Красители и пигменты

Текст:

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Казанский национальный исследовательский технологический университет» (ФГБОУ ВПО КНИТУ)

Реферат: Красители и пигменты

Казань 2016 г.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
3

1 ТЕХНИЧЕСКАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ КРАСИТЕЛЕЙ 4

2 ХИМИЧЕСКАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ КРАСИТЕЛЕЙ 11

3 ПИГМЕНТЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В ПРОИЗВОДСТВЕ СУПЕРКОНЦЕНТРАТОВ, ИХ СВОЙСТВА И ОСОБЕННОСТИ 16

4 КРАСИТЕЛИ И ПИГМЕНТЫ В ПОЛИМЕРАХ 20

5 СУПЕРКОНЦЕНТРАТЫ В ПРОИЗВОДСТВЕ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПЛАСТМАСС
23

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 27

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 28

ВВЕДЕНИЕ

Большое многообразие красителей вызвало необходимость создания стройной научной их классификации. Существуют две системы классификации красителей — химическая и техническая. Химическая классификация основана на современных представлениях о строении молекул, природе химических связей, теории цветности веществ и предусматривает разделение красителей на классы по признаку общности хромофорных систем. Эта классификация играет большую роль в развитии химии и производства красителей. Однако она не отражает технических свойств красителей, их назначения и способов применения. Поэтому возникла необходимость в разработке технической классификации красящих веществ, которая позволила бы свободно ориентироваться в вопросах их применения, прежде всего при крашении волокнистых материалов, как природных, так и химических. Это тем более необходимо, что красители, входящие в один класс по химической классификации, могут иметь совершенно различное отношение к волокнистым и другим окрашиваемым материалам, и для применения таких красителей нужно использовать совершенно различные приемы.

1 ТЕХНИЧЕСКАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ КРАСИТЕЛЕЙ

При практическом применении красителей их химическое строение имеет второстепенное значение, а наиболее важными являются растворимость и химические свойства. Поэтому наряду с химической классификацией существует техническая, основы которой были сформулированы в 1896 г. академиком В.Г. Шапошниковым.

Современная техническая классификация красителей учитывает факторы, определяющие способ и области применения красителей, в частности, она позволяет свободно ориентироваться в вопросах применения красителей для крашения волокнистых материалов.

По технической классификации красители делят на следующие классы:

1. Кислотные красители. Представляют собой растворимые в воде соли органических кислот, главным образом сульфо-, реже карбоновых кислот, иногда соли фенолов. В водных растворах диссоциируют с образованием цветных анионов. Компенсирующим катионом большей частью является катион натрия, реже — аммония. Обладают сродством к волокнам, имеющим амфотерный характер (белковые и полиамидные волокна), и окрашивают их из водного раствора в присутствии кислот, вступая в солеобразование с молекулами этих веществ за счет содержащихся в них основных групп (аминогрупп); удерживаются на волокне силами ионных связей. К целлюлозным волокнам сродством не обладают.

По химическому строению и способам применения кислотные красители делят на группы: кислотные обычные красители, кислотные металлсодержащие красители, окрашивающие из сильнокислой ванны (комплексы состава 1 : 1), кислотные металлсодержащие красители, окрашивающие из слабокислой ванны (комплексы состава 1 : 2) и кислотные антрахиноновые красители.

2. Основные красители. Представляют собой растворимые в воде соли органических оснований. В водных растворах диссоциируют с образованием цветных катионов. Компенсирующими анионами обычно являются хлорид-, бисульфат- и оксалат-анионы. Обладают сродством к волокнам, имеющим амфотерный (белковые и полиамидные) и кислотный (ацетатные, полиэфирные, полиакрилонитрильные и т. п.) характер, и окрашивают их из водного раствора, вступая в солеобразование с молекулами этих веществ за счет содержащихся в них кислотных групп (карбоксильные и др.); удерживаются на волокне силами ионных связей. К целлюлозным волокнам сродством не обладают, но могут окрашивать их после предварительной обработки волокна веществами фенольного характера (таннины, синтетические фенольные олигомеры и т. п.), придающими целлюлозным волокнам слабокислый характер (крашение по танниновой и т. п. протравам).

Основные красители образуют на волокнах очень яркие и чистые окраски, однако устойчивость окрасок к свету и мокрым обработкам низка, поэтому эти красители почти не применяются в текстильной промышленности. Исключение составляют катионные красители — основные красители, специально выпускаемые для крашения полиакрилонитрильного волокна.

