«Hightech Pigments» возможности повышения интенсивности цвета без изменения дозировки

Сухие краски, как средства для самовыражения и оформления с незапамятных времен являлись неотъемлемой частью человеческой жизни – стоит хотя бы подумать о пещерных рисунках. Вместе с появлением красок возникла проблема, как лучше их использовать. Начиная от естественных земельных красок и древесных углей, которыми создавались рисунки на скалах, и, в дальнейшем, - через неповторимые смеси, изготавливаемые из органических компонентов по хранившимся в тайне рецептам, благодаря которым старые мастера создавали яркие цвета масляных красок для своих бессмертных картин, - эта проблема существует и по сей день. Итак, история изготовления сухих красок посредством комбинаций с вяжущими веществами простирается с первобытных времен до нашего тысячелетия. Суть пигментной системы заключается в подготовке пигментов (сухих красок) или пигментных смесей с тем, чтобы оптимизировать их свойства, в том числе и их способность к обработке.

Для окрашивания скрепленных цементом или известью строительных материалов (EN 12878) десятилетиями используются пигменты. Однако в этой области находят применение только искусственные, т.е. синтетические пигменты, преимущественно металл-оксиды и специальные углеродные пигменты с четко выраженными свойствами. Развитие окрашивания строительных материалов до современных пигментных систем имеет тоже свою долгую историю. Основные вехи ее развития - это пигментный порошок, жидкие пигментные составы, насыщенные смачивающим веществом (Slurry), и, наконец, гранулят. Гранулят представляет собой легко дозируемый концентрат пигмента, с помощью которого можно легко и надежно автоматизировать процесс окрашивания, получая при этом высокотехнологичный продукт. Он идеально сочетает в себе преимущества сухого пигментного порошка и жидких пигментных составов. По каким направлениям может идти дальнейшее развитие? Каких инноваций можно еще ожидать? Возможно ли достижение большего цветового эффекта, т.е. более насыщенного цвета при сохранении дозировки и, если да, то какими способами?

Чтобы найти ответ на этот вопрос, важно не рассматривать изолированно свойства пигментов и их комбинаций с аддитивными системами, а учитывать и другие факторы влияния на целостную систему, именуемую «окрашенный бетон». Прежде чем обратиться к проблеме цветового эффекта пигментов в бетоне, целесообразно совершить небольшой экскурс в область красок, света, возникновения ощущения цвета и в техническое описание цветового оттенка системы CIE-LAB. В дневном свете встречаются все длины волн видимого света. Причем человеческий глаз может различать лишь небольшую их часть. Как известно, «белый» дневной свет состоит из суммы всех цветов. Это обнаруживается, когда дневной свет преломляется сквозь стеклянную призму и распадается на спектр. Вспомните радугу, возникающую из преломления лучей, проходящих сквозь капельки дождя.

Каким же образом возникает ощущение цвета на бетоне или бетонной поверхности? Рассмотрим дневной свет (на рисунке он представлен разложенным на отдельные цветовые спектры), который попадает на бетонную брусчатку: Если все цвета отражаются и не происходит абсорбции (поглощения) волны определенной длины, брусчатка кажется белой. Если брусчатка в одинаковой степени абсорбирует волны всех длин, она кажется черной. Если отражается только красный спектр, а все остальные спектры абсорбируются, возникает ощущение, что брусчатка красного цвета.

Для дальнейших размышлений важно запомнить: вид (диапазон длины волн) и интенсивность отражающегося света определяют ощущения цвета человеком, рассматривающего бетонное изделие.

Рассмотрим пигмент на основе оксида железа, например, красный. После изготовления методом осаждения данный железооксидный порошок состоит из смеси первичных частиц, аггломератов и агрегатов. Для получения насыщенности цвета решающее значение имеет высокое содержание первичных частиц в железооксидном пигменте. В то время как аггломераты можно разделить на первичные частицы при помощи диспергирующей энергии, например, бетоносмесителя, с пигментными агрегатами сделать это не так просто, поскольку пигментные агрегаты, являясь плоско скрепленными друг с другом первичными частицами, трудно поддаются разделению в процессе диспергирования, т.е. в процессе размола и смешивания.

