Proprietatile fizice ale pigmentilor

PROPRIETATILE FIZICE ALE PIGMENTILOR

1.Culoarea

Originea culorii majoritatii pigmentilor termorezistenti cu ioni tranzitionali (cu nivelul "d" partial ocupat) este stans legat de tranzitia electronilor "d" intre nivelele energetice diferite, aparute in urma scindarii orbitalilor sub actiunea campului electrostatic al liganzilor, respectiv al anionilor ce definesc poliedrul de coordinare.

O gama mai restransa de pigmenti termorezistenti(care contin cationi tranzitionali cu configuratia d⁰) isi datoreaza culoarea unor tranzitii cu transferde sarcina de la ligand la metal.

Culoarea este calitatea de baza a pigmentilor ceramici, fiind caracterizata de urmatorii parametri: tonalitatea cromatica, luminozitatea, intensitatea, saturatia si stralucirea.

Tonalitatea este caracteristica unei culori, care se refera la lungimea de unda dominanta a radiatiei reflectate si care poate fi masurata colorimetric.Tonalitatea se exprima prin adjective ca: violet, alb, galben, rosu, etc., sau prin combinatiile lor: albastru-verzui,etc.

Ochiul omenesc nu poseda o sensibilitate egala pentru toate lungimile de unda, pe care le percepe calitativ diferit.De asemenea, pentru fiecare dintre cele sapte culori ale spectrului vizibil, ochiul omenesc este capabil sa recunoasca un numar mare de tonuri, facand subtile diferentieri calitative la trecerea de la o culoare la alta, cu toate ca acest fenomen are loc in mod continuu,fara delimitari stricte.Ochiul omenesc este capabil sa perceapa peste 200 de tonuri diferite ale culorilor spectrale.

Dupa Rood, lungimile de unda pentru principalele regiuni spectrale sunt: rosu = 700 nm; rosu-portocaliu =621 nm; portocaliu = 597 nm; galben-portocaliu = 588 nm; galben =581 nm; verde = 527 nm; verde-albastru =500 nm; albastru cianic =496 nm; albastru =473 nm; albastru-violet =437 nm;

violet= 406 nm [7].

Saturatia este o caracteristica psiho-fizica a culorii fiind definita din raportul dintre energia eficace cromatica si energia luminoasa totala, sau pura.

Saturatia se poate masura fotometric si poarta numele de puritate, caracterizata printr-un factor de puritate.O culoare poate fi mai pura sau mai putin pura, respectiv saturata sau nesaturata, dupa cum este amestecata, cu alb, negru, sau gri.Ea devine mai intunecata sau mai deschisa, comparativ cu tonalitatea pura, pe masura ce este mai nesaturata.In cazul pigmentilor, modificarea saturatiei sau a tonalitatii se exprima prin cuvantul nuantare, respectiv albire, atunci cand culoarea este amestecata cu alb, umbrire cand amestecul se face cu negru si neutralizare cand culoarea este amestecata cu gri.

Culoarea pe care o percepe ochiul nu este niciodata complet saturata.Nu exista nici un corp, care sa poata absorbi toate radiatiile in afara de una pe care sa o reflecte.

Un corp apare alb, daca el reflecta uniform o cantitate suficienta de lumina, fara a absorbi preferential spectrul vizibil.Din aceasta cauza, corpurile albe apar mai luminoase decat alte obiecte din jur.Un corp este negru, daca absoarbe integral intreaga cantitate de radiatii pe care o primeste (sau o reflecta in proportie de 0 %), iar un corp este gri sau neutru, daca acesta transmite sau reflecta in mod egal diversele radiatii pe care le primeste.Pentru celelalte suprafete colorate, coeficientul de reflexie depinde de lungimea de unda a radiatiei incidente, precum si de proprietatile suprafetei reflectate.

Masurata fotometric, luminozitatea este definita cantitativ cu ajutorul unui factor numit luminanta, care indica caracterul energetic al luminii si este strans legat de fenomenele de transmisie si reflexie.

Luminantei, ca factor, care caracterizeaza luminozitatea unei radiatii, ii corespunde pe plan psiho-senzorial asa numitul factor de luminozitate, sau claritate.Aceasta se exprima de obicei prin adjectivele clar sau inchis, care se folosesc, atat in cazul culorilor cromatice, cat si in cazul culorilor acromatice.

