Пигменты: определение, свойства и классификация¶
Пигмент — это твёрдое или жидковатое химическое вещество, которое окрашивает среду, в которую вводится, за счёт поглощения света определённых длин волн и отражения или рассеяния остальных. В отличие от красителей, пигменты характеризуются нерастворимостью или очень малой растворимостью в среде нанесения и удерживаются в ней механически — взвешенными частицами или включёнными в плёнку связующего вещества. Пигменты применяются в живописи, печати, производстве пластмасс, резины, керамики, строительных материалов, косметике, а также встречаются в природе — в растениях, микроорганизмах, тканях животных.
¶Основные свойства
Ключевые характеристики любого пигмента:
- Окраска и оттенок — определяются химическим составом и структурой частиц, а также размером зёрен.
- Кроющая способность — способность перекрывать цвет подложки. Высококроющие пигменты (например, диоксид титана) используются как белила.
- Тонирующая способность — интенсивность окраски при разведении в белом носителе.
- Укрывистость — свойство образовывать непрозрачный слой заданной толщины.
- Светостойкость — устойчивость к разрушению под действием ультрафиолетового и видимого излучения.
- Химическая инертность — сопротивление действию кислот, щелочей, влаги, растворителей.
- Термостойкость — сохранение свойств при нагреве, важна при производстве керамики и пластмасс.
- Дисперсность — размер частиц, влияющий на оттенок и блеск: мелкие частицы дают более светлый и холодный тон.
¶Классификация
¶По происхождению
Природные пигменты добываются из минерального или органического сырья. К ним относятся охра (гидрат оксида железа), сиена, умбра, малахит, лазурит (основа азурита), киноварь (сульфид ртути), графит. Растительные пигменты — каротиноиды (жёлто-оранжевые), антоцианы (красно-фиолетовые), хлорофиллы (зелёные) — широко распространены в природе, но в чистом виде как художественные пигменты применяются редко из-за низкой светостойкости.
Синтетические пигменты получают химическим синтезом. К ним относятся берлинская лазурь (Fe₄[Fe(CN)₆]₃), фталоцианины, сажа, синтетические оксиды и сульфиды металлов. Синтетические пигменты обычно обладают более стабильными и предсказуемыми свойствами, чем природные.
¶По химическому составу
| Класс | Примеры | Особенности |
|---|---|---|
| Минеральные неорганические | Диоксид титана, оксиды железа, сульфид кадмия, хроматы | Высокая светостойкость, химическая стойкость |
| Органические синтетические | Фталоцианины, азо-пигменты, хинофталеоны | Яркость, широкая цветовая гамма, малые дозировки |
| Металлические порошки | Алюминиевая и бронзовая пудра | Создают эффект металлического блеска |
| Перламутровые | Пигменты на основе слюды, покрытые оксидами | Иризирующий эффект |
¶По назначению
Пигменты делят на художественные (используются в живописи, требуют высокой светостойкости и химической инертности), технические (для окраски материалов, лаков, пластмасс) и пищевые (Е100–Е180, регламентируются санитарными нормами).
¶Механизм окрашивания
Цвет пигмента определяется избирательным поглощением светового излучения. Электроны молекулы или кристаллической решётки переходят на более высокие энергетические уровни, поглощая фотоны определённой длины волны; остальная часть спектра отражается или рассеивается и воспринимается глазом как цвет пигмента. В природных пигментах окраска часто обусловлена комплексами переходных металлов (железо, марганец, кобальт), в органических — системой сопряжённых двойных связей в хромофорной группе.
¶Применение
В живописи и реставрации пигменты традиционно растирают в порошок и смешивают с связующим — олифой, яичным желтком, казеином, акриловой дисперсией — получая краски. Состав красочных слоев исторических полотен изучается методами рентгенофлуоресцентного и инфракрасного анализа, что позволяет датировать и атрибутировать произведения.
В промышленности пигменты вводят в полимеры, лаки, краски, строительные смеси. Диоксид титана — самый массовый пигмент в мире, применяемый в качестве белил и наполнителя. Сажа используется как армирующий наполнитель и чёрный пигмент в резине и типографской краске.
В биологии пигменты выполняют функции фотосинтеза (хлорофилл), защиты от ультрафиолета (каротиноиды), маскировки и сигнализации (антоцианы, меланины). Меланин определяет окраску кожи, волос и радужной оболочки человека.
В медицине и косметике пигменты используются в составе тональных средств, тату-красках (инертные неорганические соединения), а также как индикаторы в лабораторной диагностике.
¶Экологические и медицинские аспекты
Ряд традиционных пигментов токсичен: сульфиды свинца и кадмия, хроматы, соединения ртути (киноварь). В большинстве стран их использование в бытовых красках и косметике ограничено или запрещено. Современные органические пигменты, как правило, малотоксичны, однако при производстве и утилизации требуют контроля выбросов.
Источники:
- Фрайштат Д. М. «Пигменты и пигментированные материалы»
- Кузьменко Н. Е. «Пигменты и красители»
- Волков В. Д., Волкова В. Л. «Химия пигментов и красителей»
- Справочник «Пигменты: свойства, применение, анализ»