Каким образом происходит окраска бетонной смеси при помощи пигмента?

Пигмент может придать стойкую окраску только цементу, поскольку пигменты механически соединяются исключительно только с матрицей цемента. Это можно продемонстрировать при помощи структуры модели кальциево-силикатного гидрата, зависящей от дозировки и образующейся в процессе затвердевания бетона. Таким образом, становится понятным, что благодаря меньшему «цветовому эффекту» поверхности агрегатов сокращается интенсивность цвета на килограмм бетонного изделия. Красящая сила пигментного порошка может быть увеличена за счет правильного регулирования процесса синтеза при изготовлении железо-оксидного пигмента. Управление технологическим процессом играет при этом решающую роль и позволяет синтезировать насыщенные, яркие, высокотехнологичные пигменты в форме порошка.

На рис. 1 – 3 изображены соединения в цементной матрице типичной брусчатки с красными пигментными частичками, отличающимися степенью дозировки. Пигментированное цементное вяжущее вещество является окрашенным соединительным компонентом бетонной брусчатки; добавки при этом не окрашиваются. Цветовой эффект достигается за счет оптимального распределения (диспергирования) пигментных частиц в бетонной смеси. Немаловажным является то, насколько хорошо пигментный состав поддается диспергированию. То, что решающее значение при этом принадлежит структуре пигментных систем, подтверждается сопоставлением двух видов продукции. При продолжительном процессе перемешивания может быть достигнут одинаковый окрашивающий эффект обоих пигментов. Гранулят, разработанный специально для технологий, при которых не допускается перемешивание материала, например, с применением строительного раствора, уже после непродолжительного перемешивания приобретает необходимый цвет.

Цветовой эффект пигментов в готовом окрашенном изделии

Особенности поверхности бетонного изделия

Означает ли это, что теперь цветовой эффект, например, бетонной брусчатки определяется только окрашивающими цемент пигментами? Конечно же, нет! На итоговый цвет, наряду с рецептурными компонентами, оказывает влияние целый ряд других факторов. Центральное место при этом отводится особенностям поверхности бетонного изделия, поскольку, как уже было отмечено выше, интенсивность и сочность цвета определяется также рефлексией, или отражением. В соответствии с этим действует правило: чем больше отражение, тем интенсивнее ощущение цвета. Предмет, обладающий гладкой малопористой поверхностью, кажется нам более интенсивно и сочно окрашенным, чем предмет с шероховатой поверхностью. Коэффициент соотношения воды и цемента тоже оказывает немаловажное влияние на цветовой эффект. Опыт показал, что для достижения наибольшей интенсивности цвета следует работать с как можно более сырым, насколько это допускают технические инструкции, материалом. По этой причине химические аддитивы или пластификаторы, которые сокращают содержание влаги в растворе, как правило, мало способствуют достижению цветового эффекта бетона.

Выцветание

Выцветание является неотъемлемым свойством бетона. После изготовления бетонного изделия первичное выцветание, а также, иногда внезапно происходящее вторичное выцветание, отрицательно сказываются на интенсивности цвета и его сочности, тем самым и на качестве самого бетонного изделия. Однако, как оказалось, степень выцветания может быть различной. Общеизвестно, что выцветание прежде всего зависит от структуры бетона, поскольку плотность и пористость поверхности в сочетании с условиями затвердевания и хранения существенно влияют на выцветание, увеличивая или сокращая его. Обобщая сказанное, можно отметить, что уменьшение капиллярных пор сокращает выцветание, это означает, следовательно, необходимо стремиться к оптимальной степени уплотнения. Похожее действие оказывает блокада или закупорка капиллярных пор, которые постоянно поставляют насыщенную Cа(OH)2 капиллярную воду, способствующую процессу выцветания.

