Definicja pojęcia:

pigmenty

Pigmenty – stałe substancje chemiczne charakteryzujące się intensywnym zabarwieniem, nierozpuszczalne w wodzie, rozpuszczalnikach organicznych, olejach schnących i żywicach syntetycznych. Pigmenty, w zależności od pochodzenia i budowy chemicznej, zróżnicowane są na pigmenty nieorganiczne naturalne (mineralne) (np. cynober, aurypigment, kreda, ochra, sjena) i syntetyczne (np. żółcień chromowa, biel cynkowa, biel tytanowa, ultramaryna, glejta, minia, grafit, sadza) oraz pigmenty organiczne pochodzenia naturalnego (np. indygo, chlorofil, sepia) i syntetycznego (np. pigmenty azowe, chinakrydonowe, dioksazynowe, ftalocyjaninowe). Pigmenty w postaci drobno zmielonych proszków, past bądź zawiesin wykorzystywane są w produkcji lakierów, farb i tuszów drukarskich oraz barwieniu tworzyw sztucznych, gumy, papieru, włókien syntetycznych i kosmetyków (mydeł, szminek, kremów).
  1. Pochodzenie i budowa chemiczna pigmentów
  2. Właściwości pigmentów
  3. Rodzaje pigmentów
  4. Zastosowania pigmentów

Pochodzenie i budowa chemiczna pigmentów


Pigmenty są stałymi substancjami chemicznymi o intensywnej barwie, zależnej od ich składu pierwiastkowego, stopnia czystości, wielkości i struktury krystalicznej cząsteczek. Pigmenty, w odróżnieniu od pozostałych substancji barwiących nadających lub zmieniających barwę innych materiałów (tzw. barwników) są nierozpuszczalne w wodzie, rozpuszczalnikach organicznych, plastyfikatorach, olejach schnących oraz żywicach syntetycznych.
Cynober (czerwony pigment mineralny) pozyskiwany jest z cynobru (cynabarytu) – naturalnie występującej rudy rtęci składającej się z siarczku rtęci (HgS). Źródło: shutterstock
Pigmenty, w zależności od pochodzenia i budowy chemicznej ich cząsteczek, zróżnicowane są na dwie podstawowe grupy:
  • pigmenty nieorganiczne (mineralne) – otrzymywane w wyniku prażenia i zmielenia naturalnie występujących minerałów i skał (pigmenty naturalne, np. cynober, kreda, ochra, sjena, umbra, aurypigment) lub na drodze chemicznej lub chemiczno-fizycznej przeróbki surowców mineralnych (pigmenty syntetyczne, np. żółcień chromowa, biel cynkowa, biel tytanowa, glejta ołowiana, minia ołowiowa, czerwień żelazna, błękit kobaltowy, brązy, pigmenty węglowe – grafit, sadza);
  • pigmenty organiczne – pozyskiwane z naturalnych źródeł roślinnych lub zwierzęcych  (pigmenty naturalne, np. błękit indygowy z liści indygowca barwierskiego, chlorofil z zielonych części roślin, sepia z woreczka czernidłowego mątwy, hemina z krwi) bądź otrzymywane na drodze syntezy chemicznej z węglowodorów aromatycznych (pigmenty syntetyczne, np. pigmenty azowe, ftalocyjaninowe, chinakrydonowe, antrachinonowe, dioksazynowe).

Przeważającą większość stosowanych obecnie pigmentów stanowią pigmenty nieorganiczne (naturalne i syntetyczne) i pigmenty organiczne otrzymywane na drodze syntezy chemicznej (w tym odpowiedniki naturalnych pigmentów roślinnych i zwierzęcych). Często używane są także substancje o właściwościach pigmentów (tzw. laki barwne), otrzymywane z barwników rozpuszczalnych w procesie zlakowania (wytrącenia barwników w postaci nierozpuszczalnych soli) lub ich osadzenia na podłożu nieorganicznym (np. wodorotlenku glinu, siarczanu baru).

Właściwości pigmentów


Pigmenty są substancjami barwiącymi, nadającymi barwę bądź zmieniającymi zabarwienie innych substancji chemicznych wchodzących w skład wyrobów poddawanych barwieniu. Właściwości barwiące pigmentów wynikają głównie z selektywnej adsorpcji światła (czyli odbijania i pochłaniania określonych długości fal świetlnych w zakresie światła widzialnego) bądź rozpraszania światła (czyli zmiany kierunku rozchodzenia się fal świetlnych). Pigmenty, w odróżnieniu od barwników wykazujących powinowactwo chemiczne do innych substancji, oddziałują wyłącznie z ich powierzchnią, tworząc na niej znacznie trwalszą, barwną powłokę.

