Jediné rozhodnutie o zložení – ako zavediete pigment – môže znamenať rozdiel medzi bezchybným perleťovým povrchom a náterom sužovaným škvrnitosťou, tvrdým sedimentom alebo mŕtvym leskom. Priemyselné perleťové pigmenty sa nesprávajú ako bežné farbivá. Ich tenké častice v tvare doštičiek sú hustejšie, oveľa citlivejšie na strih a úplne závislé od paralelnej orientácie, aby poskytli optické efekty, ktoré sľubujú. Získanie rozptylu hneď od začiatku nie je vylepšenie; je to predpoklad.
Táto príručka obsahuje praktické stratégie, na ktoré sa pri práci spoliehajú tvorcovia náterov priemyselné perleťové pigmenty vo vodných aj olejových systémoch – od trojstupňového procesu dispergovania až po výber dispergačného činidla špecifického pre daný systém, riadenie pH, limity šmyku a kontrolu orientácie krvných doštičiek.
Štandardné anorganické pigmenty sú zhruba sférické, izotropné a tolerujú agresívne mletie. Priemyselné perly nie sú žiadnou z týchto vecí. Sú to tenké ploché doštičky – zvyčajne s hrúbkou 0,1 až 3,0 mikrónov – zložené z priehľadného sľudového substrátu potiahnutého oxidom titaničitým, oxidom železa alebo kombináciou oboch. Ich optická výkonnosť úplne závisí od tejto geometrie, ktorá je zachovaná a potom orientovaná rovnobežne s povrchom substrátu počas tvorby filmu.
Tri fyzikálne skutočnosti odlišujú perly od bežných pigmentov:
Tieto obmedzenia tlačia formulátorov k jemnejším metódam miešania, účelovo navrhnutým dispergátorom a stratégiám riadenia reológie, ktoré sú úplne odlišné od tých, ktoré sa používajú pre pigmenty oxidu titaničitého alebo oxidu železa.
Disperzia pigmentu nie je jediná udalosť – je to sled troch prekrývajúcich sa etáp, z ktorých každá nesie špecifické riziká pri práci s perlami.
Zmáčanie je nahradenie rozhraní vzduch-tuhá látka na povrchu pigmentu rozhraniami kvapalina-pevná látka. Aby sa dispergačné činidlo adsorbovalo na povrch krvných doštičiek, musí mať nižšie povrchové napätie ako samotný pigment. Vo vodných systémoch je tento krok náročnejším kvôli vysokému povrchovému napätiu vody a často sa vyžaduje špeciálne zmáčadlo – zvyčajne nízkopenivé neiónové povrchovo aktívne činidlo s nízkym obsahom VOC. Predvlhčenie pigmentu v malom množstve rozpúšťadla alebo vody pred jeho pridaním do hlavnej dávky výrazne urýchľuje túto fázu a znižuje riziko zachytenia vzduchu, ktoré spôsobuje defekty filmu.
Používanie vopred upravené priemyselné perleťové pigmenty navrhnuté pre ľahkú disperziu môže dramaticky zjednodušiť krok zvlhčovania, pretože povrchové modifikácie na doštičke znižujú energetickú bariéru pre kvapalinu, aby vytlačila vzduch.
Voľne viazané zhluky krvných doštičiek sa musia rozdeliť na jednotlivé častice. Tu je potrebný šmykový vstup – ale pre perleťové minimálny efektívny strih je vedúcou zásadou. Výhodné sú nízkorýchlostné rozpúšťadlá, lopatkové mixéry a nízkorýchlostné disperzné lopatky. Vysokorýchlostné guľôčkové mlyny, pieskové mlyny a ultrazvukové procesory vyladené na nastavenia vysokej intenzity lámu krvné doštičky a natrvalo ohrozujú lesk. Pigment by sa mal pomaly pridávať do vopred namiešaného vehikula za jemného miešania, nikdy by sa nemal vylievať do vysokorýchlostného mlyna.
Po oddelení musia byť krvné doštičky oddelené. Bez stabilizácie budú van der Waalsove príťažlivé sily ťahať častice späť k sebe, čím sa vytvoria vločky, ktoré sa usadia a odolávajú redisperzii. Stabilizácia sa dosahuje buď elektrostaticky (dominantné vo vodných systémoch) alebo prostredníctvom stérických mechanizmov (dominantné v olejových systémoch). Dispergačné činidlo sa musí pevne adsorbovať na povrch krvných doštičiek a zostať ukotvené počas fázy riedenia a zníženia - požiadavka, ktorá riadi výber chémie dispergačného činidla v každom type systému.
Vysoká polarita vody vytvára výhody aj komplikácie pre perleťovú disperziu. Pozitívne je, že elektrostatická stabilizácia je účinná: udelením povrchového náboja doštičkám spôsobujú aniónové alebo neiónové dispergačné činidlá vzájomné odpudzovanie častíc. Negatívnou stránkou je, že vysoké povrchové napätie vody odoláva zmáčaniu a iónové prostredie systému je oveľa citlivejšie na pH a koncentráciu elektrolytu ako ktorákoľvek formulácia na báze rozpúšťadla.