3. Протравные красители. Представляют собой растворимые в воде (или водно-щелочной среде) красители, содержащие заместители, обусловливающие способность к комплексообразованию с металлами (крашение по металлической протраве). Не обладают достаточным сродством к целлюлозе, но закрепляются на ней после предварительной обработки целлюлозы солями металлов вследствие образования нерастворимого внутрикомплексного соединения (протравные красители для хлопка). При наличии кислотных групп обладают сродством к белковым волокнам (кислотно-протравные красители). Поскольку в комплексообразовании с металлами участвуют не только молекулы красителя, но и молекулы белкового вещества, кислотно-протравные красители удерживаются на белковом волокне как силами ионных связей краситель—волокно, так и силами координационных связей краситель—металл—волокно.

4. Прямые красители. Представляют собой растворимые в воде соли органических сульфокислот. В водных растворах диссоциируют с образованием цветных анионов, обладающих большой склонностью к ассоциации. Компенсирующими катионами обычно являются катионы натрия, реже — аммония. Обладают сродством к целлюлозным волокнам (хлопок, лен, волокна из регенерированной целлюлозы: вискозное, медноаммиачное и др.) и окрашивают их непосредственно из водного раствора в присутствии электролитов. Переходят на целлюлозное волокно в виде солей и удерживаются на волокне силами водородных связей и силами Ван-дер-Ваальса. Обладают также сродством к волокнам амфотерного характера (шерсть, натуральный шелк, кожа и т. п.) и окрашивают их из водного раствора в присутствии кислот; на волокно переходят в виде анионов и удерживаются силами ионных связей.

По свойствам и способам применения прямые красители делят на группы: прямые обычные красители, прямые светопрочные красители, прямые упрочняемые красители и прямые диазотируемые красители.

5. Активные красители. Представляют собой растворимые в воде соли органических кислот или оснований, содержащих подвижные (активные) атомы или группы, которые в момент крашения отщепляются, или активные (легко раскрывающиеся) связи. Достаточным сродством к окрашиваемым веществам, как правило, не обладают, закрепляются на них силами ковалентных связей, которые образуются между окрашиваемым веществом и красителем за счет отщепления от последнего активных атомов или групп или раскрытия активных связей. Применяются для крашения целлюлозных, белковых и некоторых синтетических волокон.

6. Кубовые красители. Представляют собой нерастворимые в воде красители (пигменты), способные восстанавливаться с образованием производных, растворимых в щелочных средах и обладающих сродством к целлюлозным волокнам. После крашения восстановленные соединения окисляются на волокне кислородом воздуха в исходный нерастворимый краситель и удерживаются на волокне вследствие нерастворимости. Восстановление производится большей частью действием дитионита натрия (в анилинокрасочной и текстильной промышленности дитионит натрия называют гидросульфитом, что не соответствует формуле Na2S2O4; гидросульфит натрия — это NaHSO3.) в щелочной среде, поэтому кубовые красители применяются главным образом для крашения целлюлозных волокон. Некоторые красители, способные восстанавливаться в слабощелочной среде в мягких условиях, могут применяться для крашения белковых волокон.

7. Сернистые красители. Представляют собой нерастворимые в воде красители, по способу применения аналогичные кубовым, но отличающиеся от них тем, что восстановление в растворимые производные осуществляется действием растворов сульфида натрия. Так как восстановление ведется в сильнощелочной среде, применяются лишь для крашения целлюлозных волокон.

8. Дисперсные красители. Представляют собой не растворимые или слабо растворимые в воде красители, окрашивающие гидрофобные волокна (ацетатные, синтетические) из водных дисперсий. Процесс крашения заключается в растворении красителя в волокне с образованием твердого раствора. По химическим свойствам и способам крашения дисперсные красители делятся на три группы: дисперсные обычные красители (в том числе для полиэфирных и полиамидных волокон), дисперсные диазотируемые красители, дисперсные металлсодержащие красители.

9. Красители, растворимые в органических средах (жирорастворимые, спирторастворимые, ацетонорастворимые и т. п.). Представляют собой не растворимые в воде красители, применяемые для окрашивания соответствующих органических веществ (углеводородов, восков, жиров, спиртов и т. п.), синтетических волокон в массе, пластических масс, резины.

10. Пигменты и лаки. Представляют собой не растворимые в воде красители (пигменты) или нерастворимые производные растворимых красителей (лаки). Применяются для изготовления типографских красок и красок для пигментной печати на тканях, а также для окрашивания резины, пластических масс, бумажных и карандашных масс и других целей. Процесс крашения заключается в механическом распределении в связующих веществах, растворах связующих веществ или непосредственно в окрашиваемых материалах.

