Пигменты (от лат. pigmentum — краска) – это высокодисперсные вещества, нерастворимые (в отличие от красителей) в воде, органических растворителях, пленкообразователях и других средах,обладающие определённым набором оптических, механических, сорбционных свойств.

Назначение пигментов:

- придание изделиям непрозрачности и цвета;
- модификация свойств.

Пигменты могут быть неорганическими или органическими веществами. В качестве пигментов применяются также металлические порошки. Пигменты могут быть природные и синтетические. Пигменты классифицируют следующим образом:

По цвету и химическому составу

• ахроматические
• белые (цинковые белила, диоксид титана, литопон, свинцовые белила)
• чёрные (сажа, чёрный оксид железа)
• серые (цинковая пыль, алюминиевая пудра)
• хроматические
• имеющие собственный цветовой тон в длинноволновой области видимого спектра (жёлтые, оранжевые, красные и коричневые) - крона – хроматы, пигменты с хромофором CrO4 2- (жёлтый свинцовый крон, оранжевый свинцовый крон, свинцово-молибдатный крон, цинковый крон, стронциевый крон и др.)
• кадмиевые и ртутные пигменты – сульфиды и селены с хромофором S₂- и Se₂- (жёлтый кадмий, оранжевый кадмий, красный кадмий, киноварь)
• железооксидные пигменты с хромофором Fe₂+ и Fe₃+ (жёлтые, красные, коричневые)
• - оксиды свинца с хромофором Pb₂+ (сурик)
• - имеющие собственный цветовой тон в коротковолновой области видимого спектра (зелёные, синие и фиолетовые)
• хромовые пигменты с хромофором Cr₂+ (оксид хрома)
• кобальтовые пигменты с хромофором Cо₂+ (зелёный, синий, фиолетовый)
• медные пигменты с хромофором Cu₂+
• марганцевые пигменты с хромофором Mn₂+, Mn₅+ или Mn₆+
• железная лазурь с хромофором [Fe(CN)₆]₄-
• ультрамарин

По значению специальных пигментных свойств:

• пигменты – красящие вещества.
• пигменты-наполнители. К пигментам-наполнителям относят, как правило, неорганические ахроматические порошки, обладающие плохими пигментными свойствами (цветовые характеристики, укрывистость) и применяемые лишь в комбинации с перечисленными выше хроматическими или ахроматическими пигментами для удешевления композиций и улучшения физико-механических показателей.

По назначению:

• пигменты общего назначения
• пигменты для противокоррозионных лакокрасочных материалов
• пигменты специального целевого назначения, придания изделиям специальных свойств
• пигменты для художественных красок.

По влиянию на коррозионные процессы пигменты подразделяют на три группы:

• антикоррозионные (цинк; борат, фосфат и тетраоксихромат цинка;хромат стронция, фосфат хрома)
• коррозионно-нейтральные (оксиды железа, хроматы свинца)
• стимуляторы (графит, сажа)

Выбор пигментов определяется свойствами пигмента и материала, характером их взаимодействия, а также параметрами переработки и условиями эксплуатации изделий. При выборе следует иметь в виду, что технические свойства пигмента (оттенок, укрывистость, светостойкость, интенсивность и др.) зависят не только от химического состава пигментов, но в большей степени от размеров и формы частиц, которые в свою очередь, зависят от условий получения пигмента: концентрации и температуры исходных растворов, интенсивности их перемешивания, температуры и т.д.
1 неорганические пигменты

Химическая природа неорганических пигментов:

- оксиды, гидроксиды металлов и их смеси (диоксид титана, оксиды
железа, гидроксиды железа, оксид хрома)
- соли металлов и их изоморфные и механические смеси (хроматы и молибдат свинца (крона); борат, фосфат и тетраоксихромат цинка; хромат стронция, фосфат хрома)
- металлы (цинк)

Наиболее распространенные пигменты:

1.1 Декоративно-защитные неорганические пигменты

- диоксид титана производства английской компании Huntsman Tioxide
- неорганические пигменты (пигменты на основе оксидов железа и хромовые пигменты) английской компании ELEMENTIS Pigments - неорганические пигменты (свинцовые крона) австрийской компании HABICH GmbH - неорганические пигменты китайского производства.

1.1.1 Диоксид титана

По химическому составу представляет собой диоксид титана TiO₂ (92- 97%) с добавлением ряда соединений (ZnO, Al₂O₃, SiO₂, фосфатов и др.), снижающих фотоактивностъ, коагуляцию и флокуляцию. Иногда в состав пигмента вводят органические вещества.

