автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.06, диссертация на тему:Влияние формирования и состава полимерных композиционных покрытий на их колористические свойства

Введение

ГЛАВА 1. Литературный обзор

1.1. Оптические свойства полимерных композиционных покрытий и их оценка

1.1.1. Основные оптические характеристики наполненных покрытий

1.1.2. Влияние различных факторов на оптические свойства композиционных покрытий

1.1.3. Оценка оптической эффективности и диспергируемости пигментов в составе полимерных композиционных материалов

1.2. Цвет и его характеристики

1.3. Измерение колористических свойств покрытий

1.4. Расчет содержания компонентов пигментных смесей для воспроизведения заданного цвета полимерных композиционных материалов

ГЛАВА 2. Объекты и методы исследований

2.1. Объекты исследования

2.2. Методы и техника исследований 34 2.2.1. Спектроскопия диффузного отражения 34 2.2.2 Методика получения полимерных композиционных покрытий

2.2.3. Измерение колористических свойств полимерных композиционных покрытий в процессе формирования

2.2.4. Методика приготовления покрытий для определения разбеливающей способности белых паст

2.2.5. Методика определения красящей способности пигментов по функции Гуревича-Кубелки-Мунка

ГЛАВА 3. Разработка измерительной установки для исследования колористических свойств композиционных покрытий в процессе формирования

3.1. Разработка схемы и принципа действия установки

3.2. Методика калибровки спектрофотометра

3.3. Методика калибровки пьезодатчика

3.4. Проверка стабильности источника света

3.5. Методика проведения измерений с использованием разработанной установки

ГЛАВА 4. Исследование колористических свойств полимерных композиционных покрытий в процессе их формирования

ГЛАВА 5. Влияние распределения частиц по толщине слоя на колористические свойства полимерных композиционных покрытий

ГЛАВА 6. Влияние матирования полимерных композиционных покрытий на их колористические свойства

ГЛАВА 7. Использование Фурье-анализа для цветовых расчетов и оценки свойств пигментов в составе полимерных композиционных материалов

7.1. Гармонический анализ спектров диффузного отражения покрытий

7.2. Использование коэффициентов Фурье для оценки оптической эффективности и диспергируемости пигментов

7.2.1. Оценка красящей и разбеливающей способностей пигментов в составе композиционных материалов

7.2.2. Оценка диспергируемости пигментов 100 Выводы 103 Список использованных источников 105 Приложения

Расширение ассортимента полимеров и олигомеров для производства полимерных композиционных материалов и повышение требований современной технологии к декоративному виду получаемых на их основе покрытий вызывают необходимость детальных исследований переработки композиционных материалов, связанных с приданием им определенных колористических свойств.

Для создания покрытий с заданными колористическими характеристиками, а также для получения возможности эффективного регулирования и контроля оптических показателей полимерных композиционных материалов и покрытий необходимо изучение влияния состава и структуры покрытий на их колористические свойства, а также изучения изменения этих свойств в процессе формирования покрытий. Особое значение при этом приобретают воднодисперсионные материальг

При разработке рецептур полимерных композиционных материалов заданного цвета важнейшей задачей является определение состава пигментной части, а также оценка оптических свойств пигментов, входящих в состав таких материалов. Существующие в настоящее время методы не полностью обеспечивают требования современной технологии. В связи с этим возникает необходимость нового подхода к колористическим расчетам.

Целью данной работы явилось исследование влияния формирования, состава и структуры полимерных композиционных покрытий на их колористические свойства; разработка методов оценки некоторых оптических свойств полимерных композиционных материалов и их Компонентов и определения состава пигментной части композиционных материалов с использованием гармонического анализа спектров диффузного отражения покрытий. 6 в работе установлен характер изменения колористических свойств полимерных композиционных покрытий в процессе их формирования. Для этой цели разработана и установлена измерительная установка, позволяющая проводить непрерывное определение колористических свойств композиционных покрытий и одновременную регистрацию массы покрытий при формировании.

Показано влияние матирования покрытий пигментов и распределения частиц пигмента по толщине слоя на колористические свойства.

