Fatores que afetam a cor do pigmento

 

Diversos fatores influenciam a cor do pigmento, entre os quais a estrutura química, a forma de cristal e o tratamento de superfície são fatores decisivos que afetam a cor e as propriedades secundárias. A cor de um pigmento é determinada principalmente por sua estrutura química. Entretanto, o tipo de forma de cristal, o formato, o tamanho da partícula e o tratamento de superfície também podem alterar sua cor. Por exemplo, entre os azuis de ftalocianina, a forma de cristal α exibe uma tonalidade vermelha, a forma de cristal β exibe uma tonalidade verde e a forma de cristal ε produz um pigmento azul de ftalocianina com uma tonalidade mais vermelha do que a forma α. As propriedades secundárias dos pigmentos - como estabilidade do cristal, resistência à luz e às intempéries, poder de cobertura e transparência, poder de tingimento, brilho, reologia, dispersibilidade, resistência ao calor e resistência química - são cada vez mais importantes na diferenciação e segmentação do mercado.

 

 

Estrutura química

 

Com base na estrutura química geral, os pigmentos podem ser categorizados em pigmentos inorgânicos, pigmentos orgânicos e pigmentos de efeito.

 

1) Pigmentos inorgânicos:Classificados por estrutura química, eles incluem dióxido de titânio, negro de fumo, série de óxidos de ferro, série de cromato de chumbo, série de óxidos de cromo e cádmio, azul ultramarino, vanadato de bismuto e pigmentos inorgânicos compostos.

2) Pigmentos orgânicos: Os pigmentos orgânicos são amplamente categorizados por estrutura química em pigmentos azo, pigmentos policíclicos e pigmentos de complexos metálicos. Os pigmentos azo são predominantemente pigmentos orgânicos tradicionais com baixa resistência à cor, embora existam exceções, como a benzimidazolona. Os pigmentos de condensação diazo, entretanto, pertencem à categoria de pigmentos orgânicos de alto desempenho. Os pigmentos policíclicos e de complexos metálicos representam pigmentos orgânicos de alto desempenho com excelentes propriedades de resistência e solidez da cor.

 

3) Pigmentos de efeito: Pó de alumínio, pó de cobre, alumínio metálico, mica natural, mica sintética, flocos de vidro, oxicloreto de bismuto, flocos de grafite, cores estruturais de polímeros e pigmentos que mudam de cor, entre outros.

Cristal e tratamento de superfície

 

O tamanho da partícula, a distribuição do tamanho, o formato do cristal, a estrutura do cristal e a cristalinidade dos cristais do pigmento influenciam o desempenho da cor e as propriedades secundárias. Os pós apresentam estruturas cristalinas ou amorfas, enquanto os pigmentos sempre existem na forma cristalina. Os cristais de pigmento representam as menores partículas de pigmento, consistindo de átomos ou moléculas organizadas e montadas em padrões específicos. Suas formas e microestruturas distintas podem ser observadas por meio de microscopia eletrônica.

As menores partículas presentes nas dispersões de pigmentos são chamadas de partículas primárias, com diâmetros que variam de aproximadamente 0,05 a 1 μm. Elas apresentam vários formatos, como cubos, esferas, bastões e agulhas.

 

Devido à sua alta energia de superfície, as partículas primárias apresentam uma forte tendência de se agregar espontaneamente e reduzir a energia de superfície. Normalmente, elas formam agregados bem estruturados por meio de ligação aleatória de borda a borda ou face a face. Esses agregados têm diâmetros maiores do que as partículas primárias, geralmente variando de 1 a 10 μm. Durante os processos de filtragem e secagem na fabricação de pigmentos, as partículas primárias e os agregados, ou os próprios agregados, aglomeram-se para formar aglomerados maiores e mais frouxamente estruturados com tamanhos de partículas superiores a 10 μm.

As características do cristal do pigmento normalmente se manifestam por meio das seguintes propriedades, cada uma exercendo graus variados de influência no desempenho do pigmento. O tamanho, a forma e a distribuição do tamanho das partículas exercem efeitos particularmente significativos sobre as propriedades do pigmento.

