Зависимость интенсивности окраски полистирола от показателя преломления пигмента (n, рис. 3) не учитывает размер частиц, тем не менее она носит почти линейный характер - чем выше n, тем интенсивнее окраска. Это связано с общей закономерностью теории рассеяния и поглощения света диспергированными в среде частицами - непрозрачность слоя возрастает с увеличением разности показателей преломления пигмента и среды ( для полистирола n = 1.59) [1]. Поэтому пигменты с низким значением n (ультрамарин, кобальт синий, кобальт фиолетовый темный) не позволяют получить полистирол с непрозрачной окраской. Кость жженая представляет исключение, так как она является смесью углерода с большим количеством фосфатов и карбонатов кальция и магния за счет которых суммарный коэффициент преломления снижается ( n = 1.65).

Рис.3. Зависимость величины  r от показателя преломления

Кривая зависимости интенсивности окраски от коэффициента рассеяния носит почти параболический характер. Способность частиц пигмента рассеивать свет зависит от нескольких факторов: показателя преломления, коэффициента поглощения, размера и формы частиц, что и обусловливает довольно сложную зависимость.

Чтобы оценить влияние отдельных факторов на рассеивающую способность частиц, необходимо проанализировать зависимость интенсивности окраски, во-первых от размера частиц и, во-вторых, от коэффициента поглощения и отражения, связанных соотношением, вытекающим из двухконстантной теории Гуревича-Кубелки-Мунка [2]:

где  K - коэффициент поглощения; S - коэффициент рассеяния; R   - коэффициент отражения бесконечно толстым слоем пигмента.

Зависимость интенсивности окраски полистирола от среднего размера частиц пигмента с изометрической формой частиц приближается к линейной. Максимальная интенсивность окраски наблюдается при использовании пигментов с размером частиц 0.2 - 0.4 мкм, что согласуется с теоретическими данными [1].

Представляло интерес сопоставить расположение кривых зависимости интенсивности окраски полистирола от содержания пигмента (см. рис. 2) с расположением кривых зависимости  степени светопропускания 0,1%-ных дисперсий пигмента в вазелиновом масле от длины волны, полученных при определении дисперсности пигментов турбодиметрическим методом на спектрофотометре СФ-26. Установлено, что расположение многих кривых совпадает. Это свидетельствует о том, что одни и те же свойства пигмента определяют его способность к окраске и в полистироле и в вазелиновом масле. Отклонения (как и в случае кадмия лимонного, кобальта фиолетового темного) связаны, вероятно с разницей степени диспергирования - более тщательного в случае определения дисперсности (пигмент растирают с вазелиновым маслом в агатовой ступке), однако в целом пигменты хорошо диспергированы в полистироле.

На графике, иллюстрирующем связь коэффициента отражения цветных пигментов с интенсивностью окраски полистирола, видно, что пигменты с низким показателем преломления (кобальт синий, фиолетовый и ультрамарин) составляют особую группу, остальные пигменты располагаются в последовательности, свидетельствующей об определенной закономерности: чем ниже коэффициент отражения, темнее пигмент, больше поглощение, тем меньше  r, т.е. выше интенсивность окраски.

Таким образом, интенсивность окраски полистирола является функцией тех же свойств пигмента, которые определяют его укрывистость в лакокрасочном материале, - показателя преломления, размера частиц и коэффициентов отражения, поглощения или рассеяния.

Рассмотрим корреляцию между укрывистостью использованных пигментов и их предельным содержанием, необходимым для получения полистирола с насыщенной непрозрачной окраской. Такой окраске соответствует минимальное различие коэффициентов отражения  r (не более 3). Для оценки этого содержания используем показатель "объемная укрывистость пигмента" (ОУП), т. е. объем пигмента в см3  в 100 г полистирола, необходимый для получения насыщенной окраски ( r < 3). ОУП (cм. таблицу) определяли по зависимости  r от содержания пигмента (см. рис. 2). При отсутствии экспериментальных данных для содержания, превышающего 0.25 см3 /100 г, их получали экстраполяцией.

Наблюдалась почти линейная зависимость между ОУП и укрывистостью пигментов. За пределами этой зависимости оказываются лишь лессирующие пигменты - изумрудная зеленая, марс желтый прозрачный и марс оранжевый прозрачный.

Таким образом, подтверждена тождественность свойств пигментов, определяющих укрывистость и величину ОУП. Оценка ОУП для каждого пигмента дает возможность обосновать оптимальное количество пигмента и обеспечить его экономичное применение, а также позволит сохранить физико-механические свойства окрашенного полимера.

Литература

1.Калинская Т.В., Доброневская С.Г., Аврутина Э.А.  Окрашивание полимерных материалов. Л., Химия 1985
2.2. Паттерсон Д. Пигменты, введение в физическую химию пигментов. Пер. с англ. Под ред. В.В. Верхоланцева, И.В. Рискина. Л., Химия 1971г.

Т.В. Калинская, С.Г. Доброневская, А.Т. Емельянова, Е.Г. Олейник

Пластические массы