رنگدانه یا پیگمنت چیست؟
واژه رنگدانهها یا پیگمنت ها از واژه لاتین pigmentum گرفته شده و به معنای «رنگ نقاشی» است. پیگمنت بر اساس استاندارد آلمانی DIN EN 971-1 1996-09 عبارت است از: یک ماده رنگدهنده که بهصورت پودر یا ورقهای بوده و بر خلاف مواد رنگزا در محیط عمل نامحلول است.
رنگدانهها (پیگمنتها) ترکیباتی هستند سفید یا غیرسفید، غیرمحلول، بلوریشکل و با اندازه ذرات مشخص با ساختار شیمیایی مختلف که در رنگها و پوششها بهواسطه قدرت پوششدهی و ایجاد فام مورد استفاده قرار میگیرند (Din 55944, 55943). رنگدانهها به گروههای آلی، غیرآلی، فلزی و صدفی تقسیم میشوند.
ساختار شیمیایی آنها کاملا با هم متفاوتند. در ترکیب مولکولی رنگدانههای آلی اتصالات کربن ـ کربن (C-C) وجود دارد؛ درصورتیکه در ترکیب رنگدانههای غیرآلی به غیر از بعضی از استثناها، مانند سیانید آبی آهن، کربن وجود ندارد. آنها بهصورت املاح فلزی یا اکسیدهای فلزی غیرمحلولند.
رنگدانهها (پیگمنتها) مواد جامد تزئینی هستند که در شکل و اندازههای مختلف در حلالهای مربوط به حالت معلق تهیه و بهکار میروند و مشتمل بر مواد سیاه، سفید و رنگی بوده، موارد استفاده زیادی در رویه زدن، رنگرزی انبوه و دیسپرسیون در هوا دارند.
پیگمنت در صنعت رنگسازی نقش مهمی از قبیل ایجاد رنگ، پوشش، براقیت، سختی، مقاومت، حفاظت، و افزایش چسبندگی را ایفا میکند. موارد استعمال عمده پیگمانها در لاکها، رنگهای روغنی، ورنیها، رنگهای سلولزی ، رنگهای پلاستیکی، مرکبهای چاپ و رنگرزی کاغذ و تاسیسات آهنی است.
عمدهترین موارد استعمال رنگدانههایی (پیگمنتها) مثل دی اکسید تیتانیوم (تیتان) در صنایع پوششی است. امروزه پوشش سطح وسایل فلزی و چوبی بناها، وسایل نقلیه و … اهمیت فراوانی دارد زیرا این وسایل توسط رنگ از عوامل مختلف مثل هوا، رطوبت و ترکیبات شیمیایی محافظت میشوند و همچنین در رنگ زدن اشیا به زیباتر شدن آنها کمک میکند.
انواع رنگدانه ها (پیگمنتها)
رنگدانه ها ( پیگمنتها ) در دو نوع کلی معدنی و آلی دستهبندی میشوند. در ذیل به شرح مختصری از هر کدام از این دو دسته خواهیم پرداخت.
1. معدنی
رنگدانه های (پیگمنت ها) معدنی طبیعی از پوسته زمین استخراج میشوند، خرد و شسته شده و از لحاظ اندازه درجهبندی میشوند. غالباً برای این رنگدانههای طبیعی، معادل مصنوعی هم وجود دارد، یعنی رنگدانه از اجزاء دیگری در اثر یک فرایند شیمیایی ساخته میشود.
ظاهراً از نظر شیمیایی با نمونه طبیعی یکسان است، ولی اغلب خواص متفاوتی دارد و معمولاً به خاطر شکل بلوری مطلوبتر، خلوص بیشتر و دانهبندی مطلوبتر و بهطورکلی مرغوبتر از نوع طبیعیند.
از پر کننده های مورد استفاده دیگر در رنگ ها می توان باریت ، تالک و سیلیکات هایی مانند تریپولی، پومیس و مسکوویت را نام برد.
