|
В самых общих чертах, существуют два класса синтетических органических
пигментов — классические и неклассические. Оба класса являются
источниками пигментов для высококачественных художественных красок.
Классические пигменты. Классическими называются те пигменты,
основная химическая структура которых известна в течение многих лет,
которые изготавливаются в больших объемах, продаются по сравнительно
невысоким ценам и используются в областях, не требующих превосходных
показателей светостойкости и способности выдерживать различные
атмосферные условия (это могут быть, например, печатные или
оформительские краски). Примером являются простые моно— и
дизазопигменты, а также медные фталоцианины, хотя последние также
используются в областях с повышенными требованиями к качеству
пигментов.
Азопигменты. Типичной характеристикой классических азопигментов
является содержание в каждом из них, по крайней мере, одной азогруппы,
в которой связаны два атома азота (-N=N-) для объединения двух
отдельных химических составляющих — ароматического амина и связующего
компонента. Молекулы моно-азопигментов содержат одну азогруппу, а
дизазопигменты — две.
Химические реакции, происходящие в процессе производства, имеют
тенденцию образовывать субпигментные частицы: малых размеров, которым
необходима определенная «последующая обработка», чтобы они оформились
до размеров частиц пигмента. Это обеспечит эффективное отражение и
преломление света, а также яркость и интенсивность цвета.
Как правило, используются добавки на основе смол, особенно часто
смол сосновой древесины. Они способствуют рассеиванию пигмента в
структуре красителя или краски и усиливают оптические эффекты—такие,
как глянцевый блеск, прозрачность и разнообразие цветовых оттенков.
Азопигменты обычно являются формами желтого, оранжевого или красного цвета. Фактически образуемый цвет зависит от:
• структуры ароматического амина;
• структуры связующего компонента;
• типа сформированного кристалла. типичными моноазопигментами
являются пигмент желтый 1, пигмент оранжевый 5 (см. с. 16-29) и пигмент
красный 57:1.
Пигмент красный 57:1 преимущественно используется для
создания оттенка пурпурного в трехцветной печати (см. с. 347). В
данном случае добавляется металл (кальций) для закрепления (или
осуществления процесса taking) кислотных групп на амине и связующем
компоненте, что делает пигмент нерастворимым. Без добавления металла
состав превратится в растворимый краситель и это в конечном итоге
приведет к образованию подтеков краски. Интенсивность желтых может быть
усилена дизазопигментами, в которых удвоена молекулярная масса
моноаэопиг-ментов. Типичные примеры—пигменты желтые 12, 13 и 14. Они
выпускаются в огромных количествах для использования в индустрии
печатных красок.
Фталоцпапппм. В составе синих и зеленых пигментов доминируют медные
фталоцианины со времени их случайного открытия в Шотландии в 1928 году.
Медный фталоцианин — классический пигмент, поскольку производится из
дешевого, легкодоступного сырья; однако качества этого пигмента
позволяют отнести его к группе дорогих, неклассических пигментов. Таким
образом, фта-лоцианин может быть использован не только в дешевых
печатных красителях и красках, но также в продуктах, от которых
требуются высокая теплоустойчивость, светостойкость и способность
переносить воздействие различных атмосферных условий. Эти превосходные
свойства обусловлены очень стабильной природой кристалла фталоцианина,
в структуре которого существует прочная связь между индивидуальными
молекулами.
Химическое строение синтетического медного фталоцианина основывается
на кольцевой системе (тетразопорфиновое кольцо), которая имеет
параллели в живой природе: например, хлорофилл— светопоглощающий
зеленый пигмент растений (который содержит больше магния, чем меди) и
гемоглобин—красный хромопротеин крови (в котором металл представлен
железом).
Существуют различные формы медного фталоцианина. Наиболее часто
встречающаяся из них— фиолетовато-синяя форма a и зеленовато-синяя
форма b, широко используемая художниками в качестве очень интенсивного
варианта берлинской (железной) лазури. Они могут заменять друг друга
или смешиваться для получения необходимого цветового оттенка с помощью
целого ряда химических технологий — таких, как воздействие
растворителем, перетирание с добавлением солей или растворение в
сильной (концентрированной) кислоте и повторное осаждение. Несмотря на
одинаковое химическое строение, форма а менее стабильна по сравнению с
формой b (к которой она стремится возвратиться в органических
растворителях); однако форма a может быть стабилизирована с помощью
специальных добавок.
Зеленые пигменты образуются из медного фталоцианина в результате
реакции с хлором и/или бромом. Самая яркая зеленая (PG 7) образуется,
когда практически все атомы водорода внешнего кольца молекулы медного
фталоцианина замещаются хлором. Образуемый зеленый тон интенсивнее и
прозрачнее традиционной виридоновой. При использовании смеси хлора и
брома образуется зеленый цвет с наиболее сильным желтым оттенком (PG
36).
Неклассические пигменты. Неклассическими называются пигменты с более
разнообразной и сложной (хотя и хорошо изученной) химической
структурой, довольно непростой для воспроизведения. Они производятся в
небольших количествах и используются в областях с повышенными
требованиями к теплоустойчивости (например, в производстве пластмасс),
светостойкости и способности выдерживать изменчивые атмосферные условия
(например, в производстве автомобильных красок).
