Пигменты (их называют также сухими красками) - тонкодисперсные цветные порошки, нерастворимые в олифе, воде и органических растворителях.

Цвет лакокрасочного покрытия зависит от пигментов. При тщательном перемешивании пигментов со связующими они дают нерасслаивающиеся суспензии, которые называют красочными составами (красками).

Окраска пигментов возникает благодаря избирательному поглощению кристаллической решеткой пигмента волн той или другой длины. В результате пигмент кажется окрашенным в цвет, который дополняет поглощенный. Вещества, присутствие которых обусловливает окраску пигментов, называют хромофорами («носителями цвета»).

От пигментов в известной мере зависит также и долговечность малярного покрытия, так как они, подобно заполнителям, в строительных растворах и бетонах уменьшают объемные деформации в красочной пленке в процессе ее твердения и при эксплуатации.

В строительстве применяют главным образом неорганические пигменты (природные и искусственные), которые в большинстве случаев состоят из солей или оксидов металлов, а также некоторые металлические и органические пигменты.

Основные свойства пигментов

Дисперсность пигмента влияет на все его основные свойства. Чем мельче частицы пигмента, тем выше его укрывистость и красящая способность (до достижения оптимальной степени дисперсности).

Дисперсность пигмента влияет на все его основные свойства. Чем мельче частицы пигмента, тем выше его укрывистость и красящая способность (до достижения оптимальной степени дисперсности). Полифракционный состав пигмента позволяет получить плотное красочное покрытие при минимальном расходе связующего вещества. Природные пигменты, получаемые путем измельчения и отмучивания горных пород, состоят из частиц размером 0,5…40 мкм. Искусственные неорганические пигменты, получаемые в результате химических реакций, отличаются от природных большей дисперсностью и состоят из частиц размерами 0,1…2 мкм.

Полифракционный состав пигмента позволяет получить плотное красочное покрытие при минимальном расходе связующего вещества. Укрывистость характеризует расход красочного состава (по массе) на единицу окрашиваемой поверхности.

Красящая способность или интенсивность, пигмента характеризуется его способностью передавать свой цветовой тон при смешивании с белым пигментом. Чем больше красящая способность пигмента, тем меньше его нужно для получения окраски яркого тона.

Маслоемкость характеризуется количеством (в %) олифы, необходимым для превращения 100 г пигмента в однородную суспензию рабочей вязкости. Чем меньше олифы требует пигмент, тем дешевле краска и тем более стойким будет покрытие, так как окраска разрушается главным образом из-за неизбежного старения пленки.

Светостойкость — свойство сохранять свой цвет при действии ультрафиолетовых лучей. Большинство природных пигментов (охра, железный сурик и др.) светостойки. Некоторые органические пигменты на свету быстро обесцвечиваются («выцветают») или изменяют свой цвет.

Укрывистость , или кроющая способность, пигмента характеризуется расходом (в г на 1 м 2 окрашиваемой поверхности), необходимым для того, чтобы закрыть слой контрастных красок (например, черные и белые полосы), заранее нанесенных на стекло.

Чем меньше расход пигмента, тем выше его укрывистость. Укрывистость зависит от разности показателей преломления света пигментом и связующим веществом. Чем больше эта разность, тем выше укрывистость краски. Различие в красящей способности разных пигментов не связано с их кроющей способностью. На-прпмер, высокоинтенсивный пигмент - лазурь - обладает очень невысокой укрывистостью, а высокоукрывнстый пигмент - свинцовый сурик - сравнительно невысокой красящей способностью.

Атмосферостойкость пигментов - способность выдерживать, не разрушаясь и не изменяя цвета, многократные чередования увлажнения и высыхания, замерзания и оттаивания, а также воздействие кислорода, сернистых газов и других атмосферных реагентов. Атмосферостойкость — свойство длительное время противостоять воздействию атмосферных факторов: воды, кислорода воздуха, сернистых и других газов, попе ременному увлажнению и высыханию, нагреванию и охлаждению. Это свойство особенно важно для пигментов, применяемых для окраски наружных конструкций.

Наполнители: мел, молотый известняк или гипс, порошки сернокислого бария или талька, не снижающие атмосферостойкости покрытия. Неорганические пигменты состоят из оксидов и солей металлов различного цвета.

