Các chất màu hữu cơ tổng hợp: - Hiện có hàng ngàn loại khác nhau, được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực kinh tế khác nhau như sơn, nhuộm, thực phẩm, dược, cao su, nhựa… - Các chất hữu cơ kh
Trang 1PHÂN LOẠI CÁC CHẤT MÀU
Các chất màu gồm có chất màu vô cơ và hữu cơ, mỗi loại đều có chất màu thiên nhiên và tổng hợp
1 Các chất màu hữu cơ thiên nhiên:
- Ngày nay các chất màu hữu cơ được sử dụng rộng rãi và đa dạng, nhiều chủng loại với màu sắc tươi đẹp, cường độ màu cao, được sử dụng trong các lĩnh vực kinh tế khác nhau
- Các chất màu thiên nhiên có sẵn trong thực vật
- Vd: màu xanh indigo : có trong cây chàm
- Màu nghệ : củ nghệ chứa 3 – 4% chất màu vàng cuacumyl Đem củ nghệ nghiền nhỏ trích với ligroin loại các chất hữu cơ, sau đó trích ete và kết tinh lại trong
benzene được cuacumyl
2 Các chất màu hữu cơ tổng hợp:
- Hiện có hàng ngàn loại khác nhau, được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực kinh tế khác nhau như sơn, nhuộm, thực phẩm, dược, cao su, nhựa…
- Các chất hữu cơ không tan trong nước, thường được sản xuất ở dạng bột, hạt nhỏ cỡ micro, loại này gọi là pigment Pigment là chất màu không tan nước hoặc không tan trong môi trường sử dụng
- Các chất màu tan trong nước hoặc có khả năng biến dạng, tan trong dung môi khác gọi là phẩm màu
- Các chất màu có chứa nhóm –COOH, -SO3H dễ tan trong nước Có chứa nhóm – C=O, -OH có thể biến thành dạng tan được
- Người ta có thể biến pigment thành phẩm màu và ngược lại bằng cách đưa vào phân tử nhóm tan hoặc khóa nhóm tan lại
- Thường người ta không phân loại mà mã hóa các pigment dưới dạng các số ( như
CI, Sh )
- Trong nghiên cứu về cấu tạo và tổng hợp, cụ thể phân pigment thành 15 loại:
Pigment azo Axetoaxetacrylic
Pigment azo Pyrazolone
Pigment azo β – naphthol
Pigment azo axit 2 – hydroxyl 3 naphtholc
Pigment azo axit 2 – hydroxyl 3 naphthorilic
Pigment azo axit naphthoic
Pigment tri phenyl metan
………
3 Phân loại các pigment:
- Các pigment vô cơ được phân loại dựa theo màu sắc và các tính chất hoá học của chúng:
a) Pigment trắng: màu nhìn thấy là do hiện tượng tán xạ ánh sáng không chọn lọc,
không hấp thụ ánh sáng trong vùng nhìn thấy Pigment trắng bao gồm:
a.1) Titan dioxide TiO2: có tầm quan trọng cao trong sản xuất pigment trắng do có
khả năng tán xạ tốt, độ bền hoá học cao và ít có tính độc hại, xuất hiện ở trong tự nhiên ở 3 dạng thù hình rutile, anatase, brooktile Rutile và anatase được sản xuất dùng làm pigment, chất xúc tác và dùng để sản xuất ceramic, vật liệu điện tử, men màu và gốm sứ, sản xuất xi măng trắng, tạo màu cao su đồng thời được dùng làm chất hấp thu tia tử ngoại trong các sản phẩm kem chống nắng, xà phòng, mỹ
Trang 2a.2) Pigment sulfide kẽm: pigment trắng mà chủ yếu là sulfide kẽm được phát triển
