Pigment
_oxide.jpg)
Pigment je materijal koji izgleda obojeno zbog selektivne apsorpcije i refleksije svjetlosti.
Pigmenti se koriste kao bojila u naličima, tintama, plastičnim i tekstilnim materijalima te prehrambenim i kozmetičkim proizvodima. Mogu biti od prirodnih materijala (organskog ili anorganskog podrijetla) ili umjetni (kemijski sintetizirani). Npr. pigmenti minerala: oker, crveni, zeleni ili pigmenti iz školjaka: grimizni itd.
U industriji i umjetnosti pigmenti su netopiva bojila koja se obično koriste u obliku praha zajedno sa vezivima (ulje, ljepilo, lakovi, jaje) i drugim sastojcima (npr. voda).
U biologiji je pigment bilo koja tvar koja daje boju biljnim ili životinjskim stanicama, npr. klorofil, hemoglobin, melanin.
Osnovna boja i svojstva otpornosti pigmenata određena su njihovim kemijskim sastavom, dok su nijansa, intetenzitet, pokrivnost, moć bojenja i postojanost modificirani drugim čimbenicima. Boja pigmenta određena je selektivnom apsorpcijom i refleksijom raznih valnih duljina vidljivog spektra. Tako se npr. plavi pigment pojavljuje u plavoj boji, jer reflektira plavu valjnu duljinu upadnog bijelog svjetla, a apsorbira sve ostale.
Pigmenti u biologiji su tvari koje daju boju biljnim ili životinjskim stanicama. Nalaze se u stanicama u obliku zrnaca, kapljica i kristala; često su vezani na bjelančevine. Važni su za život biljaka, životinja i čovjeka. Podrijetlo im je dvojako: stvoreni su u protoplazmi specijalnih stanica kao endogeni pigmenti (plastidi) ili dospijevaju u stanice infiltracijom kao egzogeni pigmenti. Najrašireniji su pigmenti: porfirini (klorofil, hemoglobin, citokromi i drugi), karotenoidi (žuti ksantofili i narančasti do narančastocrveni karoteni, koji se nalaze u različitim tkivima biljaka, praživotinja, spužava, mahovnjaka, ježinaca, kralježnjaka, te fukoksantin u smeđih i nekih drugih alga), fikobilini (fikoeritrin i fikocijan), antocijani (crvene, ljubičaste i plave boje) te njihove bezbojne modifikacije leukoantocijanidini (bijela boja latica), flavoni i flavonoli (žute boje poznate i pod nazivom antoksantini; nalaze se u listovima, cvjetovima i plodovima biljaka, a dolaze i u nekih vrsta kukaca i ježinaca). U vakuolama većine biljaka reda Caryophyllales nalaze se crveni ili žuti betalaini, koji u svojoj molekuli sadrže dušik: betanidin u korijenu cikle, filokaktin u biljkama roda Phyllocactus, žuti pigment u zapadnoindijske opuncije. Takav je i amanitin, crveni pigment u otrovne gljive crvene muhare. U biljnom svijetu rašireni su i kinoni (primjerice smeđa jesenja boja listova kruške), a dolaze i u unutarnjim organima ježinaca i kukaca (naftokinoni). U perju, dlakama i koži životinja i čovjeka nalaze se melanini. Kod patoloških stanja pigmenti mogu biti abnormalno pojačani (na primjer kod žutice) ili ih nema (albinizam). Raspodjela pigmenata na površini (koži) ljudskoga, životinjskoga ili biljnoga organizma naziva se pigmentacija. [1]
Pigmenti su obojene tvari koje su kao nositelji obojenosti sastojci različitih proizvoda kao što su boje i lakovi (nalič), tiskarske boje, guma, plastika, keramika, papir, sintetska vlakna, betonski, prehrambeni i kozmetički proizvodi. Za razliku od topljivih boja (u vodi, organskim otapalima ili materijalu koji treba obojiti) i bojila, pigmenti nisu topljivi u ostalim sastojcima materijala u koji se ugrađuju, već su dispergirani u finom usitnjenju, sve do nanometarskih čestica. Od mnogih svojstava pigmenata najvažnija je njihova boja, koja ovisi o apsorpciji, odnosno refleksiji vidljivoga dijela spektra. Bijeli pigmenti reflektiraju gotovo sav spektar, crni ga apsorbiraju, a obojeni jedan dio apsorbiraju, a ostali reflektiraju.