2. آلی
امروزه رنگدانه ها (پیگمنت ها) آلی به مراتب بیشتر از رنگدانههای معدنی هستند. بعضی از جدیدترین رنگدانهها ساختمان آلی فلزی دارند. بیشتر رنگدانههای آلی، مواد شیمیایی آلی هستند که روی یک هسته معدنی هیدروکسیدآلومینیوم رسوب داده شدهاند.
از مهمترین رنگدانههای آلی میتوان به گروه فتالوسیانینها اشاره کرد که طیف رنگهای آبی و سبز را در بر میگیرند و فتالوسیانین مس، رنگدانه آبی است که به دلیل خواص مقاومتی خوب در برابر عوامل مختلف، یک رنگدانه با ارزش به شمار میرود.
فتالوسیانینها را از فتالیک و اوره سنتز میکنند. رنگدانههای آلی، به صورتی که امروزه در صنعت استفاده میشوند، در طبیعت یافت نمیشوند و تقریباً همه آنها سنتزی هستند.
و نیز رنگدانههای (پیگمنتها) غیرپوششی یا اکستندر مثل کربنات کلسیم ، باریت و تالک و … هم وجود دارد. پیگمنت سفید پیگمنت معدنی طبیعی است. پیگمنت رنگی معدنی مثل اکسید زرد آهن، اکسید قرمز آهن، اکسید سیاه آهن، پیگمنت رنگی معدنی مصنوعی مثل کرم سبز و سرب قرمز، اکسید مس، پیگمنتهای فلزی معدنی مصنوعی مثل پودر آلومینوم برنز و روی.
تفاوت پیگمنت آلی و معدنی در خواص زیر است :
یک فیلم براق و جذاب در فامهای گوناگون با پیگمنت آلی بهدست میآید تا با پیگمنت معدنی. خالصترین پیگمنت سفید دی اکسید تیتانیوم و سیاهترین پیگمنت سیاه، کربنبلک است که هر دو جزء پیگمنتهای معدنی هستند و بدین ترتیب پیگمنت آلی به صورت سیاه و سفید موجود نیست.
تعداد بسیار کمی از پیگمنتهای آلی در بالاتر از 300 درجه سانتیگراد پایدارند و ممکن است متلاشی یا ذوب گردند؛ درحالیکه پیگمنت معدنی در دماهای بالا پایدار هستند.
برخی از مهمترین ویژگیهایی که در انتخاب یک پیگمنت مورد توجه قرار میگیرند، عبارتند از:
- فام
- ثبات نوری
- پایداری جوی
- ثبات در مقابل حلالها
- ثبات در رنگآمیزی مجدد
- مقاومت در مقابل اسیدها و بازها
- مقاومت در مقابل SO2
- مقاومت در مقابل آهک
- مقاومت در مقابل سیمان
- جذب روغن
- چگالی
- چگالی تودهای
- چگالی تودهای متراکم
- قدرت پوشانندگی
- ثبات حرارتی
- pH
- سطح ویژه
- متوسط دانهبندی ذرات
- ارقام فامشناسی
- قابلیت دیسپرسشدن
- مصارف
رنگدانه های (پیگمنت های) آلی
پیگمنتهای سفید
رنگدانه های (پیگمنت ها) سفید، مواد معدنی بر پایه فلزات سرب، روی و تیتانیوم هستند و زمانی کاملا سفید به نظر خواهند رسید که تمامی طول موجهای قابلدید، تابش بر خود را منعکس نمایند.
از میان پیگمنتهای سفید فقط کربنات بازی سرب و اکسید روی هستند که خصلت واکنشپذیری با اسیدهای موجود در بعضی از رزینها را دارند و بقیه رنگدانههای سفید بیاثرند.