đầu tiên năm 1850 tại Pháp, là hỗn hợp của kẽm sulfide ZnS và BaSO4 Do BaSO4
có chiết suất thấp nên có khả năng phân tán ánh sáng của ZnS Pigment sulfide kẽm được sử dụng trong ngành vật liệu sơn, nhựa dẻo
a.3) Oxide kẽm ( kẽm trắng): được biết đến như là một chất đồng nóng chảy, và
còn được biết đến với tên “hoa của kẽm” (ZnO), hấp thụ được tia UV với bước sóng nhỏ hơn 366 nm, phản ứng được với acid hữu cơ và acid vô cơ, phản ứng được ở nhiệt độ cao với các oxide khác để tạo hợp chất như là kẽm ferrarite Kẽm trắng được sử dụng nhiều để sản xuất cao su, sơn, thuỷ tinh, ceramic và sản xuất dược (dùng ZnO ở dạng bột và mỡ bởi vì sự kháng khuẩn của kẽm trắng ) Không được biết đến nhiều như các kim loại nặng khác, kẽm được xem như một nguyên tố
không độc hại hoặc nguy hiểm, là một nguyên tố rất cần thiết cho con người, động vật và thực vật, tuy nhiên ở số lượng lớn, khi hít phải kẽm trắng sẽ gây tình trạng sốt, buồn nôn và dễ phát cáu
b) Pigment màu: màu nhìn thấy do vật liệu hấp thụ ánh sáng có chọn lọc và do
hiện tượng tán xạ ánh sáng
b.1) Oxit và hydroxit:
Trong các pigment vô cơ, oxit kim loại và hydro oxit giữ vai trò quan trọng trong pigment màu vì đặc tính quang học của chúng, giá thành thấp, và dễ tìm Oxit và hydro oxit bao gồm:
Các pigment oxit sắt có các thuộc tính: không độc, cấu trúc ổn định, có sự thay đổi màu rộng từ vàng, cam, đỏ, nâu và đen, đồng thời giá thành thấp Các pigment oxit sắt gồm có pigment oxit sắt tự nhiên và oxit sắt tổng hợp Thường được dùng
để làm cấu trúc vật liệu màu, sơn
Các pigment oxit crom: thường được gọi là pigment xanh, bao gồm oxit crom Cr2O3 Sản phẩm crom oxit thường được sử dụng dựa vào đặc tính của chúng hơn
là màu sắc, bao gồm: luyện kim, công nghệ sản xuất của vật liệu chịu lửa, gạch men và công nghệ pigment ( vật liệu thô cho sản phẩm của phẩm màu dựa vào việc trộn các oxit sắt )
Các pigment kim loại tổng hợp: do đặc tính nhẹ, bền với nhiệt độ cao và không thay đổi tính chất trong acid và bazo nên được sử dụng rộng rãi như rutile vàng được dùng trong việc phủ ngoài lớp nhôm và kẽm đặc biệt là các máy móc, khu sản xuất công nghiệp
b.2) Pigment Cadimi:
Được dùng làm màu đỏ tươi và vàng, có độ bền cao Pigment Cadimi thường là sulfic cadimi và kết tinh dạng lục phương (hexagonal wurtzite lattice) Ngoài ra còn
có Cadimi đỏ, Cadimi vàng, Cadimi thủy ngân sunfua Các pigment này thường dùng cho các chất dẻo màu ( color plastics), trong tương lai dùng pigment Cadimi
để làm sơn hoặc phủ sơn
b.3) pigment Bismuth: chủ yếu là Bismuth oxychloride ( BiOCl ), được sử dụng chủ
yếu cho ngành ô tô và sản xuất sơn
b.4) Pigment Crom: gồm có Crom vàng, molyden đỏ và cam, crom cam và crom
xanh Sản phẩm thường được dùng làm sơn, nhựa dẻo
b.5) Pigment xanh ( Pigment Ultramarine ): có độ màu cao, không hào tan trong