Антикоррозионные свойства характеризуют способность пигмента (в сочетании с соответствующим связующим) образовать покрытие, защищающее сталь от коррозии (анодная защита). При окраске стальных конструкций следует использовать антикоррозионные пигменты. К числу таких пигментов относятся, например, алюминиевая пудра, цинковые белила, цинковые и свинцовые кроны, свинцовый и железный сурик. Алюминии в ряду напряжений металлов занимает место выше железа. При образовании гальванической пары алюминии становится анодом, стремится перейти в состояние ионов, а железо является катодом и не подвергается изменению; образующаяся пленка гидроксида алюминия защищает поверхность стальной конструкции. Другие из перечисленных пигментов, например, свинцовый сурик, дают в смеси с маслом олифы нерастворимые соли жирных кислот, тоже предохраняющие металл от коррозии.

Химическая стойкость пигментов - способность противостоять действию кислотной или щелочной среды без изменений цвета и видимых разрушений. В зависимости от условий эксплуатации подбирают щелоче- или кислотостойкие пигменты. Пигменты, не обладающие щелочестойкостыо, нельзя применять при окраске све-жей известковой штукатурки и свежего бетона, а также в красочных составах на основе известковых или силикатных вяжущих.

Огнестойкость пигмента - способность выдерживать действие высоких температур без изменения цвета и разрушения. Огнестойкость пигментов следует учитывать при окраске отопительных систем и тепловых установок.

Безвредность пигмента . Некоторые пигменты ядовиты. Особая осторожность соблюдается при применении пигментов, содержащих соединения свинца, меди.

Красочные составы, выпускаемые заводами, а также приготовляемые на месте строительных работ, содержат чаще всего неорганические пигменты .

Органические пигменты — это малярная сажа, графит и синтетические красящие вещества, обладающие высокой красящей способностью. К ним относятся пигменты: желтый и оранжевый светопрочные, алый, голубой. Пигменты бывают природные (мел, охра, мумия, железный сурик, киноварь) и искусственные.

К искусственным пигментам , получаемым путем химической переработки сырья, относят белила, кроны, ультрамарин, малярную лазурь и др. Белые пигменты. К ним относятся белила, мел, известь, алюминиевая пудра. Титановые белила представляют собой тонкий порошок диоксида титана TiO2. Их считают лучшими из современных белил: они светостойки, обладают хорошей кроющей способностью, неядовиты. Применяют для изготовления масляных, эмалевых и других наружных и внутренних красок по металлу, дереву, штукатурке. Цинковые белила (в основном оксид цинка ZnO) светостойки, неядовиты. Однако, как и свинцовые белила, недостаточно стойки к действию щелочей.

Природные неорганические пигменты

Их получают механической переработкой (измельчением, отмучиванием и т. п.) горных пород, содержащих яркоокрашенные минералы. Производство их сравнительно несложно, а стойкость высокая (все они щелочестойки и почти все светостойки), поэтому их применяют для наружной окраски, а также для получения цветных бетонов. Однако по разнообразию и яркости для получения цвета природные пигменты значительно уступают искусственным неорганическим и особенно органическим пигментам.

К этой группе пигментов относят мел, железоокисные пигменты (охру, мумию природную, сурик железный), марганцовистые пигменты (умбру, пиролюзит), графит.

Мел - самый дешевый пигмент белого цвета; широко применяется в клеевых красках.

Окраска железоокисных пигментов зависит от вида и количества содержащихся в них оксидов железа.

Желтые пигменты — кроны и охры. Цинковый крон (хромат цинка) применяют и основном для антикоррозионных окрасок металлических покрытий. Свинцовые кроны (на основе хромата и сульфата свинца) — это пигменты, имеющие цвет от лимонного до оранжевого. Желтые кроны изменяют свой цвет под действием раствора щелочей (краснеют).

Свинцовые кроны токсичны, работа с ними требует соблюдения требований охраны труда. Охры, называемые иногда; земляными красками, состоят из гидроксида железа с примесью глины. Цвет охры может быть от светло-желтого и золотистого до темно-желтого в зависимости от содержания оксида железа и примесей. Прокаленная охра приобретает коричневый или красный цвет.

