Pigmenty a barviva

Pigmenty:

- pigmenty = barevné prášky, které lze dispergovat ( vytvořit disperzní soustavy, rozptylují se v pojivech), pigmenty jsou v pojivu ( rozpouštědle) rozptýlené a jsou v něm nerozpustné, jsou kryvé, neprůhledné, neprůsvitné a podle kryvosti se posuzují malé částečky menší než 1µm

- někdy se do pigmentů přidávají plniva = nerozpustný prášek, který zvyšuje množství pigmentu nastavováním, někdy zušlechťuje výrobek, lepší výrobek získáme přidáním aktivního plniva = které zvyšuje kvalitu pigmentu ( saze v gum. výrobnách)

- barviva = jsou rozpustná prostředí, která vybarvují, vytváří roztoky, jsou průhledná ( transparentní), jsou nekryvá

- nejčastější uplatnění pigmentů – nátěrové hmoty

- 3 základní složky nátěrových hmot – 1) pigment – barva, nyvost

2) pojivo – po nanesení vytvoří na povrchu hmoty tenký film

3) ředidlo – používá se pro lepší nanášení hmoty, po nanesení vytěká

- nátěrová hmota bez pigmentu je transparentní, méně krycí a podklad prosvítá

- zasychání pojiva – a) fyzikální – odpařování – odpaření rozpouštědla – ředidla, pojiva se rozpouštějí v ředidle jen pro zpracování barvy. Zatím co se ředidla odpařují, tvoří se barvový film, který lze rozpustit rozpouštědlem, nebo ředidlem.

b) chemické – u olejových nátěrů → oxidace nátěrových barev

- Pro použití je velmi důležitá schopnost zachycení na povrchu vybarvované látky

- barevnost a kryvost – souvisí s indexem lomu n ( prostředí a pigmentu) a velikosti částic. Čím větší je rozdíl indexu lomu mezi prostředím a pojivem, tím je větší kryvost.

- Velikost částic pigmentů – nejlepší je velikost částic pigmentu odpovídající vlnové délce světla ( 400-800µm). Pigmenty se velmi jemně melou na malé částice. Na pigmenty působí prostředí a světlo, což určuje stálost pigmentu.

- Kvalitní pigment má velký rozdíl indexu lomu – Index lomu ( značí se N) je bezrozměrná fyzikální veličina popisující šíření světla a všeobecně elektromagnetického záření v látkách. Např.: titanová běloba TiO₂ – anatas ( n= 2,53), rutil (n=2,71)

-  křídování – nepříznivý jev – vrstvička, která se dá stírat, odlučuje se pigment od pojiva. Tomuto jevu se zabraňuje povrchovými úpravami.

- některé pigmenty jsou směsné – tvoří je 2 látky, jeda z nich je méně kvalitní – substrát (podklad)

- světélkující pigmenty – luminofory – zvláštní typ pigmentů, které jsou schopny přenést záření kratších vlnových délek do viditelného světla ( např. ultrafialová)

- Rozdělení pigmentů – a) přírodní – křída, saze

b) uměle připravené

- Barevné pigmenty – a) bílé pigmenty – zinková běloba ZnO, litopon ZnS + BaSO₄, titanová běloba TiO₂

b) černé pigmenty – železitá čerň Fe₃O₄ (Fe₂O₃. FeO)

c) žluté pigmenty – železitá žluť FeO(OH), chromová žluť PbCrO₄, kadmiová žluť CdS

d) červené pigmenty – železitá červeň Fe₂O₃, suřík ( mínium ) Pb₃O₄ (2PbO . PbO₂)

e) zelené pigmenty – chromová zeleň Cr₂O₃

f) modré pigmenty – berlínská modř Fe₄[Fe(CN)₆]₃

Výroba pigmentů:

- částice meleme na částice o velikosti řádově o 1 µm na speciálních mlýnech (tryskové mlýny, mikronizéry)

- pigmenty se někdy získávají srážením roztoků ( důležité jsou koncentrace, pH, teplota a doba srážení roztoku)

O2

- tepelný rozklad – kalcinace – zjednodušeně odštěpování vody, chemická reakce v žáru – rozklad, slinování, následně reakce v plynné fázi např.: Zn → ZnO

Pigmenty z Prechezy Přerov:

- výroba TiO₂ a železitých pigmentů

Výroba titanové běloby:

- surovina – ilmenit – titaničitan železnatý FeTiO₃

- přírodní rutil TiO₂

1) Sulfátový způsob výroby – chemismus – FeTiO₃ + H₂SO₄ → TiOSO₄ + FeSO₄ + H₂O ( oxosíran titanylu)

TiOSO₄ + _n+1H₂O →TiO₂ . nH₂O + H₂SO₄ (hydrolýza)

TiO₂ . nH₂O → TiO + nH₂O (kalcinace)

