Традиционно пигменты подразделяют на органические и неорганические.
Органические пигменты
Органические пигменты находятся в свободном и связанном состоянии в структурах растительного и животного происхождения. Поскольку их добыча из биоматериалов обходится весьма дорого, основные виды органических пигментов производятся путем первичного синтеза, главным образом, из нефтепродуктов. Проходя целый ряд химических превращений, они дают нерастворимый осадок, искомый пигмент. Впоследствии он высушивается при высоких температурах до готового состояния.
Органические пигменты заметно превосходят неорганические по красящей способности, чистоте и яркости цвета. К тому же количество цветов и оттенков у органических пигментов намного больше. Поэтому их преимущественно применяют в производстве художественных и полиграфических красок, лазерной и электронной техники, для окрашивания тканей и т.д.
Наиболее важные классы органических пигментов:
Азопигменты - самая многочисленная группа органических пигментов, объединяющая нерастворимые моноазокрасители. Основой этой группы является хромофорная азогруппа — N = N — , связанная с ароматическими или гетероциклическими радикалами. В зависимости от состава, строения и наличия других хромофорных и аутохромных групп в молекулах азопигментов их цвет изменяется в широких пределах от жёлтого до красно-фиолетового. Азопигменты обладают чистым и ярким цветом, высокой укрывистостью и интенсивностью, а также устойчивостью к действию света и атмосферных явлений. Интенсивность азопигментов в 5-8 раз превосходит интенсивность неорганических пигментов аналогичного цвета (например, свинцовых кронов).
Хинакридоновые пигменты представляют собой группу органических пигментов , производных от основной структуры хинакридона (QAC, Quinacridone - промышленный органический пигмент и органический полупроводник с оттенками от красного до пурпурного). Пигменты хинакридона обладают очень хорошей атмосферостойкостью, высокой стойкостью окраски и дают очень чистые цвета. Химическая стойкость, а также температурная стабильность большинства представителей также превосходны. По цветовому спектру хинакридоновые пигменты дают цвета от ярко-красного до пурпурного и розового, от золотисто-желтого и красно-оранжевого до каштаново- коричневого.
Фталоцианиновые пигменты образуют группу пигментов синего и зеленого цветов и являются производными фталоцианина, где центральный атом водорода может быть замещен на металл. Фталоцианиновые пигменты имеют превосходную светостойкость и высокую термостойкость, они совершенно не растворяются в воде, почти не растворимы в органических растворителях и необычно стойки к воздействию химических реагентов. Фталоцианиновые пигменты устойчивы к действию кислот, щелочей и к действию восстановителей.
В группу органических пигментов также входят дикетопирролопирролы, изоиндолины и другие полициклические пигменты.
Неорганические пигменты
Неорганические пигменты изготавливаются путем измельчения и переработки горных пород и минералов, а также путем первичного синтеза из искусственного сырья. После этого в жидкой фракции образуется осадок, который впоследствии промывают, высушивают при заранее определенной температуре (часто от нее зависит цвет пигмента). Этот сухой остаток и называется неорганическим пигментом. Внешне, неорганические пигменты представляют собой цветные порошки.
Неорганические пигменты отличаются высокой свето-, термо- и атмосферостойкостью, устойчивостью к химикатам, хорошей укрывистостью, могут использоваться с любыми плёнкообразователями. Благодаря этому они активно применяются в производстве лакокрасочной и полимерной продукции со специальными свойствами (термостойкие, электроизолирующие, антифрикционные, светящиеся в темноте, огнеупорные и т.д.) для агрессивных сред и активного промышленного и бытового использования.
Наиболее важные классы неорганических пигментов:
Крона свинцовые представляют собой изоморфную смесь хромата и сульфата свинца. Цвет кронов - от желтого до светло-лимонного. Отличаются большой укрывистостью, обладают хорошими антикоррозионными свойствами.
Исторически крона восходят к минералу крокоиту, который был открыт в 1765 году на Урале русским геологом М.Палласом. В 1797 году француз Луис Вокелен из этого минерала выделил новый химический элемент, который он назвал хром из-за яркой и разнообразной окраски его соединений (от греческого «chroma» — краска).
