Пігменти та барвники для ДПК

Фарбування термопластичних ДПК здійснюється, як правило, масою, шляхом введення в композицію барвників (colorants). Існує два важливих їх виду: пігменти та барвники.

Пігменти це нерозчинні порошкоподібні (пилоподібні) субстанції розміром від 10 мкм і менше. Барвники, навпаки, мають молекулярну форму і, залежно від хімічного складу, можуть бути розчинені у воді, спиртах, оліях та розплавах полімерів. Якщо розмішати пігмент у склянці з водою, то за короткий час він весь осяде на дно. Барвник фарбує воду рівномірно та постійно.

Порівняйте, наприклад, окис заліза та залізний купорос.

У термопластичних деревополімерних композитах зазвичай фарбується тільки полімерна матриця.

За допомогою спеціальних барвників можливе і попереднє фарбування деревного борошна, але цей спосіб поки не знайшов широкого застосування в промисловості.

До використовуваних барвників пред'являються такі вимоги:

відсутність міграції на поверхню
стійкість до температури переробки при екструзії та компаундуванні,
інертність щодо полімерів і деревини (не повинні вступати з ними в непередбачувані хімічні взаємодії)
стійкість до дії світла, хімічних. реагентів та ін експлуатаційних факторів.

Для різних базових смол існує певний асортимент пігментів та барвників, що визначається і умовами експлуатації виробів. Поліолефіни та ПВХ забарвлюють лише стійкими до міграції органічними та неорганічними пігментами. Полістирол можна фарбувати як пігментами, так і барвниками

Пігменти, як правило, мають більшу фізичну і хімічну стійкість, ніж барвники. ЦеЗвісно, т.к. барвники мають молекулярну форму, і поетесу, легко вступають у різні реакції з'єднання та розкладання. Тому для фарбування термопластичних деревно-полімерних композитів застосовують, головним чином, пігменти.

Фарбування в масі включає наступні стадії: змішування полімеру з барвником або пігментом, розплавлення пофарбованої суміші та грануляцію або формування виробу методом екструзії тощо.

Як очевидно з наведеної вище діаграми, пігменти мають мікроскопічні розміри і, отже, значну питому поверхню. Між ними, особливо в сирому стані, починають виявлятися відчутні сили молекулярної взаємодії, що призводить до злипання пігменту з утворенням міцних глобул (аггломерацій). Чим дрібніша фракція пігменту, тим більше проявляється їх схильність до злипання.

При фарбуванні полімеру пігментами в порошковій формі необхідно провести одночасно розподіл, подрібнення грудочок та змочування частинок пігменту розплавом полімеру. Тому, щоб готовий виріб мало однорідне, рівномірне забарвлення, пігменти слід ретельно розподілити в полімері. Такий розподіл досягається інтенсивним перемішуванням пігменту в масі робочої суміші композиту в ході екструзії або попереднього компаундування.

Спростити процес введення пігменту (або барвника) до складу деревополімерного композиту дозволяють т.зв. концентрати пігментів та барвників. У зарубіжній літературі їх називають і концентратами (concentrates) і мастербатчами (masterbatches).

Концентрати виготовляють зазвичай спеціалізованих хімічних підприємствах. Вони, являють собою гранули, що складаються з пігменту і полімеру-носія, в якості якого використовують, як правило,той самий полімер, який передбачається пофарбувати. Тобто. якщо базова смола композиту - поліетилен, то пігментний концетрат бажано мати на основі поліетилену. Вміст органічного пігменту у концентраті становить 15-25%, неорганічного – до 50%. Пігмент у полімері-носії акуратно та ретельно розподілений. Тому при фарбуванні концентратами досягається гарний розподіл у композиційному матеріалі та максимальна інтенсивність забарвлення при мінімальній витраті пігменту.

Ефективними є також суперконцентрати пігментів, які містять, крім полімеру-носія, деяку кількість низькомолекулярних диспергуючих речовин - наприклад, гліцериновий ефір гідрованої каніфолі, низькомолекулярний поліетилен (віск) і т.д.

У виробництві ДПК можливе використання пігментів та концентратів у рідких формах. У цьому випадку компаундер або екструдер повинні мати ефективну систему дегазації видалення розчинника.

Концентрати та суперконцентрати легше дозуються і не припадають пилом, що покращує умови праці та виключає втрати пігментів. Концентрати або змішують з незабарвленими гранулами термопласту в тихохідних змішувачах протягом 10-15 хв, після чого направляють на компаундування або екструзію, або відразу подають екструдер для виробництва пофарбованого виробу.

Нові суперконцентрати створюються для використання в деревно-полімерних композитах і можуть містити і ін компоненти (лубриканти, сполучні агенти, модифікатори властивостей і т.п.). Такі концентрати називають комбібатчі, тобто. комбіновані концентрати (Combibatches).

Кількість та колір пігменту (пігментів) визначається необхідним кольором та інтенсивністю забарвлення виробу.

Розміри та форми частинок деревини та пігментів, а також їх розташування у структурінерегулярні. Але вони, і проміжки між ними, можна порівняти з довжиною хвилі видимого світла. Тому, на поверхні та в структурі композиту відбуватимуться найрізноманітніші процеси відбиття, заломлення, поглинання та розсіювання світлових променів.

Колірне сприйняття деревополімерного композиту складається з поєднання кольору деревини, відтінку смоли (прозора або злегка жовтувата) і пігменту або кількох пігментів. Якщо у складі композиту буде використана велика деревна фракція (тирса, дрібні стружки, голчасті стружки, товсті волокна) вони у поєднанні колірних плям можуть створювати свій малюнок на поверхні композиту. Це може бути красиво, а може бути не зовсім естетично.

Ймовірно, можуть бути різні підходи до фарбування великих виробів, що спостерігаються здалеку (наприклад, покрівельні вироби тощо) та дрібних, що спостерігаються поблизу (товари народного споживання, іграшки тощо).

Спеціальні концентрати для фарбування термопластичних ДПК мають склад, підібраний для імітації відтінків популярних порід дерева (тік, махогоні, горіх, старий дуб та ін.)

Пігменти, як і інші елементи композиту, схильні до впливу зовнішніх впливів - світла, кислот, лугів, ензимів і т.д. Тому в процесі експлуатації вони можуть змінювати хімічну структуру та колір (вигоряти). Більш стійкими є неорганічні пігменти. Органічні пігменти та барвники, як правило, менш стійкі до зовнішніх впливів. Більшість пігментів нетоксична. Однак, бувають і не цілком безпечні продукти, що містять солі свинцю, кадмію та деякі інші.

За кордоном є велика кількість фірм-виробників барвників, пігментів та концентратів для полімерів. Окремі види пігментів та концентратів для фарбування полімерів випускаються і в Україні.Зараз багато пігментів завозиться із Чехії та Китаю.

Деякі фірми та марки концентратів, призначених для ДПК, наведені в таблиці.