Последствия/перспективы для изготовителя пигментов – попытка решения проблемы

Для достижения оптимальных результатов окраски необходимо учитывать функционирование всей пигментной системы в свежей бетонной структуре целиком. Цель состоит в воздействии на процесс изготовления через рецептурные ингредиенты таким образом, чтобы в результате получилось готовое бетонное изделие оптимально интенсивного и сочного цвета, в минимальной степени подверженного первичному и вторичному выцветанию. Вернемся к вопросу, содержащемуся в названии нашей статьи: как можно достичь наиболее сочного цвета не изменяя дозировки? Или, как достичь “added value” для высокотехнологичных изделий, таких как, например, грануляты? Некоторые условия, необходимые для улучшения цветового эффекта при неизменной дозировке, уже оговаривались отдельно. Поэтому одним из способов решения проблемы был бы учет всех перечисленных аспектов, что создало бы условия для изготовления гранулята краски улучшенного качества посредством специальных аддитивных систем.

Каким требованиям должен отвечать такой продукт?

• 
  Пигментно насыщенное, сочное сырье;

  Дозировка пигмента: 4% соломенный цвет - стандартный грануфин и грануфин GS

  
  
• 
  Оптимальное распределение пигмента (диспергирование);
  
• 
  Гладкая, малопористая поверхность бетона;
  
• 
  Сдерживание процесса выцветания за счет оптимизирования плотности и закупорки пор;
  
• 
  Отсутствие отрицательного воздействия на гидратацию, прочность в непросушенном состоянии, а также конечная прочность.
  

Для улучшения отражательных свойств бетонного камня его поверхность необходимо сделать более гладкой, т.е. равномерной. При изготовлении изделия бетонная смесь должна, таким образом, распределяться ровнее. Этого можно добиться, если консистенцию бетона сделать более пластичной за счет сокращения внутреннего трения. Такая смесь легче поддается уплотнению. Достигнув данного пластификационного эффекта, мы «убиваем еще одного зайца», а именно, создаем благоприятные условия для диспергирования пигментов и цемента.

Используемые для бетонных изделий пластификаторы оказывают побочное действие - сокращают содержание влаги. Следовательно, для достижения повышенного цветового эффекта очень важно, чтобы Granufin GS создавался из компонентов, которые не сокращали бы содержание влаги. Таким образом обеспечивается хорошо пигментированный слой цементного вяжущего вещества. Следует, однако, следить за тем, чтобы на практике, при изготовлении бетонного камня, выбор аддитивов не привел бы к опасному склеиванию в консистенции. Благодаря свойствам гранулята, способствующим уплотнению и переработке, пористость бетонной структуры сокращается, что означает уменьшение процесса выцветания. Кроме того, Granufin GS содержит дополнительные аддитивы, которые, в сочетании с ингредиентами цемента, закупоривают капилляры. Это имеет решающее значение для подавления вторичного выцветания во время хранения продукции, а также эксплуатации. Несмотря на эффективность препарата Granufin GS как целой аддитивной системы, о нем нельзя говорить как об активной добавке. При его использовании не изменяются ни гидратация, ни момент затвердевания, не наблюдались также процессы сокращения содержания влаги. Здесь нет четкого разграничения: Granufin GS не является активной добавкой, но должен рассматриваться как примесь.

Экономические аспекты

• 
  Повышение цветового эффекта
  Благодаря взаимодействию описанных выше эффектов получается оптически впечатляющий внешний вид готового изделия. Перед поставкой на стройку были зафиксированы значительно сниженные показатели выцветания при хранении на складе и, тем самым, существенно сократившиеся потери в оптическом качестве изделий. Это важно, ведь именно в данном случае первое впечатление является решающим, как говорится: чтобы произвести первое впечатление, второй шанс не дается.
  
• 
  Эффект длительного сохранения цвета изделия у конечного заказчика
  Выцветание наиболее часто становится поводом для рекламации, хотя оно и не считается техническим дефектом. На практике это означает, что работа над устранением этого дефекта требует немалых затрат не только времени, но и денежных средств.
  

При необходимости дозировка добавок может быть сокращена, и/или использование защитного средства против выцветания может быть сэкономлено или полностью заменено. Однако, чтобы определить оптимальную дозировку для каждой отдельной сферы применения, требуются более тщательные испытания. Поскольку Granufin GS улучшает удобоукладываемость и повышает пластичность бетона, ожидается, что износ обрабатывающего бетон оборудования, такого как смеситель и технологические установки, может тоже сократиться.

