بررسی پیگمنت یا رنگدانه پلاستیک

پیگمنت و رنگدانه پلاستیک مواد پودری هستند که جهت ایجاد رنگ در پلاستیک، پوشش، جوهر و رنگ‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند. در واقع پیگمنت مواد آلی، معدنی و یا پودر فلزاتی هستند که سبب بازنشر نور در طیف مشخص شده و در نتیجه رنگ مورد نظر را ایجاد می‌کنند.

 

تفاوت پیگمنت و dye

پیگمنت عمدتاً در حلال‌ها نامحلول هستند. در مقابل دای (dye در حلال مشخصی از جمله آب حل شده و به ماده مورد نظر منتقل می‌شود. در واقع پیگمنت‌ها عمدتاً به صورت فیزیکی در ماده مورد نظر پخش شده درصورتیکه دای به صورت شیمیایی به بستر مورد نظر که می‌تواند از جنس الیاف، پشم و پلیمر باشد، متصل می‌شود. در واقع زمانی که شما موی خود را رنگ می‌کنید از یک دای استفاده می‌کنید.

 

اقتصاد جهانی پیگمنت

سالانه حدود 7 میلیون تن پیگمنت آلی و معدنی در سراسر جهان تولید شده که گردش مالی 30 میلیارد دلاری را به خود اختصاص داده اند. تخمین زده شده که یک سوم این مقدار مربوط به پیگمنت تیتانیم دی اکسید می‌باشد.

 

تاریخچه استفاده از پیگمنت

پیگمنت از نظر زیبایی شناختی برای انسان از اهمیت بالایی برخوردار بوده و از نظر باستانی همواره انسان از مواد رنگی جهت رنگ کردن بدن و یا به جا گذاشتن اثری از خود استفاده کرده است. از جمله اولین پیگمنت‌های مورد استفاده انسان، اکسید آهن، پودر سنگ لاجورد و کربن بلک برگرفته از ذغال بوده است. اولین پیگمنت ساخته شده توسط انسان، آبی رنگ بوده و توسط مصریان باستان ساخته شد. آبی مصری در واقع نوعی سیلیکات حاوی مس و کلسیم بود که از ترکیب کردن کوارتز، لایمستون و سنگ‌های معدنی حاوی مس ایجاد شد. بعد از آبی، مصرف پیگمنت‌هایی چون کربنات سرب بازی، سولفات جیوه، ترکیبات قلع/سرب به عنوان پیگمنت استفاده گردید.

 

تولید صنعتی و نوین پیگمنت

همزمان با انقلاب صنعتی و افزایش قیمت رنگ‌های برگرفته از منابع طبیعی ( از جمله لاجورد) نیاز بشر به رنگ‌های سنتزی افزایش یافت. پیگمنت آبی الترامارین از جمله اولین رنگ‌هایی بود که به طور صنعتی سنتز شد. پس از آن با گسترش تکنولوژی، تولید پیگمنت و دای به صورت گسترده افزایش یافت و روش‌هایی برای تولید رنگ سفید تیتانیوم دی اکسید، رنگ‌هایی بر پایه آنیلیلن، ترکیبات دی آزو و ... توسعه داده شد. مهم ترین رنگ‌های سنتزی شامل الترامارین، اکسید آهن و تیتانیم دی اکسید می‌باشد.

 

شاخص بین المللی رنگ یا colour index international

با افزایش تعداد پیگمنت‌های آلی و معدنی مورد استفاده در صنایع مختلف در سال 1925 روشی برای دسته بندی انواع رنگ صورت گرفت و  برای پیگمنت‌ها بر اساس شاخص CII یک کد رنک تعریف شد که معرف نوع رنگ و شید رنگی حاصل از آن می‌باشد.

 

انواع رنگ معدنی بر پایه فلزات مختلف

به طور کلی پیگمنت‌‌ها مواد شیمیایی آلی و معدنی هستند که برای ایجاد رنگ در محصولات مختلف استفاده می شوند. پيگمنت در صنعت رنگسازی نقش مهمي از قبيل ايجاد رنگ، پوشش ،براقيت وسختي، مقاومت، حفاظت، افزايش چسبندگي و .... را ايفا مي کند. موارد استعمال عمده پيگمنت‌ها در لاک‌ها، محصولات آرایشی، محصولات غذایی و دارویی، رنگهاي روغني، ورني‌ها، رنگهای سلولزی، رنگهای پلاستيکی، مرکبهای چاپ و رنگ‌رَزی کاغذ و تاسيسات آهني مي‌باشد. رنگدانه ها را به دو دسته عمده معدنی و آلی تقسیم بندی می کنند. در این مقاله به بررسی ویژگی‌های مهم در انتخاب پیگمنت پرداخته می شود.