11. Растворимые производные нерастворимых красителей: кубозоли— растворимые производные кубовых красителей, тиозоли— растворимые производные сернистых красителей, цианалы— растворимые производные макрогетероциклических фталоцианиновых красителей. Выпускаются для упрощения процессов крашения нерастворимыми красителями, повышения качества окрасок и расширения областей применения. Обладают свойствами растворимых красителей (прямых, основных, кислотных) и окрашивают волокна соответствующим способом из водных растворов. После крашения превращаются на волокне в исходные нерастворимые красители или в нерастворимые производные, отличающиеся от исходных, и закрепляются на субстрате вследствие нерастворимости.

12. Нерастворимые красители, образуемые на окрашиваемых материалах — азогены, компоненты для окислительного крашения, кубогены, фталоцианогены. Представляют собой промежуточные продукты, из которых красители синтезируются в момент крашения непосредственно на окрашиваемом материале. Закрепляются на окрашиваемом субстрате вследствие нерастворимости.

13. Особую группу красителей составляют оптические отбеливатели — вещества, применяемые для усиления эффекта «белизны» неокрашенных материалов. Оптические отбеливатели для целлюлозных волокон представляют собой растворимые в воде соли органических кислот, обладающие сродством к целлюлозным волокнам; соединения ведут себя как прямые красители. Оптические отбеливатели для белковых волокон выпускают в виде растворимых в воде натриевых солей ароматических сульфокислот, которые закрепляются на волокнах подобно кислотным красителям. Для синтетических волокон производят отбеливатели в дисперсной форме.

В настоящее время органические красители применяются в различных областях: цветная фотография, лазерная техника, современная копировальная и множительная техника, производство органических полупроводников и жидкокристаллических материалов, в качестве катализаторов химических процессов и пр. Однако основным назначением красителей по-прежнему является крашение текстильных материалов.

В зависимости от области применения красителей к ним предъявляются определенные требования. Для крашения текстильных материалов значение имеют лишь те красители, которые образуют окраски, достаточно устойчивые к различным физико-химическим воздействиям в процессе эксплуатации окрашенных изделий (устойчивость к действию света, стирке, глажению, поту, трению, химической чистке, дымовым газам и т. п.), а также в процессе переработки окрашенных материалов (устойчивость к щелочной отварке, к активному хлору, т. е. к отбеливанию гипохлоритом, к валке, декатировке, плиссировке и другим обработкам, которым подвергаются текстильные изделия, к вулканизации, которой подвергаются резиновые изделия и т. п.). Светостойкость окрасок оценивают по восьмибалльной шкале:

• 8 — максимальная устойчивость;

• 7 — превосходная;

• 6 — очень хорошая;

• 5 — хорошая;

• 4 — удовлетворительная;

• 3 — умеренная;

• 2 — низкая;

• 1 — плохая.

Устойчивость окрасок ко всем остальным воздействиям оценивают по пятибалльной шкале:

• 5 — оттенок не изменяется;

• 4 — очень слабое изменение;

• 3 — значительное;

• 2 — видимое;

• 1 — большое.

Устойчивость окрасок к некоторым воздействиям (мокрые обработки и др.) оценивается также по способности противостоять переходу красителя на неокрашенный материал:

• 5 — не закрашивает;

• 4 — очень слабое закрашивание;

• 3 — заметное закрашивание;

• 2 — сильное закрашивание;

• 1 — глубокое закрашивание.

Следует иметь в виду, что устойчивость окрасок зависит не только от химической природы красителя, но и от концентрации красителя в красильной ванне, способа крашения и других факторов. Так, для одного и того же красителя устойчивость к стирке и трению тем ниже, чем концентрированная окраска, а устойчивость к свету, наоборот, с увеличением концентрации окраски повышается. Зависит устойчивость окрасок и от окрашиваемого материала. [1]

2 ХИМИЧЕСКАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ КРАСИТЕЛЕЙ

Первая химическая классификация красителей была основана на хромофорно-ауксохромной теории цветности, затем красители классифицировали по сходству химического строения. Принятая в настоящее время химическая классификация красителей основана на сходстве химического строения хромофорных систем красителей, их химических свойств и методов получения. По этим признакам все синтетические красители разделены на следующие классы.

1. Полиметиновые красители. Хромофорная система полиметиновых красителей характеризуется наличием цепи сопряженных двойных связей, состоящей из свободных или замещенных метиновых групп с ЭД- и ЭА-заместителями по концам.

2. Полициклохиноновые (антроновые) красители. Хромофорная система этих красителей характеризуется наличием замкнутой системы сопряженных двойных связей, состоящей из значительного числа конденсированных ароматических колец, с двумя ЭА-заместителями в виде карбонильных групп. Красители этого класса делятся на следующие группы.

• Красители группы дибензопиренхинона.

• Красители группы антантрона.

• Красители группы пирантрона.

• Красители группы дибензантрона.

• Красители группы ацедиантрона.