Предложен новый подход к колористическим расчетам, основанный на использовании Фурье-анализа спектров диффузного отражения, с помощью которого проведен расчет состава пигментной части и выпущены партии эмалей ХВ-557м заданных цветов на опытном производстве в ОАО ЯрНИИ ЛКП. Разработаны методы оценки некоторых свойств полимерных пигментированных материалов с использованием гармонического анализа спектров диффузного отражения.

103 Выводы

1. в результате исследования изменения колористических свойств в процессе формирования полимерных композиционных покрытий на основе пигментированных водно-дисперсионных материалов установлено, что периоды изменения оптических свойств при формировании покрытий соответствуют периодам потери массы; а также показано, что характер изменения колористических свойств покрытий зависит от температуры формирования покрытий.

2. Разработана и сконструирована установка для непрерывного определения оптических свойств в процессе формирования композиционных покрытий, совмещающая в себе оптическую и фотометрическую части с системами термо-статирования и сканирования массы покрытий в процессе их формирования.

3. Установлено, что при увеличении толщины верхнего ненаполненного слоя полимерных композиционных покрытий происходит 5пменьшение спектральных коэффициентов диффузного отражения и изменение колористических свойств покрытий; наибольшее уменьшение светлоты наблюдается при толщине верхнего слоя, меньшей 20-30 мкм. Показано, что для наполненных полимерных материалов, значительно отличающихся по рельефу поверхности покрытий, возможно только метамерное воспроизведение цвета, связанное с различным спектральным составом диффузно отраженного света.

4. На основании проведенных исследований показано влияние содержания матирующего агента в верхнем полимерном слое на колористические свойства покрытий; установлено уменьшение коэффициентов отражения в максимуме светорассеяния и светлоты при увеличении содержания наполнителя в полимерном слое до определенной величины, а также наличие батохромного эффекта, что является следствием светорассеяния в верхнем полимерном слое.

5. Показана возможность использования гармонического анализа спектров диффузного отражения композиционных покрытий для колористических расчетов. Получена математическая зависимость содержания компонентов бинарных пигментных смесей от коэффициентов Фурье, позволяющая проводить

104 расчет рецептур пигментированных систем для воспроизведения заданного цвета.

6. Разработаны методы оценки разбеливающей способности белых базовых эмалей и красящей способности цветных пигментных паст на основе гармонического анализа спектров диффузного отражения композиционных покрытий. Разработанные методики переданы для использования в ОАО «Лакокраска» (г. Ярославль). Предложено использовать коэффициенты гармонического анализа для оценки диспергируемости пигментов в составе полимерных композиционных материалов.

7. Проведен расчет состава пигментной части для получения эмалей марки ХВ-553м заданных цветов с помощью разработанных методик, основанных на использовании Фурье-анализа спектров диффузного отражения покрытий. На основании предложенных рецептур выпущены промышленные партии этих эмалей на опытном производстве в ОАО ЯрНИИ ЛКП.

1. Гуревич М.М., Ицко Э.Ф., Середенко М.М. Оптические свойства лакокрасочных покрытий. Л.: Химия, 1984. - 127 с.

2. Энциклопедия полимеров: В 3 т. М.: Советская энциклопедия, 1974. - Т. 2. -1032 с.

3. Judd D.B., Wyszecki G. Color in Business, Science and Industry, 3d Ed. -Wiley, New York, 1975. - 592 p.

4. Ермилов П.И., Индейкин E.A., Толмачев И. A. Пигменты и пигментированные лакокрасочные материалы. Л.: Химия, 1987. - 200 с.

5. Beer А. //Arm. Phys. Chem. 1852. - № 86. - P. 78.

6. Optical Properties of Polymers. /Edited by G.H. Mitten. Elsever Applied Science Publishers Co. Inc., 1994. - 360 p.

7. Крашение пластмасс: Пер. с нем. Л.: Химия, 1980. 320 с.

8. KubelkaP., Munk F. //Z. Techn. Phisic. 1931. - Bd. 12. S. 592-601.

9. Gurevic M. //Physic. Z. 1930. - Bd. 31, H. 16, S. 753.

10. Гершун A.A. Избранные труды по фотометрии и светотехнике. М.: Физ-матгиз, 1958.- 548 с.