• Tamanho da partícula Geralmente pequeno, medido em micrômetros (μm).
• Distribuição do tamanho das partículas, comumente medida por parâmetros como D10, D50 e D90. Por exemplo, um D50 de 20μm indica que 50% das partículas de pigmento têm um diâmetro médio de 20μm.
• Forma da partícula de cristal, como acicular, esférica, cúbica ou outras formas.
• Estrutura cristalina: Um único pigmento pode apresentar várias formas de cristal. Por exemplo, o azul de ftalocianina tem as formas α, β e ε, enquanto o dióxido de titânio existe como anatase, rutilo e brookita. As diferentes estruturas cristalinas produzem propriedades de cor e características secundárias variadas.
• A cristalinidade afeta principalmente a solidez da cor. O aumento da cristalinidade melhora a resistência à luz, a resistência às intempéries e a resistência ao calor de um pigmento, além de melhorar suas propriedades reológicas, a resistência a solventes e a resistência ao sangramento da cor.

 

O tratamento de superfície é um processo e uma tecnologia essenciais no processamento de pigmentos. A principal função do tratamento de superfície é alterar a polaridade da superfície da partícula, garantindo uma boa compatibilidade entre o pigmento e o meio de aplicação. Isso melhora as propriedades de aplicação, como dispersão, reologia, resistência e estabilidade do sistema de dispersão. O mesmo pigmento pode ser processado por meio de diferentes tratamentos de superfície para produzir tipos de produtos com propriedades de aplicação específicas, como fácil dispersão, antifloculação, alto poder de cobertura ou alta transparência, bem como adequação para aplicações à base de solvente ou à base de água.

 

O efeito do tamanho da partícula nos pigmentos

 

Os tamanhos das partículas de pigmentos com estruturas diferentes também variam muito. Em geral, os pigmentos inorgânicos têm tamanhos de partículas maiores do que os pigmentos orgânicos. Entre os pigmentos inorgânicos, o negro de fumo tem partículas muito pequenas, menores até do que alguns pigmentos orgânicos, enquanto o dióxido de titânio e os óxidos de ferro têm partículas maiores. O tamanho da partícula do óxido de ferro vermelho pode chegar a dezenas de vezes o do dióxido de titânio.

Efeito do tamanho da partícula na tonalidade

A tonalidade dos pigmentos com estruturas químicas idênticas varia de acordo com o tamanho da partícula. Para um determinado pigmento, o ângulo de cor aumenta à medida que o tamanho da partícula diminui e diminui à medida que o tamanho da partícula aumenta. Quando o tamanho da partícula de um pigmento específico diminui, sua tonalidade se desloca no sentido anti-horário no círculo de cores. Por outro lado, quando o tamanho da partícula aumenta, a tonalidade se desloca em direção às tonalidades adjacentes no sentido anti-horário.

 

Efeito do tamanho da partícula na área de superfície e nas propriedades

Quanto menor for o tamanho da partícula do pigmento, maior será sua área de superfície específica. As partículas menores apresentam maior capacidade de adsorção e maior viscosidade no meio, exigindo naturalmente maiores quantidades de dispersantes para dispersão e redução da viscosidade. Tamanhos diferentes de partículas do mesmo pigmento apresentam características distintas de saturação de cor, reologia, transparência ou poder de cobertura, poder de tingimento e resistência a intempéries.

Tamanho de partícula pequeno	Desempenho	Tamanho de partícula grande
Alta transparência	Transparência/Opacidade	Alta cobertura
Alta	Força de coloração	Baixa
Ruim	Reologia	Bom
Ruim	Resistência às intempéries	Bom
Alta	Saturação de cores	Baixa

 

O efeito da distribuição do tamanho das partículas na moagem e dispersão

A moagem e a dispersão de pigmentos envolvem o uso de forças de cisalhamento para quebrar aglomerados em agregados ou, idealmente, em partículas primárias, melhorando assim o desempenho. Simultaneamente, os pigmentos com distribuições de tamanho de partícula mais estreitas apresentam maior saturação de cor e força de tingimento. O diagrama de distribuição de tamanho de partícula abaixo, que mostra a fase β do azul de ftalocianina em um sistema aquoso após tempos de dispersão variados, demonstra claramente que o aumento do tempo de moagem resulta em tamanhos médios de partícula progressivamente mais finos e em uma distribuição mais concentrada, aproximando-se de uma distribuição ideal. Entretanto, a moagem excessiva pode, às vezes, levar a efeitos indesejáveis, como mudanças de tonalidade e desempenho reduzido.

 

Além dos fatores acima, o formato do cristal também influencia significativamente as propriedades reológicas dos pigmentos. Os agregados formados por partículas de pigmento com cristais em forma de placa ou de bastão apresentam volumes maiores em comparação com os agregados de partículas com outros formatos de cristal. Sob condições idênticas, esses agregados possuem viscosidade mais baixa e demonstram dispersibilidade relativamente superior no meio de dispersão.