ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Плотность из "Технология лаков и красок" Свойства пигментов во многом определяются их кристаллическим строением, которое влияет на цвет, твердость, плотность материала. На процессы приготовления лакокрасочных материалов большое влияние оказывают такие качества пигментов как степень измельчения (дисперсность), форма частиц, плотность, твердость и т.п. [c.180] В настоящее время установлено, что все неорганические пигменты имеют кристаллическое строение. [c.180] Частицы пигментов состоят из множества кристаллов, представляющих собой правильные геометрические многогранники. Структурные элементы (ионы, атомы или молекулы) расположены в углах многогранников и образуют кристаллическую решетку. [c.180] Формы кристаллов многообразны и делятся на семь кристаллических систем или сингоний ( син — сходный, гония — угол) кубическая, тригональная, тетрагональная, гексагональная, трик-линная, моноклинная и ромбическая. [c.180] Свойства кристалла зависят не только от способа упаковки ионов, атомов или молекул в кристаллической рещетке, но и от природы сил, действующих между ними. Различают четыре основных типа химической связи в кристаллических телах ионная, ковалентная, металлическая и ван-дер-ваальсова (межмолекулярная). Кроме того, существуют связи промежуточного типа. Тип связи зависит главным образом от конфигурации электронных оболочек структурных единиц кристалла. Преобладающий харак тер связи определяет многие свойства кристалла, например твердость, температуру плавления, электрические свойства и др. [c.180] В пигментах, являющихся по своей химической природе неорганическими солями или оксидами, чаще всего связь в кристаллах носит ионный, ковалентный или ионно-ковалентный характер. Молекулярные кристаллы наиболее характерны для органических пигментов. [c.180] Каждая полиморфная форма обычно устойчива в определенном интервале температур и давлений. Переход из одной модификации в другую сопровождается тепловым эффектом (отрицательным или положительным). Энергия активации при этом обычно очень высока. Поэтому возможно существование метастабильных кристаллических модификаций, т. е. относительно устойчивых, но термодинамически неравновесных. [c.181] Явление полиморфизма и возможность существования метастабильных модификаций имеют огромное значение в технологии пигментов. Знание и использование возможных полиморфных превращений позволяет направленно регулировать физико-химические свойства пигментов, которые, как видно из сказанного выше, могут сильно различаться. В ряде случаев выпускными формами пигмента являются метастабильные модификации, например при получении высокотемпературных модификаций пигментов прокаливанием (двуокись титана в виде рутила, сульфид цинка в виде вюрцита для литопона и др.). [c.181] Многие вещества, имеющие подобное химическое строение (однотипный молекулярный состав компонентов), могут образовывать одинаковые кристаллические решетки. Это явление носит название изоструктурности. Если эти вещества имеют к тому же еще достаточно близкие размеры элементарных ячеек, то они могут одновременно участвовать в образовании единой кристаллической решетки, при этом получаются смешанные кристаллы. Такое явление называется изоморфизмом. Смешанные кристаллы являются совершенно однородными смесями твердых веществ. Поэтому по аналогии с жидкостями их еще называют твердыми растворами. Смешанные кристаллы могут быть двух видов. В одном случае они образуются путем взаимного замещения (внедрения, вычитания) отдельных составных частей молекул или ионов, в другом — путем замещения целых молекул или их агрегатов. [c.181] Явления изоструктурности и изоморфизма широко используются при синтезе пигментов. Например, для направленного роста кристаллов часто применяют зародыши — изоструктурные вещества с конечным продуктом кристаллизации (получение желтого железоокисного пигмента, пигментной двуокиси титана и др.). Явление изоморфизма используют, например, для стабилизации определенных кристаллических модификаций. Так, при синтезе свинцовых кронов светлых тонов (лимонных) используют их способность образовывать смешанныё кристаллы с сульфатом свинца. В этом случае ромбическая