In sistemul Munsell, pentru a desemna luminozitatea unei culori, se foloseste termenul de stralucire, iar pentru caracterizarea claritatii si adjectivele slab sau intens, fiind o apreciere cantitativa si calitativa a acesteia.Luminozitatea exista independent de celelalte doua caracteristici.

Pe langa tonalitate, saturatie si luminozitate, culoarea unui pigment se mai caracterizeaza prin intensitate.Notiunile generale de fotometrie si de colorimetrie sunt fixate prin STAS 2849-67.

Practic culoarea unui pigment se determina prin comparare cu etaloane de pigmenti,dar din ce in ce mai mult se practica determinarea culorii prin indicarea coordonatelor tricromatice.

Culoarea, in sens fizic, este lumina cu lungimea de unda cuprinsa intre 380-760 nm. In functie de lungimea de unda se produc in ochii nostri, senzatii de diferite culori. Se disting culori directe si culori indirecte.Culorile directe se observa in urma emanatiilor de lumina a corpurilor cu temperaturi inalte, iar culorile indirecte apar prin reflexie si se constata la corpurile care nu au emanatie de lumina, ci reflecta lumina primita. Pigmentii apartin acestei ultime categorii. Culorile se impart in doua mari grupe:

neutre (acromatice:gri,negru,alb)

cromatice (galben, rosu, verde, albastru, etc.)

Determinarea culorilor se poate realiza cu ajutorul etaloanelor de culori. Acestea sunt obiecte colorate, pregatite special pentru a servi ca martori in operatiile de control a caracteristicilor colorimetrice.

Mecanismul de percepere a culorii este complex :senzorial si psihic de integrare anatomica si functionare a celor mai diferentiate structuri oculare si nervoase. Culoarea ca efect nu exista decat la nivelul ochiului.

Rezultat al radiatiilor electromagnetice vizibile, culoarea nu are o existenta proprie ci doar o interpretare fiziologica.Domeniul este imens diversificat si atragator.Notiunea de culoare poate imbraca trei aspecte:

aspectul fizic

aspectul psiho-fizic

aspectul psiho-senzorial.

Din punct de vedere fizic, culoarea se refera la energia radianta fara a se putea vorbi de o definitie a culorii in acest sens.Din punct de vedere fizic nu apartin decat radiatiile, realizand ceea ce denumim spectrul electromagnetic.Radiatiile monocromatice din spectrul vizibil, adica celor corespunzatoare unei anumite lungimi de unda, produc asupra ochiului, senzatia corespunzatoare lungimii de unda respective si care se schimba odata cu aceasta lungime.

Stimulul luminos se caracterizeaza fizic prin fluxul energetic, definit ca : energia luminoasa care traverseaza unitatea de suprafata in unitatea de timp.

Aspectul psiho-fizic se refera la energia luminoasa, cautand o relatie cantitativa, intre stimulul fizic si efectul acestora. In acest sens, culoarea se defineste printr-un caracter mixt si anume ca fiind acea caracteristica a luminii, care permite sa distinga unul de altul, doua campuri de aceeasi forma, marime si structura din aspectul fizic.

Aspectul psiho-senzorial al culorii se refera la perceptia colorata.Din acest punct de vedere orice senzatie luminoasa poate fi caracterizata prin:

luminozitate, tonalitate, saturatie.

2. Puterea de colorare

Puterea de colorare este capacitatea unui pigment de a combina culoarea sa cu a unui pigment alb, dupa o buna amestecare, efectuata in conditii stabilite.Efectuarea determinarii este fixata prin STAS 7948 / 1-67.

La pigmentii albi, aceasta proprietate se numeste capacitate de albire sau de colorare. Pigmentii colorati se examineaza din acest punct de vedere in amestec cu pigmentii albi, de obicei cu TiO₂, in raport de 1: 10 si 1 : 20, iar pigmentii albi in raport cu negrul de fum.

Compararea culorii cu etalonul, se efectueaza in aceasta stare diluata, cand pe langa tonalitatea dominanta, se poate distinge mai usor si nuanta pigmentului verificat.