Начиная с 50-х годов XX столетия серьезные исследования и развитие
технологий привели к производству новых хромофоров в качестве
пигментов. Некоторые из них были разработаны на основе уже известных
химических структур, в то время как другие произошли от совершенно
новых химических веществ. Все они обладают очень хорошими рабочими
характеристиками, а расходы на их производство вполне сопоставимы с
расходами на производство классических пигментов. Каждый из них
нуждается в определенной «настройке» перед использованием (например,
перетирании, обработке растворителем или нагревании под давлением).
Неклассические пигменты делятся на несколько групп в соответствии с их
химическим строением.
Новые аюпшмептм. Свойства азо-пигментов (см. выше) были существенно улучшены благодаря применению двух методов:
1. Удвоению молекулярной массы для получения «конденсированных
азопиг-ментов» (например, пигмент красный 166), у которых улучшена
светостойкость и снижена вероятность образования подтеков будущей
краски,
2. Привлечению гфигодных групп амидов (-CO-NH-), что позволило
упрочить соединение водорода для создания пигментов на основе
бензимида-золона (например, пигмент желтый 156), которые не
растворяются и обладают большей устойчивостью.
Соединения аюметиноеьк металлов Этот вид высокоустойчивых пигментов,
используемых, главным образом, в металлических красках для автомобилей
(краски «металлик»), основан, в большей степени, на азометиновой группе
(- CH=N-), чем на группе азо (-N=N-) (см. выше).
Хинакридоны. Это—пигменты от красного до фиолетового (например,
пигмент фиолетовый 19), которые обычно используются в художественных
красках и обладают великолепной светостойкостью. Имеют полициклическую
структуру; каждая молекула состоит из нескольких шестичленных колец,
объединенных в прямую линию. Подобно фталоцианинам, пигменты
quinacrido-nes существуют в нескольких различных формах; свойства
коммерческого продукта зависят от характера последующей обработки
исходных веществ.
Ашрахинонм. Основной вид использования антрахинонов — в кубовых
красителях для окраски текстильных волокон; но некоторые из них
применяются в качестве пигментов для высокосортных красок и окраски
пластмасс. Молекула антрахинона обычно удваивается для увеличения
молекулярной массы и уменьшения растворимости. Примером могут служить
пигмент красный 17 и пигмент желтый 23. Другие способы соединения двух
молекул антрахинона создают: indanthrones (синие), flavan-thrones
(желтые), pyranthrones (оранжевые) и anthanthrones (красные). Все они
дороги, сложны в производстве и используются только там, где конкретный
тон не может быть получен с помощью других средств.
Тиоиндиго. В течение многих тысяч лет индиго использовался как
красящее средство темно-синего цвета для тканей. Замещение атомов азота
атомами серы в молекулах индиго приводит к образованию пигмента
тиоиндиго в диапазоне от красного до фиолетового тонов. Их
использование в высокосортных красках
постепенно снижается из-за влияния процесса серного производства на
окружающую среду. Примером тиоиндиго может служить пигмент красный 88.
Perytenes. Это—высокосортные, полициклические, красные пигменты,
которые обладают хорошей способностью выдерживать изменчивые
атмосферные условия и используются в автомобильных красках. Пигменты
основываются на структуре, проиллюстрированной ниже, где X может быть
кислородом (как в пигменте красном 224) или азотом (как в пигменте
красном 88 и пигменте красном 190).
Isoindolines. Недавно появилось много новых пигментов (как правило, желтых), основанных на системе isoindoline.
Примером могут служить tetrachlorol-soindolinones, как в
пигменте желтом 110. Они обладают превосходной светостойкостью и
теплоустойчивостью, что делает их пригодными для использования в
производстве пластмассовых изделий при высоких температурах (например,
для цветных оконных рам), в волокнах, а также красках.
Dioxazines. Эю—еще один полициклический класс пигментов,
используемых в большинстве областей, включая художественные краски, для
которых долговечность и устойчивость являются необходимыми условиями.
Основной коммерческий продукт этой группы — пигмент фиолетовый 23.
Dioxopyrrolopyrroles. Новые, высококачественные пигменты на основе новых химических структур появляются
в наши дни очень редко. Одна такая группа включает красные пигменты,
основанные на удивительно простой структуре 1,4-dloxopyrrolo
(3,4-pyrrole) (пигмент обозначается как D.D.P.).
Эти пигменты обладают фантастической теплоустойчивостью, интенсивностью, кроющей
способностью, а также отличной светостойкостью и способностью
выдерживать воздействие изменчивых атмосферных условий. Они доминируют
среди высококачественных красных пигментов (особенно в автоиндустрии)
подобно тому, как медные фталоцианины доминируют среди синих.
Заключение. За последние годы диапазон ярких, светостойких красок
был значительно расширен. Медный фталоцианин и его производные остаются
непревзойденным источником для создания стабильных и светостойких синих
и зеленых пигментов, а их дешевизна — благодаря объему производственных
операций— вряд ли будет способствовать использованию каких-либо
альтернативных пигментов в ближайшее время. Такой «монополии» не
существует в диапазоне пигментов от желтых до красных цветов и
исследования в этой области постоянно открывают новые структуры,
которые позволяют слегка улучшить характеристики уже существующих.
Простейшие азопигменты были дополнены группой конденсированных
азопигментов (от компании Ciba Speciality Chemicals) и группой
азопигментов-бензимидазолонов (от компании Clarlant). Целый ряд
полициклических, высококачественных пигментов (ClM Speciality
Chemicals) открывает новые горизонты в улучшении таких свойств красок,
как глянцевый блеск, яркость, интенсивность, теплоустойчивость и
светостойкость.
| 
