящие пигменты для порошковых покрытий производятся синтетическим методом и бывают органическими и неорганическими. Между ними существует ряд различий. Органические пигменты, как правило, обеспечивают яркий, насыщенный цвет, в то время как неорганические обычно более тусклые и менее насыщенные.
Большинство неорганических пигментов производится на основе простых или сложных оксидов металлов; они имеют более высокий удельный вес и более низкую маслоёмкость, чем органические пигменты. В таблице 2 представлены некоторые различия между органическими и неорганическими пигментами.
КЛАССИФИКАЦИЯ
Красящие пигменты чаще всего классифицируют по показателю цвета. Как показано в таблице 3, в этой системе используется следующий формат: префикс состоит из первой буквы “P” — пигмент и последующих букв, которые характеризуют цвет. За префиксом следует номер, который был присвоен при стандартизации пигмента регулирующими организациями (Общество красильщиков и колористов [SDC] в Великобритании и Ассоциация химиков и колористов текстильной промышленности [ATCC] в США).
Например, “PR” означает “пигмент красный”, “PG” — “пигмент зеленый”, PR-170 означает пигмент красный 170 на основе нафтола.
ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПОДБОРУ ЦВЕТА
Для получения определенного цвета необходимо соблюдение основополагающих принципов составления рецептур, которые описаны ниже. Главное в этом подходе — простота.
Начните с набора качественных пигментов.
Не следует приступать к подбору цвета, имея некачественные пигменты. Ваш компьютер для подбора параметров цвета может рекомендовать состав, уже имеющийся в базе данных. При таком подходе возникает много ошибочных суждений. Пигменты могут не обладать достаточной стойкостью или могут быть небрежно подобраны для решения конкретной цветовой задачи, существующей на производстве.
Лучше всего начать с чистого листа, используя набор пигментов, который с наибольшей вероятностью позволит вам добиться цели и обеспечит требуемую долговечность. Эта отправная точка позволит вам избежать корректировки с помощью дополнительных пигментов.
Зачастую разработчики начинают с не совсем идеального набора пигментов, а затем пытаются скорректировать цвет с помощью дополнительных пигментов. Когда они понимают, что это невозможно, им приходится отказаться от этой идеи и использовать новый набор.
Чем проще, тем лучше
Как правило, помимо черного и белого пигментов (при необходимости), требуется еще два (или меньше) цветных пигмента, но не более трех. Многочисленные проблемы могут возникать при разработке рецептуры со слишком сложной схемой пигментации, включая метамерию (цветовые различия при использовании разных источников света), трудности с масштабированием, несогласованность при производстве и изменение цвета при нанесении порошка.
Определите необходимую концентрацию пигмента для достижения требуемой укрывистости.
При колеровке необходимо определить концентрацию пигмента, необходимую для получения требуемой укрывистости при заданной толщине покрытия. Это крайне важно по двум причинам: во-первых, это практическое требование, поскольку из-за недостаточной укрывистости на цвет покрытия будет влиять цвет подложки. Покрытие может выглядеть более темным, более синим и более зеленым при нанесении на стальную подложку или более светлым и более голубым при нанесении на алюминиевую подложку.
Вторая причина для правильного расчета концентрации пигмента — это стоимость. Цветные пигменты обычно стоят дороже, чем связующие и наполнители, поэтому должны использоваться в количестве, достаточном для получения требуемой укрывистости, но не больше, чем это необходимо.
СОСТАВ И КРИТЕРИИ КАЧЕСТВА
При выборе набора пигментов необходимо учитывать следующие факторы:
Термостойкость
Порошковое покрытие подвергается воздействию тепла как минимум в трех случаях. Во-первых, компоненты состава нагревают в процессе экструзии. Температура экструзии обычно варьируется в диапазоне 90-150 °C (194-302 °F) в течение относительно короткого периода от 30 до 60 секунд. Во-вторых, порошковое покрытие проходит цикл отверждения при температурах в диапазоне 120-200 °C (248-392 °F) в течение 10-30 минут. И, в-третьих, отвержденное порошковое покрытие может подвергаться воздействию высоких температур при эксплуатации готового изделия. Поэтому необходимо тщательно выбирать пигменты, устойчивые к воздействию высоких температур, которым покрытие будет подвергаться на протяжении всего срока службы изделия.
Следует проверить данные о термостойкости, предоставленные поставщиком пигментов, прежде чем использовать материал в составе покрытия. Большинство поставщиков при определении термостойкости указывают 200 °C (392 °F). Это можно считать критерием оценки для большинства составов порошковых покрытий.
Покрытия, обладающие стойкостью к экстремально высоким температурам, требуют особого подхода к разработке состава. Такие покрытия применяются для кухонной посуды / бытовой техники / грилей и деталей выхлопных систем. Для удовлетворения этих жестких требований чаще всего применяются смешанные оксиды металлов.