Od nekoć vrlo važnih prirodnih pigmenata danas se u manjim količinama rabe željezooksidni pigmenti (oker i crveni) i boksit, a povećava se uporaba željeznoga tinjca (listićavi hematit). Sintetski anorganski pigmenti većinom su osrednje moći bojenja i velike pokrivnosti. U uporabi su, uz iznimku čađe i grafita, različiti spojevi metala, i to najviše kao:
- bijeli pigmenti: titanijev dioksid (rutil, anatas), cinkov oksid i smjesa cinkova sulfida i barijeva sulfata (litopon);
- crni: čađa, grafit i crni željezooksidni pigment;
- žuti: željezooksidni pigment (oker), kadmijev sulfid, miješani kristalni metalni kompleksi (oksidi titanija, antimona i nikla) te kromati kadmija, barija, cinka i stroncija;
- narančasti: olovni kromat ili molibdat;
- crveni: željezooksidni pigment;
- plavi: kalijev, natrijev i amonijev heksacijanoferat (milori, pruski i kineskoplavi pigmenti), natrijev alumosilikat koji sadrži i sumpor (ultramarin) i kobaltov/kromov aluminat;
- smeđi: željezooksidni pigment;
- zeleni: kromov oksid.
Značajnu uporabu kao pigmenti imaju i metali: ljuskice aluminija i bronce, cinkov prah.
Sintetski organski pigmenti velike su moći bojenja i male pokrivnosti. U uporabi su:
- žuti, narančasti i crveni azo-, diazo- i kompleksni azo-pigmenti, heterociklički (izoindolin) i antrakinonski, te crveni kinakridonski pigmenti;
- ljubičasti: dioksazinski i kinakridonski pigmenti;
- plavi: ftalocijaninski (bakrov ftalocijanin) i indantrenski;
- smeđi: kinakridonski;
- zeleni: ftalocijaninski (halogenirani bakrov ftalocijanin) i niklovi azo-pigmenti.
Pigmentima se postižu i posebni optički učinci pigmentiranih proizvoda (transparentnost, metalni ili sedefast izgled, luminiscencija), te neka druga svojstva kao povećana otpornost prema koroziji, električnu provodnost i magnetičnost.
Indeks boje međunarodni je sustav kodiranja organskih pigmenata, u kojem se navodi ime skupine, tip i broj boje, kemijski sastav, komercijalno ili trgovačko ime. Služi za jednoznačnu klasifikaciju i identifikaciju pigmenata, a sadrži više od 700 tipova i više od 5000 pojedinačnih pigmenata.
Današnji se veliki potrošači sve više usmjeruju na uporabu do 15 visokokvalitetnih pigmenata u obliku tekućih preparata (koloranti, pigmentne paste), koji se plasiraju i kao tržišni proizvodi. Industrija boja i lakova rabi još za metalni izgled aluminijske ljuskice i kemijski obrađen tinjac, kao antikorozivne pigmente cinkov prah, cinkov fosfat i željezni tinjac te veći broj pigmenata za specifične proizvode, za posebne optičke učinke i neka druga svojstva. Zbog ekološki nepodobnih svojstava gotovo su potpuno izvan uporabe nekad mnogo rabljeni pigmenti na bazi olova (na primjer izrazito antikorozivni minij), a stalno se smanjuje i potrošnja pigmenata na bazi kroma.
