Pigment Rengini Etkileyen Faktörler

 

Pigment rengini etkileyen çok sayıda faktör vardır; bunlar arasında kimyasal yapı, kristal formu ve yüzey işlemi hem rengi hem de ikincil özellikleri etkileyen belirleyici faktörlerdir. Bir pigmentin rengi öncelikle kimyasal yapısı tarafından belirlenir. Bununla birlikte, kristal formunun türü, şekli, partikül boyutu ve yüzey işlemi de rengini değiştirebilir. Örneğin, ftalosiyanin mavileri arasında, α kristal formu kırmızı bir renk tonu sergiler, β kristal formu yeşil bir renk tonu sergiler ve ε kristal formu, α formundan daha kırmızı bir renk tonuna sahip bir ftalosiyanin mavisi pigmenti üretir. Pigmentlerin kristal kararlılığı, ışık haslığı ve hava koşullarına dayanıklılık, örtme gücü ve şeffaflık, renklendirme gücü, parlaklık, reoloji, dağılabilirlik, ısı direnci ve kimyasal direnç gibi ikincil özellikleri, pazar farklılaşması ve segmentasyonunda giderek daha önemli hale gelmektedir.

 

 

Kimyasal Yapı

 

Pigmentler genel kimyasal yapılarına göre inorganik pigmentler, organik pigmentler ve efekt pigmentleri olarak kategorize edilebilir.

 

1) İnorganik Pigmentler:Kimyasal yapılarına göre sınıflandırılan bu pigmentler arasında titanyum dioksit, karbon siyahı, demir oksit serisi, kurşun kromat serisi, krom serisi ve kadmiyum serisi oksitler, ultramarin mavisi, bizmut vanadat ve kompozit inorganik pigmentler bulunmaktadır.

2) Organik Pigmentler: Organik pigmentler kimyasal yapılarına göre azo pigmentler, polisiklik pigmentler ve metal kompleks pigmentler olarak sınıflandırılır. Azo pigmentleri, benzimidazolon gibi istisnalar olsa da, ağırlıklı olarak zayıf renk haslığına sahip geleneksel organik pigmentlerdir. Diazo kondensasyon pigmentleri ise yüksek performanslı organik pigmentler kategorisine girmektedir. Polisiklik ve metal kompleks pigmentler, mükemmel renk haslığı ve direnç özelliklerine sahip yüksek performanslı organik pigmentleri temsil eder.

 

3) Efekt Pigmentleri: Diğerlerinin yanı sıra alüminyum tozu, bakır tozu, metalik alüminyum, doğal mika, sentetik mika, cam pullar, bizmut oksiklorür, grafit pullar, polimer yapısal renkler ve renk değiştiren pigmentler.

Kristal ve Yüzey İşlemleri

 

Pigment kristallerinin partikül boyutu, boyut dağılımı, kristal şekli, kristal yapısı ve kristalliği renk performansını ve ikincil özellikleri etkiler. Tozlar ya kristal ya da amorf yapılar sergilerken pigmentler her zaman kristal formda bulunur. Pigment kristalleri, belirli desenlerde düzenlenmiş ve bir araya getirilmiş atomlardan veya moleküllerden oluşan en küçük pigment parçacıklarını temsil eder. Farklı şekilleri ve mikro yapıları elektron mikroskobu kullanılarak gözlemlenebilir.

Pigment dispersiyonlarında bulunan en küçük partiküller birincil partiküller olarak adlandırılır ve çapları yaklaşık 0,05 ila 1 μm arasında değişir. Küpler, küreler, çubuklar ve iğneler gibi çeşitli şekiller sergilerler.

 

Yüksek yüzey enerjileri nedeniyle, birincil partiküller kendiliğinden toplanma ve yüzey enerjisini azaltma yönünde güçlü bir eğilim sergiler. Tipik olarak rastgele kenardan kenara veya yüz yüze bağlanma yoluyla sıkı yapılandırılmış agregatlar oluştururlar. Bu agregatlar, genellikle 1 ila 10 μm arasında değişen, birincil partiküllerden daha büyük çaplara sahiptir. Pigment üretimindeki filtreleme ve kurutma işlemleri sırasında, birincil partiküller ve agregalar veya agregaların kendileri, 10μm'yi aşan partikül boyutlarına sahip daha büyük, daha gevşek yapılı aglomeralar oluşturmak için toplanır.

Pigment kristal özellikleri tipik olarak aşağıdaki özelliklerle kendini gösterir ve her biri pigment performansı üzerinde farklı derecelerde etkiye sahiptir. Partikül boyutu, şekli ve boyut dağılımı pigment özellikleri üzerinde özellikle önemli etkilere sahiptir.