Barwa pigmentów i zdolność barwienia innych substancji spowodowane są obecnością w ich cząsteczkach charakterystycznych ugrupowań atomowych, do których zaliczane są:
  • grupy chromoforowe (chromofory) – ugrupowania atomów połączone z układem sprzężonych wiązań wielokrotnych (podwójnych lub potrójnych) wykazujące zdolność przesuwania maksimum absorpcji światła widzialnego, czego skutkiem jest określona barwa pigmentu (chromogenu), np. grupy metinowe, grupy azowe, grupy nitrowe, grupy nitrozowe, grupy karbonylowe, grupy antrachinonowe, grupy indygoidowe;
  • grupy auksochromowe (auksochromy) – elektrodonorowe ugrupowania atomów, których obecność w cząsteczce pigmentu (chromogenu) powoduje przesunięcie maksimum absorpcji światła widzialnego chromoforu i zwiększenie intensywności barwy pigmentu i umożliwia jego oddziaływanie z cząsteczką barwionej substancji, np. grupy hydroksylowe, grupy aminowe (wolne i podstawione).
Głęboki odcień błękitu indygowego spowodowany jest obecnością układu sprzężonych wiązań podwójnych w jego cząsteczce (tzw. grupy chromoforowej). Źródło: shutterstock
Pigmenty wykazują ogromne zróżnicowanie rozmiarów i budowy strukturalnej cząsteczki, właściwości optycznych, siły barwienia odporności na działanie czynników zewnętrznych:
  • pigmenty nieorganiczne (mineralne) cechują się dużym ciężarem właściwym i dużymi rozmiarami cząstek, dobrymi właściwościami zwilżającymi (zwilżalnością), niewielką przezroczystością cząsteczki, matowością, niską siłą barwienia i wysoką odpornością na oddziaływanie światła;
  • pigmenty organiczne charakteryzują się niewielkim ciężarem właściwym i małymi rozmiarami cząstek, dużą odpornością na zwilżanie (niewielką zwilżalnością), dużą przezroczystością lub półprzezroczystością cząsteczki, obecnością połysku, wysoką siłą barwienia oraz stosunkowo wysoką odpornością na oddziaływania światła.

Niektóre pigmenty wykazują odstępstwa od powyższej reguły, czego przykładem jest błękit pruski– pigment nieorganiczny o niewielkim rozmiarze cząsteczki i wysokiej sile barwienia, oraz karmin – pigment organiczny charakteryzujący się niską odpornością na oddziaływanie światła, blaknący pod wpływem silnego promieniowania słonecznego.

Rodzaje pigmentów


Pigmenty nieorganiczne i organiczne odpowiadają za nadawanie powierzchniom barwionych substancji różnorodnych barw – barwy białej (w wyniku odbicia wszystkich fal świetlnych); barw kolorowych (chromatycznych) (w wyniku selektywnej absorpcji określonych długości fali) lub barwy czarnej (w wyniku absorpcji wszystkich fal świetlnych). Niektóre pigmenty mogą także generować dodatkowe efekty optyczne (np. połyskiwanie, iskrzenie, mienienie), powstające w wyniku odbicia i rozproszenia światła na powierzchni barwionej substancji.
Mechanizm działania pigmentów barwnych. Źródło: shutterstock
Pigmenty, w zależności od koloru powierzchni barwionej substancji, obejmują:
  • pigmenty białe – biel cynkowa (tlenek cynku, ZnO); biel ołowiowa (hydroksywęglan ołowiu (II), 2PbCO₃•Pb(OH)₂); biel tytanowa (ditlenek tytanu, TiO₂); biel barowa (siarczan (VI) baru, BaSO₄);
  • pigmenty czerwone – minia ołowiowa (tetratlenek triołowiu, Pb₃O₄); ochra czerwona (tlenek żelaza (III), Fe₂O₃); cynober(siarczek rtęci, HgS);
  • pigmenty pomarańczowe – oranż kadmowy (sulfoselenek kadmu, Cd₂SSe); oranż chromowy (mieszanina chromianu ołowiu i tlenku ołowiu (II), PbCrO₄•PbO);
  • pigmenty żółte – ochra żółta (hydroksytlenek żelaza (III), Fe₂O₃•H₂O); żółcień chromowa (chromian ołowiu, PbCrO₄); żółcień cynkowa (kompleks chromianu cynku, chromianu potasu i tlenku cynku, ZnCrO₄•K₂CrO₄•ZnO);
  • pigmenty zielone – zieleń chromowa (tlenek chromu (III), Cr₂O₃); zieleń kadmowa (mieszanina siarczku kadmu, CdS i tlenku chromu (III), Cr₂O₃); zieleń kobaltowa (zieleń Rinmana) (mieszanina tlenku kobaltu (II), CoO i tlenku cynku, ZnO);
  • pigmenty niebieskie – ultramaryna (mieszanina glinokrzemianów sodu z domieszką siarki, 2(Na₂O•Al₂O₃•2SiO₂) + Na₂S₂); błękit kobaltowy (glinian kobaltu (II), Co(AlO₂)₂); błękit indygowy (2,2’-bis(2,3-dihydro-3-oksoindololiden), C₁₆H₁₀N₂O₂);
  • pigmenty fioletowe – fiolet manganowy (pirofosforan manganowo-amonowy, NH₄MnP₂O₇); fiolet kobaltowy (fosforan kobaltu, Co₃(PO₄)₂); purpura chińska (krzemian barowo-miedziowy, BaCuSi₂O₆);
  • pigmenty brązowe – umbra (mieszanina ditlenku manganu, MnO₂ i tlenków żelaza z domieszką tlenków krzemu, magnezu i glinu); sjena (mieszanina tlenków żelaza);
  • pigmenty czarne – pigmenty węglowe (sadza, węgiel kostny); czerń żelazowa (tlenek żelaza (II) diżelaza (III), Fe₃O₄); czerń tytanowa (tlenek tytanu (III), Ti₂O₃).

