LUẬN văn CÔNG NGHỆ hóa NGHIÊN cứu CHẾ tạo PIGMENT màu TRẮNG TRÊN cơ sở các hợp CHẤT SILICATE

Màu đơn sắc chính là màu quang phổ gặp ở những trường hợp vật thể chỉ phản xạ ở một tia của quang phổ ánh sáng trắng còn các tia khác được hấp thụ hết.. Màu đa sắc là màu của tập hợp các

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ

- -TRẦN ĐÔNG ÂU

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO PIGMENT MÀU TRẮNG TRÊN CƠ SỞ CÁC HỢP CHẤT SILICATE

LUẬN VĂN ĐẠI HỌC

Chuyên Ngành: CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

Mã số: CN 262

CẦN THƠ − 2012

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ

- -TRẦN ĐÔNG ÂU

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO PIGMENT MÀU TRẮNG TRÊN CƠ SỞ CÁC HỢP CHẤT SILICATE

LUẬN VĂN ĐẠI HỌC Chuyên Ngành: CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

Mã số: CN 262

HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS LÊ THANH PHƯỚC

CẦN THƠ − 2012

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô thuộc bộ môn Công Nghệ Hóa Học – Khoa Công Nghệ đã trang bị cho em những kiến thức và những kinh nghiệm vô cùng quý báu trong suốt quá trình học tập và rèn luyện tại trường để em có được những kết quả như ngày hôm nay Những kiến thức và kinh nghiệm ấy sẽ giúp ích rất nhiều cho em trong cuộc sống và nghề nghiệp trong tương lai

-o0o -Tiếp đến, em xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Lê Thanh Phước, thầy là người

đã hướng dẫn, quan tâm giúp đỡ và tạo động lực cho em trong suốt thời gian thực hiện

đề tài

Em cũng xin gởi lời cảm ơn đến thầy Trương Chí Thành và thầy Nguyễn Việt Bách đã tạo điều kiện tốt và không ngừng giúp đỡ em trong suốt thời gian thực hiện đềtài

Xin gởi lời cảm ơn đến gia đình thân yêu đã luôn bên cạnh ủng hộ cả về vật chất lẫn tinh thần để con có thể vượt qua những khó khăn trong học tập

Cảm ơn những người bạn đã giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và thực hiện đềtài

Xin chân thành cảm ơn tất cả!!!

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Ngày nay, cùng với sự phát triển không ngừng của các ngành công nghiệp như: sơn, sản xuất gốm sứ, nhuộm, thì nhu cầu về pigment (bột màu) cung cấp cho các ngành công nghiệp đó ngày càng lớn Do đó cần phải nghiên cứu tìm ra những loại pigment đạt được những yêu cầu kỹ thuật đồng thời phải có giá thành rẻ để ứng dụng rộng rãi

-o0o -Pigment thường có nguồn gốc hữu cơ hoặc vô cơ Các pigment vô cơ thường được sản xuất trên cơ sở các oxide kim loại như: nhôm oxide (Al2O3), titan oxide (TiO2), kẽm oxide (ZnO), Tuy nhiên, các oxide nói trên thường khó tìm thấy trong

tự nhiên ở dạng tinh khiết với lượng lớn Vì thế khi sử dụng chúng để sản xuất pigment thì giá thành sẽ cao Trong khi đó, silic oxide (SiO2) dễ tìm thấy trong tựnhiên với lượng lớn và cấu trúc mạng tinh thể của nó cũng tương tự như các oxide nói trên Đồng thời, các pigment sản xuất trên cơ sở silic oxide có những tính chất đặc biệt như: óng ánh xà cừ, phản quang, phát quang,

Từ những yêu cầu trên, tôi đã chọn đề tài nghiên cứu để chế tạo ra các loại pigment trên cơ sở SiO2 Do thời gian có hạn nên chỉ dừng lại ở việc nghiên cứu chếtạo các loại pigment có màu trắng

Phương pháp để tiến hành nghiên cứu là nung hỗn hợp phối liệu (gồm silic oxide

và oxide hoặc muối của các kim loại khác) ở những tỉ lệ khác nhau và những nhiệt độkhác nhau để tìm ra sản phẩm đạt yêu cầu

MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN II TÓM TẮT LUẬN VĂN III MỤC LỤC IV DANH MỤC HÌNH VI DANH MỤC BẢNG VII DANH MỤC BẢNG PHỤ LỤC VIII