По химическому составу минерал крокоит оказался хроматом свинца PbCrO4. Нерастворимые в воде хроматы тяжелых металлов, используемые в качестве пигментов, получили в нашей стране название «кронов». Первые предприятия по производству минеральных красителей на основе соединений хрома появились в 1816 году в Англии и в 1818 году во Франции.
Ультрамарины — пигмент насыщенного глубокого синего цвета, который первоначально был получен путем измельчения лазурита в порошок. Название происходит от латинского ultramarinus, буквально «за морем», потому что пигмент был импортирован в Европу из шахт в Афганистане итальянцем торговцев в течение 14 и 15 веков. Ультрамарин был лучшим и самым дорогим синим цветом, который использовался художниками эпохи Возрождения.
По химическому составу ультрамарин — это синтетический алюмосиликат натрия с включением полисульфидов натрия. С 20-х гг. XIX века производится синтетическим путем. В зависимости от своего состава может быть белым, зелёным, синим, фиолетовым и красным.
Железооксидные — неорганические пигменты, представляющие собой окись железа (III), гидрат окиси железа (III) или смешанный окисел Fe3O4. Оксиды железа обладают обширным цветовым разнообразием: от черно-синих до желтых и зеленых тонов. Железооксидные - одна из наиболее применяемых в промышленности групп пигментов.
В современной химической промышленности преимущественно используются железооксидные пигменты синтетического происхождения. Они отличаются от природных (охр, железного сурика, мумии) более высоким содержанием a-Fe2O3, чистым цветом, высокими дисперсностью и красящей способностью (интенсивностью), отсутствием абразивных примесей и легкой диспергируемостью в пленкообразователях и полимерах.
Железооксидные пигменты обладают высокой укрывистостью, стойки к действию солей, слабых кислот и щелочей, непрозрачны для ультрафиолетовых лучей и придают красочной пленке значительную механическую прочность и непроницаемость для влаги. Отличаются сравнительной дешевизной и доступностью.
Эффектные пигменты применяются для получения различных декоративных эффектов покрытия, например, перламутрового свечения, интерференции, флуоресценции, эффекта «хамелеон».
Перламутровые эффектные пигменты позволяют создать необычные цветовые переходы на покрытиях. В момент попадания на перламутровый пигмент солнечного луча, на предмете образуются всевозможные оттенки, хотя сам предмет своего цвета не меняет. Перламутровые пигменты используются при изготовлении всех типов ЛКМ, изделий из пластмассы, кожи, чернил, бумаги, строительных материалов, печатной промышленности, авторемонтных покрытий, эпоксидной смолы, косметики, красок и лаков.
Флуоресцентные эффектные пигменты могут отражать поглощенный ультрафиолетовый свет в видимой области спектра (отражает в 3 раза больше стандартных значений), за счет чего цвет пигмента выглядит более ярким. Окрашенные флуоресцентными пигментами поверхности хорошо видимы с большого расстояния даже при низком освещении. При дневном освещении они на 75% более заметны, чем другие пигменты, в темноте — на 180%. Флуоресцентные пигменты широко используются и особенно востребованы при производстве покрытий, привлекающих внимание (например, для дорожных знаков и ограждений).
Эффектные пигменты в целом отличаются низкой токсичностью (одобрены для использования в косметике), устойчивостью к агрессивным средам, высокой светостойкостью и атмосферостойкостью, отсутствием миграции цвета со временем. Имеют высокую термостабильность, не являются токопроводящими, легко диспергируются в любых связующих, негорючи.
Термостойкие пигменты — синтетические минеральные красители в виде окрашенных оксидов металлов и их сочетаний, твёрдых растворов или химических соединений. Они способны сохранять свои физико-химические свойства при горячем отверждении покрытий (от 800°C до 1400°C) и в процессе длительной эксплуатации покрытий при повышенной температуре. Незаменимый продукт для окраски оборудования ядерной энергетики и химической промышленности.
* * *
Несмотря на сравнительную простоту самого продукта (сыпучий цветной порошок), технология подбора и применения пигментов в большинстве отраслей требует высокой квалификации и учета многих параметров.