модификация, дающая пигмент светлого цвета, становится значительно более стабильной. [c.181] Изучение кристаллических структур методами рентгеноструктурного (основан на дифракции рентгеновских лучей кристаллической решеткой вещества) и электронографического анализа (основан на дифракции электронов или нейтронов) показало, что реальные кристаллы отличаются от идеальных. В реальных кристаллах строгая пространственная периодичность нарушается из-за наличия дефектов кристаллической структуры. Многие свойства кристаллических тел объясняются наличием таких дефектов. Последние могут быть собственными, если они образуются вследствие теплового движения в кристалле, или примесными, если в кристалле появляются посторонние примеси, введенные случайно или преднамеренно. Дефекту. могут затрагивать одну или несколько элементарных ячеек или весь кристалл в целом. В технологии пигментов большой интерес представляют, например, такие дефекты, как ультрамикротрещины, определяющие прочность кристалла, что в свою очередь играет важную роль в процессах измельчения и диспергирования пигментов. Если в момент кристаллизации возникают механические помехи росту кристалла, в нем может возникнуть дефект, называемый дислокацией. При деформациях кристалла дислокации и их скопления могут перерастать в ультрамикротрещины. Во многих случаях в узлах кристаллической решетки могут отсутствовать структурные единицы, т. е. атомы, ионы или молекулы. Такие дефекты носят название вакансий. В пространстве между узлами (в междоузлии ) могут присутствовать атомы, ионы или молекулы, причем как свои собственные (принадлежащие веществу кристалла), так и примесные (принадлежащие другому веществу). Вакансии и наличие атомов, ионов или молекул в междоузлиях оказывают существенное влияние на оптические свойства пигментов (цвет, показатель преломления), их электропроводность, а также на скорость роста кристаллов, особенно при реакциях в твердой фазе. [c.182] К дефектам следует отнести также и то, что кристаллическое вещество состоит из определенного числа зерен, гранул или блоков, ориентированных произвольным образом. Это приводит к мозаичности строения поверхности вещества, что сказывается на его адсорбционных свойствах. На адсорбционные свойства поверхности оказывает также существенное влияние аморфизация поверхности т. е. нарушение упорядоченности структурных единиц кристалла на его поверхности. Аморфизация наблюдается при механической обработке пигментов, при их диспергировании. [c.182] Таким образом, из сказанного выше очевидно, что очень многие физико-химические свойства пигментов определяются видом и числом дефектов кристаллической структуры. [c.182] Твердость пигментов зависит от их кристаллического строения, а точнее от плотности упаковки структурных единиц в кристалле. Чем больше эта плотность, тем большей твердостью обладает пигмент. Например, в ряду сульфидов гп5, Сс15 и Нд5 твердость уменьшается, так как увеличивается размер катиона, что в свою очередь ведет к уменьшению плотности упаковки ионов в кристалле. Твердость рутильной модификации двуокиси титана, как известно, выше анатазной, так как в первом случае плотность упаковки ионов в кристалле также значительно больше. [c.183] Твердость пигментов принято оценивать по условной десятибалльной шкале — шкале Мооса. При этом за единицу принята твердость талька, за десять — твердость алмаза. По этой шкале, например, твердость рутильной двуокиси титана равна 6,5. [c.183] Плотность пигментов, так же как и твердость, зависит от кристаллического строения. При большей плотности упаковки структурных единиц в кристалле пигмента, большей оказывается и его плотность. Плотность пигментов колеблется в очень широком интервале. Самым легким пигментом является лазурь. Ее плотность 1850—1920 кг/м . А одним из самых тяжелых является свинцовый сурик, плотность которого достигает величины 8600 кг/м . Определяют плотность пигментов двумя способами. Пикнометри-ческий способ заключается в определении объема вытесненной пигментом смачивающей жидкости (керосин, уайт-спирит и др.). Волюмометрический способ основан на изменении давления газа, объем которого уменьшается при введении пигмента. [c.183] Вернуться к основной статье