Пігментами називають сипучі речовини, які при поєднанні зі сполучною рідиною утворюють колоїдний розчин, що служить основою для створення різноманітних лаків, фарб, емульсій, добавок до будівельних матеріалів тощо. За різновиди сировини з якого виробляють пігменти їх поділяють на дві великі групи - органічні і неорганічні. Вищевказані групи пігментів можуть також проводитися шляхом первинного синтезу зі спеціально підготовлених матеріалів.
властивості пігментів
Пігменти мають ряд характерних властивостей, які відрізняють їх від барвників та інших подібних структур, які використовуються в лакофарбової промисловості. Головним їх ознакою є дисперсність, тобто розмір часток пігменту від якого в майбутньому буде залежати якість продукту, де використовуються дисперсні частинки. Чим менше їх розмір і чим округлі форму вони мають, тим кращі якісні характеристики матиме фарба, що їх містить.
Виробництво органічних пігментів
Дана група пігментів в порівнянні з іншими має ряд характерних особливостей, які роблять її досить специфічною.
Сюди відносять такі характеристики, як:
- висока дисперсність розміру часток пігменту (набагато вище ніж в неорганічних, наприклад);
- мають низьку здатність покривати поверхню, що іноді доходить до напівпрозорості;
- висока насиченість колірної гами;
- низька стійкість до різноманітних негативних хімічних чинників і атмосферних умов;
- майже повна відсутність таких захисних властивостей, як антикорозійне вплив, тепло і звукоізоляція тощо.
Виробництво пігментів даної групи найчастіше відбувається з органічної сировини, звідки і походить назва. Такі речовини містяться в живих структурах організмів у зв'язаному (найчастіше в клітинах) або розчинній станах (в рідинах або порожнинах органів). Їх добувають, переробляють шляхом хімічного, термічного або фізичного впливу і в кінцевому підсумку представляють у вигляді кольорової сипучої суміші.
Виробництво пігментів і барвників органічної групи спеціалізується також на видобутку так званої підсвічування. Мається на увазі дуже концентрована суміш пігменту, що використовується для зміни відтінку наявного кольору або його розведення.
Так, наприклад, виробництво пігментів і барвників в Росії використовує підсвічування для нейтралізації коричневого відтінку при виробництві чорного пігменту, коли основною сировиною є сажа, що проходить ряд хімічних реакцій. Однак, оскільки вони мають відносно високу собівартість і велику інтенсивність забарвлення, використання їх досить обмежено в промисловості виробництва лаків і фарб.
Виробники пігментів в Росії, наприклад, використовують виготовлення барвників даної групи шляхом видобутку їх з живих організмів порівняно рідше. Тому, що це набагато дорожче і потребує докладання більшої кількості зусиль, а також переробки великого числа сировини для видобутку порівняно меншої кількості пігменту.
Поширеним також є синтез з хімічних похідних ароматичного або гетероциклічного ряду, тобто речовин за типом бензолу і його циклічних гомологів - хіноліну, нафталіну, антрацену і так далі. Чорні органічні пігменти добувають шляхом неповного спалювання деяких горючих видів газів, сажі, а також осадження важких фракцій при переробці нафти і продуктів її перегонки. Виробництво пігментів і барвників таким чином забезпечує 40-50% потреб фарб, що використовуються у всій світовій друкованої промисловості.
Кольорові органічні пігменти добувають найчастіше шляхом змішування потрібних компонентів в рідині, яку поступово доводять до кипіння. Такі речовини мають дуже яскравий колір, що іноді навіть переходить в кислотний відтінок, тому часто їх використовують в суміші з неорганічними або пігментами інших потрібних груп. Це сприяє об'єднанню хороших візуальних характеристик і захисних властивостей, що вкрай необхідні для деяких видів фарб і лаків.
Виробництво неорганічних пігментів
Виробництво неорганічних пігментів відбувається шляхом переробки технічно підготовлених природних матеріалів або лабораторного синтезу з штучного сировини. Найчастіше це буває при взаємодії між водними розчинами потрібних реагентів, відбору речовин згодом, що випали в осад, їх фільтрації, промивання і сушіння. Іноді, якщо є можливість такої взаємодії з хімічної точки зору, реагенти змішують в сухому вигляді.
Часто, також до розчинним у воді речовин додають нерозчинні для створення двофазної колоїдної системи і непрямого їх взаємодії. Далі включають мішалку, куди попередньо поміщають вищевказану суміш. Вода поступово витісняється, а нерозчинний сухий залишок фільтрується, очищається і використовується як барвник (так, наприклад, виробляються пігменти для виготовлення тротуарної плитки деяких видів).
Виробництво залізоокисних пігментів
Залізоокисний пігменти умовно складають окрему групу пігментів, що виробляються шляхом хімічного синтезу і досить широко використовуються в лакофарбової та інших промисловостях. Виробництво залізоокисних пігментів базується на осадочном методі з подальшим проколюванням, що і в результаті дає пігменти жовтого і червоного кольорів і їх відтінків.
Розглядаючи стадії такого виробництва, варто відзначити їх послідовність, яка відбувається в такий спосіб:
- Підготовка потрібних реактивів, а також водного розчину реагенту, що буде використовуватися (залізного купоросу, аміаку, гідроксиду або бікарбонату натрію і т.д.);
- Одержання попередніх результатів;
- Безпосередньо синтез потрібного пігменту;
- Фільтрація отриманої суміші і промивка залишку в формі осаду;
- Сушка пігменту;
- Його подрібнення до розмірів необхідних для заданого виробництва (надання матеріалу тієї чи іншої дисперсності).
Залізоокисний пігмент, виробництво якого в Росії, добре налагоджено і підлягає чіткому структуруванню. Головним методом в такому виробництві є обробка водного розчину залізних частинок, які попередньо добре подрібнюються, концентрованої сірчаної кислотою в спеціально підготовленому пристрої. Остання являє собою реактор, внутрішній простір якого розділений на дві частини за допомогою решітки. В одній частині знаходиться суміш подрібнених пігментів, а в інший конденсований підігрітий до певної температури повітря. Під впливом повітря залізо або інший реагент, що бере участь в реакції, розчиняється в сірчаної кислоти.
При цьому утворюються кристали дуже маленьких розмірів, які відповідно до технології укрупнюють, і проводиться подальша їх обробка. Вона йде шляхом безпосереднього синтезу необхідного пігменту, що відбувається в результаті взаємодії вищеописаних кристалічних речовин і розчину мідного купоросу. Каталізатором в реакції виступає підігрітий до температури 80-120 С повітря.
Далі проходить фільтрація для відділення готового речовини, що використовується при виробленні пігментів, від непотрібних речовин. Це відбувається в спеціальному барабаноподобном вакуум-фільтрі. Осад промивають чистою дистильованою водою до тих пір, поки в ній не зникнуть нерозчинні солі металів. Далі сухий залишок висушують в спеціальних сушарках, від температури яких залежить колір майбутнього пігменту. Наприклад, виробництво пігментів залізоокисних, які будуть мати жовтий колір вимагає наявності температури близько 120 С, червоний - 700-800 С.
Узагальнюючи, слід зазначити, що виробництво пігментів в Росії, наприклад, а також у багатьох інших країнах процес досить складний. Він складається з багатьох стадій підготовки, переробки і безпосередньо синтезу, що є досить важкими і витратними.