Pre systémy riediteľné vodou sú primárnymi nástrojmi aniónové polykarboxylátové dispergačné činidlá a neiónové polymérne dispergačné činidlá (na báze polyetylénoxidu alebo polyuretánu). Moderné polyuretánové disperzanty bez APE a VOC ponúkajú vynikajúce ukotvenie na oxidom potiahnutých sľudových povrchoch a zároveň poskytujú dlhodobú elektrosterickú stabilitu. Dispergačné činidlo by sa malo pridávať v štádiu zvlhčovania, nie neskôr, aby sa zabezpečilo úplné pokrytie povrchu doštičiek predtým, ako sa častice začnú k sebe približovať.
pH perleťovej disperzie na vodnej báze nie je druhotným problémom. Väčšina perličiek na báze sľudy je stabilná a dobre dispergovateľná v rozsahu pH 7,5 až 9,0. Pod týmto rozsahom sa môžu povrchové úpravy doštičiek destabilizovať a spôsobiť flokuláciu. Nad pH 10 môžu byť ovplyvnené niektoré farbiace ko-pigmenty. Keď sa na vytvorenie viskozity použije alkalické tixotropné činidlo, je potrebné dbať na to, aby pH systému netlačilo na prah stability pigmentu – test pH po každom zavedení aditíva je praktickou kontrolou kvality, ktorá šetrí značné prepracovanie.
Pretože perly sú hustejšie ako väčšina pigmentov, riadenie reológie vo vodných systémoch je obzvlášť dôležité. Asociatívne zahusťovadlá (HEUR, HMHEC) a disperzie organofilného ílu poskytujú slabú sieťovú štruktúru, ktorá suspenduje krvné doštičky bez trvalého zvýšenia viskozity pri nízkom strihu na nespracovateľnú úroveň. Cieľom je mäkký, ľahko redispergovateľný sediment – nie tvrdý obal, ktorý si vyžaduje mechanický zásah na opätovné suspendovanie.
V systémoch na báze rozpúšťadiel a olejov neprítomnosť významného iónového náboja znamená, že elektrostatická stabilizácia nehrá takmer žiadnu úlohu. Stabilita úplne závisí od stérických mechanizmov: polymérne reťazce pripojené k molekulám dispergačného činidla sa adsorbujú na povrchoch krvných doštičiek a vytvárajú fyzikálnu bariéru, ktorá zabraňuje časticiam priblížiť sa dostatočne blízko, aby flokulovali.
Polymérne disperzanty s vysokou molekulovou hmotnosťou – blokové kopolyméry, hyper-rozvetvené polyestery a modifikované polyuretány – sú ťahúňmi perleťových formulácií na báze rozpúšťadiel. Chemické zloženie kotviacich skupín sa musí zhodovať s povrchom krvných doštičiek: pre sľudu potiahnutú TiO₂ vykazujú fosfátové a amínové kotvy silnú afinitu; pre druhy potiahnuté oxidom železa majú karboxylátové kotvy často dobré výsledky. Musí sa zvážiť aj polarita rozpúšťadla - koncové reťazce dispergačného činidla musia byť dobre rozpustené v kontinuálnej fáze, aby sa rozšírili smerom von a poskytli účinné stérické odpudzovanie. Koncová reťaz, ktorá sa zrúti v prostredí so zlým rozpúšťadlom, neposkytuje žiadnu ochranu.
Priemyselné perleťové pigmenty odolné voči poveternostným vplyvom navrhnuté pre vonkajšie aplikácie na báze oleja často obsahujú patentované povrchové úpravy, ktoré zlepšujú interakciu s polymérnymi dispergačnými činidlami, čím sa znižuje zaťaženie aditív potrebné na dosiahnutie stabilných disperzií.
Olejové systémy sú vo všeobecnosti zhovievavejšie, pokiaľ ide o riadenie viskozity, ale citlivosť perleťových doštičiek v šmyku je stredne nezávislá – tá istá doštička, ktorá sa zlomí vo vodnom perlovom mlyne, sa zlomí rovnako v mlyne na báze rozpúšťadla. Štandardným priemyselným protokolom je predvlhčenie pigmentu v rozpúšťadle, jeho pridanie do zmesi živice/rozpúšťadla pri nízkej rýchlosti lopatkového miešania alebo miešania v rozpúšťadle a miešanie až do vizuálnej homogénnosti predtým, ako sa zapojí akékoľvek zariadenie vyvolávajúce strih. Krok disperzie s vysokým strihom by mal byť vyhradený pre anorganické alebo organické základné pigmenty začlenené pred pridaním perleťového lesku.