- postup – Postup: výchozí surovinou je ilment, který se pomele na skládku, pak se suší a pomele na kulových mlýnech, vede se do rozkladného reaktoru, do kterého se přivádí tzv. startovací H2SO4 (asi 20%ní), reakce začíná při 80ºC, přidá se 92%ní H2SO4 a proběhne exotermický rozklad při teplotě 180ºC (v uzavřených rozkladných reaktorech), po rozkladu se přivádějí Fe odstřižky, které zabezpečí trvalé redukční prostředí (veškeré ionty železa jsou ve formě Fe2+), pak následuje oddělení kalu od roztoku = číření, usazování, po vyčíření se pomocí krystalizace oddělí Fe2+ ve formě FeSO4.7H2O (zelená skalice), roztok se zahustí a vede se na řízenou hydrolýzu, přidávají se rutilové zárodky TiO2 -> vzniká bílý gel TiO2.nH2O, gel se odvádí na Moorovy filtry, kde dochází i k celkovému promytí gelu a po promytí vzniká odpadní voda, kterou lze využít jako startovací kyselinu, po filtraci a promytí se směs vede na bělení (aby titanová běloba měla žádoucí kvalitu), pak se produkt zahustí a vede se do kalcinační pece (teplota 850ºC), vzniklý pigment se pomele popř. povrchově upraví, vyrábí se anatas a rutil

2) Chloridový způsob výroby TiO₂: přírodní rutil převedeme chlorací na TiCl₄.

- reakce – TiO₂ + 2Cl₂ + C → TiCl₄ + CO₂ t= 1000°C

- TiCl₄ se pak oxiduje, reakce probíhá v plynném skupenství, vzniká čistý TiO₂ a Cl₂, který se používá k chloraci přírodního rutilu.

- TiCl₄ + O₂ → TiO₂ + 2Cl₂

- výroba je bez odpadu

Železité pigmenty:

- výchozí surovina. Odpad při výrobě TiO₂ = zelená skalice FeSO₄ . 7H₂O

Organická barviva:

- podmínka barevnosti = adsopce částí viditelného světla (400-800nm)

- podmínka použitelnosti = schopnost zachycení barviva na povrchu vybarvované látky

Rozdělení barev dle chemického složení: a) azobarviva

  b) antrachinová barviva – odvozené od antrachinonu, na němž jsou různé substituenty = docílení barevných změn, např. alizarin

c) sirná barviva – podstatou jsou heterocyklické sloučeniny se sírou, nemají přesně definované složení, jsou levnější a méně stálá, příprava: fenoly a aromatické aminy se taví se sírou

d) jiná barviva – např. indigo

1) Azobarviva – barviva vyrobená z aromatických sloučenin, které mají amino skupinu (-NH2)

-  příprava probíhá v základních dvou krocích

a) diazotace – diazotací vzniká diazoniová sůl:

-  do roztoku HCl se vloží amin a za neustálého chlazení ledem t= 0 - 5°C se k této směsi přivádí roztok NaNO₂, rekce se provádí tak dlouho, dokud nevzniká volná kyselina dusitá HNO₂

- roztok diazoniové soli nesmí zaschnout, protože by došlo k výbuchu, tyto soli jsou velmi nestabilní

b) azokopulace ( kopulace)

- kopulace probíhá tak, že se roztok aktivní komponenty ( roztok diazoniové soli ) za stálého míchání vnáší do roztoku pasivní komponnety ( např.: substituvoané fenoly). Kopulace probíhá v alkalickém, nebo kyselém prostředí.

Výroba oranže II:

- pokud výsledná molekula obsahuje ještě další amoniovou skupinu, lze po diazotaci a kopulaci znovu celý tento proces provést ještě jednou. Jedná se o opětovanou diazotaci a kopulaci.

Výroba kongočervěně: Pokud výsledná molekula obsahuje ještě další amoniovou skupinu, lze po diazotaci a kopulaci znovu celý tento proces provést ještě jednou. Jedná se o opětovanou diazotaci a kopulaci. → Což má za následek velké množství různých barev ( kde se látka liší o různé substituenty)

- Organická barviva nejsou stálá a postupně blednou.

2) Antrachinonová barviva – jsou odvozeny od molekuly antrachinonu. Antrachinon je diketon.

3) Sirná barviva – jsou levnější, méně stálé, podstatou jsou aromatické heterocyklické sloučeniny, které obsahují síru, nemají přesně definované složení.

- příprava – tavení aromatického aminu a derivátu fenolu se sírou

Aplikace barviv:

a) přímá barviva – jsou rozpustná, vybarvují se z roztoku

b) kypová barviva – např. indigo – redukovaná forma

- kypa = red. forma barviva, která je nerozpustná

- z barviva se red. Činidlem (SO₃^2-) připraví redukovaná forma, rozpustí se ve vodě a po nanesení se v sušárně za přítomnosti vzduchu zoxiduje zpět na původní barvu

c) disperzní barviva – málo rozpustná barviva, která se aplikují ve formě disperze ( pomocí tenzidů).