Faktor yang Mempengaruhi Warna Pigmen

 

Banyak faktor yang memengaruhi warna pigmen, di antaranya struktur kimiawi, bentuk kristal, dan perlakuan permukaan yang merupakan faktor penentu yang memengaruhi warna dan sifat sekunder. Warna pigmen terutama ditentukan oleh struktur kimianya. Namun demikian, jenis bentuk kristal, bentuk, ukuran partikel, dan perlakuan permukaan, juga dapat mengubah warnanya. Contohnya, di antara warna biru phthalocyanine, bentuk kristal α menunjukkan rona merah, bentuk kristal β menampilkan rona hijau, dan bentuk kristal ε menghasilkan pigmen biru phthalocyanine dengan rona yang lebih merah daripada bentuk α. Sifat sekunder pigmen-seperti stabilitas kristal, ketahanan terhadap cahaya dan cuaca, daya sembunyi dan transparansi, kekuatan pewarnaan, kilap, reologi, dispersibilitas, ketahanan terhadap panas, dan ketahanan terhadap bahan kimia-semakin signifikan dalam diferensiasi dan segmentasi pasar.

 

 

Struktur Kimia

 

Berdasarkan struktur kimiawi secara umum, pigmen dapat dikategorikan ke dalam pigmen anorganik, pigmen organik, dan pigmen efek.

 

1) Pigmen Anorganik:Diklasifikasikan berdasarkan struktur kimia, ini termasuk titanium dioksida, karbon hitam, seri oksida besi, seri timbal kromat, seri kromium dan oksida seri kadmium, biru laut, bismut vanadat, dan pigmen anorganik komposit.

2) Pigmen Organik: Pigmen organik secara luas dikategorikan berdasarkan struktur kimianya menjadi pigmen azo, pigmen polisiklik, dan pigmen kompleks logam. Pigmen azo sebagian besar merupakan pigmen organik tradisional dengan ketahanan luntur yang buruk, meskipun ada pengecualian seperti benzimidazolon. Namun, pigmen kondensasi diazo termasuk dalam kategori pigmen organik berkinerja tinggi. Pigmen kompleks polisiklik dan logam mewakili pigmen organik berkinerja tinggi dengan sifat tahan luntur dan ketahanan warna yang sangat baik.

 

3) Pigmen Efek: Serbuk aluminium, serbuk tembaga, aluminium metalik, mika alami, mika sintetis, serpihan kaca, bismut oksiklorida, serpihan grafit, warna struktural polimer, dan pigmen yang dapat berubah warna, antara lain.

Perawatan Kristal dan Permukaan

 

Ukuran partikel, distribusi ukuran, bentuk kristal, struktur kristal, dan kristalinitas kristal pigmen, semuanya memengaruhi performa warna dan sifat sekunder. Bubuk menunjukkan struktur kristal atau amorf, sementara pigmen selalu ada dalam bentuk kristal. Kristal pigmen mewakili partikel terkecil dari pigmen, yang terdiri dari atom atau molekul yang disusun dan dirangkai dalam pola tertentu. Bentuk dan mikrostrukturnya yang berbeda dapat diamati dengan menggunakan mikroskop elektron.

Partikel terkecil yang ada dalam dispersi pigmen disebut partikel primer, dengan diameter berkisar antara kira-kira 0,05 hingga 1 μm. Partikel ini menunjukkan berbagai bentuk, seperti kubus, bola, batang, dan jarum.

 

Karena energi permukaannya yang tinggi, partikel primer menunjukkan kecenderungan yang kuat untuk berkumpul secara spontan dan mengurangi energi permukaan. Mereka biasanya membentuk agregat yang terstruktur rapat melalui ikatan acak dari ujung ke ujung atau tatap muka. Agregat ini memiliki diameter yang lebih besar daripada partikel primer, umumnya berkisar antara 1 hingga 10 μm. Selama proses penyaringan dan pengeringan dalam pembuatan pigmen, partikel primer dan agregat, atau agregat itu sendiri, menggumpal untuk membentuk agregat yang lebih besar dan terstruktur lebih longgar dengan ukuran partikel melebihi 10μm.

Karakteristik kristal pigmen biasanya dimanifestasikan melalui properti berikut ini, masing-masing memberikan pengaruh yang berbeda-beda pada performa pigmen. Ukuran partikel, bentuk, dan distribusi ukuran memberikan efek yang sangat signifikan pada sifat pigmen.

• Ukuran Partikel Umumnya kecil, diukur dalam mikrometer (μm).
• Distribusi ukuran partikel, umumnya diukur dengan parameter seperti D10, D50, dan D90. Contohnya, D50 sebesar 20μm mengindikasikan bahwa partikel pigmen 50% memiliki diameter rata-rata 20μm.
• Bentuk partikel kristal, seperti asikular, bulat, kubik, atau bentuk lainnya.
• Struktur kristal: Satu pigmen dapat menunjukkan beberapa bentuk kristal. Contohnya, phthalocyanine blue memiliki bentuk α, β, dan ε, sedangkan titanium dioksida ada dalam bentuk anatase, rutile, dan brookite. Struktur kristal yang berbeda menghasilkan sifat warna dan karakteristik sekunder yang berbeda-beda.
• Kristalinitas terutama memengaruhi ketahanan luntur warna. Meningkatkan kristalinitas akan meningkatkan ketahanan pigmen terhadap cahaya, tahan cuaca, dan tahan panas, sekaligus meningkatkan sifat reologi, ketahanan pelarut, dan ketahanan terhadap pelunturan warna.

