Физико-химический процесс окрашивания
Наблюдения за взаимодействием красящих окислов с компонентами силикатных смесей, в свете основных положений теории автоклавных материалов, позволяют представить их окрашивание как сложный физико-химический процесс, протекающий в две стадии.
Первая стадия — поверхностное поглощение (адсорбция). Оно начинается уже при смешивании материала с красящим окислом и зависит от тонкости помола, величины и состояния поверхности компонентов. Первое заметное увеличение поверхности раздела фаз происходит при затворении сырьевой смеси из-за резкого изменения объема извести при ее гашении, в результате которого красящий окисел адсорбционно связывается на вновь возникающих поверхностях. В окрашенных смесях этот момент весьма наглядно выявляется, сопровождаясь резким усилением цвета. Наибольшего же значения поверхностная адсорбция достигает в первый период автоклавной обработки, когда возникающие гидросиликаты кальция находятся в гелеобразном состоянии, характеризущемся исключительно высокой адсорбционной способностью.
Вторая стадия окрашивания — диффузия, т. е. глубокое проникновение красящего окисла в структуру материала, чему способствуют физико-химические изменения, протекающие при автоклавной обработке известково-кремнеземистых смесей. Она особенно углубляется при перекристаллизации гидросиликатов кальция, сопровождающейся разрыхлением материала. Наиболее полное ее протекание улучшает цветовые качества окрашенного камня и повышает долговечность его окраски.
Оптимальным условием окрашивания является окончание процесса на второй стадии, так как длительная гидротермальная обработка приводит к заметному ослаблению цвета из-за химического взаимодействия красящих добавок с основным материалом с образованием слабоокрашенных соединений типа гидроферритов кальция. Вызывающие наиболее интенсивную окраску силикатной смеси окислы железа, хрома и марганца входят в состав применяемых для окрашивания цементных и силикатных материалов минеральных пигментов, что позволяет представить их действие аналогичным действию рассмотренных выше окислов.
В силу специфики производства цветных силикатных изделий для их окрашивания может применяться лишь ограниченное число красителей, к которым предъявляются весьма жесткие требования. Помимо устойчивости к действию солнечного света и атмосферных факторов, они должны обладать стойкостью в щелочной среде и при гидротермальной обработке, т. е. при температурах 443- 463 К в среде влажного пара.
Таким образом, пригодность пигментов и красителей для производства цветных силикатных изделий может быть установлена лишь после проведения специальных испытаний. Поскольку существующие стандартные методы испытания пигментов не предусматривают указанных требований, И. Ю. Бушминой была разработана методика, включающая определения: стойкости в щелочной среде и в гидротермальных условиях, светостойкости в атмосферных условиях, красящей способности.
Проведенные по этой методике испытания 35 видов пигментов показали, что все испробованные минеральные пигменты отличаются устойчивостью в условиях гидротермальной обработки и высокой светостойкостью, но красящая способность некоторых из них (умбра, кадмий, ультрамарин и т. д.) слишком мала. Для получения силикатных изделий даже самого бледного оттенка необходимо вводить такие пигменты в количестве не менее 2/о, что может привести к значительному удорожанию материала и снижению его долговечности.
Органические же пигменты и лаки, как правило, отличаются высокой красящей способностью, но малой светостойкостью. Однако и среди них некоторые, например фталоцианиновые, обладают достаточной цветоустойчивостью в гидротермальных условиях и при атмосферных воздействиях. Таким образом, круг пигментов, могущих найти применение в производстве силикатных материалов автоклавного твердения, пока ограничивается теми же соединениями, которые рекомендуются для окрашивания цемента. Из минеральных пигментов — это охра, сурик, желтый и красный железоокисные, окись хрома, пиролюзит и сажа, а из органических — голубой и зеленый фталоцианиновые.
Помимо выбора эффективных пигментов, отвечающих необходимым требованиям окрашивания автоклавных силикатных материалов, необходимо обеспечить условия для наиболее равномерного распределения этих пигментов в массе материала.
В наших опытах испробовался ряд технологических приемов повышения дисперсности пигментных частиц за счет уменьшения их размера и степени агрегирования. В частности, применялся предварительный помол пигмента с частью песка и последующее смешение и помол их с остальным песком и известью. Эти опыты выполнялись на прессованных образцах из смеси активностью 20%, подвергнутой 10-часовому гашению и запаренной в автоклаве при 0,9 МПа по режиму 2 + 6 + 2.
В качестве пигментов использовались редоксайд и голубой фталоцианиновый, вводимые в смесь в количестве 0,5 и 0,2%.
Помол песка с пигментами осуществлялся при дозировке последних соответственно от 1 до 10 и от 0,4 до 4%. Его длительность во всех случаях составляла 2 ч.
Параллельно изготавливались образцы того же состава из смеси, полученной одновременным помолом всех компонентов. Колориметрические измерения показали, что наиболее интенсивное окрашивание образцов имеет место при предварительном помоле пигментов с частью песка и их содержании в последнем не менее 2%.
Одновременно исследовалось влияние на степень диспергации пигментных частиц термоэффекта гашения извести, для чего готовились две серии образцов. В образцах первой серии оно осуществлялось после смешения всех компонентов (включая пигмент), а в образцах второй серии исходная известь-кипелка предварительно гасилась водой и в состав смеси вводилась в виде Са(ОН)2.
Результаты этих экспериментов подтвердили целесообразность введения пигмента в смесь до гашения извести для получения более интенсивной окраски.