فیلم حاصل از پیگمنت سفید به غیر از اکسید روی مصرفی بر سطوح بیرونی در درازمدت حالت زردی (yellowing) به خود میگیرند. بنابراین استفاده از حدود 10 درصد اکسید روی همراه دیگر پیگمنتهای سفید به علت جذب اشعه نور خورشید نه تنها زرد گرایی فیلم را به کلی از بین خواهد برد بلکه از فاسدشدن فیلم نیز جلوگیری میکند. از کربنات بازی سرب بهعنوان استابلایزر استفاده میشود.
اکسید روی
از اکسید روی جهت جهت کنترل کپکزدگی، زردی، ساییدگی، گچ و خاک شوندگی فیلم استفاده میکنند. مصرف بیش از اندازه آن در ساخت یک رنگ مقاومت فیلم حاصل را در برابر آب کاهش میدهد و ثانیا در هوای رطوبتی و آغشته بهSO2 به سولفات روی تبدیل میشود که این امر نه تنها باعث جوشزدگی فیلم میشود بلکه رنگ رویه بعدی را بهصورت لایهای از خود جدا خواهد کرد. اکسید روی بر اثر گرما به رنگ زرد در میآید.
لیتوپن
مخلوط 29% سولفید روی و 71%سولفات باریم است. در مقابل نور خورشید حساسیت دارد و به رنگ سیاه تبدیل میشود. این مسئله را میتوان با افزایش حدود 15% نمک کبالت برطرف نمود. لیتوپن به همراه TiO2 علاوه بر ارزانی اثرات جانبی مفید دیگری از قبیل برس خوری بهتر، یکنواختی بهتر و براقیت عالی بر جای میگذارد.
اکسید آنتیموان
امروزه از آن بیشتر در ساخت رنگهای نسوز و یا تاخیرانداز حرارت استفاده میکنند.
دی اکسید تیتانیوم
در دو نوع روتایل و آناتاز موجود است. نوع روتایل 20 الی 30 درصد قدرت پوشش بیشتری از نوع آناتاز دارد. نوع آناتاز با این که سفیدتر است اما جهت ساخت مصارف بیرونی بهعلت میل به گچیشدن توصیه نمیشود.
برای شناسایی مقداری از آن را با اسید سولفوریک مرطوب نموده سپس چند قطره پراکسیدهیدروژن اضافه کرده ایجاد رنگ نارنجی یا زرد مایل به نارنجی میکند.
استفاده همزمان از رنگدانه ها (پیگمنتهای) مختلف
استفاده همزمان از پیگمنتهای مختلف حتی برای تولید رنگ در پارهای از موارد مجاز نیست. بهعنوان مثال پیگمنتهای حاوی فلز کادمیم مانند سولفید کادمیم (زردرنگ) یا سولفوسلنیدکادمیم (قرمزرنگ) را هیچ گاه نباید با آبی میلوری (آبی آهن) به صورت همزمان مورد استفاده قرار داد؛ زیرا بر خلاف انتظار از ترکیب رنگهای زرد و آبی مذکور نه فام سبز بلکه فام قهوهای حاصل میشود. (برگرفته از کتاب پیگمنتها و مواد پرکننده نوشته مهندس حمید رقمی)
همچنین پیگمنتهای حاوی سرب را هیچگاه نباید همراه با پیگمنتهای سولفیدی مانند سولفید کادمیم، سولفید روی و لیتوپن مورد استفاده قرار داد؛ زیرا بهعنوان نمونه از ترکیب سرب و سولفید روی، سولفید سرب حاصل میشود که سیاهرنگ است. (برگرفته از کتاب پیگمنتها و مواد پرکننده نوشته مهندس حمید رقمی)
اساس فیزیکی
پیگمنتها رنگی را ایجاد میکنند که خودشان نیز به همان رنگ هستند چرا که آنها بهصورت انتخابی طول موجهای معینی از نور مرئی را جذب و منعکس میکنند.