 

Perlakuan permukaan adalah proses dan teknologi penting dalam pemrosesan pigmen. Fungsi utama dari perlakuan permukaan adalah untuk mengubah polaritas permukaan partikel, memastikan kompatibilitas yang baik antara pigmen dan media aplikasi. Hal ini meningkatkan sifat aplikasi seperti dispersi, reologi, ketahanan, dan stabilitas sistem dispersi. Pigmen yang sama dapat diproses melalui perlakuan permukaan yang berbeda untuk menghasilkan jenis produk dengan sifat aplikasi tertentu, seperti dispersi yang mudah, anti-flokulasi, daya persembunyian yang tinggi, atau transparansi yang tinggi, serta kesesuaian untuk aplikasi berbasis pelarut atau berbasis air.

 

Pengaruh Ukuran Partikel pada Pigmen

 

Ukuran partikel pigmen dengan struktur yang berbeda-beda, juga sangat bervariasi. Pada umumnya, pigmen anorganik memiliki ukuran partikel yang lebih besar daripada pigmen organik. Di antara pigmen anorganik, karbon hitam memiliki ukuran partikel yang sangat kecil, bahkan lebih kecil daripada sebagian pigmen organik, sedangkan titanium dioksida dan oksida besi memiliki ukuran partikel yang lebih besar. Ukuran partikel oksida besi merah bisa mencapai puluhan kali lipat dari ukuran partikel titanium dioksida.

Pengaruh Ukuran Partikel pada Rona

Rona pigmen dengan struktur kimia yang identik, bervariasi menurut ukuran partikel. Untuk pigmen tertentu, sudut warna meningkat apabila ukuran partikel menurun dan menurun apabila ukuran partikel meningkat. Apabila ukuran partikel pigmen tertentu berkurang, rona warnanya bergeser berlawanan arah jarum jam pada roda warna. Sebaliknya, apabila ukuran partikel meningkat, rona warna bergeser ke arah rona warna yang berdekatan pada arah yang berlawanan arah jarum jam.

 

Pengaruh Ukuran Partikel terhadap Luas Permukaan dan Properti

Semakin kecil ukuran partikel pigmen, semakin besar luas permukaan spesifiknya. Partikel yang lebih kecil menunjukkan kapasitas adsorpsi yang lebih kuat dan viskositas yang lebih tinggi dalam medium, yang secara alami membutuhkan jumlah dispersan yang lebih besar untuk dispersi dan pengurangan viskositas. Ukuran partikel yang berbeda dari pigmen yang sama menunjukkan karakteristik yang berbeda dalam saturasi warna, reologi, transparansi atau daya sembunyi, kekuatan pewarnaan, dan ketahanan terhadap cuaca.

Ukuran partikel kecil	Kinerja	Ukuran partikel yang besar
Transparansi yang tinggi	Transparansi/Keterbukaan	Cakupan tinggi
Tinggi	Kekuatan Pewarnaan	Rendah
Miskin	Reologi	Bagus.
Miskin	Tahan Cuaca	Bagus.
Tinggi	Saturasi Warna	Rendah

 

Pengaruh Distribusi Ukuran Partikel pada Penggilingan dan Dispersi

Penggilingan dan dispersi pigmen melibatkan penggunaan gaya geser untuk memecah aglomerat menjadi agregat, atau idealnya menjadi partikel primer, sehingga meningkatkan performa. Secara bersamaan, pigmen dengan distribusi ukuran partikel yang lebih sempit menunjukkan saturasi warna dan kekuatan warna yang lebih tinggi. Diagram distribusi ukuran partikel di bawah ini, yang menunjukkan biru ftalosianin fase β dalam sistem berair setelah waktu dispersi yang bervariasi, dengan jelas menunjukkan bahwa peningkatan waktu penggilingan menghasilkan ukuran partikel rata-rata yang semakin halus dan distribusi yang lebih pekat, mendekati distribusi yang ideal. Namun, penggilingan yang berlebihan terkadang dapat menyebabkan efek yang tidak diinginkan seperti pergeseran rona dan penurunan kinerja.

 

Selain faktor-faktor di atas, bentuk kristal juga secara signifikan memengaruhi sifat reologi pigmen. Agregat yang dibentuk oleh partikel pigmen dengan kristal berbentuk pelat atau batang menunjukkan volume yang lebih besar dibandingkan dengan agregat dari partikel dengan bentuk kristal lainnya. Dalam kondisi yang sama, agregat ini memiliki viskositas yang lebih rendah dan menunjukkan dispersibilitas yang relatif lebih unggul dalam media dispersi.