Материал: Изучение оптических и структурных свойств пигментов печатных красок

Однако существует определенный предел, по достижении которого дальнейшее увеличение степени дисперсности не только не увеличивает кроющую способность пигмента, но и приводит, в конце концов, к обратному результату, то есть к образованию прозрачной краски.

Давно имеется указание на зависимость между удельным весом и кроющей способностью пигментов. Полиграфическая практика может привести много подтверждений того положения, что преломляющая способность, а следовательно, и кроющая способность, возрастает c удельным весом пигментов. Однако надо иметь в виду, что кроющая способность черных пигментов обусловлена не отражением, a наоборот, почти полным поглощением света. Кроющая способность краски c течением времени может измениться.

Это свойство обусловлено химическим составом и строением пигмента. Поэтому если пигмент в данном связующем образует кроющую или прозрачную краску, то никакие факторы не в состоянии изменить это свойство на противоположное. У одного и того же пигмента степень кроющей способности может изменяться в зависимости от различных факторов (например, степени дисперсности частиц пигмента). На прозрачность красочного слоя оказывает влияние также толщина самого слоя краски.

1.5 Физические и физико-химические свойства пигментов для печатных красок

Зависимость свойств химически чистых веществ от их состава и строения всем в настоящее время хорошо известна. Но конкретное установление такой зависимости - чрезвычайно сложная задача.

Особые трудности возникают при установлении зависимости между химическим строением и свойствами у пигментов, так как к твердым веществам закон постоянства свойств не может быть строго приложим-y твердых веществ может иметь место некоторое изменение свойств в зависимости от их происхождения и предыдущей обработки.

Рассмотрим наиболее важные в практическом отношении физические свойства пигментов для печатных красок. К числу их относятся удельный вес, насыпной вес, маслоемкость.

.6 Удельный и насыпной вес пигмента

Удельный вес пигментов - свойство, в котором отмечается преобладание принципа аддитивности. Удельный вес, наряду c температурой плавления и температурой кипения, является константой, служащей в химической практике для контроля чистоты вещества.

От удельного веса пигмента в большой степени зависят удельный вес печатного краски, пригодность ее для различных способов печати и экономичность. Предпочтение всегда отдается краске с меньшим удельным весом.

Расход печатной краски зависит от величины запечатанной поверхности и определяется объемом. Для перевода объемных мер в весовые необходимо определение удельного веса.

Пигмент с большим удельным весом скорее оседает. Это явление часто наблюдается, например, у хрома желтого, который может осесть на печатную форму и залепить ее, но никогда не наблюдается у красок из пигментов с небольшим удельным весом.

Если пигмент с большим удельным весом оказывается еще и грубо диспергированным, то при малой объемной маслоемкости (например, в случае свинцовых белил) можно ожидать, что отделение пигмента от избытка связующего произойдет уже в емкости с краской.

Ввиду этого для печатных красок обычно не применяют пигментов c высоким удельным весом и малой объемной маслоемкостью. Так, например, свинцовые белила для печатных красок почти не употребляются, a желтый хром разбавляется легкой и высоко маслоемкой гидроокисью алюминия.

Определение удельного веса твердых тел значительно сложнее, чем жидкостей.

Необходимо, чтобы твердое тело не имело внутри газообразных включений и пустот, чтобы поверхность его хорошо смачивалась какой-либо жидкостью, и чтобы полностью был удален адсорбированный поверхностный слой газа. Если газы не будут полностью удалены, величина удельного веса твердого тела, полученная при определении, будет ниже действительной.

Твердое вещество должно быть хорошо измельчено. Должна быть также выбрана жидкость, хорошо и быстро смачивающая его поверхность. Особого внимания требует определение удельного веса пигментов, представляющих собой очень тонкие порошки и обладающих огромной поверхностью.

Пигмент не должен растворяться в жидкости, посредством которой определяется его удельный вес. Вода, обладающая высоким поверхностным натяжением, плохо смачивает многие пигменты. Наиболее подходящей жидкостью является толуол, имеющий удельный вес D420 = 0,9656. Если применяются спирт, смесь спирта c бензолом, масла, керосин, то следует предварительно определить удельный вес этих жидкостей.

Для практических целей, вследствие трудности и ненадежности прямых определений, обычно отказываются от метода прямого определения и совмещают определение удельного веса с определением другой очень важной константы-маслоемкости пигмента. Для этого небольшое количество пасты, полученной при измерении маслоемкости, идет для определения удельного веса этой краски, а по нему вычисляется удельный вес пигмента. Маслоемкость и удельный вес понижаются c увеличением содержания влаги в пигментах.