Диоксид титана является полиморфным соединением, он кристаллизуется в двух сингониях:

- брукит – в ромбической,
- рутил и анатаз – в тетрагональной,

Брукит технического значения не имеет. Рутил и анатаз относятся к тетрагональной структуре, но имеют разные кристаллические решётки. Вследствие более плотной упаковки ионов в кристалле рутила увеличивается их взаимное притяжение, снижается
фотохимическая активность, увеличиваются твёрдость, показатель преломления, диэлектрическая постоянная. В чистом виде диоксид титана, особенно в анатазной форме, обладает высокой фотохимической активностью, что вызывает разрушение плёнкообразователя и выцветание органических пигментов.

Для снижения фотохимической активности проводят закрытие активных центров поверхности диоксида титана гидроксидами кремния, алюминия, цинка. Кроме того, как правило, производят модифицирование поверхности. Модифицирование солями кремния, алюминия, цинка увеличивает гидрофильность поверхности, а модификация жирными кислотами, алифатическими аминами, солями четвертичных аммониевых оснований и особенно кремнийорганическими соединениями гидрофобизируют поверхность.

Подбирая для каждого вида систем свои модификаторы, получают марки пигментного диоксида титана различного назначения.

Диоксид титана химически инертен, нерастворим в слабых кислотах и щелочах и органических растворителях. Диоксид титана может применяться со всеми видами плёнкообразователей и растворителей. Пригоден для водных и порошковых красок, широко применяется для окрашивания в массе изделий из резины, пластмасс, бумаги и химических волокон.

Рассмотрим диоксид титатана аглийской компании Huntsman Tioxide:

Диоксид титана
Huntsman Tioxide (Англия)

Дополнительно: Марка TR28 - мелкокристаллический рутильный пигмент, специально разработанный для использования в пластических массах. Рекомендуется для изготовления полиолефиновых супер-концентратов и экструдированного полиэтилена. Его свойства:

1.1.2 Пигменты на основе оксидов железа

Железооксидные пигменты имеют широкую цветовую гамму благодаря различному химическому составу. Выделяют следующие основные железооксидные пигменты:

• желтые пигменты являются гидратами оксида трехвалентного железа Fe₂O₃•Н₂О или FeO(OH):
• красные - оксидами трехвалентного железа Fe₂O₃
• черные - ферритами железа Fe₃O₄ (FeO•Fe₂O₃)
• коричневые - смесью чёрных и красных пигментов
• оранжевые – смесью жёлтых и красных пигментов
• зеленый железооксидный пигмент - механическая смесь, состоящая
• из 90% желтого железооксидного пигмента и 10% голубого фталоцианинового пигмента
• синий железооксидный пигмент представляет собой продукт взаимодействия ферроцианида натрия и FeSO₄.

Железооксидные пигменты обладают высокой укрывистостью икрасящей способностью, они устойчивы к действию света, солей, слабых кислот и щелочей. Придают изделиям значительную механическую прочность и непроницаемость для влаги. Красные пигменты – термостойки.

Железооксидные пигменты применяются для окрашивания цементных материалов, бетона, строительных смесей, керамики, цементно-песочных и цементно-известковых изделий; для производства кирпича, полимерных и лакокрасочных материалов, в том числе – в вододисперсионных красках, грунтовках, эмалях, предназначенных для отделки поверхностей внутри и снаружи помещений.

Железооксидные пигменты Elementis – высококачественные пигменты, обладающие преимуществами лучших марок; это -отличная укрывистость, высокая интенсивность цвета. Эти пигменты не утрачивают оттенка, химически стабильны и используются в целом ряде областей, включая грунтовки, отделочные краски, структурные покрытия и строительные материалы. Пигменты Elementis – химически стабильные, свето- и атмосферостойкие, весьма термостабильны.

Железооксидные пигменты
 

1.1.3 Хромовые пигменты

В качестве пигментов применяются следующие соединения зелёного цвета:

- оксид хрома Сг₂О₃
- гидрат оксида хрома Сг₂О₃ • nН₂О, известный под названием изумрудная зелень.

Оксид хрома

Цвет оливково-зеленый с разными оттенками от желтоватого до синеватого.

По химическому составу представляет собою почти чистый оксид хрома (99,0—99,5% Сг₂О₃)

Оксид хрома обладает высокими укрывистостью, свето-, термо-атмосферостойкостью и стойкостью к действию агрессивных газов. Однако легко окисляется воздухом в присутствии щелочей, горячими растворами некоторых окислителей. Имеет высокую абразивность. Гидрат оксида хрома обладает очень красивым изумрудно-зелёным цветом.

Изумрудная зелень отличается особой стойкостью к действию солнечного света, атмосферных явлений, агрессивных газов, а также химических реагентов: она не растворяется в кислотах и щелочах. Но в отличие от оксида хрома термостойкость изумрудной зелени не велика.