U Hrvatskoj su sredinom 20. stoljeća Industrochem Pula i zagrebački Moster d. d. (poslije Chromos) proizvodili prirodne pigmente od boksita i željezooksidnih ruda. Chromos je 1953. započeo proizvodnju taložnih pigmenata na bazi kroma, olova i cinka, proizvodnju takozvanog tekućega zlata za keramiku 1963., a nekih drugih keramičkih pigmenata 1967. Svoju je ponudu pigmenata znatno proširio od 1968., a od 1975. proizvodio je i molibdatne pigmente. Približno polovicu proizvodnje plasirao je u izvoz. Od 1991. proizvodnja pigmenata u Chromosu znatno se smanjila, a 2000. i potpuno prestala.
Jedan od osnovnih sastojaka prekrivnog sredstva ili naliča čine pigmenti, netopljive anorganske ili organske čvrste tvari koje selektivno upijaju (apsorbiraju) i odbijaju (reflektiraju) svjetlost, a suspendirane u vezivima daju prevlakama obojenje. Pigmente za prekrivna sredstva karakterizira čitav niz kemijskih i fizikalnih svojstava: boja, moć bojenja, moć pokrivanja, veličina i oblik čestica, kvašenje, apsorpcija ulja, sposobnost sprečavanja korozije, te otpornost prema svjetlu, toplini, vodi i kemikalija, i druga. Izborom pigmenata i njihovom količinom može se znatno utjecati na osnovna svojstva svakog prekrivnog sredstva, bilo u tekućem stanju, to jest prije nanošenja na podlogu (boja, sušenje, viskoznost, sjedanje), bilo nakon nanošenja (boja, naprozirnost, sjaj, tvrdoća, elastičnost, prianjanje, trajnost, kemijska otpornost, otpornost prema različitim utjecajima, te antikorozivna svojstva).
Uobičajena podjela pigmenata na anorganske i organske temelji se na različitim svojstvima uvjetovanim kemijskim sastavom. Anorganski pigmenti, velikih primarnih čestica s obzirom na organske, imaju visoko talište, velike su gustoće (od 2 700 do 6 000 kg/m3), vrlo dobru moć pokrivanja, slabu moć bojenja, a odlikuju se često neograničenom svjetlostalnošću u punom i u razrijeđenom tonu. Organski pigmenti, malih primarnih čestica, imaju nisko talište, male gustoće (od 1 200 do 1 800 kg/m3), slabu moć pokrivanja, veliku moć bojenja, čistoću tona, te ograničenu svjetlostalnost u punom tonu, koja često razrjeđenjem još i opada. Osim toga pigmenti se mogu razlikovati i prema glavnim područjima primjene: pigmenti za postizanje optičkih učinaka (bijeli, crni i ostali obojeni pigmenti, metalni pigmenti), antikorozivni pigmenti, posebni ili specijalni pigmenti (fluorescentni, električni vodljivi, indikatorski i drugi). Među njima su najvažniji i najviše upotrebljavani pigmenti koji služe da bi se površina predmeta ili objekata zaštitila ili joj se dalo neko obojenje.
Glavni anorganski pigmenti jesu titanijev dioksid (TiO2), litopon (ZnS + BaSO4 ili CaSO4), cinkovo bjelilo (ZnO), olovno bjelilo (PbCO3, Pb(OH)2), antimonov(III) oksid (Sb2O3) i tako dalje. Od te je grupe najvažniji titanijev dioksid, kojega je primjena univerzalna zahvaljujući njegovoj bjelini, velikoj moći pokrivanja, temperaturnoj stabilnosti, te inertnosti prema vezivima, otapalima i različitim kemijskim agensima. Litopon se danas uglavnom upotrebljava za disperzijske unutrašnje prevlake i za temeljne boje, cinkov oksid u manjim količinama kao fungicidno sredstvo, dok se olovni bijeli pigmenti gotovo više ne upotrebljavaju. Antimonov(III) oksid upotrebljava se najviše u proizvodnji nazapaljivih boja na osnovi klorkaučuka. S obzirom na kemijski sastav razlikuje se nekoliko grupa anorganskih obojenih pigmenata.