Nižšie uvedená tabuľka sumarizuje kritické parametre formulácie pre oba typy systémov a ponúka praktický odkaz pre formulátorov, ktorí prechádzajú medzi platformami alebo vyvíjajú univerzálne systémy.
| Parameter | Vodný systém | Systém na báze oleja/rozpúšťadla |
|---|---|---|
| Stabilizačný mechanizmus | Elektrostatický elektrosterický | Stérická (polymérová reťazová bariéra) |
| Preferovaný typ dispergátora | aniónový polykarboxylát; neiónový polyuretán | blokový kopolymér; hyperrozvetvený polyester |
| Požiadavka na pH | 7,5 – 9,0 (kritické) | Neuplatňuje sa |
| Spôsob miešania | Rozpúšťač s nízkym strihom; post-add to sklamanie | Lopatka s nízkym strihom; vopred vlhká kaša |
| Vyrovnanie rizika | Vysoká (fáza s nízkou viskozitou) | Stredný (podporuje viskozita rozpúšťadla) |
| Modifikátor reológie | HEUR, HMHEC, organoíl | Organický íl, dymový oxid kremičitý, polyamidový vosk |
| Typický režim zlyhania | Tvrdý sediment; flokulácia spustená pH | Flokulácia; odstraňovanie disperzantu rozpúšťadlom |
| Citlivosť na strih | Vysoká — vyhýbajte sa vysokorýchlostným mlynom | Vysoká – platí rovnaké obmedzenie |
Rozptyl je len polovica optického príbehu. Dobre rozptýlená perleť s náhodne orientovanými doštičkami bude stále vyzerať plocho a nudne. Maximálny lesk a prechod farieb vyžadujú, aby doštičky ležali rovnobežne so substrátom – a toto zarovnanie je do značnej miery určené rozhodnutím o formulácii a aplikácii, nie samotným pigmentom.
Zmršťovanie filmu počas sušenia je hlavným hnacím motorom orientácie. Keď sa rozpúšťadlo alebo voda vyparujú, film sa vertikálne zmršťuje a vyvíja silu, ktorá tlačí doštičky naplocho na substrát. Formulácie s nižším obsahom pevných látok sa viac zmršťujú, a preto poskytujú lepšiu orientáciu než systémy s vysokým obsahom pevných látok, čo je jeden z dôvodov, prečo vodouriediteľné základné nátery – napriek problémom s ich disperziou – môžu dosiahnuť vynikajúci lesk v automobilových aplikáciách. Toto je obzvlášť dôležité pre aplikácie automobilových náterov kde prechod farieb a brilantnosť definujú metriky kvality.
Niekoľko receptúr zlepšuje orientáciu:
Pre detailné technické spracovanie mechaniky orientácie a jej vzťahu ku kvalite disperzie, technický základ na perleťové pigmenty v priemyselných náteroch publikovaný časopisom PCI poskytuje užitočnú hĺbku o dynamike zmršťovania filmu a jeho optických dôsledkoch.
Pretože priemyselné perleťové prísady sa usadia – je to fyzikálne nevyhnutné vzhľadom na ich hustotu – cieľ formulácie sa posúva od úplného zabránenia usadzovaniu k zabezpečeniu toho, aby akýkoľvek sediment zostal mäkký a ľahko redispergovateľný jemným miešaním. Tvrdé balenie, kde sa krvné doštičky zhutňujú do hustej, súdržnej vrstvy, je spôsob zlyhania, na ktorom skutočne záleží pri výrobe a aplikácii na mieste.
Niekoľko stratégií znižuje riziko pevného balenia:
Hodnotenia kontroly kvality pre usadzovanie by mali zahŕňať sedimentačný objem po 7-dňovom státí (bez modifikátorov reológie) a hodnotenie redisperzie pomocou načasovaného, nízkoenergetického miešacieho protokolu. Prípravok, ktorý sa vráti k jednotnému vzhľadu do 60 sekúnd po jemnom pretrepaní, je všeobecne prijateľný v teréne. Čokoľvek vyžadujúce mechanický zásah signalizuje, že je potrebná korekcia receptúry.
Pre aplikácie vyžadujúce predĺženú životnosť alebo stabilitu pri preprave, funkčný rad perleťových pigmentov zahŕňa triedy so špecializovanými povrchovými úpravami navrhnutými tak, aby obmedzili tvorbu tvrdých nánosov v systémoch na báze vody aj rozpúšťadiel. Spárovanie správneho pigmentu so stratégiami disperzie uvedenými v tejto príručke vytvára formulácie, ktoré fungujú konzistentne od šarže k šarži a aplikácie po aplikáciu.
Nakoniec, pre širší kontext o tom, ako perleťové pigmenty interagujú s rôznymi atramentmi a nosičmi náterov – vrátane riadenia viskozity v špecializovaných systémoch – podrobné pokrytie perleťové pigmenty v systémoch tlačových farieb poskytuje doplnkové poznatky, ktoré sa prenášajú priamo do praxe formulovania priemyselných náterov.
