Do czytania:

Slajd 2.

• Pigmenty należą do substancji barwiących, grup związków nadających barwę, podobnie jak barwniki i laki. Pigmenty są nierozpuszczalnymi kryształami wymagającymi procesu dyspersji w celu ich użycia do barwienia substancji. Pigmenty nie reagują z polimerami. Są produkowane masowo i są tańsze. Barwniki z kolei są substancjami rozpuszczalnymi. Są łatwe w użyciu niemniej jednak ich odporności są mniejsze od pigmentów. Wchodzą w reakcje z polimerami dzięki obecności grup aminowych (NH2) i sulfonowych (SO2OH)Barwniki są transparentne, pigmenty są różne - część jest kryjąca, część transparentna. Laki są to barwniki wytrącone z roztworu do postaci stałej, dzięki czemu uzyskują właściwości pigmentu. Pigmenty dzielimy głównie na absorpcyjne, metaliczne i perłowe: tutaj pod spodem przykłady pigmentów każdego rodzaju: przy absorpcyjnych błękit pruski, przy metalicznych alluminium (stosowane często jako imitacja srebra, mosiądz z kolei jest używany do imitacji złota) i przy perłowych pigment naturalny zawarty w rybich łuskach.

Slajd 3. Pigmenty absorpcyjne charakteryzują się tym, że Barwa pigmentów ich wynika jedynie z absorpcji fal świetlnych określonej długości i odbicia pozostałej części widma światła oświetlającego, nie jest natomiast uzależniona od kąta padania światła na ich powierzchnię, ani od kąta obserwacji. Pigmenty absorpcyjne mogą być pochodzenia organicznego lub nieorganicznego.

• Slajd 4. Różnią się od pozostałych typów tym, że w zależności od pożądanego efektu wizualnego stosuje się je w różnych stopniach rozdrobnienia, w przeciwieństwie do innych rodzajów pigmentów, gdzie dążymy do jak najmniejszej wielkości ziaren. Mają szeroki zakres zastosowania od powłok malarskich do nawet produkcji żywności. Tutaj niżej widzimy schemat pigmentu metalicznego w farbie. Drugą specyfiką jest kształt – najczęściej dąży się do tego, aby były w postaci płytek. Pigmenty metaliczne dają taki efekt jak połysk, iskrzenie, mienienie się.

• Slajd 5

• Pigmenty te można podzielić na jednobarwne i wielobarwne. W pigmentach jednobarwnych występuje zjawisko jednoczesnego załamania, odbicia i przepuszczenia promieni świetlnych w wyniku czego powstaje efekt mieniących się barw (łuski rybie).

• W przypadku pigmentów perłowych jednobarwnych, jeśli załamaniu i odbiciu ulega fala o barwie żółtej, to pozostała część światła o barwie dopełniającej przenika przez pigment i ma on barwę żółtą. Najlepiej to widać na podłożu czarnym. Pigmenty perłowe są niepalne, odporne chemicznie, światłotrwałe, odporne na zmiany temperatur, nietoksyczne. Zatapia się je w tworzywach sztucznych, używa w farbach i lakierach. Pigmenty perłowe są najnowszym rodzajem pigmentów – pierwotnie, od połowy lat 70. XX wieku stosowano je w lakierach samochodowych, gdzie w tej chwili mają już ugruntowaną pozycję. W poligrafii torują sobie drogę od połowy lat 90.

Slajd 6 pigmenty dzielą się na organiczne i nieorganiczne i ja tutaj będę się zajmować nieorganicznymy. Największe znaczenie wśród nich mają pigmenty białe i sadze. Do pigmentów białych zalicza się biel cynkową (ZnO)(obrazek), litopon (BaSO4 +ZnS), biel ołowiową siarczanową (PbSO4), biel ołowiową węglanową (2PbCO3 + Pb(OH)2) i biel tytanową (TiO2).

Sadze produkuje się poprzez częściowe spalanie lub pirolizę gazu ziemnego, olejów lub benzenu. Jest ona odporna na temperaturę, nie wykazuje tencencji do migracji, a ponadto poprawia właściwości i trwałość polimeru.

• Jako inne pigmenty barwne nieorganiczne stosuje się żółcień kadmową (CdS+ BaSO₄), żółcień chromową (PbCrO₄), żółcień żelazowa (FeO(OH))(obrazek), czerwień kadmowa ( CdS+ CdSe), cynober (HgS), glejtę (PbO), minię (Pb₃O₄ ), czerwień żelazową (Fe₂O₃)(obrazek), realgar (As₂S₃), umbry (mieszaniny tlenków Fe i Mn), ochry (mieszaniny tlenków Fe, Mn, Al i Si), zieleń chromowa (Cr₂O₃)(obrazek), zieleń szwajnfurcką (3Cu(AsO₂)+Cu(CH₃COO)₂) ), ultramarynę Na₃Al₆Si₆S₂O₂₄), lazur miedziowy (2CuCO₃+Cu(OH)₂) i brązowy glin (Al).