Использование грануфина Granufin GS

Что касается техники дозирования, степени дозирования, графика дозирования, а также времени смешивания, данный продукт используется так же, как и классический грануфин – то есть, нет необходимости вносить какие-либо изменения в рецептуру и технологию изготовления. На втором этапе переработки может быть внесена дополнительная оптимизация за счет регулирования дозировки используемых пластификаторов и, при необходимости, средств для защиты от выцветания. В области бетонных изделий грануфин Granufin GS является конформным по отношению к системе EN 12 878. Поэтому и в данном пункте нет ограничений относительно замены традиционного гранулята или компакт-пигмента.

На практике повышение интенсивности цвета пигмента при помощи грануфина Granufin GS особенно проявляется при окрашивании в красные, оранжевые и коричневые тона. В желтом спектре также можно достичь хороших результатов. Причиной является ранее упомянутое воздействие на коэффициенты а и b при описании цвета в системе CIE-LAB. Работая с темными оттенками, подобного эффекта добиваются, в основном, за счет воздействия всей системы целиком, минимизирующей процесс выцветания. В данном случае даже малейшее выцветание сильно бросается в глаза и выглядит весьма непривлекательно. При пестром сочетании оттенков случается, что белые выцветания влекут за собой смещение оттенка, что в рекламациях не заявляется как выцветание.

Настоятельно не рекомендуется сокращать дозировку пигмента, что ошибочно может показаться обоснованным. Хотя путем сокращения дозировки пигмента на 5 – 10 % можно добиться того, чтобы грануфин Granufin GS уподобился по своему оттенку необлагороженному грануляту, цветовой эффект улучшается лишь незначительно. Необходимо иметь в виду, что в ситуации с грануфином Granufin GS речь идет не только об увеличении интенсивности цвета, но и о целой комбинации эффектов, способствующих отражению в сочетании с сокращением выцветания.

Сокращение дозировки неизменно ведет к потере интенсивности цвета в конечном продукте. После выцветания, под влиянием атмосферных явлений или частичного механического повреждения пигментированного цементно-вяжущего слоя, нанесенного на бетонное изделие, резко снижается интенсивность цвета. Это означает, что бетонная поверхность, уложенная в более позднее время, будет качественно хуже, чем ранее уложенная поверхность, в плане интенсивности ее цвета.

Несмотря на то, что при использовании грануфина Granufin GS решающее значение имеют достигаемые при этом оптические характеристики бетонного изделия, необходимо не упускать из виду характер воздействия Granufin GS на такие ключевые характеристики, как прочность, влагоемкость и плотность бетонной структуры. Практические результаты показали небольшое увеличение прочности по сравнению с GF и, как и ожидалось, сокращение влагоемкости.

Стоит отметить, что существует непигментированный грануфин, обладающий тем же набором комбинаций биологически активных веществ, что и Granufin GS. Данный специальный продукт, именуемый Granufin Brilliant, позволяет сохранять одинаковую дозировку биокатализаторов во всех рецептурах, используемых заказчиком. Это представляет интерес в том плане, что, например, в рецептуре для изготовления белого цемента в смесь добавляется только небольшая доля биокатализаторов. Как любой продукт, который применяется с целью минимизации выцветания, Granufin Brilliant на практике приводит к разным результатам. Это, естественно, связано с сильно отличающимися друг от друга типовыми условиями на каждом отдельном бетонном заводе. Практика показала, что использование грануфина Granufin GS в большинстве случаев приводит к улучшению качественных характеристик продукции.

На протяжении многих лет изготовителями пигментов разрабатывались пигменты различных видов. Техника дозировки также постоянно совершенствовалась. На сегодняшний день в нашем распоряжении имеется высокотехнологичная система окраски, сочетающая использование гранулята с автоматизированной дозировочной техникой. Появление нового продукта Granufin GS будет способствовать дальнейшему совершенствованию в области цветного бетона. Практическое тестирование показало, что при помощи данного «облагороженного» гранулята могут быть достигнуты еще более высокие результаты.

Доктор Йорг Циммер. Дипломированный химик д-р Йорг Циммер более года руководил проектами в лаборатории компании Rockwood Pigments/Brockhues в г.Валлуфе, ФРГ, с 1996 года отвечает за сбыт в северо-западном и южном регионах Германии.