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1

1.1 ÁNH SÁNG VÀ MÀU SẮC 1

1.1.1 Hiện tượng màu 1

1.1.2 Bản chất của ánh sáng 1

1.1.3 Phân loại màu sắc 4

1.1.4 Bản chất của màu sắc 5

1.1.5 Màu của vật thể được chiếu sáng 7

1.2 CÁC CHẤT MÀU CÓ NGUỒN GỐC VÔ CƠ 8

1.2.1 Định nghĩa 8

1.2.2 Đặc điểm chung 9

1.2.3 Tính chất 11

1.2.4 Phân loại 12

1.2.5 Thành phần 13

1.2.6 Các tiêu chuẩn của chất tạo màu 14

1.2.7 Pigment được sản xuất trên cơ sở các hợp chất silicate 14

1.2.8 Các phương pháp sản xuất chất màu vô cơ 14

1.2.9 Phân tích chất màu vô cơ 17

1.2.10 Các phương pháp kiểm tra chất màu vô cơ 19

CHƯƠNG 2: TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM 23

2.1 Thiết bị, dụng cụ và hóa chất thí nghiệm 23

2.1.1 Thiết bị thí nghiệm 23

2.1.2 Dụng cụ thí nghiệm 24

2.1.3 Nguyên liệu và hóa chất sử dụng 24

2.2 Bố trí thí nghiệm 25

2.2.1 Giai đoạn 1 25

2.2.2 Giai đoạn 2 27

2.2.3 Giai đoạn 3 28

CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 34

3.1 Kết luận 34

3.2 Kiến nghị 34

TÀI LIỆU THAM KHẢO 35

DANH MỤC BẢNG

TrangBảng 1: Danh mục tên hóa chất sử dụng và xuất xứ 25Bảng 2: Tóm tắt quá trình khảo sát nhiệt độ nung, thời gian lưu và khả năng tạo màu của các hợp chất thành phần với cát 26Bảng 3: Tóm tắt quá trình khảo sát tỉ lệ phản ứng giữa các thành phần với cát

27

DANH MỤC BẢNG PHỤ LỤC

Trang

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1.1 Hiện tượng màu

Thế giới vật chất xung quanh chúng ta thật vô cùng phong phú và đa dạng, chúng ta có thể quan sát được là nhờ những bức xạ do chúng phát ra hay phản xạđập vào mắt gây nên những cảm giác Hình dáng và màu sắc là hai thuộc tính cơ bản của mọi vật mà mắt ta nhận được Hình dáng có thể xác định bằng mắt và cũng

có thể xác định bằng những dụng cụ đo và được biểu thị bằng những đơn vị tuyệt đối của chiều dài, diện tích, thể tích Còn màu sắc không phải là một đại lượng vật

lý khách quan và cũng không thể đo màu sắc tách khỏi mắt Những bức xạ tồn tại không phụ thuộc vào con người cũng như thị giác của con người, nhưng tự nó không có tính chất gọi là màu, mà màu chỉ nảy sinh ra khi bức xạ tác động vào mắt

Do đó màu được định nghĩa như một thuộc tính của bức xạ hay nói cách khác là một thuộc tính của ánh sáng và được đánh giá theo tác động của bức xạ vào mắt Có thể nói hiện tượng màu là hiện tượng rất phức tạp, nhiều vẻ, nó bắt đầu từ môi trường bên ngoài, tác động qua các giác quan và kết thúc bằng nhận thức Chính vì vậy mà hiện tượng màu có thể chia thành ba quá trình chính: quá trình vật lý là bức

xạ năng lượng, quá trình sinh lý là tác động của năng lượng vào mắt và sự chuyển hóa năng lượng này thành năng lượng kích thích thần kinh thị giác, quá trình tâm lý

là quá trình thụ cảm màu

1.1.2 Bản chất của ánh sáng

Ánh sáng là nguồn gốc của màu sắc, không có ánh sáng thì không có màu sắc

và nó được tạo ra bởi các nguồn sáng Các nguồn sáng khác nhau có các thông số

kỹ thuật khác nhau sẽ cho thành phần quang phổ khác nhau và kết quả quan sát màu sắc của cùng một vật dưới tác dụng của các nguồn sáng đó sẽ khác nhau

Ánh sáng là bức xạ điện từ được đặc trưng bởi tần số υ (s-1hay Hz) và độ dài bước sóng là λ (nm hay µm) Hai đại lượng này liên hệ với nhau qua biểu thức:

x cos 2

Trong đó:

L = c.τ: quang lộ trên đoạn OM

τ: thời gian truyền ánh sáng từ O đến M





 2 L: pha ban đầu của dao động ánh sáng

Giống như sóng cơ, sóng ánh sáng cũng tuân theo hai nguyên lý cơ bản sau:

 Nguyên lý chồng chất: khi hai hay nhiều ánh sáng gặp nhau thì từng sóng riêng biệt không bị sóng khác làm nhiễu loạn, sau khi gặp nhau các sóng ánh

sáng vẫn truyền đi như cũ, còn tại những điểm gặp nhau dao động bằng tổng các dao động thành phần.

