A pigment színét befolyásoló tényezők

 

A pigment színét számos tényező befolyásolja, amelyek közül a kémiai szerkezet, a kristályforma és a felületkezelés a színt és a másodlagos tulajdonságokat egyaránt meghatározó tényezők. Egy pigment színét elsősorban a kémiai szerkezete határozza meg. A kristályforma típusa, az alak, a részecskeméret és a felületkezelés azonban szintén megváltoztathatja a színt. Például a ftalocianin-kékek közül az α kristályforma vörös árnyalatot, a β kristályforma zöld árnyalatot mutat, az ε kristályforma pedig az α formánál vörösebb árnyalatú ftalocianin-kék pigmentet eredményez. A pigmentek másodlagos tulajdonságai - mint például a kristálystabilitás, fényállóság és időjárásállóság, fedőképesség és átlátszóság, színezőerő, fényesség, reológia, diszpergálhatóság, hőállóság és kémiai ellenállás - egyre nagyobb jelentőséggel bírnak a piaci megkülönböztetés és szegmentáció szempontjából.

 

 

Kémiai szerkezet

 

Általános kémiai szerkezete alapján a pigmentek szervetlen pigmentekre, szerves pigmentekre és hatáspigmentekre oszthatók.

 

1) Szervetlen pigmentek:Kémiai szerkezetük szerint osztályozva ezek közé tartozik a titán-dioxid, a korom, a vas-oxid sorozat, az ólom-kromát sorozat, a króm sorozat és a kadmium sorozat oxidjai, az ultramarin kék, a bizmut-vanadát és a kompozit szervetlen pigmentek.

2) Szerves pigmentek: A szerves pigmenteket kémiai szerkezetük alapján nagyjából azopigmentekre, policiklusos pigmentekre és fémkomplex pigmentekre osztják. Az azopigmentek túlnyomórészt hagyományos, gyenge színtartósságú szerves pigmentek, bár vannak kivételek, mint például a benzimidazolon. A diazo-kondenzációs pigmentek azonban a nagy teljesítményű szerves pigmentek kategóriájába tartoznak. A policiklusos és fémkomplex pigmentek kiváló színtartóssággal és ellenálló képességgel rendelkező, nagy teljesítményű szerves pigmentek.

 

3) Effekt pigmentek: Többek között alumíniumpor, rézpor, fémes alumínium, természetes csillám, szintetikus csillám, üvegpelyhek, bizmut-oxiklorid, grafitpelyhek, polimer szerkezeti színek és színváltoztató pigmentek.

Kristály és felületkezelés

 

A pigmentkristályok részecskemérete, méreteloszlása, kristályformája, kristályszerkezete és kristályossága mind befolyásolja a színteljesítményt és a másodlagos tulajdonságokat. A porok kristályos vagy amorf szerkezetűek, míg a pigmentek mindig kristályos formában léteznek. A pigmentkristályok a pigment legkisebb részecskéit képviselik, amelyek atomokból vagy molekulákból állnak, és meghatározott mintázatokban vannak elrendezve és összeállítva. Különleges alakjuk és mikroszerkezetük elektronmikroszkópiával megfigyelhető.

A pigmentdiszperziókban jelen lévő legkisebb részecskéket elsődleges részecskéknek nevezzük, amelyek átmérője körülbelül 0,05 és 1 μm között mozog. Ezek különböző formájúak, például kockák, gömbök, rudak és tűk.

 

Magas felületi energiájuk miatt az elsődleges részecskék erős hajlamot mutatnak a spontán aggregációra és a felületi energia csökkentésére. Általában szoros szerkezetű aggregátumokat képeznek véletlenszerű él-perem vagy szembe-felületi kötés révén. Ezek az aggregátumok átmérője nagyobb, mint az elsődleges részecskéké, általában 1 és 10 μm között mozog. A pigmentgyártás során a szűrési és szárítási folyamatok során az elsődleges részecskék és az aggregátumok, vagy maguk az aggregátumok nagyobb, lazább szerkezetű agglomerátumokba tömörülnek, amelyek részecskemérete meghaladja a 10 μm-t.

A pigmentkristályok jellemzői jellemzően a következő tulajdonságokon keresztül nyilvánulnak meg, amelyek mindegyike különböző mértékben befolyásolja a pigment teljesítményét. A részecskék mérete, alakja és méreteloszlása különösen jelentős hatást gyakorol a pigment tulajdonságaira.

• Részecskeméret Általában kicsi, mikrométerben (μm) mérve.
• Részecskeméret-eloszlás, amelyet általában olyan paraméterekkel mérnek, mint a D10, D50 és D90. Például a 20μm-es D50 azt jelzi, hogy a pigmentrészecskék 50% átlagos átmérője 20μm.
• Kristályszemcsék alakja, például makulátlan, gömb alakú, kocka alakú vagy más formák.
• Kristályszerkezet: Egyetlen pigment több kristályformát is mutathat. Például a ftalocianin kéknek van α, β és ε formája, míg a titán-dioxid anatáz, rutil és brookit formájában létezik. A különböző kristályszerkezetek eltérő színtulajdonságokat és másodlagos jellemzőket eredményeznek.
• A kristályosság elsősorban a színtartóságot befolyásolja. A kristályosság növelése javítja a pigment fényállóságát, időjárás- és hőállóságát, ugyanakkor javítja reológiai tulajdonságait, oldószerállóságát és a színkiütéssel szembeni ellenállását.