Рис.1. Краска с охрой

Охра состоит из глины, окрашенной в желтый цвет различных оттенков оксидами железа, содержание которых составляет 11…18 %. Охра является одним из самых распространенных и дешевых пигментов. Она широко применяется для наружных и внутренних окрасок.

Природная мумия представляет собой тонкодисперсный порошок глины, окрашенный в красный цвет разных оттенков оксидами железа, содержание которых составляет 20…70 %. Это один из самых дешевых пигментов. Ее применяют для окрасок по металлу, дереву и штукатурке.

Коричневые пигменты. Эта группа пигментов включает умбру и ряд смешанных пигментов, получаемых из железного сурика и мумии. Умбра, как и охра, относится к числу земляных красок. Это тонкий порошок глины, окрашенный в природных условиях Fе2О3, МnО2 и другими примесями в различные оттенки коричневого цвета.

Сурик железный - пигмент коричнево-красного цвета, содержащий 75…90 % оксида железа. Обладает высокой стойкостью ко всем воздействиям; один из самых дешевых пигментов. Сурик железный особенно широко применяют для окраски стальных кровель.

Умбра - пигмент коричневого цвета различных оттенков. Умбра состоит из глины, окрашенной оксидами железа (не менее 48%), и марганца (7…14%). Ее широко применяют в строительстве, особенно в клеевых красках.

Рис.2. Краска с умброй

Перекись марганца (пиролюзит) МпО2 - пигмент черного цвета: получают из марганцовой руды. Перекись марганца широко используют как в клеевых, так и в масляных красках, особенно для окраски изделий из чугуна.

Графит - пигмент черного цвета с сероватым оттенком и характерным жирным металлическим блеском, содержащий 70…94 % углерода. Обладает высокой устойчивостью к действию различных химических реагентов. Графит используют в масляных красочных составах.

Искусственные неорганические пигменты

Их получают из минерального сырья путем сложной химической переработки. Искусственные неорганические пигменты — наиболее часто применяемые в строительстве.

Белыми пигментами являются известь, белила цинковые, титановые, литопоновые, свинцовые.

Известь в красочных составах является одновременно связующим веществом и пигментом. Воздушную известь применяют, главным образом, для побелки фасадов зданий. Алюминиевый пигмент имеет пластинчатую форму частиц, благодаря которой получают красочное покрытие, имеющее «панцирное» строение. Алюминиевая масляная окраска металлических конструкций предохраняет их от коррозии, поскольку образующаяся пленка водостойка, практически непроницаема для ультрафиолетовых лучей и долговечна.

Цинковые белила (ZnO) обладают невысокой атмосферостойкостью, растворимы в кислотах и щелочах. Применяют их в основном для внутренней окраски по дереву, металлу, штукатурке.

Рис.3. Белила цинковые марки БЦ0М ГОСТ 202-84

Титановые белила (TiO 2) в щелочах и кислотах нерастворимы, обладают высокой свето и атмосферостойкостью, совершенно нетоксичны. Их широко применяют как для внутренней, так и для наружной окраски.

Литопон (ZnS-BaSO 4) растворим в кислотах, не обладает коррозионной стойкостью и атмосферостойкостью. Литопон применяют преимущественно для внутренней окраски, т.к. литопоновые белила желтеют на свету. В связи с чем их применяют в смеси с голубым пигментом лишь для внутренних покрасок. Мел широко используется как пигмент и наполнитель для разбеливания цветных пигментов. Чаще всего входит в состав клеевых окрасок помещений, силикатных красок, побелок потолков.

Свинцовые белила (2Рb СОз-Рb (ОН) 2) — белый порошок основного карбоната свинца. Обладают большой укрывистостыо, высокой свето- и атмосферостойкостью, а также высокими антикоррозионными свойствами. Недостатком их является высокая токсичность, в связи с чем их редко применяют в строительстве. Вследствие токсичности их применяют редко. Темнеют при действии сероводорода, сернистого газа и других сернистых соединений. Поэтому свинцовые белила нельзя, например, смешивать с ультрамарином.

