Пигменты. Классификация. Области применения

Пигменты. Классификация. Области применения

Пигменты - это высокодисперсные красящие вещества, практически нерастворимые в большинстве плёнкообразователей, растворителей и пластификаторов. Пигменты способны к образованию с пленкообразователем декоративных или защитно-декоративных покрытий. Во всех случаях пигменты - это не химически чистые вещества, а технические продукты. Свойства пигментов зависят не только от их химического состава, но и от кристаллической модификации, дисперсности, поверхностных свойств (например, смачивание). Все пигменты (как органические, так и неорганические) - кристаллические вещества. Строгой общепринятой классификации пигментов не существует.

Наиболее полное отражение ассортимент всех выпускаемых в мире пигментов нашел в международном справочнике, называемом «Колор-индекс интернационал», выпускаемом американским обществом химиков-текстильщиков и колористов. Это многотомное издание с дополнениями, где каждый зарегистрированный пигмент (или краситель) имеет номер и, в соответствии с этим номером, для ряда пигментов и красителей дается характеристика потребительских свойств, областей применения, а также под дополнительным номером приводится химическая структура и исходное сырьё для получения этого пигмента или красителя.

В практическом применении пигменты подразделяют:

  1. по химическому составу:
    • неорганические;
    • органические;
  2. по цвету:
    • ахроматические (белые, чёрные, серые);
    • хроматические или цветные.

Неорганические пигменты, в свою очередь, делятся на природные и синтетические. Вследствие непостоянства состава природных пигментов, их цвет и физико-химические свойства варьируют в широких пределах, поэтому природные пигменты постепенно заменяются синтетическими. Однако природные неорганические пигменты - самые дешёвые пигменты в настоящее время.

По назначению неорганические пигменты подразделяются на:

  • декоративные;
  • защитно-декоративные;
  • защитные (антикоррозионные);
  • целевого назначения.

По химическому составу неорганические пигменты делятся на оксиды, соли, металлы, а также по входящему в состав неорганического пигмента металла называются: титановыми, свинцовыми, цинковыми, кадмиевыми, молибде­новыми, хромовыми и т.п.

Органические пигменты обладают только декоративными свойствами и классифицируются по цвету и по классам органических соединений. Яркие, чистые, насыщенные цвета органических пигментов создают широкую гамму расцветок, которую невозможно получить, используя только неорганические пигменты.

Органические пигменты превосходят неорганические по красящей способности, чистоте и яркости, но уступают, как правило, по устойчи­вости к свету и погоде, лакокрасочным растворителям и связующим.

Пигменты

Неорганические пигменты, Неорганические пигменты представлены несколькими марками железоокисных пигментов красного, желтого, зеленого, коричневого и черного цветов, ультрамарином, пигментной окисью хрома, несколькими марками кронов, техническим углеродом и диоксидом титана различных марок. В сравнении, с органическими пигментами свето- и атмосферостойкие, химическистойки, более укрывистые, могут использоваться с любыми плёнкообразователями, могут использоваться с любыми плёнкообразователями.

Важнейшими потребительскими свойствами пигментов являются

  1. Колористические: красящая способность (интенсивность), оттенок и чистота тона.
  2. Физические: кристаллическая модификация, форма и размер частиц, распределение частиц по размерам, удельная поверхность, насыпной объём, устойчивость к миграции.
  3. Аналитические показатели (они же хим. свойства): рН водной суспензии,   удельная электропроводность, содержание влаги и летучих в-в устойчивость к химическим реагентам, маслам, растворителям, связующим и пластификаторам.
  4. Физико-химические свойства: гидрофильность или олеофильность (определяется гидрофильно/лиофильным балансом по смачиваемости водой или неполярным органическим растворителем), устойчивость к свету и погоде.
  5. Технологические свойства: кроющая способность (или прозрачность) пигмента, маслоемкость, совместимость с другими компонентами краски, технологичность применения.
  6. Экологическая безопасность: токсичность, пыление, утилизация.