Oksidi mogu biti jednostavni, na primjer željezni oksidi i hidroksidi (žuti, crveni, smeđi i crni), kromovi oksidi (zeleni), olovni minij (Pb2PbO4) kao antikorozivni pigment, te miješani (supstituirani) rutili i spineli. Ta se grupa pigmenata odlikuje osobitom svjetlostalnošću, vrlo visokom temperaturnom otpornošću do 500 °C i više (osim žutih, smeđih i crnih željeznih oksida), vrlo dobrom otpornošću prema kemikalijama, te velikom moći pokrivanja.
Sulfidni i selenidni pigmenti jesu kadmijevi žuti, narančasti i crveni, te plavi ultramarin. I ti pigmenti pokazuju odličnu svjetlostalnost, visoku temperaturnu otpornost (500 °C), vrlo dobru otpornost prema alkalijama, ali slabu prema kiselinama i atmosferskim utjecajima.
Kromatni pigmenti jesu kromovi žuti i narančasti, Pb(Cr,S)O4 i molibdatni crveni, Pb(Cr,Mo,S)O4, te miješani pigmenti: kromov zeleni i cinkov zeleni pigment. Od antikorozivnih pigmenata iz te su grupe najvažniji cinkov kromat (cinkov žuti), cinkov tetraoksidkromat, barijev kromat i stroncijev kromat. Svojstva te grupe pigmenata jesu osrednja svjetlostalnost i postojanost na atmosferske utjecaje i kemikalije, te temperaturna otpornost do 160 °C. Posebnom obradom pigmenata te grupe (osim antikorozivnih) mogu se dobiti pigmenti vrlo dobre svjetlostalnosti, otpornosti prema atmosferskim uvjetima, a donekle i kemijske otpornosti (na primjer prema štetnpm djelovanju sumporovog dioksida).
Od cijanidnih pigmenata najvažniji su kompleksni spojevi željeza poznati pod nazivima: berlinsko modrilo, milori plava, pariško plava ili prusko plava. Odlikuju se odličnom svjetlostalnošću i otpornošću na atmosferske utjecaje koja razrijeđenjem opada, velikom moći bojenja, dobrom otpornošću na organska otapala i slabe kiseline, slabom otpornošću na alkalije, te temperaturnom stabilnošću do 150 °C.
Metalni pigmenti mogu biti antikorozivni i dekorativni. Od antikorozivnih metalnih pigmenata vrlo je važan cinkov prah, a donekle i olovni prah. Oba su izrazito antikorozivnog djelovanja, a upotrebljavaju se u proizvodnji temeljnih boja za željezo. Od dekorativnih metalnih pigmenata danas je najviše u upotrebi fino mljeveni aluminij u obliku praha ili paste. Prilikom nanošenja i sušenja naliča mogu se čestice aluminijskog praha različito ponašati, pa se s obzirom na to razlikuju dvije vrste pigmenata. U prvoj vrsti pigmenata poznatih pod nazivom isplivavajući (eng. leafing) većina čestica aluminijskog praha ispliva na površinu prije završenog sušenja, pa suhi film ima izgled čistog, sjajnog metala. Osim svoje dekorativne uloge, takve prevlake imaju i druga poželjna svojstva kao što su refleksija toplinskih zraka, otpornost na atmosferske utjecaje i kemijske agense, nepropusnost za vodu i vlagu, velika moć pokrivanja i veća trajnost, a upotrebljavaju se za zaštitu mostova, dalekovoda, rezervoara i slično. U drugoj vrsti metalnih pigmenata, neisplivavajući pigmenti (eng. nonleafing) čestice aluminijskog praha ravnomjerno se raspoređuju u cijelom filmu, pa on ima izgled i boju metala, ali ne refleksiju i sjaj. Aluminijski prah takvih svojstava upotrebljava se sam ili u kombinaciji s obojenim pigmentima u proizvodnji metaliziranih lakova za automobile.