 

بررسی رنگدانه(پیگمنت)های معدنی پلاستیک

رنگدانه‌هاي معدني طبيعي از پوسته زمين استخراج مي‌شوند، خرد شده، شسته شده، از لحاظ اندازه درجه‌بندی مي‌شوند. غالباً برای اين رنگدانه‌های طبيعی ، معادل مصنوعي هم وجود دارد، يعني رنگدانه از اجزاء ديگری در اثر يک فرآيند شيميايي ساخته مي‌شود. ظاهراً از نظر شيميايي با نمونه طبيعي يکسان است، ولي اغلب به دلایلی چون شکل بلور و... خواص متفاوتي دارد.

ویژگی های شناخته شده رنگدانه های معدنی:

• پراکندگی آسان
• پایداری حرارتی
• مقاوم در برابر نور
• مقاوم در برابر عدم فرسایش در هوای آزاد
• مات
• نامحلول ، اجتناب از مهاجرت

 

برخی از رنگدانه های معدنی ، به ویژه آنهایی که حاوی یونهایی هستند که قادر به ایجاد بیش از یک حالت اکسیداسیون هستند (به عنوان مثال سرب ، جیوه ، کروم ، مس ، آهن) ، به هنگام نمایش تیره جلوه می کنند. تخریب حرارتی عموماً سبب تیره شدن آن نیز می شود. رنگدانه های معدنی حساس به برش نیستند و حجم خوب و مقرون به صرفه ای از آن در محصول استفاده می شود.

رنگدانه های معدنی خاصی وجود دارند که می توانند بازتاب IR بالایی را جهت نمایش رنگ مرئی ارائه دهند. از رنگدانه های معدنی در خنک نگه داشتن سطوح و ایجاد مقاومت در عناصری که در فضای باز قرار می گیرند از قبیل بام ، کف سازی ، و سطوح خارج از وسایل نقلیه، استفاده می شود. این کار باعث صرفه جویی در هزینه و انرژی شده و همچنین با محافظت از آن در برابر صدمات ناشی از گرمای خورشید باعث افزایش عمر لایه می شود.

 

 

رنگدانه(پیگمنت)های آلی پلاستیک

امروزه رنگدانه‌های آلي به مراتب بيشتر از رنگدانه‌هاي معدني مي‌باشند. بعضي از جديدترين رنگدانه‌ها ساختمان آلي فلزی دارند. بيشتر رنگدانه‌های آلي، مواد شيميايي آلي هستند که روی يک هسته معدني هيدروکسيد آلومينيوم رسوب داده شده‌اند. از مهمترين رنگدانه‌های آلي مي‌توان به گروه فتالوسيانين‌ها اشاره کرد که طيف رنگهای آبي و سبز را در بر مي‌گيرند و فتالوسيانين مس، رنگدانه آبي مي‌باشد که به علت خواص مقاومتي خوب در برابر عوامل مختلف، يک رنگدانه با ارزش به شمار مي‌رود . فتالوسيانين‌ها را از فتاليک و اوره سنتز مي‌کنند. رنگدانه‌های آلي، به صورتي که امروزه در صنعت استفاده مي‌شوند، در طبيعت يافت نمي‌شوند و تقريباً همه آنها سنتزی مي‌باشند. رنگدانه های آلی عمدتاً برای کاربردهایی که نیاز به استحکام رنگ بالا و سایه های درخشان دارند استفاده می شوند ، در حالی که رنگدانه های معدنی عمدتاً در مواردی که کدورت زیاد مورد نیاز باشد مفید هستند.