3. Нитро- и нитрозокрасители. Хромофорная система этих красителей состоит из замкнутой (ароматической) цепи сопряженных двойных связей, к которой присоединены ЭД-заместитель и нитро- или нитрозогруппа в качестве ЭА-заместителя.

4. Арилметановые красители. Цепь сопряженных двойных связей, составляющая основу хромофорной системы арилметановых красителей, состоит из двух ароматических колец, способных существовать в хиноидной форме, ЭД- и ЭА-заместителей и соединяющего кольца центрального атома углерода. Арилметановые красители делятся на следующие группы.

• Собственно арилметановые красители.

• Ксантеновые красители.

• Акридиновые красители.

5. Антрахиноновые красители. Для хромофорной системы антрахиноновых красителей характерно наличие двух несущих ЭД-заместители ароматических колец, которые связаны двумя карбонильными группами — ЭА-заместителями, разобщающими их сопряженные системы. Красители делятся на следующие группы.

• Гидроксиантрахиноновые (ализариновые) красители.

• Аминоантрахиноновые красители.

• Ациламиноантрахиноновые красители.

• Антримиды.

• Антрахинонилоксадиазоловые красители.

6. Ариламиновые красители. Цепь сопряженных двойных связей, составляющая основу хромофорной системы ариламиновых красителей, состоит из двух ароматических колец, способных существовать в хиноидной форме, ЭД- и ЭА-заместителей и соединяющего кольца центрального атома азота. ЭД–Ar–N=Ar"=ЭА ↔ ЭА"=Ar=N–Ar"–ЭД" Ариламиновые красители делятся на следующие группы.

• Собственно ариламиновые (хинониминовые) красители.

• Оксазиновые красители.

• Тиазиновые красители.

• Диазиновые красители.

7. Азометиновые красители. Для хромофорной системы азометиновых красителей характерно наличие цепи сопряженных двойных связей, в которую в качестве одного или нескольких звеньев входят азометиновые группы. R–CH=N–R", где R и R" = Alk или Ar.

8. Азокрасители. Для хромофорной системы азокрасителей характерно наличие цепи сопряженных двойных связей, в которую входят одна или несколько азогрупп. R–N=N–Ar"–N=N–Ar"– ••, где R = Alk или Ar. По числу азогрупп в хромофорной системе азокрасители разделяют на моноазокрасители (одна азогруппа), дисазокрасители (две азогруппы), трисазокрасители (три азогруппы) и т. д.

9. Формазановые красители. Хромофорная система этих красителей характеризуется наличием цепи сопряжения, состоящей из азо- и гидразонной групп и соединяющего их центрального атома углерода. Ar–N=N–CH=N–NH–Ar" ↔ Ar–NH–N=CH–N=N–Ar" Формазановая группировка может существовать в двух таутомерных формах, причем наряду с линейной структурой возможна циклическая (хелатная) структура с внутримолекулярной водородной связью.

10. Индигоидные красители. Для хромофорной системы индигоидных красителей характерно наличие внутриионизированной цепи сопряжения, часть звеньев которой входит в состав гетероциклических остатков; по концам цепи находятся ЭД- и ЭА-заместители. Здесь Х — гетероатом (N, S, O, Se и др.), А — группа атомов, образующих вместе с атомами углерода пятичленный или шестичленный ароматический или гетероциклический цикл. В зависимости от природы циклических систем, из которых построены молекулы индигоидных красителей, они делятся на следующие группы.

• Бис(индол)индигоиды.

• Бис(бензотиофен)индигоиды.

• Индолбензотиофениндигоиды.

• Индоларен- и бензотиофенарениндигоиды.

11. Тиазоловые красители. Хромофорная система тиазоловых красителей характеризуется наличием пятичленного гетероцикла с атомами азота и серы — тиазола конденсированного с различными ароматическими кольцами, например с бензольным в случае бензотиазола.

12. Антрахиноногетероциклические красители. Основой хромофорных систем этих красителей являются гетероциклические соединения, конденсированные с антрахиноновым ядром. В зависимости от природы гетероцикла красители делятся на следующие группы.

• Антраазоловые (антрахиноназоловые) красители.

• Нафтоакридиновые (антрахинонопиридоновые, фталоилакридоновые) красители.

• Нафтохиноксалиновые (антрахинонопиразиновые, фталоилхиноксалиновые) красители.

• Динафтофеназиновые (антрахинонодигидроазиновые) красители.

13. Антроногетероциклические красители. Для хромофорных систем этих красителей характерно наличие гетероциклических соединений, конденсированных с ядром антрона. В зависимости от природы гетероцикла красители делятся на следующие группы.

• Нафтохинолиновые (антрапиридоновые) красители.

• Бензоперимидиновые красители.

• Нафтоиндазолоновые (пиразолантроновые) красители.