Puterea de colorare a pigmentului are importanta economica fiindca din pigmenti cu putere de colorare mare sunt necesare cantitati reduse pentru atingerea culorii dorite. Puterea de colorare creste cu gradul de dispersie al pigmentilor sau prin macinarea lor mai avansata.

3.Puterea de acoperire

Puterea de acoperire reprezinta capacitatea unui pigment de a acoperii complet culoarea unui suport, prin aplicarea in conditii speciale, de concentratie, temperatura si timp.

Puterea de acoperire a pigmentilor se exprima prin calitatea de pigment, data in grame, necesara acoperirii unei suprafete de 1m². In unele cazuri se poate indica si suprafata acoperita de 1g de pigment.Determinarile se efectueaza cu aparatul numit criptometru, conform STAS 6105-70.

Puterea de acoperire depinde de diferenta dintre indicele de refractie al pigmentului si cel al liantului.Cu cat diferenta dintre indicele de refractie al pigmentului si cel al liantului este mai mare, cu atat este mai ridicata puterea de acoperire a peliculei.

4.Forma particulelor

Forma particulelor de pigment este de mare importanta practica pentru procesul de fabricatie, determinand viteza de sedimentare in cazile de spalare, viteza de filtrare, umiditatea turtelor filtrate, viteza uscarii, aglomerarea in timpul uscarii, cantitatea de liant in cursul utilizarii, culoarea, puterea de colorare.

5.Greutatea specifica

Greutatea materialului cuprins in unitatea de volum reprezinta greutatea specifica.Greutatea specifica a pigmentilor influenteaza tendinta de sedimentare, indicele de absorbtie in ulei, puterea de colorare si de acoperire.

Greutatea specifica a pigmentilor in stare netasata este greutatea unui volum de pigment in stare pulverulenta, netasata, conform unor conditii stabilite si se exprima in g/l.Acesta este un indice calitativ cu importanta la ambalare si determinarea consumului de liant indicand totodata si gradul de macinare si forma de cristalizare la acelasi sortiment de pigment.

Greutatea specifica in stare tasata a pigmentilor se determina dupa o tasare efectuata in anumite conditii si se exprima tot in g / l.

Greutatea specifica se poate determina si prin metoda picnometrica, utilizandu-se ca mediu de dispersie apa sau diferiti solventi.Datorita suprafetei specifice mari a pigmentilor, cat si a incapacitatii apei de a uda suprafata pigmentului nu se obtin intotdeauna rezultate reproductibile atunci cand se foloseste apa, recomandandu-se folosirea agentilor de udare.

6.Umiditatea

Apa este prezenta in pigmenti sub forma de umiditate si apa de constitutie.Uneori apa de constitutie a pigmentilor se elimina impreuna cu umiditatea lor, de aceea, pentru fiecare se indica temperatura la care s-a facut determinarea.Prezenta umiditatii la inglobarea pigmentilor in vopsele nu este dorita pentru ca poate contribui la saponificarea liantilor, cresterea aciditatii in cursul depozitarii, urmata de ingrosare si alterarea vopselei, mai ales in prezenta pigmentilor cu caracter bazic.

In cazul in care pigmentii prezinta particule elementare spre limita suspensiilor coloidale, tendinta lor de aglomerare este mai mare in stare uscata si deci, dispersarea lor in lianti este usurata de o umiditate mai mare.Determinarile se fac conform STAS 7948/3-

7. Indicele de absorbtie in ulei

Cantitatea minima de ulei exprimata in grame, necesara pentru umectarea a 100 g pigment in conditii specifice, reprezinta absorbtia in ulei.Acest indice depinde de suprafata specifica a pigmentului, de forma cristalina si de repartitia granulometrica a particulelor.Determinarile se efectueaza conform STAS 7948/5-67.

Indicele de absorbtie in ulei este un indice economic pentru ca influenteaza raportul pigment-liant in cursul fabricarii vopselelor. Permite de asemenea aprecierea cantitatii optime de liant necesar pentru a obtine pelicule de vopsele cu rezistenta maxima fata de umiditate, de gaze, precum si din punct de vedere al rezistentei mecanice.