11. Степанов Б.И., Чекалинская Ю.И., Гирин О.П. Труды ин-та физики и математики АН БССР, Минск. 1954. - Вып. 1. - С. 152-175.

12. Индейкин Е.А. Влияние дисперсности пигментов на их колористические свойства. //Вестник ЯГТУ. 1998. - С. 56-59.

13. Индейкин Е.А., Лейбзон Л.Н., Толмачев И.А. Пигментирование лакокрасочных материалов. Л.:Химия, 1986. - 230 с.

14. Ермилов П.И. Диспергирование пигментов. М.; Химия, 1971. - 300 с.

15. Кизель В.А. Отражение света. М.: Наука, 1973. - 280 с.

16. Беленький Е.Ф., Рискин И.В. Химия и технология пигментов. 4-е изд. - Л.: Химия, 1974. - 656 с.

17. Индейкин Е.А., Кузьмичев В.И., Марзаева. Оптические свойства композиционных материалов в закритической области наполнения. //Известия ВУЗов. 1988. - Т. 41. - С. 62-64.

18. Корсунский Л.Ф., Калинская Т.В., Стенин СИ. Неорганические пигменты: Справ, изд. СПб.: Химия, 1992. - 336 с.

19. Болыкевич В.В., Якубович Д.С, Лоев Н.М. //Лакокрасочные материалы и их применение. 1978. - № 5. С. 17-21.20. ГОСТ 21119.5-75.

20. Орлова О.В., Фомичева Т.Н. Технология лаков и красок: Учебник для техникумов. М.: Химия, 1990. - 384 с.

21. Толмачев Л.А., Верхоланцев В.В. Новые водно-дисперсионные краски. Л.: Химия, 1979.-200 с.

22. СгоП S.G. //J. Coatings Technology. 1986. - № 58 (734). - P. 41-49.

23. Sheetz D.P., J. Applied. Polymer Science. 1965. № 9. - P. 3759-3773. 0

24. Dillon R.E., Matheson L.E., Bradford E.B. //J. Colloid Science. 1951.6.-P. 108-117.

25. Frenkal J. //J. Phys. (USSR). 1943. - № 9. P. 385.

26. Broun G.L. //J. Polymer Science. 1956. - № 22, P. 423-434.

27. Kendall K., Padget J.C. //International J. of Adhesion and Adhesives. 1982. -№2.-P. 149-154.

28. Roulstone B.L. Permeation Through Polymer Latex Films: CNNA PhD Thesis. -Trent Polytechnic, 1989. 350 p.

29. Карякина М.И. Испытание лакокрасочных материалов и покрытий. М.; Химия, 1988.-272 с.

30. Карякина М.И. Физико-химические основы формирования и старения покрытий. М.: Химия, 1980. - 216 с.

31. Kumins С. //Offic. Diggest. 1965. - V. 37. -№ 49. - P. 1314-1320.

32. Горловский И.А., Индейкин Е.А., Толмачев И.А. Лабораторный практикум по пигментам и пигментированным лакокрасочным материалам: Учеб. пособие для вузов. Л.: Химия, 1990. - 180. с.

33. Гуревич М. М. Цвет и его измерение. М. - Л.: Изд-во АН СССР, 1950. -200 с.

34. Ашкенази Т.Н. Цвет в природе и технике: 4-е изд. М.: Энергоиздат, 1985.96 с.

35. Алексеев С.С. Цветоведение: Изд. 2-е, переработ. М.: Искусство, 1952.180 с.

36. Ивенс P.M. Введение в теорию цвета. М.: Мир. 1984. - 300 с.

37. Зернов А. В. Цветоведение. М.: Книга, 1972. - 250 с.

38. Krishna Prasad К.М.М., Raheem S., Vijayalekshmi P., Kamala Sastri C. Basicaspects and applications of tristimulus colourimetry. //Talanta. 1996. № 43. -P. 1187-1206.

39. Vallari M., Chryssoulakis Y., Chassery J. M. A colour study approach through colour measurements on slides of art paintings. //Color Res. Appl. 1997. - № 22. - P. 326-334.