 Nguyên lý Huygens: bất cứ điểm nào mà ánh sáng truyền đến đều trởthành nguồn sáng thứ cấp phát sáng về phía trước nó

 Với mỗi bức xạ điện tử đơn sắc nhất định, các photon đều giống nhau

và mang một năng lượng xác định

1.1.3 Phân loại màu sắc

Màu sắc phụ thuộc vào yếu tố chủ quan của con người mặc dù nó là một môn khoa học Chính vì vậy mà màu sắc mang bản chất tâm lý, sinh lý học Dựa trên cơ

sở tâm sinh lý mà người ta đã đưa ra các loại sau

1.1.3.1 Màu quang phổ

Màu quang phổ là những màu nhận được khi phân tích ánh sáng trắng thành những tia màu mà mỗi màu được đặc trưng bằng một bước sóng nhất định từ

380 nm đến 760 nm và gọi là màu đơn sắc Trong quá trình tính toán đo màu người

ta coi màu quang phổ là những màu hoàn toàn thuần sắc

1.1.3.2 Màu vô sắc

Màu vô sắc là những màu được đăc trưng bằng cường độ màu như nhau của tất cả các bước sóng Các bước sóng trung hòa lẫn nhau nên mắt người không cảm thụ được sắc thái riêng của màu Trong tự nhiên ta vẫn cảm thụ được các màu vô sắc như trắng, đen, ghi

1.1.3.3 Màu hữu sắc

Màu hữu sắc là kết quả của sự hấp thu chọn lọc và phản xạ một số tia sáng có bước sóng nhất định Màu hữu sắc chia làm hai loại: màu đơn sắc và màu đa sắc

Màu đơn sắc chính là màu quang phổ gặp ở những trường hợp vật thể chỉ phản

xạ ở một tia của quang phổ ánh sáng trắng còn các tia khác được hấp thụ hết

Màu đa sắc là màu của tập hợp các tia phản xạ của một vật nào đó có bước sóng khác nhau với cường độ và tỉ lệ các tia này không như nhau Màu chủ đạo của vật thể sẽ là màu của tia phản xạ chiếm tỉ lệ lớn nhất được hòa với màu của các tia còn lại theo quy luật phối màu

Để chỉ màu sắc trong tự nhiên người ta dùng những tính từ kép như: màu xanh tím, màu tím đỏ,

Căn cứ vào ba thông số vật lý quan trọng của ánh sáng là cường độ, độ dài bước sóng và phân bố năng lượng mà người ta xem màu hữu sắc là đại lượng ba

thành phần gồm: tông màu, độ thuần sắc và độ chói Chúng được gọi là ba đặc trưng khách quan của màu và tất nhiên đi kèm với chúng là ba đặc trưng chủ quan gắn liền với hoạt động tâm lý của con người: sắc, độ bão hòa và độ sáng.

1.1.4 Bản chất của màu sắc

1.1.4.1 Tông màu – sắc màu

Tông màu được biểu thị bằng bước sóng trội của màu Trong kỹ thuật người ta thường sử dụng khái niệm tông màu và hiểu rằng tông màu là sự khác biết về cảm giác của một màu hữu sắc nào đó với màu ghi có cùng độ sáng Còn trong ngôn ngữthông thường tông màu được hiểu bằng các từ: sắc, ánh màu Những màu giống nhau về sắc được xếp chung vào một tông màu Nói chung người ta phân biệt được

250 tông màu

Trong thực tế màu sắc của vật chất gồm tám màu cơ bản sau: trắng, đen, đỏ,

da cam, vàng, lục (xanh lá cây), lam và tím Từ tám màu cơ bản này có thể phối chếthành vô số tông màu khác nhau

