Внедрение колеровочных систем для точек продаж в 1950-е гг. навсегда изменило подход к продаже декоративных красок. До Второй мировой войны и в послевоенный период краски поставлялись в ограниченном ассортименте цветов, и розничным продавцам приходилось хранить большие запасы красок готовых оттенков, чтобы удовлетворить потребительский спрос. Появление колеровочных систем привело к существенным переменам; все, что теперь было нужно розничным продавцам для поставки широкого диапазона цветов, – это базовые краски и колеровочная машина. При этом складские запасы и производство, как для поставщика, так и для магазина краски, сокращались. Большинство стран и производителей красок быстро адаптировались к этим изменениям, и вскоре такой способ поставки декоративных красок стал общепринятым [1].

Системы колеровки краски созданы, для того чтобы получать цвет в точности того оттенка, который желает конечный покупатель. Колеровочные системы включают в себя колоранты, дозирующее и смешивающее оборудование, программное обеспечение и базу данных формул цветов, соответствующую инструментам цветового маркетинга [2]. Выбранные цвета изготавливают путем точного дозирования колорантов в базовую краску с последующим перемешиванием для получения конечного цвета. Для достижения максимальной рабочей эффективности производители красок используют универсальные колоранты для колеровки широкого ассортимента базовых красок разной химической природы, изготовленных на основе различных связующих по различным рецептурам.

Большинство универсальных колорантов традиционно производятся на основе гликолей, для того чтобы обеспечить совместимость с различными связующими, и содержат соответствующие пигменты, наполнители, диспергаторы, загустители и другие добавки [3,4]. Однако, недавние изменения в директивах о летучих органических соединениях (VOC), таких, например, как South Coast Air Quality Management District, предписывающей содержание ЛОС в колорантах для архитектурных красок не более 50 г/л, привели к тому, что составы многих колорантов были изменены в сторону более низкого содержания гликоля и сорастворителя. Несмотря на то, что такие колоранты с низким содержанием ЛОС могут быть идентичны по цвету, они могут по-другому вести себя в дозаторах и в базовых красках.

Дополнительной сложностью является то, что многие производители красок не производят собственные колоранты, покупая их у другого поставщика или у другого подразделения компании. Следовательно, изменение колоранта часто требует изменения рецептуры базовой краски. Более высокое содержание воды в колорантах с низкой концентрацией ЛОС может повлиять на такие потребительские свойства как блеск, время высыхания и др., а также на стабильность в достижении требуемого окончательного цвета. Недавний опрос клиентов, проведенный Air Products в Европе, показал, что вопросы, связанные с совместимостью колорантов и развитием цвета, являются одной из главных трудностей разработчиков архитектурных красок и, безусловно, одной из самых распространенных и сложных проблем для решения.

Цвет и развитие цвета

Термин “развитие цвета” описывает степень качества и однородности цвета колерованной краски. Хорошее развитие цвета подразумевает, что цвет выглядит однородным и имеет ожидаемую интенсивность. Развитие цвета в колерованной краске зависит от стабильности пигментов и наполнителей, диспергированных как в краске, так и в колорантах. Когда колорант и краска смешиваются, добавки, присутствующие в их составе могут

перераспределяться между всеми имеющимися пигментами и наполнителями. Поскольку многие базовые краски недостаточно стабилизированы, это часто означает, что некоторые добавки, необходимые для стабилизации пигмента в колоранте перераспределяются от цветного пигмента колоранта к пигментам и наполнителям базовой краски. Это приводит к потере пигментом стабилизации и флоккуляции колоранта или пигментов краски, ведущей к немедленному или постепенному изменению цвета (рис. 1).

Рецептура пигментных дисперсий, как в случае базовых красок, так и в случае колорантов, может быть улучшена путем использования поверхностно-активных веществ для смачивания, диспергирования и стабилизации твердых частиц или пигментов в среде, а также для обеспечения эффективности применения. Как правило, рецептуры содержат по меньшей мере два, а часто – три или более поверхностно-активных компонента, которые комбинируются для обеспечения оптимальных свойств. К таким материалам относятся классические полимерные и олигомерные диспергаторы, а также поверхностно-активные вещества с низким молекулярным весом. Эти ПАВ могут также помочь улучшить совместимость дисперсии для введения в другие системы и минимизировать шок и улучшить формирование цвета при колеровке. Считается, что эти поверхностно-активные вещества работают, мигрируя к поверхностям, возникающим в результате перераспределения диспергаторов  при смешивании, предотвращая тем самым дестабилизацию пигментов (Рис. 2).

Неионогенные поверхностно-активные вещества как совместители

Неионогенные поверхностно-активные вещества широко используются в ЛКМ в качестве смачивающих агентов, эмульгаторов и содиспергаторов [4]. Структура простого неионогенного ПАВ показан на рис. 3, где гидрофильная головная группа связана с гидрофобным (липофильным) радикалом; оксиэтилированный спирт – часто используемое неионогенное ПАВ такого типа. Гидрофобный компонент – это обычно алифатический углерод, полученный из нефти или из природных источников, хотя ранее использовали произведенные из нефти головные группы, содержащие алкилфенол. Поведение этих поверхностно-активных веществ зависит от многих факторов, но особенно во многих отношениях на него влияет баланс между гидрофильной группой и гидрофобным радикалом (гидрофильно-липофильный баланс или ГЛБ) [4,5].