40. Agoston G.A. Color theory and its application in art and design. Springer1. Verlag, 1979.-230 p.

41. Луизов A.B. Цвет и свет. Л.: Энергоатомиздат., Ленингр. отд-ние, 1989.250 с.

42. Hunt R.W.G. Measuring Colour. Second Edition. - Ellis Horwood, Chichester,1. England, 1991.-480 p.

43. Артюшин Л.Ф. Цветоведение. М.: Книга, 1982. - 200 с.

44. Применение цветовоедения в текстильной промышленности. /Под. ред. Л.И.

45. Беленького и Н.С. Овечкиса. М.: Легкая индустрия, 1971. - Ч. 2. - 398 с.

46. Ершов А.П, Хархаров А.А. Цвет и его применение в текстильной промышленности. Л.: Изд. ЛГУ, 1974. - 164 с.47. ISO 7724-1.

47. Инструментальные методы определения цвета декоративных материалов. Инструкция 04-80/ВНИИТЭ. М.: ВНИИТЭ, 1980. - 25 с.

48. The theory and the practice of colour. Epson Deutschland GmbH, Dusseldorf,1994.-55 p.

49. Печкова T.A. Системы классификации цвета. М.: ВЬШИТЭ, 1969. - 95 с.

50. ASTM Standards on color and appearance measurement /Sponsored by ASTM

51. Committee E-12 on Appearance. 5 Ed. - New York, 1996. - 250 p.

52. Billmeyer F.W., Saltzman M. Principles of Color Technology N.Y. Interscience

53. Pubhshers, A Division of John Wiley A. Sons, 1966. 181 p.

54. Юстова Е.И. Таблицы основных колориметрических величин. М.: Госстандарт, 1967. 34 с.

55. DeKerf J. Accuracy of tristimulus computations. //J. Opt. Soc. Am. 1958. - №48,-P. 334.

56. Международный светотехнический словарь /Под. ред. Д.Н. Лазарева. -3-е изд. М.: Русский язык, 1979. - 279 с.

57. Wiszecki G. Current developments in colourimetry. //The second congress of theinternational colour association. University of York, 1973. - P. 160.

58. Optical Society of America. OSA Uniform Color Scales, 1977. - 260 p.

59. Standard Practice for Specifying Color by using the Optical Society of America

60. Uniform Color Scales System. ASTM, 1995. - 280 p.59. DIN 6164.

61. Natural Color System (NCS): Swedish Standard SSOl 91 00.

62. Hard A, Sivik L., Tonnquist G. NCS natural color system, from concepts to research and applications. Part I and Part II. //Color Res. Appl. - 1996. - N 21. -P. 180-220.

63. CDE. //Proc. 8-th Session. Cambridge, UK, 1931. 280 p.

64. Smith N.S., Billmeyer F.W. Virtual Colour: Communication standard and analytical tool. //Color Res. Appl. 1997. - N 22. -P. 204-211.

65. Billmeyer W., Hemmendinger H. Instmmentation for color measurement and itsperformance, in Golden Jubilee of Colour in CIE. The Society of dyers and col-ourists, Bradford, England, 1981. - P. 98-112.

66. Workman J. Applied spectroscopy. A compact reference for practitioners. /Editedby J. Workman and A. W. Springsteen. Academic press, 1998. - 380 p.

67. Chamberlin G.J., Chamberlin D.G. Colour, Its measurement, computation and application. Heyden & Son Ltd., 1980. - 340 p.

68. Barns R.S., Reniff L. An abridged technique to diagnose spectrophotometry errors. //Color Res. Appl. -1997. № 22. - P. 51-60.

69. Burns P.D., Berns R.S. Error propagation analysis in color measurement and imaging. //Color Res. Appl. 1997. - № 22. - P. 280-289.

70. Zwinkels J.C. Errors in colourimetry caused by the measuring instrument. //Textile Chem. Color. 1989. - № 21 (2). P. 23-29.

71. Кудрявцев Б.Б., Манусов Е.Б., Федотов В.В. Управление цветом пигментированных материалов. М.: Химия, 1987. - 160 с.