• Диазапирантреновые красители.

14. Периноновые красители. Хромофорные системы периноновых красителей характеризуются наличием пери-ариленового остатка, конденсированного с ядром дигидропиримидиндиона или имидазодигидропиридона. В зависимости от природы гетероцикла, конденсированного с пери-ариленовым остатком, периноновые красители делятся на следующие группы.

• Азафеналеновые (пери-дикарбоксимидные) красители.

• Диазаинденофеналеновые (пери-ароиленимидазоловые) красители.

15. Макрогетероциклические красители. Для хромофорной системы макрогетероциклических красителей характерно наличие макрогетероциклов, которые построены из ароматических или гетероароматических колец, связанных мостиками из атомов углерода или гетероатомов. Макрогетероциклами (макроциклами), лежащими в основе хромофорной системы, являются шестнадцатичленные циклы — «октаазациклогексадецин», «тетраазациклогексадецин», «гексаазадитиациклогексадецин», четырнадцатичленный цикл — «гексаазациклотетрадецин» и др. В зависимости от химической структуры макроцикла красители делятся на следующие группы.

• Фталоцианиновые красители.

• Сопряженные и несопряженные аналоги фталоцианина.

• Порфирины.

• Гексаазациклотетрадециновые красители.

Химическая классификация красителей удобна при изучении химического строения соединений, способов синтеза красителей, изучения зависимости различных свойств красителей от их строения. [2]

3 ПИГМЕНТЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В ПРОИЗВОДСТВЕ СУПЕРКОНЦЕНТРАТОВ, ИХ СВОЙСТВА И ОСОБЕННОСТИ

Пигменты, органические и неорганические, наряду с красителями используются для создания широкой цветовой гаммы суперконцетратов. Cуперконцентраты (мастербачи) - это полимеры, в которые диспергированы концентрированные пигменты.

Суперконцентраты представляют собой дисперсию, в состав которой входят пигменты в полимер-носителе. Но просто добавить пигменты в полимер не получится, особенно в полиолефины – полиэтилен и полипропилен, т.к. эти полимеры неполярны, они обладают очень низкой смачиваемостью. Поэтому перед тем, как соединить пигменты с полимером его вначале диспергируют, а затем обрабатывают поверхностно-активными веществами, которые не позволяют отдельным частицам пигмента опять скоагулировать. После этого активизируют полимер-носитель, вводя специальные технологические добавки (доломит, наноглины, химические компоненты), добавляя подготовленные пигменты. Готовую расплавленную массу пропускают через гранулятор, таким образом получая суперконцентрат.

Пигменты обладают следующими основными характеристиками:

• укрывистость (кроющая способность);

• красящая способность (интенсивность цвета), свойство передавать свой цвет;

• диспергируемость – способность пигмента измельчаться и распределяться в среде.

Из органических пигментов наиболее важными являются пигменты, имеющие молекулярно-кристаллическую структуру, отличающиеся нерастворимостью в окрашиваемых средах. К таким относятся такие пигменты, как азопигменты, фталацианиновые пигменты, трифенилметановые и полициклические. Органические пигменты обладают широкой гаммой ярких оттенков, большей красящей способностью, т.к. в сухом виде имеют много меньший размер частиц, чем неорганические. Но они уступают неорганическим по термо-, свето-, атмосферостойкости, а также миграционной стойкости.

Неорганические пигменты делятся на природные (минеральные), а также синтетические. По цвету пигменты классифицируют на ахроматические (белые, серые, черные), хроматические - цветные, декоративные, порошки металлов.

Для получения черных мастербачей используют сажу, технический углерод. Самый мелкодисперсный углерод получают недожиганием или термическим разложением углеводородов (дизельного топлива, природного газа и т.д.) состоящий из сферических частиц, образующих глобулярную структуру. Средний размер частиц порядка 100 – 3500 ангстрем. Этот тип углерода обладает высокой укрывистостью, высокой степенью черноты из-за своей глобулярности.

Белые неорганические пигменты - это, например, диоксид титана, несколько типов карбоната кальция, тальк, другие минералы.

Для цветных суперконцентратов применяются разные виды красителей, полученных из минералов или синтетическим путем.

Широко используются природные и синтетические кроны. Кроны имеют яркие цвета, обладают высокой красящей способностью. Цвет пигмента больше всего зависит от физических свойств - дисперсности, структуры (соотношения концентраций оксидов свинца, молибдена, хрома, которые содержит минерал). Из кронов получают пигменты желтого, красного, оранжевого цвета.