1.1.4.2 Độ thuần sắc – độ bão hòa

Độ thuần sắc là chỉ tiêu xác định mức độ của sắc thái trong màu Những màu thuần sắc phải chứa đựng một tỉ lệ lớn tia đơn sắc thuần khiết Độ thuần sắc của màu liên quan đến sự phân bố phổ năng lượng và được đánh giá bằng tỉ số quang thông riêng phần của bức xạ đơn sắc trội và quang thông tổng các bức xạ [xem phụlục]

Độ bão hòa: dựa trên cảm giác về độ sáng các nhà tâm lý học đã cho rằng đây

là một khái niệm chỉ rõ mức độ khác nhau về màu sắc giữa màu cần xem xét và màu trắng Chính vì vậy mà theo quan điểm tâm lý này thì màu quang phổ có độbão hòa không đồng đều, màu tím violet có độ bão hòa cao nhất, còn trái lại màu vàng có độ bão hòa thấp nhất, màu đỏ là màu trung gian

Người ta sắp xếp độ bão hòa của các màu quang phổ theo thứ tự: vàng, vàng lục, lục, da cam, lam, đỏ cờ, chàm, tím

tờ giấy trắng dưới ánh sáng buổi trưa hè có độ chói khoảng 30.000 nt nhưng dưới ánh sáng đèn bàn thì chỉ 30 nt Tuy nhiên hầu như không ai nói rằng tờ giấy ởtrường hợp dưới ánh sáng buổi trưa hè sáng hơn vì điều này phụ thuộc vào trí nhớ

và chúng ta không thể tách hiệu ứng rọi sáng của một vật khỏi thuộc tính của nó.Tất nhiên giữa độ sáng và độ chói (tác nhân kích thích của độ sáng) cũng có những mối liên hệ nhất định và người ta cũng sử dụng ngưỡng chênh lệch độ chói

ΔB như là ngưỡng độ sáng Trong quá trình phân tích màu, độ sáng được đồng nghĩa với độ phản chiếu tức là được đánh giá bằng phần trăm các tia phản chiếu so với tổng chùm tia tới:

Độ sáng = Độ phản chiếu = x100

Tóm lại, màu sắc được đánh giá bởi sáu đặc trưng cơ bản trên Tất cả các đặc trưng này có liên quan chặt chẽ với nhau Ngoài sự gắn kết theo từng cặp đã nói trên, chúng còn có ảnh hưởng và tác động qua lại tạo nên nhiều hiện tượng thú vịtrong cuộc sống Ngoài ra chúng còn có các tính chất sau

1.1.4.4 Độ sâu – độ cao màu

Nếu vật thể thay đổi màu từ vàng đến da cam, từ da cam đến đỏ, nói cách khác là dịch chuyển cực đại hấp thụ về các bước sóng dài hơn của phổ thì người ta

Tia phản chiếuΣTia tới

nói rằng màu của vật thể trở nên sâu hơn Sự thay đổi màu theo hướng ngược lại như từ lục đến tím, từ chàm đến đỏ được gọi là sự cao màu.

Như vậy khi có hiệu ứng sâu màu thì miền hấp thụ phổ sẽ chuyển dịch về phía bước sóng dài hơn, còn khi có hiệu ứng cao màu thì chuyển dịch về phía bước sóng ngắn

1.1.4.5 Cường độ màu

Cường độ màu là khái niệm chỉ sự đậm nhạt của màu

Trong quá trình nghiên cứu về hóa chất màu (thuốc nhuộm, mực in, ) người

ta thấy rằng cường độ màu chủ yếu phụ thuộc vào nồng độ chất màu

Tuy nhiên độ chói của màu cũng ảnh hưởng đáng kể tới sự cảm giác về cường

độ màu Những màu có độ chói cao như màu đỏ, da cam, vàng sáng thường được coi là màu có cường độ mạnh và chúng được xếp vào nhóm màu nóng Nhóm màu mát bao gồm những màu độ sáng kém ít gây ấn tượng và có cường độ nhỏ như các màu xanh

Lưu ý: khái niệm cường độ màu khác với độ sâu và độ cao màu Mặc dù có sựchuyển dịch sâu màu theo hướng làm tối đi nhưng không có nghĩa là theo hướng làm giảm cường độ màu và ngược lại, hướng chuyển dịch sâu màu làm một số màu đậm lên nhưng cũng không phải là tăng cường độ màu

1.1.5 Màu của vật thể được chiếu sáng

Màu không phải là tính tự có của vật chất mà nó là yếu tố phụ thuộc ánh sáng.Khi chiếu sáng lên một vật thể thì nó sẽ hấp thụ một số bức xạ có bước sóng này và phản xạ lại một số bức xạ có bước sóng kia Những bức xạ phản chiếu từ bềmặt vật thể được truyền đến mắt và tại đây theo cơ chế thụ cảm chúng ta sẽ có cảm giác màu