 

A felületkezelés kritikus folyamat és technológia a pigmentfeldolgozásban. A felületkezelés elsődleges funkciója a részecskék felületi polaritásának megváltoztatása, ami biztosítja a pigment és az alkalmazási közeg közötti jó kompatibilitást. Ez javítja az alkalmazási tulajdonságokat, mint például a diszperzió, a reológia, az ellenállás és a diszperziós rendszer stabilitása. Ugyanazt a pigmentet különböző felületkezelésekkel lehet feldolgozni, hogy különleges alkalmazási tulajdonságokkal rendelkező terméktípusokat lehessen előállítani, mint például könnyű diszpergálás, habzásgátlás, magas fedőképesség vagy nagy átlátszóság, valamint oldószer- vagy vízbázisú alkalmazásokhoz való alkalmasság.

 

A részecskeméret hatása a pigmentekre

 

A különböző szerkezetű pigmentek részecskemérete is nagymértékben eltér. Általában a szervetlen pigmentek részecskemérete nagyobb, mint a szerves pigmenteké. A szervetlen pigmentek közül a korom nagyon kis szemcseméretű, még egyes szerves pigmenteknél is kisebb, míg a titán-dioxid és a vasoxidok nagyobb szemcsemérettel rendelkeznek. A vasoxid-vörös részecskemérete a titán-dioxid szemcseméretének több tucatszorosát is elérheti.

A részecskeméret hatása a színárnyalatra

Az azonos kémiai szerkezetű pigmentek színárnyalata a részecskeméret függvényében változik. Egy adott pigment esetében a színszög a részecskeméret csökkenésével nő, a részecskeméret növekedésével pedig csökken. Amikor egy adott pigment részecskemérete csökken, az árnyalata az óramutató járásával ellentétes irányba tolódik el a színkörön. Ezzel szemben, amikor a részecskeméret növekszik, a színárnyalat az óramutató járásával ellentétes irányban tolódik el a szomszédos színárnyalatok felé.

 

A részecskeméret hatása a felületre és a tulajdonságokra

Minél kisebb a pigment részecskeméret, annál nagyobb a fajlagos felülete. A kisebb részecskék erősebb adszorpciós kapacitást és nagyobb viszkozitást mutatnak a közegben, így természetesen nagyobb mennyiségű diszpergálószerre van szükség a diszpergáláshoz és a viszkozitás csökkentéséhez. Ugyanazon pigment különböző részecskeméretei eltérő jellemzőket mutatnak a színtelítettség, a reológia, az átlátszóság vagy fedőképesség, a színezőerő és az időjárásállóság tekintetében.

Kis részecskeméret	Teljesítmény	Nagy részecskeméret
Nagyfokú átláthatóság	Átláthatóság/kapacitás	Nagy lefedettség
Magas	Színezés erőssége	Alacsony
Szegény	Reológia	Jó
Szegény	Időjárásállóság	Jó
Magas	Színtelítettség	Alacsony

 

A részecskeméret-eloszlás hatása az őrlésre és a diszperzióra

A pigmentek őrlése és diszpergálása során a nyíróerők segítségével az agglomerátumokat aggregátumokra, vagy ideális esetben elsődleges részecskékre bontják, ezáltal növelve a teljesítményt. Ezzel egyidejűleg a szűkebb szemcseméret-eloszlású pigmentek nagyobb színtelítettséget és színezőerősséget mutatnak. Az alábbi részecskeméret-eloszlási diagram, amely a β-fázisú ftalocianin-kéket mutatja vizes rendszerben, különböző diszpergálási idők után, világosan mutatja, hogy az őrlési idő növelése fokozatosan finomabb átlagos részecskeméretet és koncentráltabb eloszlást eredményez, megközelítve az ideális eloszlást. A túlzott őrlés azonban néha nemkívánatos hatásokhoz, például színárnyalat-eltolódásokhoz és csökkent teljesítményhez vezethet.

 

A fenti tényezőkön kívül a kristály alakja is jelentősen befolyásolja a pigmentek reológiai tulajdonságait. A lemezszerű vagy pálcika alakú kristályokkal rendelkező pigmentrészecskékből képződött aggregátumok nagyobb térfogatot mutatnak, mint a más kristályformájú részecskékből származó aggregátumok. Azonos körülmények között ezek az aggregátumok alacsonyabb viszkozitással rendelkeznek, és viszonylag jobb diszpergálhatóságot mutatnak a diszperziós közegben.