72. Foote W. An investigation of the optical scattering and absoфtion coefficients ofdyed hand sheets and application of the I.C.I, system of colour specification to these hand sheens. //Paper Trade J. March 9,1939. - 108. - TS 125. - P 45-50.

73. Davidson H., Hemmendinger H. Colorimetric calibration of colorant systems. //J.

74. Opt. Soc. Am. 1955. - № 45. - R 216.

75. Duncan D. The colour of pigment mixtures. //J. Oil Colour Chemists' Assoc.1949.-№32,216.-P. 296-308.

76. Побединский В. С, Телегин Ф. Ю., Данилин И. А. //II Международный конгресс химиков- текстильщиков и колористов: Тез. докл. Иваново, 1996. -С. 32-33.

77. Kubelka Р. New contributions to the optics of intensely light-scattering materials.- Part 1. //J. Opt. Soc. of Amer. 1968. - № 38. - P. 448-457.

78. Gall L. Computer time-sharing aids colour matching. //Paint and Varnish Production 61. -1971. № 61.-R 37-41.

79. Allen E. Optical radiation measurements. New-York, 1980. - Vol. 2: Colorant

80. Formulation and Shading, Academic Press. 280 p.

81. Allen E. Basic equations used in computer color matching. II. Tristimulus matchtwo-constant theory. //J. Opt. Soc. of Amer. 1974. - № 64. - P. 991-993.

82. Каримова A.3. Колориметрия и оптика пигментов. М.: НИИТЭХИМ (Анилинокрасочная промышленность), 1980. 39 с.

83. Ефанкина А.Н., Катошкина Г.А., Манусов Е.Б., Федотов В.В. //ЛКМ. 1979.-№6.-С. 27-29.

84. Федотов В.В., Манусов Е.Б., Бородкин A.M. Алгоритмы управления цветомпигментированных материалов. //ЛКМ. 1985. - № 2. - С. 41-45.

85. Манусов Е.Б. Контроль и регулирование технологических процессов лакокрасочных производств. М.: Химия, 1977. - 120 с.

86. Манусов Е.Б., Картошкина Г.А., Ефанкина А.Н., Лобарева Л.И. //Исследования в области синтеза, модернизации и физикохимии лакокрасочных материалов. М.: НИИТЭХИМ, 1982. - С. 100-104.

87. Hoffmann К. Berechnungen von Furberezepten mittels Vertorgleichungen im Kubelka-Munk-Farbraum. //Melliand Textilberichte. -1971. № 52. -S. 819-828.

88. Kuehni R. Computer colorant Formulation. Lexington Books, Lexington, 1975.360 p.

89. Пигментьг Введение в физическую химию пигментов. /Под ред. Д. Паттерсона: Пер. с англ. -Л.: Химия, 1971. 176 с.

90. Ермилов П. И. и др. ЛКМ, 1973. Q 3.)

91. Вольфновский И. Г., Пошевский В. П., Амусин Д. М. ЛКМ, 1982. (' 4.).

92. Gall L. Computer colour matching. //The second congress of the international colour association. University of York. - 1973. - P. 153-177.

93. Gugerli U. SARFO, ein System der automtischen Rezept-Formulierung und-Optimalisierung. //Proc. Intern. Colour Meeting. Lucern 1965. Musterschmidt-Verlag, Gottingen, Germany. - 1966. - Vol. 2. - P. 839.

94. Pierce P.E., Marcus R.T. Radiative transfer theory solid colour-matching calculations. //Color Res., Appl. 1997. - № 22. - P. 72-87.

95. Marcus R.T., Pierce P.E. An analysis of the first surface correction for the colourmatching of organic coatings from the view- point of the radiative transfer theory. //Prog. Org. Coat. 1994. - № 23. - P. 239-264.

96. Абрамзон A.A. Поверхностно-активные вещества; Справочник / Подред. А.А. Абрамзона и Г.М. Раевского. Л.: Химия, 1979. - .350 с.

97. Лакокрасочные покрытия. Технология и оборудование: Справ, изд. /Под ред.