nước mà hòa tan trongn dung môi hữu cơ, được sử dụng trong ngành nhựa dẻo, sơn, mực, giấy…
Trang 3b.6) Pigment sắt xanh: là hỗn hợp của Fe(CN)2 và muối Fe(II) trong dung dịch
nước gọi là Fe(II) hexacyanuaferrat, được dùng trong ngành mực in, nông nghiệp, sơn…
c) Pigment đen: màu nhìn thấy là do hấp thụ ánh sáng không chọn lọc ( như
pigment cacbon đen, oxit sắt đen )
c.1/ Tính chất vật lý:
Hình thái học: các phân tử cacbon đen đa số là hình cầu Một lượng lớn phân tử liên kết nhau tạo thành chuỗi hoặc đám liên kết Trong phân tích, mức độ tập hợp gọi là cấu trúc cacbon đen Đường kính phân tử khoảng từ 5 – 500 nm
Diện tích bề mặt riêng: thay đổi trong khoảng rộng Trong khi cacbon nhiệt thô có diện tích bề mặt riêng nhỏ (8m2/g ) thì loại pigment tốt là 1000m2/g Nói chung, cacbon đen có diện tích bề mặt riêng > 150m2/g coi là xốp với đường kính lỗ xốp < 1.0nm
Khối lượng riêng: trung bình khoảng 1.8 – 2.1 g/m3
Tính dẫn điện: thấp hơn graphit, tính dẫn điện phụ thuộc vào quá trình sản xuất, cấu trúc bề mặt và diện tích bề mặt Cacbon đen với tính dẫn điện cao và khả năng hấp thụ cao cho dung dịch điện ly được sử dụng cho pin khô
Hấp thụ ánh sáng: ứng dụng rộng rãi của cacbon đen như là pigment đen là nhờ vào tính hấp thụ ánh sáng nhìn thấy của chúng Mức độ hấp thụ có thể đạt tới 99.8%, màu đen có thể nhận tông xanh và nâu, phụ thuộc vào lượng, bước sóng ánh sáng và dạng cacbon đen Tia hồng ngoại và tử ngoại cũng được hấp thụ Vì thế một vài cacbon đen được sử dụng như chất ổn định UV trong nhựa
c.2/ Tính chất hóa học:
Thành phần các nguyên tử như sau:
C : 80.0 – 99.5%
H : 0.3 – 1.3%
O : 0.5 – 15.0%
N : 0.1 – 0.7%
S : 0.1 – 0.7%
Thành phần hóa học và tính chất bề mặt phụ thuộc vào quá trình sản xuất, vật liệu thô vào quá trình sau xử lý
Bề mặt cacbon đen chứa lượng ít hydrocacbon thơm nhiều vòng, chúng được hấp thụ mạnh và chỉ có thể được tách bằng cách trích liên tục với dung môi
Lượng oxy trong cacbon đen có vai trò quan trọng nhất trong ứng dụng của chúng Oxi nguyên tử trên bề mặt ở dạng nhóm chức acid hoặc bazo
c.3/ Ứng dụng:
Cao su đen:
Khoảng 90% cacbon đen sản xuất được sử dụng bởi công nghiệp cao su như là chất dùng để gia cố tăng cường trong lốp xe, ruột xe, băng tải, dây cáp và những sản phẩm cao su cơ khí khác
Pigment đen:
Thực chất pigment đen ít quan trọng hơn cao su đen Chúng được sử dụng để sản xuất mực in, nhựa màu, sơn và giấy…
+ Cacbon đen cho sơn: dễ phân tán, không kết bông ( vón cục ), độ bóng cao và bền với thời tiết
+ Cacbon đen cho nhựa: không như những pigment khác, cacbon đen sử dụng trong chế biến nhựa không chỉ có tác dụng là màu sắc mà còn bổ sung thêm tính chất điện, bền với nhiệt và tia UV, và có thể đóng vai trò như chất độn bổ sung cho
Trang 4tính chất cơ khí.
