Пигменты в УФ-отверждаемых покрытиях

Что такое пигмент и чем он отличается от красителя

Пигмент – это практически нерастворимое в данной среде неорганическое или органическое, цветное или ахроматическое красящее вещество. Пигмент может быть белым, чёрным или цветным, а его задача – укрыть основу и создать препятствие свету. Восприятие цвета возникает при отражении, избирательном или полном поглощении света частицами пигмента.

Ключевое отличие пигмента от красителя: пигмент не растворяется в УФ-отверждаемом материале, а распределяется в нём взвесью частиц. Краситель растворяется. Именно поэтому пигмент даёт укрывистость (плотный, непрозрачный цвет), а краситель – прозрачную тонировку.

И пигменты, и красители бывают природными и синтетическими и традиционно делятся на органические и неорганические.

Органические и неорганические пигменты

Органические пигменты характеризуются входящими в их состав ароматическими группами. Они дают яркие, насыщенные цвета.

Неорганические пигменты – это обычно оксиды, оксигидроксиды, сульфиды, силикаты, сульфаты или карбонаты. К ним относятся, например, диоксид титана (белый), оксиды железа (жёлтый, красный, коричневый, чёрный).

Для УФ-составов деление на органику и неорганику – не главное. Важнее другое свойство, о котором ниже: как конкретный пигмент ведёт себя в соседстве с фотоинициатором.

Главное для УФ-составов: пигмент не должен мешать отверждению

Это то, что отличает пигмент для УФ-смолы от пигмента для обычной краски. УФ-состав твердеет через фотополимеризацию: ультрафиолет запускает фотоинициатор, тот выделяет радикалы, и материал сшивается в твёрдую сетку. Пигмент может этот процесс сорвать тремя способами.

• Поглощение в рабочей зоне фотоинициатора. Если пигмент сильно поглощает ультрафиолет в той же области спектра, где работает фотоинициатор, то ультрафиолета инициатору просто не достаётся – полимеризация не идёт или идёт только у поверхности. Поэтому пигмент для УФ-состава должен иметь незначительное поглощение в зоне абсорбции фотоинициатора.
• Химическое взаимодействие с фотоинициатором. Пигмент должен быть нейтральным по отношению к инициатору – не вступать с ним в реакцию. Иначе инициатор расходуется не на полимеризацию.
• Перехват радикалов. Некоторые органические и неорганические пигменты работают как перехватчики радикалов: они обрывают растущие цепи, и сетка не достраивается. Состав остаётся мягким даже при достаточной дозе ультрафиолета.

Отсюда правило: для УФ-составов подходит не любой пигмент, а только совместимый с фотоинициатором. Пигментные системы «Спектр» для этого и подобраны – они рассчитаны на УФ-отверждаемые составы и не гасят реакцию.

Отдельно про концентрацию. За ней нужно внимательно следить: слишком высокая доля пигмента нарушает стабильность материала при хранении, а иногда вызывает «желирование» – состав густеет и схватывается прямо в таре, ещё до нанесения. Практический предел для колеровки УФ-смолы – до 5 % по массе.

Размер и форма частиц: от чего зависит цвет и укрывистость

Цвет покрытия напрямую связан с размером частиц пигмента, поэтому он должен поддерживаться в строго заданном интервале.

Для каждого пигмента есть свой оптически оптимальный размер частиц – в пределах 0,2–1,0 мкм. При нём основные оптические свойства (рассеяние, поглощение и избирательное отражение света для хроматических пигментов) максимальны, а значит, расход пигмента для окраски минимален. На практике размер агрегатов частиц шире – от 0,2 до 40 мкм. Усреднённый показатель дисперсности – удельная поверхность, она лежит в пределах 0,1–70 м²/г.

Форма частиц у разных пигментов своя и тоже влияет на свойства покрытия:

Как пигмент влияет на свойства покрытия

Пигмент – это не только цвет. Он влияет и на эксплуатационные свойства покрытия:

• механическая прочность;
• коррозионная и атмосферная стойкость – ряд пигментов их улучшает;
• насыщенность цвета, белизна, блеск;
• укрывистость;
• свето- и атмосферостойкость.

Малые размеры частиц позволяют получить покрытие с заданными значениями этих свойств. Именно поэтому размер частиц держат в узком интервале: он определяет и цвет, и стойкость одновременно.

Как колеровать УФ-смолу пигментом

Прозрачная УФ-смола (а также УФ-гель, УФ-клей, УФ-лак) – однокомпонентный состав, который твердеет под ультрафиолетом и не требует смешивания с катализатором. Её можно окрасить пигментом в порошке или пасте. Время затвердевания – от 1 до 10 минут в зависимости от толщины слоя, количества пигмента, мощности и длины волны лампы.