 

انواع پیگمنت قرمز-آلی

 

ماهیت شیمیایی پیگمنت	کد رنگ
بتانفتول	قرمز 3 قرمز4
تونر	قرمز48 قرمز57 قرمز60 قرمز68
بنزیمیدازولون	قرمز171 قرمز175 قرمز176 قرمز185 قرمز208
دیس آزو	قرمز144 قرمز166 قرمز214 قرمز220 قرمز221 قرمز241
کیناکریدون	قرمز122 قرمز192 قرمز202 قرمز207 قرمز209
پریلن	قرمز123 قرمز149 قرمز178 قرمز179 قرمز190 قرمز224
آنتراکینون	قرمز177
دیبرومانترون	قرمز168
دیکتوپیرولو-پیرول رنگدانه DPP	قرمز254 قرمز255 قرمز264 قرمز270 قرمز272
مونو آزو	قرمز48:2 قرمز 57:1

 

 

انواع پیگمنت آبی- آلی

 

ماهیت شیمیایی پیگمنت	کد رنگ
فتالوسیانین مس	آبی 15 آبی 15:1 آبی 15:2 آبی 15:3 15:4 15:6 6
ایندانترون	آبی 60

 

انواع پیگمنت سبز-آلی

 

ماهیت شیمیایی پیگمنت	کد رنگ
فتالوسیانین	سبز7 سبز36

 

انواع پیگمنت نارنجی- آلی و معدنی       

 

ماهیت شیمیایی پیگمنت	کد رنگ
پیرازولون	نارنجی13 نارنجی34
پرینون	نارنجی43
Disazo condensation	نارنجی31
بتا نفتول	نارنجی5
مولیبدات سرب	نارنجی اسکارلت معدنی104

 

انواع پیگمنت قهوه‌ای- آلی

 

ماهیت شیمیایی پیگمنت	کد رنگ
بنزیمیدازولون	قهوه‌ای25
Disazo condensation	قهوه‌ای 23

 

انواع پیگمنت بنفش -آلی

 

ماهیت شیمیایی پیگمنت	کد رنگ
دی اکسازین	بنفش 23 بنفش 37
کیناکریدون	بنفش 19

 

انواع پیگمنت مشکی - آلی

 

ماهیت شیمیایی پیگمنت	کد رنگ
کربن بلک(دوده)	مشکی 6 مشکی 7  مشکی 8
گرافیت	سیاه 10
آنیلین مشکی	مشکی 1
آنتراکینون سیاه	مشکی 20

 

انواع پیگمنت زرد-آلی

 

ماهیت شیمیایی پیگمنت	کد رنگ
آریل آمید	زرد 1 زرد 3 زرد 65 زرد 73 زرد 74 زرد 75 زرد 97 زرد 11
دی آریلید	زرد 12 زرد 13 زر 14 زرد 17 زرد 81 زرد 83
بنزیمیدازول	زرد 120 زرد 151 زرد 154 زرد 175 زرد 181 زرد 194
دیس آزو	زرد 93 زرد 94 زرد 95 زرد 128 زرد 166
ایزویندولینون	زرد 139 زرد 185
کینوفتالون	زرد 138
آنتراپیریمیدین	زرد 108
فلاوانترون	زرد 24

 

انواع پیگمنت قرمز- معدنی

 

ماهیت شیمیایی پیگمنت	کد رنگ
کرومات سرب	قرمز 103
مولیبدات سرب	قرمز 104
کادمیوم	قرمز 108
اکسید آهن قرمز	قرمز 101 قرمز 102

 

انواع پیگمنت آبی- معدنی

 

ماهیت شیمیایی پیگمنت	کد رنگ
پروس Prussian blue	آبی 27
اولترامارین	آبی 29
کُبالت	آبی 28 آبی 36

 

انواع پیگمنت سبر- معدنی

 

ماهیت شیمیایی پیگمنت	کد رنگ
کروم	سبز 15
اکسید کروم	سبز 17
اکسید کروم هیدراته	سبز 18

 

انواع پیگمنت مشکی- معدنی

 

ماهیت شیمیایی پیگمنت	کد رنگ
اکسید آهن	مشکی 11

 

انواع پیگمنت قهوه‌ای- معدنی

 

ماهیت شیمیایی پیگمنت	کد رنگ
اکسید آهن	قهو‌ه‌ای 6 قهوه‌ای 7
Metal complex brown	قهوه‌ای 33

 

درجه حرارت سختی براساس شاخص MOHS

 

نوع ماده	درجه حرارت سختی براساس شاخص MOHS
Gold(طلایی)	0
Talc(تالک)	1
Gypsum(گچ)	2
Calcite(کلسیت)	3
Fluorite(فلوریت)	4
Apatite(آپاتیت)	5
Orthoclase(ارتوکلاس)	6
Quartz(کوارتز)	7
Topaz(توپاز)	8
Corundum(کوراندوم)	9
Diamond(الماس)	10