Slajd 7

Według dostępnych danych pigmenty nieorganiczne produkowane są w 5 zakładach. Zestawienie rodzaju produkowanych pigmentów wraz z wielkością rocznej produkcji przedstawiono w tabeli.

Slajd 8 Ze względu na dużą różnorodność pigmentów nieorganicznych procesy produkcyjne zostały w wielu przypadkach opracowane indywidualnie, w oparciu o specyficzne technologie (know-how) poszczególnych firm. Technologie te są poufne i szczegółowe informacje (np. warunki procesu,surowce i dodatki) nie są znane. Nie mniej, możliwy jest opis ogólnych zasad produkcji i stosowanych technik. Chociaż do produkowania różnorodnych pigmentów opracowanych zostało wiele procesów, sama produkcja może być podzielona na dwa główne etapy:1. synteza pigmentu 2. obróbka pigmentu

Slajd 9 Proces mokry opiera się na reakcji wytrącania rozpuszczonych substancji z surowców inastępnie oddzieleniu wytrąconego produktu. Po koniecznym niekiedy oczyszczaniu surowce są indywidualnie rozpuszczane w wodzie, kwasie, alkaliach lub roztworze soli. Otrzymane roztwory miesza się i kieruje do zbiornika dla wytrącenia produktu. Po wytrąceniu produkt oddziela się od roztworu przez filtrację, najczęściej w prasie filtracyjnej. Filtrat zawiera pozostałości substancji wyjściowych, produkty uboczne reakcji (na ogół sole), a w pewnych przypadkach może także zawierać pewne ilości produktu. Metodę mokrą stosuje się dla surowców rozpuszczalnych, co występuje w przypadku siarczanów, chlorków i wodorotlenków metali. W przypadku tlenków, które są trudno lub nierozpuszczalne stosuje się suchą kalcynację.

Suchą kalcynację możemy podzielić na termiczny rozkład/konwersję oraz na reakcję

wysokotemperaturową

W termicznym rozkładzie/konwersji surowiec rozkłada się i ulega ewentualnej przemianie w

podwyższonej temperaturze (pomiędzy 150 i 13000C), np. utlenianie siarczanu żelaza tlenem z

utworzeniem Fe2O3 i SO3. Ten proces wymaga ścisłego kontrolowania zmian temperatury w czasie

reakcji.

W reakcji wysokotemperaturowej surowce reagują ze sobą w reakcji w fazie stałej, która

prowadzi do otrzymania pożądanego pigmentu. Reakcja przebiega zwykle w temperaturach 500 -

14000C, poniżej temperatur topnienia surowców. Stosowanymi surowcami są zwykle tlenki,

wodorotlenki lub węglany metali i tylko wyjątkowo inne związki metali. W niektórych

przypadkach stosuje się w mniejszych ilościach mineralizatory (siarczany, chlorki i fluorki), co

pociąga emisję tych substancji do powietrza. Gazowe produkty reakcji opuszczają komorę

reakcyjną razem z gazami odpadowymi rozkładu/konwersji i reakcji wysokotemperaturowej.

• Slajd 12

• Oddziaływanie syntezy pigmentów na środowisko

• Oddziaływanie syntezy pigmentów na środowisko

• Mokry proces chemiczny wymaga dużych ilości wody i wytwarza duże ilości ścieków. Dlatego

• zmniejszenie emisji można uzyskać głównie przez odpowiednią metodę obróbki ścieków. Sucha

• kalcynacja wymaga znacznie więcej energii, zużywa natomiast mniej wody. Stąd główną uwagę

• poświęca się w niej na minimalizowanie emisji gazów odprowadzanych do atmosfery.