Čađa je fino dispergirani ugljik (od 90 do 99% ugljika) koji nastaje raspadom, najčešće nepotpunim izgaranjem, organskih tvari. Čađe se razlikuju prema vrsti sirovine za njihovu proizvodnju i prema proizvodnom postupku. Time su određena i njihova svojstva, od čađa veoma sitnih čestica, duoko crnih tonova, veoma velike moći pokrivanja i moći bojenja, do čađa većih primarnih čestica, tamnosivih tonova, slabije moći bojenja i moći pokrivanja. Sve se čađe odlikuju izvanrednom svjetlostalnošću, otpornošću na atmosferske utjecaje i kemijske tvari, te temperaturnom stabilnošću do 250 °C. Upotrebljavaju se za proizvodnju svih vrsta crnih i sivih boja i lakova, od najjednostavnijih uljenih boja do visokokvalitetnih automobilskih lakova. [2]
Kao organski pigmenti (pigmentna bojila) upotrebljavaju se naki organski čvrsti spojevi, koji zbog svoje obojenosti daju prevlakama željeni dekorativni izgled, a netopivi su u tvari u kojem se primjenjuju. Prema kemijskom sastavu razlikuje se nekoliko grupa organskih pigmenata.
U grupu azo-pigmenata ubrajaju se monoazo-pigmenti (žuti, narančasti i crveni), diazo-pigmenti (žuti i narančasti), azo-kondenzacijski pigmenti (od žutih preko crvenih do smeđih) i teško topive soli anionskih azo-boja (uglavnom crveni pigmenti). Monoazo-pigmenti odlikuju se vrlo dobrom svjetlostalnošću u punom tonu, koja najčešće razrjeđenjem opada, te vrlo dobrom kemijskom otpornošću. Međutim, njihova otpornost prema organskim otapalima, a time i prema mogućnosti prelakiranja, vrlo je slaba. To isto vrijedi i za temperaturnu stabilnost koja ne prelazi 80 °C. Zbog navedenih svojstava upotreba im je ograničena na industrijske lakove sušive na zraku, unutrašnje i vanjske boje za zidove (fasadne boje) i slično. Njihova je prednost u tome što im je cijena s obzirom na ostale pigmente niska. Svojstva diazo-pigmenata jesu vrlo dobra kemijska otpornost, dobra otpornost prema organskim otapalima, te temperaturna stabilnost do 200 °C uz osrednju svjetlostalnost. Njihova je najvažnija primjena u tiskarstvu (za tiskane boje). Svojstva azo-kondenzacijskih pigmenata znatno se razlikuju od svojstva ostalih azo-pigmenata, pa su više nalik svojstvima karbonilnih pigmenata. Teško topive soli anionskih azo-boja vrlo su otporne prema organskim otapalima, a postojane su do 160 °C. Slabo su otporne prema kemijskim agensima i nisu osobito svjetlostalne. Upotrebljavaju se u proizvodnji industrijskih lakova sušivih na zraku i u peći. Više se primjenjuju kao tiskarske boje.
Pigmenti grupe ftalocijanina i ostalih organometalnih kompleksa (od kojih su najvažniji ftalocijanski plavi i zeleni pigmenti), zatim grupe karbonilnih (ili policikličkih) pigmenata i grupe azinskih i dioksazinskih pigmenata, odlikuju se vrlo dobrom svjetlostalnošću, dobrom ili vrlo dobrom otpornošću prema organskim otapalima, vrlo dobrom kemijskom otpornošću i vrlo dobrom temperaturnom postojanošću. Pigmenti tih grupa po svojim svojstvima odgovaraju najvišim zahtjevima i mogu se upotrijebiti u svim vrstama prevlaka plavih nijansi, ali se zbog visoke cijene primjenjuju samo kada ostali pigmenti ne zadovoljavaju, na primjer za automobilske lakove, za lakiranje limenih traka (eng. coil coating) i slično. Od tih grupa mogu se izdvojiti ftalocijanski pigmenti kojih je upotreba zbog izvrsnih svojstava i dosta niske cijene veoma raširena.