c.4/ Độc tính:
Cacbon đen (chưa được sử lý sau ) chứa hơn 95% C, và một lượng nhỏ H, O, S Trong hầu hết các cacbon đen, toàn bộ chất có thể trích ly ( với toluen ) ít hơn
0.15%, trong đó có hydrocacbon thơm Do lượng thấp và tính hút bám cao của cacbon đen, chất có thể trích ly liên kết yếu trên bề mặt và chỉ có thể di chuyển khi
có dung môi mạnh
Những nghiên cứu chi tiết ở Mỹ và Châu Âu về cacbon đen kết luận rằng nó không gây tổn hại đến phổi Một vài kết quả nghiên cứu cho thấy không có tác động bệnh
lý trong dạ dày khi cacbon đen bị ăn vào bụng
d/ Pigment từ tính: ( magnetic pigments ) phụ thuộc vào các đặc tình từ của chúng,
bao gồm:
d.1/ Pigment oxit sắt: được sử dụng nhiều trong hệ thống lưu trữ thong tin bằng từ
(magnetic information storage system) như băng video, đĩa mềm, đĩa cứng Pigment hiệu ứng kim loại có nhiều hình dạng khác nhauvaf hiệu ứng khác nhau, phụ thuộc vào độ pH, mật độ, hàm lượng muối, mức độ phân tán và độ bền hóa học
d.2/ Pigment oxit sắt có chứa coban: chiếm một vị trí lớn trong pigment hiệu ứng
kim loại.Được sử dụng để làm băng video,băng caset có băng tầng cao hoaajc đĩa
có dung lượng lớn
d.3/ Crom Dioxide ( CrO2 ): việc sử dụng phải quan tâm đến nhiệt độ Curie thấp
( low curie temperature)
d.4/ Pigment sắt kim loại: là sản phẩm thu nhỉ của phức sắt hình kim Do bề mặt
vật liệu lớn nên dễ bốc cháy nên phải có sự thụ động hóa ( passivation ), làm cho quá trình oxy hóa phải xảy ra chậm trên bề mặt
d.5/ Pigment barium ferrite (BaFe12O19): được sử dụng trong công nghệ
Ceramic, thủy tinh
e/ Pigment chống ăn mòn (anticorrosive): dung để hạn chế sự ăn mòn trên bề
mặt kim loại bằng cách phủ lên pigment chống ăn mòn Pigment chốn ăn mòn được chia làm 3 nhóm chính:
_ Pigment chống ăn mòn vật lý: là một chất trơ làm giới hạn sự hoạt động hoặc thụ động hóa các phản ứng hóa học,ví dụ như mica oxit sắt Chúng được đặt vào giữa lớp bề mặt và lớp phủ, hấp thụ tia UV và bảo vệ các chất ở bên dưới
_ Pigment chống ăn mòn hóa học: là một chất hòa tan và giữ cho độ pH ổn định Khả năng hoạt động của chúng phụ thuộc vào diện tích bề mặt chung giữa pigment
và bề mặt, pigment và lớp bên dưới, hoặc pigment và các ion thẩm thấu ( ion
penetrate ) ví dụ như chì đỏ
_ Pigment chống sự ăn mòn điện hóa: bị động trên các bề mặt kim loại Chúng ngăn cản sự ăn mòn của sắt bằng cách là phủ lên chúng một lớp bảo vệ ( như Pigment phốt phát) ở khu vực anod của bề mặt kim loại
_Các loại Pigment chống ăn mòn:
e.1/ Pigment phốt phát: kẽm phốt phát Zn3(PO4)2.4H2O ( là sản phẩm của kẽm
oxit và acid phosphoric hoặc từ muối kẽm và photphat ), nhôm phốt phát,croom phốt phát, cac pigment mới của phốt phát kim loại và pigment photphat nhiều pha
( multiphase phosphate pigments)
e.2/ Các Pigment có chứa gốc phosphoric khác: gồm có chứa sắt photphoric
( thường là Fe2P ) và kẽm hydrophotphoric ( có màu trắng, là pigment không độc hại )
e.3/ Pigment Boronsilicat: thường chứa ion canxi hoặc ion kẽm trong hỗn hợp
Trang 5silicon dioxit và boron trioxit ( x(Ca,Zn).ySiO4.zBO3).