Желтые пигменты - это соли хромовой кислоты, обычно называемые «кронами» от искаженного слова «хром».

Крон цинковый желтый (ZnCrO 4) обладает большой свето- и антикоррозионной стойкостью. Применяют его в масляных красках для окраски металлических конструкций.

Кроны свинцовые желтые (Рb СгО 4) различных оттенков от лимонного до оранжевого обладают высокой укрывистостью и антикоррозионными свойствами. Под действием сероводорода темнеют, под действием щелочей краснеют, токсичны. Применяют редко для окрасок по дереву, металлу и штукатурке.

Синие пигменты : ультрамарин и лазурь малярная. Ультрамарин-синий пигмент, обладающий средней светостойкостью и хорошей щелочестойкостью. Его применяют в масляных и известковых красках и для подцветки белых красок.

Рис.4. Пигмент ультрамарин в порошке

Ультрамарин получают сплавлением каолина с содой и серой (или Na2SO4 и углем). Наибольшее распространение нашел синий ультрамарин, служащий пигментом в строительных красках, применяемый также для окраски бумаги и в быту («синька» используется для подсинивания белья, льна). Состав ультрамарина приближенно выражается формулой Na4Al3Si3S2O12. Хотя он стоек к воде, мылу и слабым щелочам, кислоты обесцвечивают ультрамарин, разлагая его с выделением сероводорода и кремневой кислоты.

Лазурь малярная - интенсивный синий пигмент, атмосфероустойчив, но не устойчив к действию щелочей и высоких температур (меняет цвет на коричневый). Применяют лазурь с масляными и полимерными связующими для окраски по дереву и металлу.

Малярная лазурь представляет собой интенсивно-синюю соль трехвалентного железа состава Fе43. В воде и кислотах лазурь практически нерастворима, но щелочи ее разлагают с выделением Fe(OH)3. Поэтому при нанесении на бетон или свежую штукатурку эта краска теряет свой синий цвет.

Зеленые пигменты — оксид хрома, цинковая зелень и другие смешанные пигменты. Оксид хрома Сr2О3 обладает многими достоинствами: устойчив к действию щелочей, кислот и повышенных температур; для получения зеленовато-синих оттенков добавляют ультрамарин. Зеленые пигменты, применяемые в строительстве, весьма многочисленны. Чаще других используют зелень свинцовую, хромовую и цинковую и оксид хрома.

Цинковую зелень получают смешением кронов с малярной лазурью и наполнителем (BaSO4); она устойчива к действию щелочей.

Рис.5. Оксид хрома

Оксид хрома (Сг 2 Оз)-высококачественный пигмент, обладающий светостойкостью, щелоче- и кислотостойкостью, стойкостью к действию высоких температур. Его можно смешивать с любыми другими пигментами и применять со всеми видами связующих.

Зелень свинцовая хромовая - механическая смесь желтых свинцовых кронов с лазурью и наполнителем. По техническим свойствам она аналогична свинцовым кронам, т. е. обладает высокой красящей способностью и укрывистостью, светостойка и стойка к коррозионным воздействиям, но не щелочестойка. Применяют ее для окрасок по металлу, дереву и штукатурке.

Зелень цинковая разнообразных оттенков от желтовато-зеленого до сине-зеленого представляет собой смесь цинкового желтого крона с лазурью и наполнителем. Обладает высокой атмосферостойкостью и антикоррозионными свойствами. Применяют цинковую зелень в масляных красках - по металлу и дереву, в клеевых - по штукатурке.

Красные пигменты. Из этой группы пигментов наиболее известны: железный сурик — тонкий порошок оксида железа кирпично-красного цвета, искусственная мумия — пигмент, имеющий различные оттенки в зависимости от соотношения составных частей Fe2O3 и CaSO4, природная мумия — тонкий минеральный порошок, окрашенный в естественных условиях оксидами железа в красный цвет, свинцовый сурик — порошок красно-оранжевого цвета, содержащий в основном PbO*Pb2O3. Редоксайд — красный железооксидный пигмент, стойкий к щелочной среде.

Красные пигменты многочисленны и разнообразны по свойствам. В строительстве наиболее часто применяют мумию искусственную, крон красный, сурик свинцовый, редоксайд.