.7 Дисперсность и кристаллическая форма пигментов

Пигменты представляют собою в физическом смысле измельченные (дисперсные) вещества. При изучении их взаимодействия c окружающей средой (связующим) необходимо принимать во внимание поверхностные явления, обусловленные тем, что при диспергировании вещества увеличивается удельная поверхность, или степень дисперсности, выражаемая обычно отношением

где s - поверхностный слой частиц; a υ - их общий объем.увеличением степени дисперсности вещества увеличивается число молекул, образующих пограничный поверхностный слой, относительно общего числа молекул в сплошном куске вещества. Поэтому c ростом дисперсности все большую роль начинают играть поверхностная энергия, адсорбция, явления смачивания и др., то есть как раз те явления, которые лежат в основе технических процессов производства печатных красоте и их применения в полиграфии.

1.8 Диспергирование пигментов в масляной среде

Так как в полиграфии пигмент в виде сухого порошка не употребляется (за исключением металлических порошков), то важнейшей стадией производства является диспергирование пигмента в связующем. B большинстве случаев оно начинается смешением пигмента со связующим в смесителях различной конструкции (получение «замеса») и заканчивается растиранием пигмента со связующим на краскотерочных машинах и мельницах. Сущностью этих процессов является смачивание частиц пигмента связующим и их равномерное распределение в связующем, т.е. получение однородной, близкой по свойствам к коллоидной системе, краски.

Успешность процесса растирания пигмента со связующим на краскотерочных машинах зависит от многих причин; из них на долю пигмента приходятся: 1) степень дисперсности пигмента, 2) влажность его и отношение к воде, 3) твердость, 4) смачиваемость и маслоемкость пигмента. Все это свойства, которые, в свою очередь, обусловлены химической природой пигментов. Таким образом, успешность процесса растирания пигмента со связующим на краскотерочных машинах зависит при прочих равных условиях от химической природы пигментов. Поэтому на производстве для каждого вида пигментов принято определенное количество перетирок.

При диспергировании пигмента в связующем большую роль играют такие свойства пигмента, как поверхностное натяжение, адсорбция и явления смачивания, т. e. явления, происходящие в поверхностном слое пигмента.

Что касается адсорбции, то и в этом явлении химическая природа адсорбента и строение его поверхности определяют силу электрического поля и его характер. B случае хемосорбции чисто химический характер этого явления очевиден.

Адсорбционные явления имеют значение не только в производстве пигментов и цветных лаков в особенности, но и в производстве красок: при их растирании явление смачивания пигмента связующим, обусловленное поверхностным натяжением и адсорбцией, играет существенную роль. Смачивание поверхности зависит от химического строения пигмента и связующего вещества и при тонкодисперсных пигментах и высокой вязкости связующего требует известного периода времени. Различные пигменты ведут себя различно.

.9 Влияние дисперсности па физико-химические свойства пигментов

Дисперсность пигмента оказывает влияние на физические и химические свойства, как самого пигмента, так и печатной краски, приготовленной из него. Это влияние чаще всего сказывается на количественной стороне, и притом главным образом на физико-химимических свойствах пигмента: его цвете и интенсивности, кроющей способности, маслоемкости. Поскольку сами свойства обусловлены химической природой и строением пигмента, нельзя ожидать одинаковых свойств y пигментов, имеющих различный химический состав и строение, но одинаковую степень дисперсности. Колебания же свойств y одного и того же пигмента могут быть следствием изменения степени дисперсности. Известно, что и в коллоидных растворах только по степени дисперсности можно выяснить лишь такие физические свойства этих растворов, как оптическая неоднородность, ультрафильтрация, отношение к силе тяжести, осмотическое давление и т. д.

Размеры частиц пигмента печатных красок должны соответствовать толщине слоя краски и способу печати.

Различные способы печати и различные сорта бумаги допускают применение пигментов c различной степенью дисперсности.

Для высокой печати можно использовать пигменты c более низкой степенью дисперсности для глубокой печати, наоборот, необходимы пигменты c высокой степенно дисперсности. Для слабо впитывающей бумаги небольшой гладкости можно допустить применение пигментов c низшей степенно дисперсности, чем для сильно впитывающей бумаги с очень гладкой поверхностно.

Очень малые размеры частиц пигмента в печатной краске также нежелательны. Например, частицы размером менее 0,05 мкм. способны проходить через поры фильтровальной бумаги, в результате чего краска образует ореолы. Некоторые из таких мелких частиц пигмента пройдут на оборотную сторону листа, что допустимо только в отдельных случаях - при односторонней печати (афиши, этикетки и т. п.). Понятно, что насыщенность оттиска при этом будет ослаблена.

Кроющие краски требуют наименьших размеров частиц. Интенсивность прозрачных пигментов при измельчении повышается.

