Укрывистость пигментов. 
Физико-химические свойства пигментов

пигмент диспергирование смачивание Одним из наиболее важных технических свойств пигментов является укрывистость, или кроющая способность. Под укрывистостью понимают способность пигмента или пигментированного материала делать невидимой поверхность, на которую наносится лакокрасочный материал.

Укрывистость, или кроющая способность красочной пленки определяется отражением и поглощением света, которые, в свою очередь являются следствием рассеяния и поглощения света частицами пигмента. В случае белых или слабоокрашенных пигментированных пленок на первый план выступает отражение света материалом покрытия Укрывистость интенсивно окрашенных и черных покрытий определяется главным образом поглощением света. Поверхность считается укрытой, если толщина красочной пленки такова, что отношение коэффициента отражения покрытия над черной подложкой R_ч к коэффициенту отражения над белой подложкой Р_б равно 0,98 (R_ч/R_б = 0,98).

В случае хроматических пигментов значения коэффициентов рассеяния и поглощения, а следовательно, и коэффициентов отражения, различны для разных длин волн, поэтому при значениях необходимо указывать, для каких длин волн они определены. Хроматические пигменты, обладающие кроющей способностью, должны иметь высокий коэффициент рассеяния только в минимуме поглощения, так как рассеяние света в максимуме поглощения приводит к снижению чистоты цвета.

Пигменты, не обладающие кроющей способностью, так называемые лессирующие, имеют низкие коэффициенты рассеяния в видимой области спектра и недостаточно высокие для обеспечения кроющей способности коэффициенты поглощения. Чтобы цветные красочные пленки с такими пигментами были укрывистыми, в них добавляют пигменты, обладающие высокими коэффициентами рассеяния; роль лессирующих пигментов сводится только к селективному поглощению света и приданию, соответственно, определенной окраски пленке.

Рассеяние света частицами пигмента обусловлено разностью показателей преломления пигмента и среды, в которой он диспергирован. Еcли пигмент состоит из крупных частиц, значительно превышающих размерам длины волн видимого света, рассеяние сводится к многократному зеркальному отражению светового потока поверхностями частиц. При нормальном падении монохроматического света из среды с коэффициентом преломления n₁ в среду с коэффициентом преломления n₂ коэффициент отражения R определяется уравнением Френеля:

.(1.7).

Если же частицы пигмента соизмеримы с длиной волны, рассеяние света не подчиняется этому закону. При прохождении света через однородную среду все частицы подвергаются поляризации, зависящей от частоты электромагнитных колебаний. В результате поляризации образуются диполи с переменным электрическим моментом, которые тоже излучают свет, т. е. сами являются источниками электромагнитных колебаний. Согласно принципу Гюйгенса, свет, излучаемый диполями, распространяется в том же направлении, что и падающий поток, с интенсивностью падающего потока. Согласно теории Рэлея и теории Ми, рассеяние света возрастает с ростом показателя преломления частиц дисперсной фазы (точнее с ростом разности показателей преломления дисперсной фазы и дисперсионной среды). Действительно, кроющая способность белых пигментов с ростом показателя преломления п сильно возрастает:

Возможно получение кроющих покрытий без пигментов за cчет формирования в красочной пленке пузырьков воздуха. В этом случае рассеяние света происходит благодаря превышению показателя преломления среды над показателем преломления воздушного пузырька.

Как следует из теории Рэлея и теории Ми, рассеяние света зависит от размеров частиц. Согласно теории Ми, зависимость светорассеяния от размеров частиц выражается кривой с максимумом. Максимум светорассеяния наблюдается для частиц с размерами 0,25 0,33. Зависимость рассеивающей способности пигментированного слоя от размеров частиц пигмента представлена на рис. 1.7.

Оптимальный с точки зрения укрывистости размер частиц белых пигментов d (в нм) определяется следующим соотношением:

.(2.7).

Из этого уравнения следует, что чем выше показатель преломления пигмента, тем выше степень дисперсности, необходимая для достижения максимальной укрывистости.

Определенное влияние на укрывистость оказывает и форма частиц пигмента. В частности, более высокой укрывистостью обладают пигменты, частицы которых имеют игольчатую или чешуйчатую форму. Частицы пигмента такой формы характеризуются более плотной упаковкой в покрытии. Чешуйчатые частицы способны к листованию, т. е. к расположению в пленке параллельно ее поверхности, за счет чего происходит полное перекрытие светового потока.

Укрывистость пигмента зависит от его объемного содержания в покрытии. Для каждого пигмента и конкретного типа пленкообразователя существует определенное объемное наполнение, при котором достигается максимальная укрывистость. С ростом наполнения расстояние между частицами уменьшается и увеличивается степень перекрытия светового потока. Однако при очень малых расстояниях между частицами сблизившиеся частицы оказывают воздействие на световой поток как одна крупная частица, т. е. имеет место снижение эффективной частичной концентрации пигмента в пленке. Расстояние между частицами, при которых несколько частиц оптически проявляют себя как одна, принимают равным половине длины волны света. Отсюда следует, что для достижения высокой укрывистости необходимо как можно более равномерное распределение пигмента в пленке.

Существует ряд методов экспериментального определения укрывистости. Визуальный метод основан на определении толщины красочного слоя на стеклянной пластинке, при котором перестают просвечивать белые и черные квадраты, нанесенные на подложку, на которую накладывается пластинка. Толщина кроющего слоя может быть определена экстраполяцией зависимости коэффициента контрастности, определенного инструментально, от толщины слоя пигментированного материала, нанесенного на черно-белую подложку, к значению R_ч/R_б = 0,98. Используются инструментально-математические методы, основанные на двухконстантной теории Гуревича, Кубелки, Мунка с расчетом кроющей способности на ЭВМ.