e.4/ Pigment Borat: barium metaborate (BaO.B2O3.H2O) và kẽm borophotphat
(ZnO.xB2O3.yP2O5.2H2O) đều là các pigment không màu, khả năng chống ăn mòn của các pigment này phụ thuộc vào giá trị pH của lớp phủ
e.5/ Pigment cromat: có khả năng chống ăn mòn hóa học và ăn mòn điện hóa, phụ
thuộc vào khả năng hòa tan vào nước của các ion cromat, tỉ số giữa các ion cromat hòa tan vào nước và các ion bị ăn mòn trong nước ( ion Cl- và SO42-), sự hoạt động của ác pigment trên bề mặt phủ
_Pigment có chứa kẽm: được sản xuất bằng phản ứng giữa nước và oxit kẽm hoặc hydro oxit hòa tan với ion cromat bằng phản ứng trung hòa hoặc sự kết tủa của muối kẽm hòa tan hoặc muối cromat hòa tan
_ Strontium Cromat: là sự kết tủa từ dung dịch natri dicromat và stronti chloride, qua các giai đoạn lọc rử,sấy khô
e.6/ Pigment Molydat: có các thuộc tính như là pigment kẽm cromat Là pigment có
màu trắng, độ tinh khiết cao nhưng rất đắt trên thị trường
e.7/ Pigment chì kẽm và kẽm cyamin: (PbCN2 và ZnCN2 ) là pigment hoạt động
chống ăn mòn, bị thụ động hóa ở điều kiện bazo Các oxit kim loại nặng đặc biệt là sắt và mangan, xúc tác sự biến đổi cyamide thành Ure ở điều kiện dưới 20oC Các ứng dụng chính là phủ gương, phủ điện cực ( electricdeposition coating) và sơn lót
e.8/ Pigment có sự trao đổi ion canxi và ion hydro trong màng sơn: Ở phương
pháp này acid được trung hòa, ion canxi sau đó nằm dưới bề mặt oxit kim loại Các pigment này có đặc tính chống ăn mòn tốt khi có độ pH cao
e.9/ Pigment oxit kim loại: bao gồm pigment chì đỏ, canxi plumbate, oxit sắt canxi,
oxit kẽm, oxit sắt kẽm
e.10/ Pigment bụi kim loại: bao gồm bụi kẽm ( được sử dụng nhiều trong cấu trúc
thép ) và bụi chì ( phủ bụi chì hạn chế các phản ứng hóa học, có sự phản xạ tia UV cao và có tính mềm dẻo cao )
e.11/ Bông Pigment: ( Flake Pigments) loại pigment này tăng khả năng chống lại
sự ăn mòn của nước và khí bằng cách tăng độ phủ, bề mặt Pigment có thể bổ sung thêm Silicat hoặc titan để giảm sự thấm nước và tăng độ kết dính Nếu bề mặt
Pigment này đã được sử lý bằng cách thêm vào các nhóm chức liên kết thì Pigment
có thể sử dụng như là chất phân tán ăn mòn nước
e.12/ Pigment hữu cơ: không giống như các chất ức chế không hòa tan, Pigment
chống ăn mòn hữu cơ là các hợp chất hữu cơ hay là những muối kim loại của acid hữu cơ có tính chất hòa tan ít được sử dụng như là các chất kết dính hoặc là các pigment chống ăn mòn vô cơ Pigment này được dùng để thay thế những pigment độc và những pigment chống ăn mòn cromate
f/ Pigment phát quang: các vật liệu phát quang vô cơ là những hợp chất tinh thể
nhân tạo có khả năng hấp thụ bứa xạ và sau đo phát ra các ánh sáng có bước sóng dài hơn
Photpho phát quang: bao gồm 3 giai đoạn:
_ Quá trình hấp thụ và kích thích photon: phụ thuộc vào năng lượng tác động của photon vào sự hấp thụ của photpho dựa vào dãy quang phổ hấp thụ
_ Sự truyền dẫn năng lượng
_ Sự phát ra ánh sáng
Pigment phát quang thường dùng để sản xuất đèn thủy ngân, dùng trong ngành y học ( kỹ thuật X-ray ), ống cathode-ray
g/ Pigment huỳnh quang: do hiện tượng bức xạ và các nguyên tử chuyển sang
Trang 6trạng thái kích thích, và phát ra ánh sáng có bước sóng dài hơn sau một khoảng thời gian ngắn ( như xử lý ZnS với đồng )
h/Pigment lân quang : do hiện tượng bức xạ và các nguyên tử chuyển sang trạng
thái kích thích và phát ra ánh sáng có bước sóng dài hơn sau vài giờ (xử lý ZnS với Cu)