Pigmenty, ze względu na obecność dodatkowych efektów optycznych na powierzchni barwionych substancji, zróżnicowane są na:
  • pigmenty absorpcyjne (czyste pigmenty barwne) – barwa i właściwości barwiące pigmentów wynikają z selektywnej absorpcji określonych długości widzialnych fal świetlnych; nadają substancjom barwionym matową barwę bez połysku, np. biel barowa, minia ołowiowa, cynober, ultramaryna, błękit pruski);
  • pigmenty metaliczne (drobiny pojedynczych metali i ich stopów) – połysk metaliczny na powierzchni barwionych substancji jest wynikiem odbicia i rozpraszania światła przez cząstki pigmentu zależnych od stopnia ich rozdrobnienia i kształtu (płytki, łuski), np. brąz złoty (stop miedzi i cynku), brąz srebrny (rozdrobniony glin);
  • pigmenty perłowe – połysk perłowy na powierzchni barwionych substancji powstaje w wyniku jednoczesnego załamania, odbicia i przepuszczenia światła (tzw. pigmenty jednobarwne) bądź rozszczepienia światła na fale różnej długości (tzw. pigmenty wielobarwne) na płytkach pigmentu zależnych od ich rozmiarów i przezroczystości; np. ditlenek tytanu (TiO₂) osadzony na mice opłaszczonej tlenkami metali.

Pigmenty absorpcyjne (czyste pigmenty barwne) są często stosowane wraz z pigmentami metalicznymi lub pigmentami perłowymi w celu uzyskania określonego efektu barwnego połączonego z dodatkowymi wrażeniami optycznymi (tzw. pigmenty kombinowane).

Zastosowania pigmentów


Pigmenty nieorganiczne i organiczne w postaci rozdrobnionych proszków, past bądź zawiesin wykorzystywane są powszechnie w produkcji lakierów, farb olejnych i wodnych, artykułów poligraficznych (farb, past, cieczy i tuszów drukarskich, taśm do maszyn drukarskich i maszyn do pisania). Zawiesiny wielu pigmentów nieorganicznych (np. tlenków żelaza) i pigmentów organicznych (np. błękitu indygowego) mają zastosowanie w procesie barwienia wyrobów włókienniczych, np. tkanin, dzianin, przędzy, włókien roślinnych i zwierzęcych oraz włókien  syntetycznych (tzw. drukowanie wyrobów włókienniczych). Pigmenty używane są również do barwienia gumy, papieru, drewna, cementu, betonu, powłok elektrochemicznych i tworzyw sztucznych. Niektóre pigmenty barwne (np. minia ołowiowa) i metaliczne (np. sproszkowany glin, brązy) są składnikami antykorozyjnych powłok malarskich, lakierniczych i emaliowych  pokrywających powierzchnię wyrobów metalowych. Pigmenty barwne, metaliczne i perłowe mają zastosowanie w przemyśle kosmetycznym do wyrobu licznych kosmetyków (np. mydeł, wosków, kremów, szminek, pudrów rozjaśniających). Laki barwne używane są w produkcji farb (olejnych, klejowych i drukarskich) i barwieniu papieru, włókien i tworzyw sztucznych.
Pigmenty nieorganiczne i organiczne wykorzystywane są w przemyśle chemicznym do produkcji różnobarwnych farb olejnych, wodnych i drukarskich. Źródło: shutterstock

Bibliografia

  1. John McMurry; “Chemia organiczna”; Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2005;
  2. Norman Neill Greenwood, Alan Earnshaw; “Chemistry of the Elements (2nd ed.)”; Butterworth-Heinemann, Oxford 1997;
  3. Andrew Burrows, John Holman, Andrew Parsons, Gwen Pilling, Gareth Price; “Chemistry. Introducing inorganic, organic and physical chemistry, ”; Oxford University Press, 2017;
  4. Zdzisława Otałęga (red. nacz.); “Encyklopedia biologiczna T. VIII ”; Agencja Publicystyczno-Wydawnicza Opres, Kraków 1998-2000.;
  5. K.-H. Lautenschlager, W. Schroter, A. Wanninger ; “Nowoczesne kompendium chemii ”; Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2016. ;
  6. Adam Bielański ; “Podstawy chemii nieorganicznej Tom II ”; Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2012.;
Legenda. Pokaż objaśnienia oznaczeń i skrótów
Szukaj
Oceń stronę
Ocena: 4.4
Wybór wg alfabetu:
a b c ć d e f g h i j k l ł m n o q p r s ś t u v w x y z ż ź