Присутствие хрома в природном образце во-первых, повышает свето- и термостойкость пигмента, а во-вторых, создает лимонный оттенок. За счет присутствия кальцита пигменты не ухудшают свои свойства. Полимерной промышленностью он используется как технологическая добавка (естественно контролируется его процентное содержание). Окислы алюминия и кремния – также технологические добавки, используемые для улучшения колеровочных свойств пигментов: исключают окисление поверхности частиц пигмента . Синтетические пигменты обладают теми же параметрами, что и природные, но лучше «держат» цвет во время окрашивания, имеют насыщенный тон.

Применяют также природный ультрамарин, который бывает розовым, насыщенным синим, или же фиолетовым. Синтетический ультрамарин получают прокаливанием каолина с серой. Природный ультрамарин светоустойчив, атмосферостоек. Синтетический ультрамарин обладает более низкими параметрами по термо- и светостойкости из-за возможного присутствия серы (если плохая очистка).

Самые распространенные неорганические пигменты - железоокисные пигменты. Помимо минеральных окисей железа широко используются синтетические железоокисные пигменты от красного до коричневого цвета и черного.

Качество всех пигментов, полученных из природных минералов, значительно зависит от качества помола, степени распределения частиц по размерам, а также от формы получаемых частиц (существует такой параметр, как форм-фактор частиц). Структура и размер частиц зависит даже от того, какой используется тип мельницы.

Синтетические пигменты могут иметь следующий недостаток. При синтезе, а также после промывки уже готовых веществ, остаются технические примеси. Даже незначительные количества этих примесей могут повлиять на оттенок при окрашивании, или внести коррекцию режима литья.

Популярным стало окрашивание полимеров под различные виды металлов. Чтобы применять металлические пигменты требует создание абсолютно нового класса суперконцентратов, применяя новые технологии, материалы для получения пигментов такого класса.

Используемые пигменты под золото создаются с помощь золь-гель (sol-gel) технологии. Суть этой технологии заключается в инкапсулировании каждой частицы латуни в абсолютно прозрачную и химически инертную оболочку из оксида кремния. Использование данной технологии позволило предотвратить химическую реакцию частиц с водой, а также повысить термическую и атмосферную устойчивость красителей на этих пигментах.

Чтобы создать пигменты под золото или бронзу выбираются различные марки сплавов латуни или бронзы. Эти два сплава являются разновидностью медных сплавов с разными легирующими компонентами, которые придают мелкозернистую структуру и желтый цвет латуни и крупнозернистую структуру и темно-коричневый цвет бронзе. При оксидировании оба сплава приобретают золотистый и более насыщенный цвет с крапинками.

Довольно часто золотые пигменты получают с использованием алюминиевых металликов, сочетая колеровочные пигменты. Более того, золотые пигменты можно получать с перламутровых пигментов. Пигменты, полученные разными методами, отличаются характерным блеском: перламутровые пигменты – радужным, металлики – холодным. Только медные пигменты дают натуральный золотой блеск.

Пигменты серебристого металлика получают из алюминиевых пластинок, на которые нанесен тонкий слой полимерного покрытия, предохраняющий алюминий от окисления при получении суперконцентрата.

Перламутровые пигменты получают из неорганического природного минерала мусковита или арогонита – определенного вида ракушечника. Измельченные частицы этих материалов затем обрабатываются оксидами кремния или алюминия для придания оттенков. Явление переливчатости – опалесценции очень сильно зависит от размера, формы частиц. [3]

4 КРАСИТЕЛИ И ПИГМЕНТЫ В ПОЛИМЕРАХ

В связи с повышением требований к изделиям из полимерных материалов появилась необходимость улучшения их эксплуатационных, технологических, эстетических и гигиенических свойств. Постоянно возрастающие требования рынка к качеству, цветовой гамме и разнообразию пластмассовой продукции, нашедшей применение в различных областях потребления, способствуют развитию такого рыночного сектора, как добавки к полимерным материалам. Быстро растущий рынок полимерной упаковки, особенно пищевых продуктов, и товаров для детей предъявляет особые требования к добавкам в полимерные материалы.

Суперконцентраты добавок для полимерных материалов подразделяют на модификаторы свойств полимеров, включая добавки, улучшающие их перерабатываемость в изделия, — Additive-Masterbatch и суперконцентраты красителей — Color-Masterbatch. Для придания полимерному изделию необходимых свойств в комплексе, например, стойкости к воздействию ультрафиолетового излучения, трудногорючести, гибкости и цветовой стабильности, возможны комбинации этих добавок в одном концентрате. Однако, в каждом конкретном случае необходимо предусмотреть возможные варианты взаимодействия добавок друг с другом и исключить их, так как это может привести к снижению эффекта модификации. Суперконцентраты различаются также в соответствии со способом переработки полимерных материалов, например, для литья изделий под давлением, экструзии (нити, пленки, трубы) и т. д.