Базовые правила колеровки:

1. Если смола загустела, слегка нагрейте её нагревателем или феном – станет жиже.
2. Очистите и обезжирьте поверхность изделия изопропиловым спиртом.
3. Смешайте небольшое количество пигмента (не более 5 %) с прозрачной смолой на палитре. Добавляйте пигмент до нужного оттенка, но не перебирайте – смола может плохо застыть.
4. Наносите тонкими слоями, отверждая каждый слой отдельно. Если цветов несколько, каждый слой заливают и отверждают по отдельности.
5. Работайте не спеша, чтобы не замешивать пузыри; лёгкий нагрев поверхности до засветки помогает пузырям всплыть.
6. Чем темнее цвет, тем дольше нужно облучать: тёмный пигмент поглощает ультрафиолет.

Подробные режимы – проценты по целям, время засветки по 15 цветам, безопасная толщина слоя и расчёт дозы – собраны в отдельной статье «Пигментные пасты: как смешивать с УФ-смолой». Если после добавления пигмента смола осталась липкой или мягкой внутри, причины и решения разобраны в статье «Почему УФ-смола не твердеет».

Вывод

Пигмент в УФ-покрытии решает две задачи сразу – даёт цвет и влияет на свойства покрытия, – но подходит для этого не любой. Главное требование к пигменту для УФ-состава не цвет, а совместимость с фотоинициатором: пигмент не должен поглощать ультрафиолет в его рабочей зоне, вступать с ним в реакцию или перехватывать радикалы. Второе по важности – размер частиц в оптимальном интервале 0,2–1,0 мкм и умеренная концентрация до 5 %, иначе страдают и отверждение, и стабильность при хранении.

Почему нужно применять пигменты и смолы «Спектр»?

«Спектр» производит УФ-отверждаемые материалы с 2005 года. Для колеровки это означает:

• Пигменты подобраны под УФ-отверждение – совместимы с фотоинициатором и не гасят полимеризацию.
• Целая система красителей под разные задачи: пигментные пасты, пигменты для УФ-смолы, перламутровые, зеркальные, люминофоры, флуоресцентные, термохромные.
• Контролируемая фракция частиц – ровный цвет и предсказуемая укрывистость.
• Совместимость со смолами «Спектр» – пигмент и смола из одной системы, отверждение стабильное.

Не уверены, что выбранный пигмент подойдёт под ваш состав, – опишите задачу технологу: смола, желаемый цвет и укрывистость, условия эксплуатации. Подбор бесплатный: 8 (800) 600-76-32. Каталог – красители и пигменты и УФ-смолы.

Часто задаваемые вопросы

Чем пигмент отличается от красителя?

Пигмент не растворяется в составе, а распределяется взвесью частиц и даёт укрывистый непрозрачный цвет. Краситель растворяется и даёт прозрачную тонировку.

Любой ли пигмент подходит для УФ-смолы?

Нет. Пигмент не должен поглощать ультрафиолет в рабочей зоне фотоинициатора, вступать с ним в реакцию или перехватывать радикалы – иначе состав не отвердеет. Для УФ-составов берут специально подобранные пигменты.

Почему смола не твердеет после добавления пигмента?

Три возможные причины: пигмент поглощает ультрафиолет и не пускает его к инициатору в глубину; пигмент перехватывает радикалы и обрывает полимеризацию; либо пигмента просто слишком много. Уменьшите долю пигмента, делайте слой тоньше и увеличьте дозу облучения.

Сколько пигмента можно добавлять?

Не более 5 % по массе. Больше нарушает стабильность состава при хранении и может вызвать «желирование» прямо в таре.

Какой размер частиц пигмента оптимален?

По оптике – 0,2–1,0 мкм: при нём рассеяние, поглощение и отражение максимальны, а расход пигмента минимален. На практике размер агрегатов бывает от 0,2 до 40 мкм.

Почему тёмные цвета отверждаются дольше?

Тёмный пигмент, особенно чёрный, сильно поглощает ультрафиолет, и в глубину слоя его доходит меньше. Поэтому тёмные цвета требуют большей дозы и более тонких слоёв.

Что такое перехватчики радикалов?

Это пигменты, которые обрывают растущие полимерные цепи, связывая свободные радикалы. Полимерная сетка не достраивается, и состав остаётся мягким даже при нормальной дозе облучения. Такие пигменты для УФ-составов не годятся.

Можно ли красить УФ-смолу обычными пигментами для красок?

Не стоит: пигмент для обычной краски не рассчитан на совместимость с фотоинициатором и может сорвать отверждение. Берите пигменты, предназначенные для УФ-отверждаемых составов.

Обращайтесь, если нужна помощь с выбором пигментов и УФ-смол под ваш состав – детально проконсультируем.
Email: market@nipg.ru
Тел.: +7 (831) 414-01-71, 8 (800) 600-76-32
WhatsApp: +7 (905) 014-00-15, Telegram: NIPGSpektr

Материал подготовлен техническим специалистом ООО НИПГ «Спектр». При полном или частичном копировании материалов ссылка на источник обязательна.