Как правило, краска является двухфазной (твердые составляющие и жидкие составляющие) коллоидной системой, твердой фазой которой являются высокодисперсные пигментные частицы, равномерно распределенные и стабилизированные в среде жидкого связующего. В большинстве своем краски – это жидкие или вязкие пастообразные вещества.
Пигментные частицы стабилизированы в среде связующего защитной оболочкой, состоящей из ориентированных молекул различных веществ, являющихся или поверхностно-активными веществами, или проявляющих активность по отношению к поверхности пигментной частицы.
В дисперсной среде находятся также и флоккулы (образования из молекул полимеров – смол различной природы, входящих в состав связующих). Флоккулы высокомолекулярных веществ могут частично прилипать к поверхности пигментных частиц, участвуя в их стабилизации.
Соотношение между пигментом и связующим в краске выбирается таким образом, чтобы после измельчения (диспергирования) пигментных частиц до требуемого
размера (обычно от 0,1 до 10 микрон), и стабилизации определенными компонентами связующего, значительно возросшей после диспергирования поверхности пигментных частиц, оставшееся связующее обеспечивало необходимую подвижность системы. Твердые пигментные частицы, окруженные сольватными слоями, и образования из молекул полимеров должны как бы скользить относительно друг друга.
Кратко говоря, в связующем содержатся:
- высокомолекулярные соединения, выполняющие роль пленкообразователя и частично роль стабилизатора пигментных частиц (смолы, воска);
- вещество, являющееся дисперсионной средой (обычно это растворители и разбавители);
- различные вещества, проявляющие активность к поверхности пигментных частиц (поверхностно – активные вещества), и ответственные за образование сольватных слоев (полимеризованные масла, олигомеры различного происхождения и состава).
В состав многих красок могут входить наполнители, являющиеся, наряду с пигментами, составной частью твердой дисперсной фазы. Также состав красок могут вводиться специальные структурирующие компоненты, обеспечивающие разнообразие структурно-механических свойств. Структурирующими добавками могут быть твердые высокодисперсные частицы двуокиси кремния SiO2 (например, аэросил), нeкоторые высокомолекулярные вещества – природные или синтетические полимеры, различные соли высших кислот (стеараты, олеаты, хелаты).
Жидкая составная часть связующего (если она присутствует в краске), отфильтровываясь, впитывается в подложку, или испаряется через поверхность красочной пленки, а пленкообразующее вещество, полимеризуясь под воздействием или входящих в состав воздуха компонентов, или внесенных в краску специальных компонентов, или внешних факторов (температуры, облучения, и т.д.), образует с пигментными частицами твердообразную массу, постепенно превращаясь в сухую красочную пленку.
Изменения в структуре краски происходят и в процессе хранения, когда пигментные частицы могут снова агрегироваться из-за недостаточной стабилизации.
Структура краски видоизменяется и при любом разбавлении краски, при любом введении в её состав различных добавок (сиккативов, паст и т.п.).
В связи с этим любые добавки в состав красок должны производиться с учетом имеющихся рекомендаций, так как почти всегда существует опасность необратимых изменений структуры, сопровождающихся такими разрушениями или перестройками сольватных слоев вокруг пигментных частиц, которые приводят к так называемому “шоку” краски. Краска при этом расслаивается, выделяя трудноперемешиваемый осадок, и теряет свои печатно-технологические свойства.
Технология производства красок – типичных коллоидных систем – состоит в тщательном перемешивании пигментов со связующим и последующем перетирании на краскотерочных машинах, бисерных мельницах и тому подобном оборудовании. При этом происходят процессы дезагрегирования пигментов, то есть расчленения их вторичной структуры, и стабилизирования первичных частичек молекулами поверхностно-активных веществ (ПАВ) связующего. Никакого диспергирования (измельчения) первичных частичек пигментов, при этом происходить не должно, так как это всегда связано с ухудшением колористических свойств красок.
Между стабилизированными первичными частичками пигментов, окруженными защитными оболочками из молекул ПАВ, находится некоторое количество связующего, придающего краскам жидкотекучесть, так как при деформации красок трение возникает не между поверхностью твердых пигментов, а в относительно жидкой прослойке связующего, когда сухое трение заменяется жидкостным.
В качестве связующего красок используются лаки – растворы смол в растворителях.
Кроме пигментов и лаков, краски могут содержать различные добавки: сиккативы для ускорения закрепления (пленкообразования), наполнители (например, сульфат бария), пасты, улучшающие печатные свойства красок, устраняющие чрезмерную их липкость, и тому подобное.