ترکیب طیف کامل نور مرئی با طول موجی متغیر از ۳۷۵ یا ۴۰۰ نانومتر الی ۷۶۰ یا ۷۸۰ نانومتر، با نور سفید تقریباً برابری میکند. وقتی که این نور با یک پیگمنت برخورد میکند، قسمتهایی از طیف توسط پیوندهای شیمیایی سیستمهای کونژوگه و دیگر اجزای پیگمنت جذب میشود.
برخی دیگر از طول موجها یا قسمتهایی از طیف، منعکس و یا پخش میشود. بیشتر پیگمنتها، کمپلکس انتقال بار محسوب میشوند. مثل کامپاندهای فلز واسطه با باند جذب وسیعی که بیشتر رنگهای نور سفید تابشی را کسر میکنند.
طیف جدید منعکسشده ظاهر یک رنگ را به وجود میآورد. پیگمنتها بر خلاف مواد فلورسنت یا فسفورسنت، میتوانند فقط طولموجها را از نور منبع کسر نموده و هرگز مورد دیگری به آن اضافه نکنند.
ظاهر پیگمنتها نزدیک به رنگ نور منبع است. نور خورشید از دمای رنگ بالا و یک طیف نسبتاً یکدستی برخوردار بوده و معیار استانداردی برای نور سفید محسوب میشود.
منابع نور مصنوعی تمایل زیادی برای دستیابی به پیک عالی در برخی قسمتهای طیف خود و همچنین شیاری عمیق دارند. با مشاهده این شرایط، پیگمنتها در رنگهای متفاوتی ظاهر میشوند.
فضاهای رنگی که برای نمایش رنگها از حیث عدد مورد استفاده قرار میگیرد باید منبع نوری خود را تعیین کنند. درسنجش مدل رنگ ال ای بی، فرض بر این است که اندازهگیریها زیر منبع نوری D65 یا “روشنی روز ۶۵۰۰ کلوین “انجام شده است که تقریباً همان دمای رنگ نور خورشید است، مگر آنکه خلاف آن قید شود.
دیگر ویژگیهای یک رنگ همچون اشباع بودن یا سبکی آن، ممکن است توسط دیگر مواد همراه با پیگمنت، تخمین زده شود. رنگپایه و فیلرهایی که به مواد شیمیایی پیگمنتها افزوده میشود نیز الگوهای بازتاب و جذب خاص خود را دارند که میتوانند بر طیف نهایی تأثیرگذار باشند.
به همین ترتیب، در مخلوطهای پیگمنت/رنگپایه، امکان برخورد مولکولهای پیگمنت با اشعههای مجزای نوری وجود ندارد و ممکن است به همان صورت که وجود دارند، منعکس گردند.
این اشعههای پراکنده نور منبع با یک رنگ کمتراشباعشده، سهیم میشوند. پیگمنت خالص به نور سفید خیلی کوچک اجازه فرار را داده و بدین ترتیب یک رنگ بسیار اشباعشده تولید میکند. مقدار کمی از پیگمنت با مقدار زیادی از رنگپایه سفید مخلوط میشود، ولی به دلیل فرار مقدار زیادی نور سفید، نتیجه حاصله، اشباعنشده و رنگپریده میشود.
تعداد زیادی از طول موجها (رنگها) با یک پیگمنت برخورد میکنند. این پیگمنت نور قرمز و سبز را به خود جذب کرده ولی نور آبی را منعکس میکند و سبب ایجاد رنگ آبی میشود.
نور خورشید با پیگمنت ” آبی بنیادی” Rosco R80 برخورد میکند. محصول طیف منبع و طیف بازتاب پیگمنت، نهایتاً به طیف نهایی و ظاهر آبی منجر میشود.
منابع:
- کثیریها محمود، مفاهیم کاربردی در فناوری رنگ و پوشش، چاپ اول، انتشارات دانشگاه صنعتی امیرکبیر، سال 1397.
- رقمی حمید، پیگمنتها و مواد پرکننده، چاپ اول، سال 1396.