Серия неионогенных поверхностно-активных веществ была испытана для того чтобы увидеть, могут ли они улучшить формирование цвета различных колорантов при введении в акриловую базовую краску на водной основе и в алкидную краску на основе растворителя. Поверхностно-активные вещества были добавлены к готовым краскам в количестве 1,0 мас. %, а затем протестированы с самыми сложными колорантами. По отзывам клиентов, колоранты с колор-индексами PV 23, PBk 7 и PB 15: 3 считаются одними из самых сложных с точки зрения формирования цвета при колеровке красок на водной основе или на основе растворителей.

Влияние добавок на совместимость и интенсивность цвета оценивали путем нанесения колерованных красок на карты Leneta после 2-х и 10-ти минут перемешивания в шейкере. Для каждой из выкрасок был сделан rub-out тест и была измерена разница в цвете между растертым и нерастертым участками. Цвет измеряли с помощью спектроденситометра D65/10 X-Rite 939 и регистрировали величину DE. Краски без добавления ПАВ в каждом случае были использованы как референтные, и их интенсивность цвета была принята за 100%.

Плохая совместимость колоранта может проявляться в виде медленного развития цвета или в виде потери цвета вследствие флоккуляции белого пигмента базовой краски или пигментов колорантов. Флоккуляция может быть довольно легко обнаружена rub-up тестом, поскольку растирание редиспергирует пигменты, приводя к изменению цвета растертого участка, в том случае, если имела место флоккуляция.

Лучший результат с колорантом PV 23 был получен с ПАВ на основе алкоксилированного алкиндиола (Рис. 4). Эти поверхностно-активные вещества известны своей способностью быстро смачивать многие различные гидрофобные поверхности, как, например, органические пигменты. Это ПАВ с низким пенообразованием и относительно гидрофобное. Другие гидрофобные поверхностно-активные вещества на основе алкиндиолов также были эффективны; однако, самые традиционные алкилфенолэтоксилаты и ПАВ на основе оксиэтилированного спирта не были эффективны с этим колорантом.

Одним из колорантов, наиболее широко используемых в системах на водной основе и на основе растворителей, является PBk 7, имеющий совершенно другую химическую природу, чем органический PV 23. Еще раз, совместимость с колорантом может быть улучшена путем добавления поверхностно-активных веществ к базовой краске. В целом, наилучшие результаты были достигнуты с гидрофильными (высокий ГЛБ) этоксилатами спиртов в красках как на водной основе, так и на основе растворителей, несмотря на то, что наблюдались различия между разными базовыми красками. Это гидрофильное ПАВ хорошо работало в высокоглянцевых алкидах на основе растворителя, в отделочных полиуретановых/алкидных красках на водной основе и в глубокоматовых интерьерных красках на основе стирол-акриловой эмульсии; однако, ПАВ с более низким ГЛБ работали лучше в глубокоматовых интерьерных красках на основе чистой акриловой дисперсии.

Сходные результаты можно наблюдать и для других колорантов и систем связующих (рис. 6), где добавление неионогенных поверхностно-активных веществ может улучшить совместимость различных колорантов, при введении в базовые краски различной химической природы.

Заключение

Эксперименты показывают, что неионогенные поверхностно-активные вещества могут быть использованы для улучшения совместимости колорантов с базовыми красками разных типов и различной химической природы. Эти добавки помогают стабилизировать пигменты, замедляя или компенсируя миграцию диспергаторов и других стабилизирующих поверхностно-активных веществ с пигмента в колоранте к пигментам базовой краски или наоборот. Необходимы дальнейшие исследования, для того чтобы лучше понять взаимосвязи структура-свойства и предсказать, какие неионогенные поверхностно-активные вещества могут дать оптимальный результат для каждой конкретной комбинации колорант – базовая краска.

Литература

1. Walters, P. Tint systems. SCANZ 2010, 5. (http://www.scanz.org.nz/pm/may-tint-systems).
2. Kunnen, M.; Heutz, S. Integrated tinting systems. Paint and Ctgs. Ind. 2011, 11. (http://www.pcimag.com/articles/93432-integrated-tinting-systems?v=preview).
3. Wilbanks, B. The low VOC future: New opportunities in tinting system design. Paint and Ctgs. Ind. 2012, 1. (http://www.pcimag.com/articles/95872-the-lowvoc-future-new-opportunities-in-tinting-system-design).
4. Peck, K.M. Formulating optimized aqueous dispersions using surface active additive triangulation. J. Ctgs. Tech. 2014, 3, 50-57.
5. Griffin, W.C. Classification of surface-active agents by ‘HLB’. J. Soc. Cosmetic Chemists 1949,1 (5): 311-26.

Источник