С точки зрения производителей ЛКМ, пигменты должны соответствовать следующим требованиям:

  • стабильность цвета;
  • светостойкость и погодостойкость (для наружного применения);
  • укрывистость;
  • хорошее распределение в ЛКМ;
  • низкая маслоёмкость;
  • щелочестойкость (для применения в фасадных водоэмульсионных красках);
  • блеск в ЛКМ для высокоглянцевых покрытий.

Традиционно основными пигментами, используемыми в ЛКМ, являются неорганические пигменты. И наибольшее применение имеют белые пигменты, прежде всего двуокись титана (65-70% от всего объёма применяемых пигментов), обладающая высокой степенью белизны, хорошей укрывистостью и низкой маслоемкостью.

Жёлтые, оранжевые, красные и коричневые неорганические пигменты представлены двумя большими группами - это хроматы металлов, называемые кронами, и железоокисные пигменты.

Свинцовые и цинковые крона - токсичные продукты, ПДК в воздухе производственных помещений не более 0,01 мг/м3. Содержание шестивалентного хрома нормируется в сточных водах - не более 0,1 мг/л. К недостаткам свинцовых кронов относится их нестойкость к щелочам, что исключает их применение в бетоне, штукатурке и тротуарных плитках.

Под действием света происходит изменение оттенка жёлтых свинцовых кронов в красную область спектра. Степень изменения оттенка зависит от применяемого связующего и увеличивается с ростом способности связующего к окислению.

Железоокисные жёлтые и красные - наиболее широко применяемые цветные неорганические пигменты. Они свето- и атмосферостойкие, химически стойки, обладают хорошей укрывистостью и могут использоваться с любыми плёнкообразователями,  годятся для красок как внутри помещения, так и для фасадов.

Следует, однако, иметь в виду, что жёлтый железоокисный пигмент при Т°> 200оС теряет кристаллизационную воду, и при этом резко усиливается красный оттенок. Что касается красного железоокисного пигмента, то он получается с различным оттенком в зависимости от температуры, при которой происходит получение пигмента (прокаливанием обезвоженного железного купороса): при 700-725°С получается красно-оранжевый пигмент, при 730-780°С – красный, при 850°С - пурпурно-фиолетовый.

Из синих неорганических пигментов наиболее известны и дёшевы ультрамарин и железная лазурь. Ультрамарин не обладает достаточной укрывистостью и не устойчив к кислотам, но термостоек и устойчив к щелочам. Для фасадных красок ультрамарин не используется из-за фотохимической активности, что вызывает меление покрытий. Широко используется для подсинивания белых красок, в основном побелок.

Железная лазурь (иначе называемая также милори) не устойчива даже к слабой щёлочи. Термостойка до 180°С. Трудно диспергируется.

Хотелось бы подробнее остановиться на оценке такого важнейшего потребительского свойства пигментов, как цвет и его характеристики (оттенок, чистота тона).

Понятие цвет определяется как характеристика светового стимула, создающего определённые зрительные ощущения. Цвет - это понятие психофизическое. Восприятие цвета человеком зависит от ряда факторов:

  1. природа освещения (спектральный состав источника излучения, при котором производится оценка окрашенной поверхности (дневной свет, лампа накаливания, люминесцентные лампы);
  2. интенсивность излучения (чем выше интенсивность излучения, тем лучше видны малые цветовые различия);
  3. характер окрашенной поверхности (гладкая, фактурная, матовая, глянцевая);
  4. психо-эмоциональное состояние человека, производящего визуальную оценку. Человеческий глаз - самый совершенный прибор для оценки малых цветовых различий. Диапазон чувствительности человеческого глаза зависит от интенсивности освещения (ночью все кошки серые), от условий наблюдения (угол освещения и угол наблюдения цвета, размер окрашенных образцов, расстояние от оцениваемой поверхности до глаз наблюдателя, от цвета окружающих предметов, например, от окраски стен в помещении, где производится оценка цвета), а также от индивидуальных особенностей цветного зрения наблюдателя. Стандартными границами видимого света считается интервал l от 400 до 700 нм, однако отдельные наблюдатели с тренированным цветовым зрением фиксируют цвет в диапазоне более широком - от 350 до 850 нм.