98. A.M. Елисаветсткого. М.: Химия, 1992. - 416 с.

99. Толщиномер МТ-20Н. Техническое описание по эксплуатации.

100. Диспергатор ультразвуковой УЗДН-А: Техническое описание по эксплуатации.-ЦФ3.836.000.ТО.

101. Рейбман А.И. Защитные лакокрасочные покрытия. 5-е изд., перераб. и доп.-Л.: Химия, 1982.-320 с.

102. Карякина М.И. Лабораторный практикум по испытанию лакокрасочных покрытий. М.: Химия, 1977. 240 с.

103. Верхоланцев В.В. Водные краски на основе синтетических полимеров. -Л.:1. Химия, 1968.-200 с.

104. Zvonkina I.J. Changes in the colour properties during film-formation of the polymeric coatings. //International conference "Colorchem 2000": The book of the Conference Papers. Pardubice, The Czech RepubHc, 2000. - P. 39.

105. Фролов Ю.Г. Курс коллоидной химии. Поверхностные явления и дисперсные системы: Учебник для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Химия, 1988.-464 с.

106. Звонкина И.Ю., Индейкин Е.А. Влияние рельефа поверхности на оптиче-сьсие характеристики полимерных композиционных покрытий. //ЛКМ. -1999. -№2-3. С. 25-26.

107. Борн М., Вольф Э. Основы оптики. М.: Наука, 1970. - 480 с.

108. Vincent R.K., Hunt G.R. //J. Appl. Optics. 1968. - Vol. 7. - № 1. P. 125-130.

109. Волкова A.B. и др. Высокомолек. соед., 1987, Т.А29, № 3, с.435-440.

110. Юхтина Л.Н., Васильев Д.К., Голиков И.В., Индейкин Е.А., Могилевич М.М. Изменение УФ-спектров в процессе фотоинициированной полимеризации метакрилатов. Высокомолек. соед., 1995. - Т.Б37. - № 4. -С. 676-678.

111. Брилл Т. Свет. Создействие на произведения искусства. М.: Мир, 1983. -280 с.

112. Шитова Т.А. и др. Способы получение матовых покрытий. //ЛКМ. -1982. -Хо 3. С. 44-46.

113. Денисенко Г.И. и др. Матирующие добавки для лаков. //ЛКМ. 1981. - № 6. -С. 33-35.

114. Zvonkina I.J., Indeikin Е.А., Matting on colour. //European Coatings J. 2001. -№ 5.-R 71-75.

115. Лакокрасочные покрытия в машиностроении: Справочник. /Под ред. Гольдберга. Изд. 2-е, перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1974. - 560 с.

116. Zvonkina I.J., Indeikin Е.А. Use ofthe Fourier Analysis for Colour Calculations. //European Coatings J. 1996. - № 12. - P. 932-934.

117. Звонкина И.Ю., Индейкин Е.А. Использование Фурье-анализа спектров диффузного отражения пигментов и их смесей в колористических расчетах. //II Международный конгресс химиков-текстильщиков и колористов: Тез. докл. Иваново, 1996. - С. 55.

118. Звонкина И.Ю. Исследование оптических свойств полимерных композиционных материалов. //Вестник Ярославского государственного технического университета: Сб. науч. тр. Вып. 1. - Ярославль: Изд-во ЯГТУ, 1998. -С. 126.113

119. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике (Для научных работников и инженеров). М.: Наука, 1973. - 832 с.

120. Бронштейн И.Н. Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. М.: Физматгиз, 1962. - 608 с.

121. Румшинский Л.З. Математическая обработка результатов эксперимента. -М.: Наука, 1971.- 192 с.

122. Выгодский М.Я. Справочник по элементарной математике. -М.: Физматгиз, 1962.-420 с.

123. Indeikin Е.А., Zvonkina I.J. New method of pigments' colouring ability determination. //European Coatings J. 1998. - № 9. - P. 638-641.

124. Автор выражает благодарность профессору Дж. Т. Гатри и доктору Дж. X. Ноб-бсу за помощь при проведении исследований во время стажировки в университете т. Лидс (Великобритания).114