 

 

(رنگدانه‌های زرد) YELLOW PIGMENTS

کد رنگ	مقاومت در برابر حرارت
رنگدانه زرد 42 (اکسید آهن)	160To 180°C
رنگدانه زرد 34 (کرومات های سرب)	140To 300°C
رنگدانه زرد 184 (بیسموت وانادات)	240To 300°C
رنگدانه زرد 53 (آنتیموان نیکل)	up to 1000°C

 

(رنگدانه‌های نارنجی)Orange pigments

کد رنگ	مقاومت در برابر حرارت
رنگدانه نارنجی 20 (سولفید کادمیوم) Pigment Orange 20(Cadmium Sulfide)	400To 600°C

 

(رنگدانه‌های قهوه‌ای)Brown Pigments

کد رنگ	مقاومت در برابر حرارت
رنگدانه قهوه ای 6 (اکسید آهن)   Pigment Brown 6 (Iron oxide)	max 180°C
رنگدانه قهوه ای 29 (کروم/اکسید آهن)    Pigment Brown 29  (Chrome/Iron oxide)	300°C
رنگدانه قهوه ای 31 (کروم/اکسید آهن) Pigment Brown 31 (Chrome/Iron oxide)	300°C
رنگدانه قهوه ای 33 (کروم/اکسید آهن) Pigment Brown 33  (Chrome/Iron oxide)	300°C

 

(رنگدانه‌های قرمز)Red pigments

کد رنگ	مقاومت در برابر حرارت
رنگدانه قرمز 101 (اکسید آهن)   Pigment Red 101 (Iron oxide)	up to 300°C
رنگدانه قرمز 104 (رنگدانه فاز مخلوط) Pigment Red 104 (Mixed Phase Pigment)	140To 300°C
رنگدانه قرمز 29 (رنگدانه اولترامارین)   Pigment Red 29 (Ultramarine pigment)	up to 200°C

 

(رنگدانه‌های آبی) Blue pigments

کد رنگ	مقاومت در برابر حرارت
رنگدانه آبی 29 (رنگدانه اولترامارین) Pigment Blue 29 (Ultramarine Pigment)	300To 400°C
رنگدانه آبی 28 (اکسید فلز) Pigment Blue 28 (metal oxyde)	up to 1000°C
رنگدانه آبی 36 (اکسید فلز)   Pigment Blue 36 (metal oxyde)	up to 1000°C

 

(رنگدانه‌های بنفش)Violet Pigments

کد رنگ	مقاومت در برابر حرارت
پیگمنت بنفش 15 (رنگدانه اولترامارین)   Pigment Violet 15 (Ultramarine Pigment)	up to 250 °C
پیگمنت ویولت 16 (بنفش منگنز)   Pigment Violet 16  (Manganese violet)	up to 300 °C

 

 

(رنگدانه‌های سبز)Green Pigments

کد رنگ	مقاومت در برابر حرارت
رنگدانه سبز 17 (کروم اکسید سبز)   Pigment Green 17 (Chrome Oxide Green)	1000°C
رنگدانه سبز 19 (اکسیدهای فلزی مخلوط مبتنی بر کبالت)   Pigment Green 19  (Cobalt-based mixed metal oxides)	300To 1200°C
رنگدانه سبز 26 (اکسیدهای فلزی مخلوط مبتنی بر کبالت)   Pigment Green 26 (Cobalt-based mixed metal oxides)	300To 1200°C
پیگمنت سبز 50 (اکسیدهای فلزی مخلوط مبتنی بر کبالت) Pigment Green 50 (Cobalt-based mixed metal oxides)	300To 1200°C

 

ویژگی مهمی که در انتخاب پیگمنت باید در نظر گرفت

برخی از ویژگی‌های مهمی که در انتخاب پیگمنت باید در نظر گرفت به شرح زیر هستند:

1-پایداری آب و هوایی پیگمنت (Weatherability/Aging)

اثر نوری uv  خورشید و حتی نور لامپ می‌تواند سبب تاثیر منفی بر روی رنگ شود. در نتیجه پیگمنت‌های باید در برابر نور uv  مقاوم باشند. پیگمنت‌های آلی عمدتا پایداری کمتری در برابر نور uv   نسبت به پیگمنت آلی دارند. برای مقاوم شدن پیگمنت می‌توان از افزودنی آنتی یو وی استفاده کرد و یا در فرمولاسیون رنگ از تیتانیم دی اکسید استفاده کرد. استفاده از تیتانیم دی اکسید سبب مقاومت uv می‌شود. به همین دلیل است که رنگ پیگمنت‌ها در حال ترکیب شده با تیتان دی اکسید در نظر می‌گیرند نه به صورت خالص.