Большинство пигментов полидисперсные; кроме того, в зависимости от условий частицы их могут образовывать вторичные агрегаты, что затемняет действительную картину дисперсности. Однако в большинстве случаев одна из фракций частиц определенного размера преобладает; в случае ее значительного преобладания она и оказывает, по-видимому, наиболее заметное влияние на свойства пигмента и печатной краски. [1]

.10 Химический состав, строение и оптические свойства пигментов

Подавляющее большинство пигментов, применяемых в настоящее время для производства печатных красок, принадлежит по своей природе к органическим красящим веществам. Это - органические пигменты («пигментные красители») и «лаковые пигменты», или лаки. При более детальном рассмотрении лаки по способу получения, можно разделить на две группы (см.рис.1.10.1). Органические пигменты - цветные высокодисперсные соединения, не содержащие в своем составе солеобразующих групп и нерастворимые в воде, маслах и в большинстве органических растворителей. Лаковые пигменты, по внешнему виду ничем не отличаются от органических пигментов; они представляют собой в большинстве случаев соли тяжелых металлов тех или иных красителей.

Рис. 1.10.1 Схема получения двух групп лаков

Ограниченное применение неорганических пигментов можно объяснить, тем, что они мало интенсивны по цвету, имеют больший удельный вес и менее дисперсны, чем органические, часто включают слишком крупные и твердые частицы и т. п.

.11 Технические пигменты и их строение

Технические пигменты - это сложные неоднородные смеси красящих веществ различного химического состава или строения, содержащие различные примеси; которые пигменты адсорбируют из раствора при своем осаждении. Главнейшими из этих примесей следует считать воду, растворимые соли, щелочи и кислоты, а в органических пигментах - и некоторые полупродукты или продукты осмоления. Количественные соотношения всех этих составных частей смеси (пигмента) иногда, при несовершенном техническом процессе получения, колеблются в различных партиях одного и того же пигмента в очень широких пределах.

Строение и химический состав пигмента может изменяться в зависимости от условий его получения; следовательно, пигмент одного и того же химического состава может представлять собою смесь изомеров или полимеров. Наконец, различные красящие вещества, входящие в состав технического пигмента, в зависимости от способа его получения, могут вступить друг c другом в химическое или физико-химическое взаимодействие, образуя сложные комплексы переменного состава.

Все это приводит к тому, что различные партии одного и того же пигмента могут иметь неодинаковые свойства. A если принять еще во внимание несовершенство методики определения некоторых свойств пигмента, то станет понятным, почему количественные данные, приводимые различными авторами для характеристики некоторых свойств у одного и того же пигмента, колеблются в очень широких пределах.

Таким образом, технический пигмент является не индивидуальным соединением, а более или менее сложной смесью. Поэтому и химическое изучение пигментов встречает очень большие трудности, которые усугубляются тем, что пигменты нерастворимы, и тем, что частицы их представляют собой не отдельные молекулы, а агломераты их c различным коэффициентом ассоциации, зависящим у одного и того же пигмента от внешних физических условий.

Пигменты, обладающие наилучшими для печати свойствами и поэтому наиболее широко применяемые для производства печатных красок, относятся к разным группам химических соединений (рис.1.11.2).

Рис.1.11.2 Классификационная схема групп полиграфических пигментов

.12 Адсорбционные явления в области полиграфических пигментов и красок

Наиболее характерными и важными свойствами коллоидной системы, как многофазной системы, являются адсорбционные свойства. Адсорбционные явления на поверхности раздела твердое тело-газ и твердое тело-жидкость разнообразны и имеют большое практическое значение.

Одним из излюбленных адсорбентов, наиболее широко применяемым, является активированный уголь, сажа.

Адсорбционные явления имеют место и при осаждении различных пигментов из водной среды, что практически приводит к образованию сложной смеси пигментов при получении лакового пигмента и к появлению в пигментах примесей (вода, электролиты и т. п.).

Наиболее характерные в полиграфии пигменты обладают свойствами коллоидных систем. Чтобы пигмент мог с успехом быть применен для печатных красок, он должен обладать целым комплексом свойств, прежде всего - высокими цветовыми свойствами: определенным цветовым тоном, яркостью (светлотой) и насыщенностью (чистотой); затем он должен получаться высокодисперсным и легко диспергируемым в связующем, мягким, обладать средней маслоемкостью и малым удельным весом, быть неспособным к миграции и химически индифферентным к всякого рода воздействиям и к различным веществам, с которыми он соприкасается в процессе печатания, и т.д.

При выборе пигментов для печатных красок следует руководствоваться принадлежностью пигмента к тем группам химических соединений, представители которых давно зарекомендовали себя на практике.

.13 Взаимосвязь оптический и структурный свойств красочного слоя

Важнейшей оптической характеристикой красочного слоя является его коэффициент отражения или логарифм этой величины (оптическая плотность

D).

При заданных условиях освещения коэффициент отражения красочного слоя зависит от ряда свойств этой среды, основными из которых являются коэффициенты поглощения и рассеяния, а также ее структурные свойства, косвенной характеристикой которых может служить концентрация (С). Для систем, подобных красочным, связь между оптической плотностью и основными оптическими параметрами краски выражается известным законом Бугера-Ламберта-Бера