• Partikül Boyutu Genellikle küçüktür, mikrometre (μm) cinsinden ölçülür.
• Partikül boyutu dağılımı, genellikle D10, D50 ve D90 gibi parametrelerle ölçülür. Örneğin, 20μm'lik bir D50, pigment partiküllerinin 50%'sinin ortalama 20μm çapa sahip olduğunu gösterir.
• Asiküler, küresel, kübik veya diğer formlar gibi kristal parçacık şekli.
• Kristal yapı: Tek bir pigment birden fazla kristal formu sergileyebilir. Örneğin, ftalosiyanin mavisi α, β ve ε formlarına sahipken, titanyum dioksit anataz, rutil ve brookit olarak bulunur. Farklı kristal yapılar farklı renk özellikleri ve ikincil karakteristikler ortaya çıkarır.
• Kristalite öncelikle renk haslığını etkiler. Kristalitenin artırılması bir pigmentin ışık haslığını, hava koşullarına dayanıklılığını ve ısı direncini artırırken aynı zamanda reolojik özelliklerini, solvent direncini ve renk akmasına karşı direncini de geliştirir.

 

Yüzey işlemi, pigment işlemede kritik bir süreç ve teknolojidir. Yüzey işlemenin birincil işlevi, pigment ve uygulama ortamı arasında iyi bir uyumluluk sağlayarak partikül yüzey polaritesini değiştirmektir. Bu, dispersiyon, reoloji, direnç ve dispersiyon sisteminin stabilitesi gibi uygulama özelliklerini geliştirir. Aynı pigment farklı yüzey işlemlerinden geçirilerek kolay dispersiyon, anti-flokülasyon, yüksek örtme gücü veya yüksek şeffaflık gibi spesifik uygulama özelliklerinin yanı sıra solvent bazlı veya su bazlı uygulamalara uygunluk gibi ürün tipleri üretilebilir.

 

Partikül Boyutunun Pigmentler Üzerindeki Etkisi

 

Farklı yapılara sahip pigmentlerin partikül boyutları da büyük farklılıklar gösterir. Genel olarak, inorganik pigmentler organik pigmentlerden daha büyük partikül boyutlarına sahiptir. İnorganik pigmentler arasında karbon siyahı çok küçük partikül boyutlarına, hatta bazı organik pigmentlerden daha küçük partikül boyutlarına sahipken, titanyum dioksit ve demir oksitler daha büyük partikül boyutlarına sahiptir. Demir oksit kırmızısının partikül boyutu titanyum dioksitin onlarca katına ulaşabilir.

Partikül Boyutunun Renk Tonu Üzerindeki Etkisi

Aynı kimyasal yapıya sahip pigmentlerin renk tonu partikül boyutuna göre değişir. Belirli bir pigment için renk açısı partikül boyutu azaldıkça artar ve partikül boyutu arttıkça azalır. Belirli bir pigmentin partikül boyutu azaldığında, renk tonu renk çarkında saat yönünün tersine kayar. Tersine, partikül boyutu arttığında, renk tonu saat yönünün tersine komşu tonlara doğru kayar.

 

Partikül Boyutunun Yüzey Alanı ve Özellikleri Üzerindeki Etkisi

Pigment partikül boyutu ne kadar küçükse, spesifik yüzey alanı da o kadar büyük olur. Daha küçük partiküller daha güçlü adsorpsiyon kapasitesi ve ortamda daha yüksek viskozite sergiler, doğal olarak dispersiyon ve viskozitenin azaltılması için daha fazla miktarda dispersan gerektirir. Aynı pigmentin farklı partikül boyutları, renk doygunluğu, reoloji, şeffaflık veya gizleme gücü, renklendirme gücü ve hava koşullarına dayanıklılık açısından farklı özellikler sergiler.

Küçük parçacık boyutu	Performans	Büyük partikül boyutu
Yüksek şeffaflık	Şeffaflık / Kapasite	Yüksek kapsama alanı
Yüksek	Renklendirme Gücü	Düşük
Zayıf	Reoloji	İyi
Zayıf	Hava Koşullarına Dayanıklılık	İyi
Yüksek	Renk Doygunluğu	Düşük

 

Partikül Boyutu Dağılımının Öğütme ve Dispersiyon Üzerindeki Etkisi

Pigmentlerin öğütülmesi ve dağıtılması, aglomeratları agregatlara veya ideal olarak birincil partiküllere ayırmak için kesme kuvvetlerinin kullanılmasını içerir, böylece performansı artırır. Aynı zamanda, daha dar partikül boyutu dağılımlarına sahip pigmentler daha yüksek renk doygunluğu ve renklendirme gücü sergiler. Değişen dispersiyon sürelerinden sonra sulu bir sistemde β-faz ftalosiyanin mavisini gösteren aşağıdaki partikül boyutu dağılımı diyagramı, artan öğütme süresinin giderek daha ince ortalama partikül boyutları ve daha konsantre bir dağılımla sonuçlandığını ve ideal bir dağılıma yaklaştığını açıkça göstermektedir. Bununla birlikte, aşırı öğütme bazen renk tonu kaymaları ve performans düşüşü gibi istenmeyen etkilere yol açabilir.

 

Yukarıdaki faktörlere ek olarak, kristalin şekli de pigmentlerin reolojik özelliklerini önemli ölçüde etkiler. Plaka benzeri veya çubuk şeklinde kristallere sahip pigment partiküllerinden oluşan agregatlar, diğer kristal şekillerine sahip partiküllerden oluşan agregatlara kıyasla daha büyük hacimler sergiler. Aynı koşullar altında, bu agregatlar daha düşük viskoziteye sahiptir ve dispersiyon ortamı içinde nispeten daha üstün dağılabilirlik gösterir.