Стойкость к УФ-излучению
Все материалы в определенной степени обладают стойкостью к УФ-излучению в зависимости от их химического состава. Стойкость к УФ-излучению также зависит от концентрации пигмента (оттенок / основной тон), условий окружающей среды, например, влажность, взвешенные в воздухе химические вещества, температура, и способа обработки поверхности, который может оказать воздействие на частицы пигмента. Достоверную информацию о стойкости к УФ-излучению можно получить у поставщика пигментов. Вы должны понимать разницу между светостойкостью и атмосферостойкостью.
Лучше всего начать с чистого листа, используя набор пигментов, который с наибольшей вероятностью позволит вам добиться цели и обеспечит требуемую долговечность. Эта отправная точка позволит вам избежать корректировки с помощью дополнительных пигментов
Светостойкость подразумевает стойкость к УФ-излучению и определяется методами ускоренных испытаний на воздействие атмосферных условий, которые могут включать (или не включать) имитацию других параметров окружающей среды, таких как влажность и температура.
Атмосферостойкость определяется как стойкость в реальных условиях и относится ко всем факторам, с которыми покрытие сталкивается в процессе эксплуатации, включая УФ-излучение, влажность, температура, кислотные и щелочные частицы в воздухе, грязь.
В целом, смешанные оксиды металлов обеспечивают наиболее высокую стойкость к атмосферным воздействиям. Эти пигменты имеют очень стабильную кристаллическую структуру, стойкую к УФ-излучению, воздействию химических веществ и тепловому воздействию. Некоторые органические пигменты, применяемые в автомобильной промышленности, также обладают высокой стойкостью к атмосферным воздействиям.
Токсичность
Большинство пигментов, применяемых в составе порошковых покрытий, относительно нетоксичны. Тем не менее, перед выбором пигмента рекомендуется проконсультироваться с поставщиком, а лучше изучить паспорт безопасности пигмента, чтобы убедиться, что продукт не будет представлять опасности при конечном использовании.
Контакт с пищевыми продуктами
Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) утвердило список пигментов, пригодных к использованию в составе полимерных материалов, которые могут контактировать с пищевыми продуктами. Эта информация представлена в Своде федеральных нормативных актов (CFR) раздел 21, статья 178.3297.
Непрозрачность
Непрозрачность (также называемая “укрывистостью”) — это способность покрытия перекрывать цвет подложки. Обычно требуется, чтобы покрытия обеспечивали измеримую степень укрывистости при заданной толщине пленки.
Чтобы перекрыть цвет подложки, состав должен содержать достаточное количество пигмента.
Укрывистость определяется путем нанесения покрытия на металлические пластины черного и белого цвета, пригодные для отверждения покрытия в печи. Черно-белые поверхности этих стандартизированных пластин покрывают с заданной толщиной пленки. Согласно стандарту ASTM D-6441 Измерение укрывистости порошковых покрытий, укрывистость определяется путем сравнения коэффициентов отражения покрытий на белой и черной поверхности.
Укрывистость выражается в процентах при заданной толщине пленки (например, 99,0% при 2,5 мил) или в пересчете на минимальную толщину пленки, необходимую для получения заданной непрозрачности (например, 3,2 мил для получения непрозрачности 99,0%). Минимальным стандартным значением укрывистости считается 98,5%, однако, чтобы обеспечить насыщенность цвета рекомендуется как минимум 99,0%.
Удельный вес
Удельный вес также рассматривается как плотность и определяется как масса на единицу объема материала, выражается в г/мл (см3). Удельный вес красящих пигментов для порошковых покрытий варьируется в диапазоне от 1,2 до 6,0. Органические пигменты обычно имеют более низкий удельный вес, чем неорганические.
От удельного веса зависит масса пигмента, включенного в состав. Пигменты с более высоким удельным весом занимают меньший объем в составе порошкового покрытия и для обеспечения необходимой насыщенности цвета и непрозрачности обычно требуется их более высокая весовая концентрация. Это, в свою очередь, повышает удельный вес порошкового покрытия.
Порошковые покрытия с более высоким удельным весом обеспечивают меньшую укрывистость на единицу веса подложки, чем покрытия с меньшим удельным весом. Это влияет на экономическую составляющую.
Стоимость
Стоимость — это важный критерий, который следует учитывать при разработке состава любого порошкового покрытия. Стоимость сырья — очевидный фактор, но насыщенность цвета, удельный вес и обрабатываемость также влияют на конечную стоимость порошкового покрытия. Пигмент с низкой укрывистостью и низкой насыщенностью цвета должен присутствовать в составе в большей концентрации. Этот фактор может перевесить низкую стоимость за фунт пигмента. Кроме того, пигменты, требующие более интенсивной и сложной обработки, повышают конечную стоимость продукции. Это касается пигментов, которые плохо или неравномерно диспергируются.
Колеровка порошковых покрытий — это сложная задача, для которой требуется прочная техническая основа и тщательная работа с цветом и цветовыми различиями. Если вы будете учитывать факторы простоты, долговечности, непрозрачности и стоимости, в большинстве случаев особых проблем возникнуть не должно.
Кевин Биллер, The Powder Coating Research Group