В 50–60 гг. прошлого века окрашивание полимеров осуществлялось главным образом на стадии синтеза добавлением 10–20-кратных концентратов пигментов, получаемых на основе того же окрашиваемого полимерного материала. С увеличением объемов производства полимерных материалов и укрупнением единичных мощностей агрегатов конфекционирования выпуск полимеров широкой цветовой гаммы на заводах, производящих гранулы, стал экономически невыгодным. Поэтому, в 70-х годах в странах Западной Европы преобладающим стал метод окраски термопластов в процессе изготовления изделий. Этому способствовали, с одной стороны, разработка и организация производства выпускных форм — суперконцентратов пигментов, с другой, — создание более совершенных видов оборудования для переработки пластмасс, позволяющего автоматизировать процесс окраски изделий.

Уже в 80-е годы прошлого столетия в США сухие пигменты для окрашивания полимерных материалов почти полностью были вытеснены выпускными формами пигментов. Аналогичная тенденция наблюдалась и в других странах. В бывшем СССР в то время выпускался широкий ассортимент органических и неорганических пигментов, пригодных для окрашивания полимеров. Однако, подготовка основной массы красителей, предназначенных для окрашивания полимеров, производилась только на предприятиях, выпускающих окрашенные в массе волокна и пластмассы.

Все большую популярность приобретают красители в жидкой форме, потому что удобны в обращении и зачастую позволяют создавать специальные эффекты (хромированной, металлической, жемчужной, перламутровой, матовой поверхности и проч.). Исследования, направленные на разработку и создание универсальных концентратов пигментов, пригодных для окрашивания широкого круга полимерных материалов и обладающих хорошей диспергируемостью, высокой цветоотдачей, равномерностью окраски и воспроизводимостью цвета, экономией за счет высокой концентрации активного агента, кроме того, суперконцентраты пигментов не должны влиять на физико-механические свойства изделия, отличаться простотой дозировки и работы.

Практический интерес представляют также работы по созданию полифункциональных концентратов, т. е. обладающих одновременно красящей способностью в сочетании с какими-либо специальными свойствами — светостойкостью, электропроводностью, повышенной адгезией и др.

Основные мировые производители пигментов и суперконцентратов пигментов (Colorants and masterbatches): Aksoy Plastik , American Colors , API , AW , Ampacet, Cabot Plastics , Cairn International , Chrostiki , Ciba Speciality Chemicals , Clariant , Cognis , Colortech , Colux , Delta Tecnic , Gabriel-Chemie (Gabriel-Chemie Corporation), New Particle Chemical Colors , Ngai Hing Hong , OMC , O"Neil Color & Compounding , Plastics Color Corp. , PolyOne , Quality Colour , RGL Sales and Marketing , Singapore Polymer Corporation , Teknor Apex , Tosaf , United Colors , Zhuhai Skyhigh Chemicals , Ferro Corporation, S.L, Undesa Group. [4]

5 СУПЕРКОНЦЕНТРАТЫ В ПРОИЗВОДСТВЕ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПЛАСТМАСС

Полимерные материалы изначально не имеют привлекательности по цвету и фактуре, но, поскольку изделия из пластика формуются из однородного расплава, им можно придать любые цветовые и фактурные свойства с помощью специальных добавок еще на стадии переработки. Производство подобных добавок можно организовать непосредственно на предприятии, объединив тем самым процессы переработки, прокраски и собственно изготовления красящей массы.

Окрашивание пластика проводится «в массе» – когда материал находится в расплавленном состоянии, к нему добавляют пигмент или краситель. При этом происходит диспергирование (рассредоточение) частиц последнего в массе полимера, что обеспечивает равномерность и насыщенность покраски.

Добавлять краситель в расплав пластика можно в виде порошка или в составе другого расплава. Окрашивание полимеров в массе путем добавления порошка красителя неудобно, так как это имеет ряд недостатков: неудовлетворительные оптические свойства окрашиваемого полимера, снижение механических показателей изделия, неоправданно высокий расход дорогостоящего красителя, трудность перехода от одного цвета к другому, вызванная чисткой оборудования. В основном все перечисленные недостатки имеют одно объяснение – сложность полного диспергирования (распределения) красителя в объеме полимера. Частички красителя агрегируются (слипаются), что приводит к возникновению разводов, тусклости и неравномерности окраски.

Для предотвращения описанных выше проблем, а также улучшения условий труда при окрашивании пластиков используют суперконцентраты красителей.

Суперконцентраты представляют собой дисперсии пигментов в веществах, легко совмещающихся с окрашиваемым полимером. Другими словами, при использовании суперконцентрата в объем полимера вводится уже диспергированный порошок красителя. При переработке частицы красящего вещества будут легко и равномерно распределяться по всему объему будущего изделия, не слипаясь и не оседая в нижней части материального цилиндра.