Окрашенные поверхности избирательно поглощают падающие на поверхность световые лучи, а остальные, непоглощённые лучи, отражают. Таким образом, визуально мы видим отражённые световые потоки. Цвет, видимый нами, является дополнительным к поглощённому цвету.

Традиционно принято производить визуальную оценку цвета при дневном свете. Однако дневной свет зависит от географической широты, от времени года, времени дня, местных погодных условий.

Пигменты

В настоящее время, особенно за рубежом, всё чаще сравнение цвета производят в специально оборудованных комнатах или в типовых цветовых камерах со стандартным источником света Д65, спектральное излучение которого наиболее полно соответствует среднему дневному свету. Между­народная комиссия по освещению приняла этот источник в качестве стандартного.

Уровень освещённости в люксах для оценки цвета должен быть не менее 700 люкс и почти до 3000 люкс для тёмных тонов. Уровень освещенности следует регулярно проверять и своевременно заменять лампы. Оценка цвета всегда производится относительно согласованного стандартного образца. Приготовление модельных красок из испытуемого и стандартного образца производится с использованием одних и тех же связующих, белил, на одном и том же оборудовании и в один и тот же день. Оцениваемые образцы окрасок должны располагаться вплотную друг к другу, иметь примерно одинаковые размеры, находиться на нейтрально окрашенной в ахроматический цвет (обычно светло-серый) поверхности, на ровном удалении от глаз наблюдателя.

Поскольку субъективность визуальной оценки цвета всегда была темой для дискуссий, особенно между производителями и потребителями красителей и пигментов, на помощь колористам были созданы цветоизмерительные приборы.

Крупнейшим мировым производителем цветоизмерительной техники является компания "Макбет".

Это спектрофотометр отражённого света, регистрирующий интенсивность отражённого света по длинам волн в интервале видимого света в диапазоне 380-720 нм. Освещение диффузное. Источник излучения - галогеновая лампа импульсного излучения. Обработка спектров отражения производится компьютером по специальной программе оценки цвета. Систем оценки цвета много. Однако в 1976 году МКО приняла и рекомендовала для расчёта цветовых различий систему CIELab. Это равноконтрастная колориметрическая система, в которой при векторном изображении цвета в трехмерном пространстве цветовые различия, воспринимаемые глазом, пропорциональны расстоянию между соответствующими точками пространства.

Каждый цвет однозначно характеризуется тремя координатами:

  • L - светлота - от 0 (абсолютно черный) до 100 (идеально белый)
  • а - красно-зелёная ось
  • в - жёлто-синяя ось

Эти координаты цвета рассчитываются из коэффициентов отражения по специальным формулам с учётом спектрального состава источника излучения и чувствительности глаза среднестатистического наблюдателя.

Из величин L , а, в, рассчитываются различия

  • по насыщенности (или чистоте тона) - ∆C
  • различия цветового тона (оттенка) - ∆H
  • общее цветовое различие двух сравниваемых образцов ∆Е. Эта величина общего цветового различия между испытуемым образцом и согласованным образцом сравнения (стандартным образцом предприятия-изготовителя), которая и является темой для обсуждения и согласования между производителем и потребителем. Основной плюс - это то, что разговор переходит на язык цифр, уходит от описательного типа (незначительно краснее, несколько чище), но при этом надо учитывать, что Е не может быть задано слишком маленьким по ряду объективных причин, прежде всего связанных со всем ходом подготовки и проведения оценки цвета. Имеется в виду прежде всего то, что оценку цвета пигментов мы даём в окраске, выполненной модельной краской, в состав которой, помимо испытуемого (или стандартного образца) пигмента, входят белила и связующее.

Другая промышленная химия