Рис.6. Сурик свинцовый

Редоксайд - железоокисный пигмент, устойчивый к действию щелочей. Применяют для окрасок по дереву, штукатурке.

Мумия искусственная - смесь обожженного сернокислого кальция и оксида железа. Она является светостойким пигментом с высокой красящей способностью н большой укрывистостью. Применяют мумию для окрасок по дереву и штукатурке.

Крон красный [Рb Сг 2 О 4 -Рb (ОН) 2 ]-пигмент ярко-красного цвета; обладает хорошей светостойкостью и высокими антикоррозионными свойствами; применяют для окрасок по металлу.

Сурик свинцовый (Рb 3 О 4) - пигмент от ярко-оранжевого до красного цвета; обладает высокой щелочестойкостью и пониженной кислостойкостыо. Особенно высоки антикоррозионные свойства свинцового сурика, благодаря чему его применяют для красок по стали, подвергающейся длительному воздействию воды.

Металлические пигменты. Для окраски металлических конструкций часто применяют металлические порошки: пудру алюминиевую (тонкий порошок металлического алюминия) и пудру золотистую (тонкий порошок металлической бронзы), обладающие высокой свето- и атмосферостойкостью и антикоррозионными свойствами.

Органические пигменты

Эти пигменты представляют собой органические синтетические красящие вещества. Они обладают высокой красящей и кроющей способностью, чистым и ярким цветом. Органические пигменты свето- и атмосферостойки, однако щелочестойкость у них недостаточно высокая. Они пока дороги и дефицитны.

В строительстве применяют следующие органические пигменты : желтый светопрочный, красный, оранжевый, алый, голубой фталоцианитовый, зеленый фталоцианитовый и др

Черные и серые пигменты — малярная сажа, диоксид марганца, тонкомолотый графит. Малярная сажа — порошок почти чистого углерода. Пигменты, содержащие углерод в свободном состоянии (к ним относится сажа), образуют с железом гальваническую пару, ускоряющую коррозию стали. Диоксид марганца МnО2 (пиролюзит), получаемый из марганцевой руды, свето- и щелочестойкий, сравнительно дешевый пигмент. Графит содержит 70-95 % углерода, в измельченном виде применяется как серый пигмент.

В качестве черного пигмента в строительстве применяют различные сажи. Сажа-продукт неполного сгорания органических веществ, имеет высокую кроющую и красящую способность, устойчива к действию кислот и щелочей. Применяют сажу во всех красках, кроме красок по черному металлу, так как она стимулирует развитие коррозии.

Для экономии пигментов с высокой красящей способностью их разбавляют белыми наполнителями. Наполнители также повышают прочность, огнестойкость и другие свойства красочных составов. Для наружной окраски лучшими наполнителями являются тонкие порошки тяжелого шпата (BaSO 4) и талька. Для внутренней отделки применяют более дешевые наполнители - тонкомолотые мел, известняк, гипс.

В начале XX века Бертран Рассел, изучая наивную теорию множеств, пришел к парадоксу (с тех пор известному как парадокс Рассела). Таким образом, была продемонстрирована несостоятельность наивной теории множеств и связанной с ней канторовской программы стандартизации математики. А именно, был обнаружен ряд теоретико-множественных антиномий: оказалось, что при использовании теоретико-множественных представлений некоторые утверждения могут быть доказаны вместе со своими отрицаниями (а тогда, согласно правилам классической логики высказываний, может быть «доказано» абсолютно любое утверждение!). Антиномии ознаменовали собой полный провал программы Кантора.

После обнаружения антиномии Рассела часть математиков (например, Л. Э. Я. Брауэр и его школа) решила полностью отказаться от использования теоретико-множественных представлений. Другая же часть математиков, возглавленная Д. Гильбертом, предприняла ряд попыток обосновать ту часть теоретико-множественных представлений, которая казалась им наименее ответственной за возникновение антиномий, на основе заведомо надёжной финитной математики. С этой целью были разработаны различные аксиоматизации теории множеств.