 

2-مقاومت نوری پیگمنت یا Light Fastness

مقاومت نوری گاه به غلط با مقاومت آب و هوایی پیگمنت یکسان در نظر گرفته می‌شود. در حالی که یک پیگمنت می‌توان علارغم داشتن مقاومت نوری بالا، مقاومت پایینی داشته باشد. مقاومت نوری در واقع مقاومت رنگ در برابر نور در طول زمان است. ( نه فقط نور .(uv پایداری نوری برای پیگمنت مورد استفاده در خارج از ساختمان بسته به پلیمرپایه، شرایط محیطی و حضور تیتانیم دی اکسید متفاوت خواهد بود.

 

3-اثر پیگمنت پلاستیک بر شرینکیج پلاستیک یا Warping/Nucleation

پدیده جمع شدگی یا شرینکیج در پلیمرهایی کریستالی و تولید محصولاتی چون ظروف و جعبه‌ها از اهمیت بالایی برخوردار است. کریستال شدن از دو نقطه نظر درجه کریستالی شدن و میزان کریستالی شدن می‌توان مورد بررسی قرار داد. پیگمنت‌ها می‌توانند با تاثیر بر این دو موضوع در طول فرآیند سرد شدن پلاستیک بر روی کریستال‌ها و در نتیجه جمع شدگی پلاستیک تاثیر خواهند داشت. بسته به ماهیت پیگمنت تاثیر بر روی شرینکیج می‌تواند کم یا زیاد باشد.

 

4- قدرت همرنگ کنندگی یا tinting strength و قدرت پوشانندگی یا opacity

قدرت همرنگ کننده پیگمنت بستگی به ماهیت شیمیایی و اندازه ذرات دارد. قدرت همرنگ کنندگی با کاهش اندازه ذره افزایش می‌یابد.

پوشانندگی بر خلاف قدرت همرنگ کنندگی در اندازه ذرات بسیار ریز کاهش می‌یابد. همچنین با افزایش اندازه ذره بیش از 1 نانومتر نیز کاهش می‌یابد. در نتیجه بهترین قدرت پوشانندگی برای یک پیگمنت فقط در یک بازه اندازه ذره کوچک است. پیگمنت با opacity  بالاتر در پوشاندن رنگ زیرین بهتر عمل می‌‎کند. پوشانندگی به ماهیت شیمیایی پیگمنت نیز بستگی دارد.

 

5-پایداری حرارتی پیگمنت Heat Resistance

پیگمنت مورد استفاده باید با توجه به دمای فرآیند از پایداری مناسب برخوردار باشد. برخی پیگمنت‌ها تحمل تاریخچه حرارتی اعمال شده را ندارد این مورد بخصوص در تولید پلاستیک‌ها که تحت تنش و حرارت قرار می‌گیرند اهمیت زیادی دارد.برای این منظور استاندارد EN 12877  پارت 2 و3 تعریف شده است.

 

6-اثر پیگمنت بر شفافیت Transparency

به طور کلی شفافیت پیگمنت با کاهش اندازه ذرات آن افزایش می‌یابد.  اندازه ذرات ریز تر سبب پخش بهتر شده و همچنین از رشد کریسال جلوگیری می‌کنند. تشکیل کلوخه در ذرات ریز می‌تواند سبب کاهش شفافیت رنگ و در نتیجه کاهش جذابیت ظاهری محصول شود، در نتیجه در شفافیت نحوه پخش شدن پیگمنت نیز اهمیت زیادی دارد.

 

رنگدانه های اکسید آهن می توانند مات یا شفاف باشند. تنوع در شفافیت ، مزیت مهمی از رنگدانه های معدنی می باشد .دارا بودن سطح بالای شفافیت موجب جذابیت محصول نهایی می شود. مقاومت در برابر آب و هوای آنها باعث بهبود هوازدگی رنگدانه هایی می شود که با آنها ترکیب می شوند. این به عنوان یک اثر هم افزایی شناخته می شود. شفافیت اکسیدهای آهن به کوچک بودن ذرات و همچنین شکل کریستالی بستگی دارند.