i/Pigment có hiệu ứng kim loại: màu nhìn thấy là do hiện tượng phản xạ ánh sáng
đều đặn hoặc hiện tượng giao thoa ánh sáng Ánh kim loại do sự phản xạ đều đặn tr6en bề mặt phẳng hoặc song song của các hạt pigment kim loại (ví dụ: các lớp nhôm)
j/Pigment có màu xà cừ: do hiện tượng phản xạ đều đặn trên bề mặt các lớp hạt
pigment song song (ví dụ TiO2 trên mica)
k/Pigment giao thoa: màu bong do hiện tượng giao thoa ánh sáng (ví dụ: oxit sắt
trên mica)
KHÁI NIỆM NHIỆT ĐỘ MÀU
Nhiệt độ màu là một khái niệm được rút ra từ định luật bức xạ của Planck Chúng ta đều biết rằng một vật khi nóng thì nó sẽ phát sáng, quang phổ liên tục mà nó phát ra phụ thuộc vào nhiệt độ của vật, vì thế khi quan sát quang phổ của một vật nóng chúng ta có thể ước lượng được nhiệt độ của nó Khi quan sát bức xạ của một vật đen tuyệt đối Planck đã phát hiện ra rằng ở một nhiệt độ T nhất định thì vật sẽ phát
ra một quang phổ liên tục với cường độ sáng thay đổi theo tần số Tần số ánh sáng được phát xạ mạnh nhất phụ thuộc vào nhiệt độ tuyệt đối của vật (ví dụ một vật nếu
có nhiệt độ là 1500K (khoảng hơn 1200 °C) thì sẽ phát ra ánh sáng có màu cam là mạnh nhất, vật có nhiệt độ là 3000K thì phát ra ánh sáng vàng mạnh nhất)
Bước sóng của các màu cơ bản
Thông thường ở nhiệt độ càng cao thì bức xạ mạnh nhất mà vật phát ra có bước sóng càng ngắn (thiên về màu xanh hoặc tím) Trong điều kiện chụp dưới ánh sáng thiên về màu nào thì ảnh thường bị ám màu đó (ví dụ ảnh chụp dưới ánh đèn tròn thì bị ám vàng, vì dây tóc bóng đèn làm bằng tunsten (wolfram) có nhiệt độ khi cháy sáng là 3200K) Vì lý do này, người ta dùng khái niệm nhiệt độ màu để chỉ bức xạ (ánh sáng) mạnh nhất được phát ra trong một điều kiện chiếu sáng nào đó Chúng
ta cần lưu ý rằng những vật có nhiệt độ cao thường phát ra bức xạ mạnh nhất ở màu xanh (trong nhiếp ảnh gọi là màu lạnh) ngược lại những vật có nhiệt độ thấp hơn lại phát ra bức xạ thiên về vàng hoặc cam (trong nhiếp ảnh gọi là màu nóng)
Tại sao trời nhiều mây lại có nhiệt độ màu cao hơn trời nắng? Bảng nhiệt độ màu với một số nguồn sáng khác nhau
1000K Ánh nến, đèn dầu
2000K Rạng đông (sớm hơn Bình minh), đèn Wolfram
2500K Bóng đèn sợi đốt
3000K Ánh đèn trong phòng rửa ảnh
4000K Đèn huỳnh quang
Trang 7 5000K Ánh sáng ban ngày, đèn flash điện tử.
5500K Trời trong, mặt trời trên đỉnh đầu
6000K Ánh nắng trong điều kiện không mây
7000K Ánh nắng trong tình trạng trời mây
8000K Trời nhiều mây
9000K Bóng mát vào ngày trời trong
10,000K Trời nhiều mây đen, chuyển mưa
11,000K Trời xanh không có mặt trời
20,000K Xế chiều, mặt trời khuất sau núi trong ngày đẹp trời
Thực ra trong điều kiện chụp ở ngoài trời việc thiết lập cân bằng trắng phụ thuộc nhiều vào vị trí của mặt trời (thời điểm trong ngày) bởi vì trong điều kiện này chủ thể được chiếu sáng bởi ánh sáng tán xạ của mặt trời trong khí quyển (loại tán xạ này gọi là tán xạ Rayleigh) Thông thường khi bầu trời trong thì ánh sáng được tán xạ có màu xanh ứng với nhiệt độ phát xạ của vật đen tuyệt đối là 6000K do vậy nhiệt độ màu lúc này chúng ta đặt là 6000K Khi trời có nhiều mây thì tán xạ Rayleigh của màu xanh trên nền trời bị giảm bớt, lúc này ánh sáng có bước sóng ngắn (ngắn hơn bước sóng của ánh sáng xanh) sẽ được tán xạ mạnh hơn vì vậy nhiệt độ màu lúc này phải đặt lớn hơn trong trường hợp trời quang mây Đến đây thì chúng ta có một
lý giải khá hợp lý cho việc thiết lập nhiệt độ màu trong các điều kiện khác nhau