• W produkcji danego pigmentu rzadko stosowane są obie metody. Wpływ na wybór metody

• mają często wymagania dotyczące jakości produktu

Slajd 13 W procesie stosującym wytrącanie do roztworu siarczanu żelaza(II) dodaje się wodorotlenek

sodu i powietrze. Utlenianie żelaza i wytrącanie pigmentu przebiega w temperaturze ok. 700C

zgodnie z reakcją:

2FeSO4 + 4NaOH + ½ O2 = 2FeOOH + Na2SO4 + 6H2O

Wyjściowy siarczan żelazowy z reguły stanowi odpad z innych gałęzi przemysłu (produkcja

TiO2, trawienie żelaza i stali), pod warunkiem, że nie zawiera barwiących składników (związki Mn

i Cr). W procesie Penniman-Zoph (najbardziej rozpowszechnionym do produkcji żółtych pigmentów)

żelazo metaliczne w postaci wiórów rozpuszcza się i utlenia powietrzem w obecności FeSO4 jako

katalizatora

Pigmenty żelazowe posiadają bardzo wiele zalet, które decydują o ich szerokim stosowaniu

w różnych gałęziach przemysłu. Podstawową zaletą tychże pigmentów jest odporność na działanie światła (pochłanianie UV) oraz odporność na temperaturę i jej zmiany oraz na warunki atmosferyczne. Niepodważalną cechą jest również to, że pigmenty żelazowe nie są wyrobami toksycznymi, a o ich szerokim stosowaniu decyduje także ich niska cena.Pigmenty żelazowe są to związki nieorganiczne, zwane tlenkowymi pigmentami żelazowymi. Są o­ne szeroko stosowane do pigmentowania wyrobów malarskich, tworzyw sztucznych, wyrobów stosowanych w budownictwie.

Slajd 14 pigmenty chromowe są wykorzystywane powszechnie przy produkcji kosmetyków, cieni do ust i pomadek., klasycznym przykladem jest zieleń chromowa, którą juz pokazywalam, a trójtlenek chromu jest używany do barwienia gumy. Zaletą jest odporność na światło, warunki atmosferyczne, czynniki chemiczne (szczególnie na alkalia i kwasy) i temperaturę , wadą jest twarda tekstura, co może przy złym rozdrobnieniu powodować problemy z barwieniem.

slajd 15 Używane do produkcji farb, chociaż aktualnie żadna farba sprzedawana na rynku w UE nie ma PbCO3. Toksyczne, . jeśłi już ktoś bedzie się brał za pigmenty ołowiowe to należy pamietać aby unikać kontaktu z nimi przede wszystkim w postaci suchej. najlepiej po prostu mieć pastę pigmentu i wody. Coś takiego uciera się z olejem

Do produkcji glejty stosuje się ołów rafinowany. W procesie ołów topi się w 3 kotłach

topielnych i następnie utlenia powietrzem w piecu Burtona w temperaturze 620K. Powstały PbO

przesyła się do stanowiska pakowania. Około 95 % wytwarzanego PbO zużywane jest do produkcji

minii ołowianej Pb3O4.

PbO produkuje się w procesie ciągłym. Instalacja jest przeznaczona tylko do produkcji tlenku

ołowiu PbO i wytwarza 8 Mg PbO/dobę, a jej zdolność produkcyjna wynosi 2800 Mg/rok.

Slajd 16 biel cynkowa Słabo trująca.
2.Niewrażliwa na związki siarkowe.
3.Odporna na działanie światła.
4.Używana we wszystkich technikach. powszchena
5.Z trwałymi barwnikami daje trwałe połączenia.

Ujemne:

1.Słaba siła krycia.
2.Nieelastyczna, skłonna do pękania.
3.Źle wysycha w oleju i opóźnia wysychanie innych barwników.
4.Nadaje gruntom oraz warstwie malarskiej kruchość.
5.Potrzebuje dużo oleju (na 100 cz. farby 20-30% oleju).
6.Wrażliwa na wilgoć i CO2.

Biel litopon (mieszanina siarczku cynku z siarczanem baru)

Dobrze kryje w oleju (ale słabiej niż biel ołowiana).
Nieodporny na działanie światła (czernieje).
W połączeniach z miedziowymi i ołowiowymi również czernieje. Lepszegatunki litoponu, nie zawierające w swoim składzie zanieczyszczeńchlorem, są odporniejsze na działanie światła. Nie jest wrażliwy napołączenia siarkowe. Dosyć elastyczny.

Oba pigmenty rownez popularne w malarstwie

Do slajdu 15 Do produkcji minii ołowianej wykorzystuje się tlenek ołowiu PbO –glejtę. W procesie glejtę

utlenia się powietrzem w piecu prażalniczym w temperaturze 550-770K. Powstały Pb3O4 przesyła

się do stanowiska przesiewania i pakowania.

W skład instalacji wchodzi 6 pieców prażalniczych. Instalacja jest przeznaczona tylko do

produkcji minii i pracuje w trybie periodycznym produkując 5000-6000 kg Pb3O4 w jednym cyklu.

Zdolność produkcyjna instalacji wynosi 8400 Mg/rok (każdy piec po 1400 Mg). Schemat procesu

przedstawiono na Rys.6.