Особенностью аксиоматического подхода является отказ от лежащего в основе программы Кантора представления о действительном существовании множеств в некотором идеальном мире. В рамках аксиоматических теорий множества «существуют» исключительно формальным образом, и их «свойства» могут существенно зависеть от выбора аксиоматики. Этот факт всегда являлся мишенью для критики со стороны тех математиков, которые не соглашались (как на том настаивал Гильберт) признать математику лишённой всякого содержания игрой в символы. В частности, Н. Н. Лузин писал, что «мощность континуума, если только мыслить его как множество точек, есть единая некая реальность», место которой в ряду кардинальных чисел не может зависеть от того, признаётся ли в качестве аксиомы континуум-гипотеза, или же её отрицание.

В настоящее время наиболее распространённой аксиоматической теорией множеств является ZFC -- теория Цермело -- Френкеля с аксиомой выбора. Вопрос о непротиворечивости этой теории (а тем более -- о существовании модели для неё) остаётся нерешенным.

Аксиомы теории множеств

Сейчас у нас имеются все средства, чтобы сформулировать систему аксиом теории множеств ZFC, в рамках которой можно изложить все общепринятые в современной математике способы рассуждений и не проходит ни один из известных теоретико-множественных парадоксов. Эта система позволяет строить все математические объекты исходя из пустого множества. Представим систему аксиом, Цермело -- Френкеля (ZF).

Аксиома существования пустого множества: Существует пустое множество;

Аксиома существования пары: Если существуют множества а и b, то существует множество a, b ;

Аксиома суммы: Если существует множество X, то существует множество X=a a b для некоторого b X;

Аксиома бесконечности: Существует множество = 0, 1,…,n,… , где 0 = , n + 1 = n n ;

Аксиома множества всех подмножеств: Если существует множество А, то существует множество:

6. Аксиома замены: Если P(x, у) -- некоторое условие на множества x, у , такое, что для любого множества x существует не более одного множества у , удовлетворяющего Р(х, у), то для любого множества а существует множество {b P(c,b) для некоторого с а};

7. Аксиома экстенсиональности:

Два множества, имеющие одинаковые элементы, равны, любое множество определяется своими элементами:

8. Аксиома регулярности:

Всякое непустое множество x имеет элемент а х, для которого

Из аксиомы регулярности следует, что каждое множество получается на некотором шаге "регулярного процесса" образования множества всех подмножеств, начинающегося с и подобного построению натуральных чисел из пустого множества по аксиоме бесконечности. Это означает, что любой элемент любого множества является множеством, сконструированным из пустого множества.

Покажем, как аксиоматика ZF позволяет определять теоретико-множественные операции.

1. Определим множество A В, исходя из множеств А к В. По аксиоме существования пары образуется множество {А, В}. С помощью аксиомы суммы получаем множество {A, B}, которое по определению совпадает с множеством A B.

2. Пересечение А В множеств А и В определяется по аксиоме замены с помощью следующего свойства Р(х, у): х = у и х А. Имеем множество {b P(c,b) и с В} = {b с = b и с А и с В} = {c с А и с В}.

3. Покажем, что из аксиом 5 и 6 следует существование множества А 2 = {(a, b) a, b А} для любого множества А. Так как (a, b) = , то А 2 P(Р(А)). Пусть свойство Р(х, у) означает, что существуют такие a, b А, что x = и y = х. Тогда множество А 2 равно {b P(c,b), c Р(Р(А))} и по аксиоме 6 оно существует.

Система аксиом ZFC образуется из ZF добавлением одной из следующих двух эквивалентных аксиом, которые, с одной стороны, являются наименее "очевидными", а с другой -- наиболее содержательными,

1. Аксиома выбора.

Для любого непустого множества А существует такое отображение: Р(А) {} A, что (Х) X |для всех X А, X .

2. Принцип полного упорядочения. Для любого непустого множества А существует бинарное отношение на А, для которого A, вполне упорядоченное множество.

В системе ZFC справедлив принцип трансфинитной индукции, являющийся обобщением принципа полной индукции: если A, - вполне упорядоченное множество, Р(х) -- некоторое свойство, то справедливость свойства Р(х) на всех элементах х А следует из того, что для любого z А выполнимость свойства Р на элементах у, где у < z, влечет выполнимость P(z):

• a}, {a, b
• а}, {а, b