Determinarea se efectueaza folosind ulei de in tehnic pentru lacuri. Indicele de ulei se exprima prin cantitatea de ulei necesara pentru ca intreaga pasta de pigment + ulei sa se aglomereze pe pistilul unui mojar.

8. Reziduu pe sita

Reziduu pe sita reprezinta raportul dintre cantitatea de pigment ramasa pe sita si cantitatea de pigment luata in lucru, inmultit cu 100 in conditii date de STAS 7948/4-67.

Trebuie indicata densitatea sitei cu care s-a facut determinarea.Se urmareste deasemenea compozitia pigmentului la microscop, si anume daca se compune din aglomerate, pigment macinat sau corpuri straine de duritate mare.

In cazul pigmentilor macinati se disting : particule primare, agregate si aglomerate.

9.Granulatia

Granulatia pigmentilor macinati este cuprinsa intre 10 si 70 de microni. Puterea de acoperire a pigmentilor este cu atat mai buna cu cat dimensiunea particulelor este mai mica. Spectrul granulometric este de obicei, determinat de tehnologia de obtinere si mai ales de utilajele de macinare si conditiile de macinare.

Este important de retinut ca agresivitatea topiturilor in care pigmentii se utilizeaza, creste odata cu cresterea suprafetei specifice, deci odata cu scaderea dimensiunii particulelor. Din acest motiv granulatia fiecarui pigment trebuie corelata nu numai cu puterea de acoperire ci si cu rezistenta chimica a acestuia fata de topituri.

10.Rezistenta la lumina

Rezistenta la lumina consta in capacitatea pigmentului de a nu-si schimba nuanta sub actiunea luminii.Aceasta schimbare este de obicei o albire prin care nuantele devin mai palide, dar in unele cazuri poate avea loc si o inchidere a culorii.Actiunea luminii depinde de: lungimea de unda, calitatea pigmentului, forma de cristalizare, prezenta substantelor stabilizante, dispersia pigmentului.

Rezistenta la lumina a pigmentilor se apreciaza dupa o scara de etalonare.Iradierea probelor si a scarii de etalonare se face prin expunere la lumina naturala sau la radiatii ultraviolete.Evaluarea rezultatelor se face comparand gradul de albire al probei fata de scara.

11. Rezistenta la intemperii

Rezistenta la intemperii este proprietatea unui pigment de a nu se altera prin expunere indelungata la actiunea agentilor atmosferici in conditii de aplicare si expunere stabilite.Conditiile atmosferice cuprind: lumina, vantul, umiditatea, diferentele de temperatura, caldura si frigul.

Rezistenta la intemperii se poate verifica si in camere de climatizare, cu cicluri repetate pentru climat moderat sau tropical, sau prin expunere in aer liber, in zone de munte, ses sau litoral. Rezultatele se exprima prin comparare cu proba etalon preparata in acelasi mod ca si proba expusa, urmarindu-se schimbarea culorii. Termenul de schimbare a culorii include nu numai decolorarea ci si schimbarea nuantei sau a stralucirii.

12. Rezistenta la temperatura

Prin rezistenta la temperatura a unui pigment se intelege, temperatura maxima la care pigmentul inca nu isi modifica culoarea la o expunere de durata stabilita. Aceasta proprietate a pigmentilor este foarte importanta la utilizarea lor in vopsele cu uscare la cuptor, mase ceramice, vopsele cu aplicari in locuri solicitate de temperatura, in materiale plastice.

13.Continutul de substante solubile in apa

Continutul de substante solubile in apa reprezinta cantitatea de materiale asociate pigmentului, formate mai ales din saruri solubile in apa, care se extrag din pigment cu apa distilata in anumite conditii.

Aceste saruri se formeaza impreuna cu pigmentii in timpul sintezei si majoritatea lor se elimina prin spalare in procesul tehnologic.Eliminarea lor completa nu este posibila, fiindca in lipsa acestor electroliti spalarea pigmentilor decurge foarte greu. Se doreste insa indepartarea lor cat mai completa fiindca ele pot intra in reactie cu liantul, cauzand fenomene de alterare nedorite, sau pot accelera fenomenele de coroziune a suportului metalic.