Оксиды хрома

- Прекрасная светостойкость и атмосферостойкость
- Высокая термостойкость (до 760 °C)
- Не подвержены влиянию кислот, щелочей, связующих веществ и растворителей
- Превосходная консистенция для штабелирования

Гидраты оксида хрома

- Нерастворимы в воде
- Высокая совместимость со многими органическими материалами

1.1.4 Свинцовые крона

Крона – хроматы, пигменты с хромофором CrO4 2- выделяют следующие пигменты:

- жёлтый свинцовый крон
- оранжевый свинцовый крон
- красный свинцово-молибдатный крон

Жёлтый свинцовый крон представляет собой изоморфные смеси хромата с сульфатом свинца и по составу соответствует формуле PbCrO₄•nPbSO₄, (n = 0 ÷ 2).

Кристаллизуется в двух кристаллических модификациях:
- моноклинная – тёмно жёлтая
- ромбическая – лимонная, светло жёлтая

Оранжевый свинцовый крон представляет собой изоморфные смеси хромата с оксидом свинца и по составу соответствует формуле PbCrO₄•PbO. На цвет влияет размер частиц:
- высокодисперсные – оранжевые
- низкодисперсные - красные

Особо светлые сорта пигмента содержат примеси жёлтого крона и являются, таким образом, смесью оксихромата и хромата свинца PbCrO₄•PbO + nPbCrO₄. Он термостоек, при нагревании до 600^oС не разлагается, его цвет и другие свойства почти не изменяются.

Красный свинцово-молибдатный крон

По химическому составу свинцово-молибдатный крон — изоморфная смесь хромата, сульфата и молибдата свинца PbCrO₄•nPbMoO₄•mPbSO₄. Содержание молибдата свинца составляет 10 —12%, сульфата свинца — 11—13% и хромата свинца — 73—75%, что отвечает примерно формуле состава 7PbCrO₄•PbMoO₄•PbSO₄. Цвет свинцово-молибдатных кронов красный, насыщенный с оттенками от оранжевого до темно-красного в полном тоне и от оранжевого до синевато-красного при разбеле. Цвет пигмента зависит от физических свойств: дисперсности, кристаллической структуры, микроструктуры и т.д.

Крона отличаются высокой яркостью цветового тона и высокой красящей способностью, но невысокой светостойкостью. С течением времени изменяют свой основной тон: под действием света зеленеют (Сг₆+ жёлтый — Сг₃+ зелёный) и темнеют вследствие образования перекисных соединений свинца. Свинцово-молибдатный крон по светостойкости значительно превосходит жёлтые свинцовые крона. При действии щелочей краснеют (образуются основные хроматы свинца); при действии H₂S темнеют (образуется PbS), вследствие чего нельзя смешивать крона с пигментами, содержащими ион S2-. Оранжевый свинцовый крон и красный свинцово-молибдатный крон можно также отнести к пигментам противокоррозионного назначения, т.к. они стойки к действию корродирующих агентов, благодаря пассивирующему действию на металл.

Свинцовые крона HABICH GmbH (Австрия)

1.1.5 Железная лазурь (Милори)

Железная лазурь представляет собой смесь ферроцианида железа и калия, последний может заменяться ионом NH4+. Химическая формула милори зависит от условий синтеза и в общем виде может быть представлена формулой Fe₄[Fe(CN)6]3•nK₄Fe(CN)₆ •mH₂O. Содержание отдельных компонентов в технической лазури (в %): Fe2+—19—22; Fe(CN)₆ 4-—56—68, К+ или NH₄ +—4—10; H₂O—3—17.

Цвет лазури может колебаться от темно-синего, почти чёрного, до синего, а иногда даже до голубого. Оттенок красноватый с медным бронзящим блеском; красноватый без медного блеска, зеленоватый. Бронзящий блеск может быть от очень сильного до почти незаметного. При смешении со свинцовыми и цинковыми кронами лазурь образует богатую гамму свинцовых и цинковых зеленей от ярко зеленого до оливкового цвета в зависимости от качества и количества взятых компонентов. При применении в смеси с цинковыми белилами лазурь приобретает зеленоватый оттенок.

Милори – высокодисперсный пигмент, обладает высокой красящей и кроющей способностью. Лазурь стойка к растворителям, минеральным кислотам, разрушается только при кипячении с концентрированной H₂SO₄. Но разлагается при действии даже слабых щелочей, образуя ферроцианид калия и оксид железа (переходит в бурый цвет). Вследствие этого милори нельзя применять в водных красках, в красках для окраски по
штукатурке, бетону, а также в смеси с пигментами, наполнителями и пленкообразующими, имеющими щелочную реакцию.

Железная лазурь склонна к флокуляции и к всплыванию в красках. лазурь китайского производства.

www.newchemistry.ru