8.2 Красители. Пигментные лаки и пигменты

Красителями называют вещества, предназначенные для окраски раз­личных материалов. В течение многих веков применяли всего около трёх десятков природных красителей. В настоящее время используются, глав­ным образом, синтетические красители, их известны многие тысячи.

Глаз человека воспринимает вещества окрашенными, если они погло­щают свет в видимой области спектра (400 - 760 нм), при этом глаз видит предмет окрашенным в цвет, дополнительный к поглощаемому (табл. 4).

Яркие краски обусловлены поглощением света в узком диапазоне, не­яркие (например, коричневый, бордо, хаки) - в широком, серая и чёрная окраска - поглощением практически во всей видимой области спектра. Ви­димая окраска не всегда связана с положением максимума поглощения видимой области. Для многих веществ максимума поглощения располагается ниже 400 нм, но они тем не менее интенсивно окрашены, поскольку их полосы поглощения простираются в видимую область.

Таблица 4 - Цвета и длины волн

Длина волны,нм	Спектральный цвет, поглощенное излучение	Дополнительный цвет (цвет окраски предмета)
400-435	Фиолетовый	Зеленовато-желтый
435-480	Синий	Желтый
480-490	Зеленовато-синий	Оранжевый
490-500	Синевато-зелёный	Красный
500-560	Зелёный	Пурпурный
560-580	Желтовато-зелёный	Фиолетовый
580-595	Желтый	Синий
595-605	Оранжевый	Зеленовато-синий
605-730	Красный	Синевато-зеленый
730-760	Пурпурный	Зелёный

Цвета твёрдого вещества и раствора этого же вещества не обязательно будут одинаковыми или даже близкими из-за различного характера состоя­ния молекул в твердом состоянии и в растворе. Как для органических кра­сителей, так и для органических и неорганических пигментов появление окраски связано с поглощением энергии электромагнитного излучения и переходом молекул в возбужденное состояние.

Пигментные лаки

Из растворимого красителя можно получить пигмент путём его пере­вода в нерастворимое производное (за счёт образования соли или ком­плексных соединений с металлами). Такие нерастворимые производные органических красителей называют пигментными лаками. Для получения пигметных лаков используют кислотные, основные, и протравные красите-

ли. Пигментные лаки из кислотных³ красителей получают переводом их в нерастворимые соли бария, кальция, свинца, марганца и др. Для лакокра­сочной промышленности наибольший интерес представляют соли азокра-сителей. Пигментные лаки из азокрасителей называются азолаки. Из ос­новных красителей получают лаки (фанали), отличающиеся высокой све­тостойкостью, яркостью и насыщенностью цвета (применяются для роспи­си по стеклу). Из протравных красителей получают краплаки.

Крашение - сложный физико-химический процесс. Почти при всех ва­риантах тфашения необходимо хгсущеетвить более глубокие процессы, чем просто окрасить поверхность подложки, т.е. краситель должен внедриться в окрашиваемый материал и далее удерживаться на нём. Одним из спосо­бов получения стойких окрасок является закрепление красителя с помощью химических реакций. Например, целлюлоза древесины содержит большое число групп - ОН, с которыми может взаимодействовать краситель. Воз­можно также образование водородных связей, комплексообразование и сорбционное взаимодействие.

Пигменты представляют собой твёрдые частицы, практически нерас­творимые в используемых плёнкообразователях, растворителях и разбавителях, способные к диспергированию и обеспечивающие достижение оп­тимальных свойств, предъявляемых к лакокрасочным материалам и покры­тиям.

К основным характеристикам пигментов относят укрывистость, кра­сящую способность (интенсивность), цвет, кристаллическую структуру, дисперсность, смачиваемость, способность к взаимодействию с плёнкооб-разователем, диспергируемость, свето- и атмосферостойкость, химическую стойкость. Перечень некоторых, наиболее широко используемых пигмен­тов приведен в табл. 5.

Укрывистость пигмента обусловлена его природой. Например, диок­сид титана рассеивает свет, тогда как сажа поглощает. Цветные пигменты имеют различную кроющую способность, причём у неорганических пиг­ментов эта способность выше. Химическая природа пигментов предопре­деляет их стабильность к действию тепла, растворителей, кислот, щелочей и других химических веществ. Так, пигменты, являющиеся продуктами азоконденсации, имеют исключительную термостойкость и стабильность к растворителям. Пигменты могут быть кристаллическими и аморфными.

Кислотные красители в водных растворах диссоциируют с образованием цветных анионов. Основные красители в водных растворах диссоциируют с образованием цветных катионов. Протравные красители содержат заместители, приводящие к комплексообразованию с со­единениями металлов, которыми обычно предварительно обрабатывается окрашиваемый материал.

Форма и размер первичных частиц пигмента влияет на их способ упа­ковки в плёнке и оказывает влияние на оттенок цвета пигмента и получен­ного покрытия. Влияние размера частиц пигмента на укрывистость можно рассмотреть на примере льда. В виде массивной глыбы - материал прозра­чен, но в виде порошка становится белым и непрозрачным (на границе лёд - воздух возникает многократное преломление из-за различий их показате­лей преломления). Размер частиц также влияет на оттенок цвета. Более мелкие частицы пигментов (менее 0,40 мкм) более яркие, с более чистым оттенком. Интенсивность окраски также зависит от размера частиц пиг­мента. Для органических пигментов чем меньше размер частицы для одно­го того же класса пигментов, тем выше интенсивность (хотя зависимость различна для разных пигментов).

От размера частиц зависит и блеск покрытия. Блеск достигается при размерах частиц пигмента, не превышающих 0,3 мкм (правильно выбран­ной концентрации). Большие размеры частиц уменьшают блеск, вплоть до получения матовой плёнки. Чем больше разница между показателями пре­ломления пигмента и среды, в которой он диспергирован, тем выше укры­вистость. Так, например, диоксид титана имеет более высокую кроющую способность, чем оксид цинка. Природа поверхности частицы пигмента является её наиболее важной особенностью. Она определяет лёгкость дис- пергирования пигментов, стабильность готовой жидкой краски.

Таблица 5 - Наиболее широко применяемые в настоящее время пигменты

Цвет	Неорганические пигменты	Органические пигменты
Чёрный	Технический углерод (сажа)	Анилиновый черный
Жёлтый	Хроматы свинца, цинка, бария, сульфид кадмия, моногидрат оксида железа	Никелевый желтый азо пигмент
Синий, фиолетовый	Ультрамарин, железная лазурь, кобальт синий	Фталоцианиновый голубой
Зелёный	Оксид хрома (III)	Фталоцианиновый зелёный
Красный	Оксид железа (III), селенид кадмия, свинцовый сурик, красные свинцовые кроны6	Толуидиновый красный
Белый	Оксиды титана, цинка, сурьмы, карбонат свинца

Чем более полярными и гидрофильными являются молекулы пигмента, тем они луч­ше диспергируются и обеспечивают большую стабильность красящего состава. Неорганические пигменты в целом значительно более полярны и гидрофильны, чем органические

Ультрамарин - (Na₂О·Al₂О₃·mSiО₂)x·Na₂S_n;

железная лазурь - 3{[Fe₄(CN)₆]·0,6K₄Fe(CN)₆};

кобальт синий — СоОА1₂О₃;

красные свинцовые кроны (PbCrCVPbO).

Модификация поверхности пигментов проводится с целью улучшения таких свойств, как их смачиваемость и диспергируемость в выбранных смолах и растворителях или разбавителях, стабильность краски, стойкость к флокуляции.