В названии суперконцентратов приставка «супер» означает высокое содержание порошка красителя в красящей массе (до 90 %). При этом наряду с суперконцентратами существуют просто концентраты красителей, которые содержат в своем составе до 20 % пигмента. Производителям пластмассовых изделий более выгодно иметь дело с суперконцентратами, так как из-за высокого содержания пигмента их расход на производство значительно ниже.

В зависимости от способа получения конечный красящий продукт может быть в виде гранул, порошка, пасты или раствора.

В простейшем виде суперконцентрат красителя представляет собой систему из двух компонентов: пигмента и матрицы (связующего вещества). В качестве матрицы могут быть использованы практически все полиолефины, полиолефиновые воска, полистирол, твердые эпоксидные смолы и т.д. Выбор таких материалов определяет способ получения суперконцентрат – диспергирование в расплаве, для чего используют двухшнековые экструдеры.

Помимо перечисленных выше материалов, связывающим веществом могут быть пасты некоторых пластификаторов, стеорокс, а также латексы, в которые можно ввести пигмент путем перетира. Такой способ получения суперконцентратов аналогичен получению типографских офсетных красок на краскотерочных машинах.

При получении эмульсии пигмента в растворе полимера используют полистирол, полиуретан, поливинилацетат. В этом случае могут применяться лопастные смесители, миксеры и т.д.

Наиболее востребованы суперконцентраты, полученные методом диспергирования пигмента в расплаве полиолефинов, полиолефиновых восков и полистирола. Объясняется это прежде всего тем, что большая часть перерабатываемых материалов – именно полиолефины.

Для окрашивания пластиков могут использоваться как неорганические, так и органические пигменты. Среди неорганических пигментов наиболее часто используют диоксид титана, карбонат кальция, сажу, кадмиевые, кобальтовые, желеоокисные, хромовые пигменты, ультрамарин, литопон и др.

Из органических пигментов наиболее важными являются пигменты, имеющие молекулярно-кристаллическую структуру и отличающиеся нерастворимостью в окрашиваемых средах. К таким относятся азопигменты, фталоциановые пигменты, трифенилметановые и полициклические. Обладая более широкой гаммой ярких оттенков и большей красящей способностью, органические пигменты уступают неорганическим по термо-, свето- и атмосферостойкости, а также миграционной стойкости.

Зачастую к окрашенным изделиям из полимерных материалов предъявляют специфические требования. Например, если полимерное изделие находится в непосредственном контакте с пищевыми продуктами, то используемые добавки к полимерным материалам и суперконцентраты должны иметь соответствующее разрешение.

Имеется множество суперконцентратов, которые позволяют окрасить полимер практически в любой цвет и оттенок в пределах известной цветовой гаммы. Кроме того, появились суперконцентраты, позволяющие получить при окрашивании различные спецэффекты, от которых внешний облик изделий из полимеров существенно меняется.

К спецэффектам относятся перламутровые, флуоресцентные, опалесцирующие, фосфоресцирующие и радужные окраски полимеров. Добавки с такими эффектами используются в дорожных знаках, рекламе, спецодежде, игрушках и многих других изделиях, где важен визуальный эффект.

В суперконцентратах могут использоваться также флеки и флиттеры, как вкрапления в основную массу полимера волокон, чешуек или точек. С их применением возможно получать окраску «под горные породы» – мрамор, гранит и другие. Такие эффекты достигаются за счет того, что данные вкрапления являются окрашенными частицами полимеров с более высокой температурой плавления, чем окрашиваемый материал. [5]

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящее время создаются рецептуры концентратов пигментов на основе новых связующих, являющихся универсальными для полимерных красок и полимеров, по расширению цветовой гаммы, марочного ассортимента суперконцентратов пигментов со специальными эффектами. Непрерывно совершенствуются технологии получения суперконцентратов пигментов и автоматизации процессов окраски полимерных материалов.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

1.[Электронный ресурс] / Режим для доступа: http://chemanalytica.com/book/novyy_spravochnik_khimika_i_tekhnologa/12_obshchie_svedeniya/6140

2.[Электронный ресурс] / Режим для доступа: http://chemanalytica.com/book/novyy_spravochnik_khimika_i_tekhnologa/12_obshchie_svedeniya/6139

3. [Электронный ресурс] / Режим для доступа: http://www.polikonta.by/products/articles/obsor.html

4. [Электронный ресурс] / Режим для доступа: http://www.polymerbranch.com/publ/view/52.html

5. [Электронный ресурс] / Режим для доступа: http://www.newchemistry.ru/dobavka.php?id=26