Như vậy màu của vật thể mà ta quan sát được là kết quả của ba quá trình trên Trong đó quá trình hấp thụ có chọn lọc các sóng ánh sáng của vật thể có ý nghĩa quyết định tạo nên sự khác biệt về màu sắc của thế giới tự nhiên Sở dĩ vật chất hấp

thụ ánh sáng có chọn lọc là do cấu trúc hình học của bản thân nó quyết định, tức là

do các liên kết hóa học của vật chất, các nguyên tố (bao gồm ion, phân tử hay hợp chất) quyết định

1.2.1 Định nghĩa

Pigment có nguồn gốc từ tiếng Latinh là “pigmentum”, có nghĩa gốc là màu sắc trong, nhưng dần về sau này thì nó được hiểu theo một nghĩa rộng hơn, nó bao gồm cả trong lĩnh vực trang trí màu sắc Vào khoảng cuối thời kỳ Trung Đại, thuật ngữ pigment còn được dùng để chỉ tất cả các tinh chất được chiết xuất từ các loại cây, đặc biệt là những chất dùng trong việc nhuộm màu Ngoài ra pigmen còn được dùng như một thuật ngữ sinh học, chúng dùng để chỉ những chất nhuộm màu cho các tế bào sinh vật

Theo tiêu chuẩn hiện nay nghĩa mới nhất của từ pigment là dùng để chỉ một chất chứa các hạt nhỏ mà không hòa tan được trong dung dịch và có khả năng tạo màu, bảo vệ hay có từ tính Cả pigment và thuốc nhuộm (dye) đều thuộc nhóm các chất tạo màu, nhưng pigment thường dùng để chỉ các hợp chất màu có nguồn gốc

vô cơ do đặc tính ít tan của chúng Sự khác nhau cơ bản giữa pigment và thuốc nhuộm là pigment có độ hòa tan thấp trong dung dịch Có thể đánh giá pigment dựa vào các tính chất sau: thành phần hóa học, các tính chất quang học, khả năng khuếch tán, che phủ, cường độ màu,

Chất màu ngoài thành phần chính là các pigment còn có mặt của các chất phụgia là những chất ở dạng bột và không tan trong dung dịch Chất phụ gia thường có màu trắng hoặc có màu rất nhạt, được sử dụng tùy vào tính chất lý học và hóa học của chúng Sự phân biệt giữa pigment và chất phụ gia là tùy ở mục đích sử dụng của chúng Chất phụ gia không phải là một chất màu, nó chỉ được sử dụng để thay đổi tính chất hoặc tăng dung lượng của vật liệu và có thể hiểu chất phụ gia như một chất độn chỉ có vai trò tăng cường tính chất lý hóa của chất màu hay thay thế một phần chất màu nhằm mục đích dễ dàng khi sử dụng và giảm giá thành Điều quan trọng

đối với chất độn là chúng không được làm giảm chất lượng hay tính chất của chất màu.

1.2.2 Đặc điểm chung

Màu của đa số chất vô cơ được quyết định bởi các bước chuyển electron và do

đó bởi sự chuyển điện tích từ nguyên tử của nguyên tố này sang nguyên tử của nguyên tố khác Đóng vai trò chủ yếu trong trường hợp này là trạng thái hóa trị của nguyên tố và lớp vỏ electron ngoài cùng của nó

Trong phân tử những chất có màu, mức năng lượng của các electron phân bốkhá gần nhau Điều đó cho phép chúng hấp thụ những lượng tử có năng lượng không lớn ứng với bước sóng trông thấy Những chất như nitơ, hydro, flo không có màu bởi vì chúng không thể hấp thụ những lượng tử ánh sáng trông thấy để thực hiện bước chuyển electron

Số electron trong nguyên tử càng nhiều thì mức năng lượng càng khít nhau và đặc biệt có quỹ đạo trống thì càng dễ có màu Các halogen có nhiều electron như clo, brom, iod đều có màu

Từ đặc điểm của các chất vô cơ có màu người ta rút ra mối liên hệ giữa màu của chất và vị trí của các nguyên tố trong bảng hệ thống tuần hoàn

Các hợp chất vô cơ mà phân tử được tạo bởi những nguyên tố s, p có ion với lớp vỏ electron được lấp đầy: các cation của kim loại kiềm, kiềm thổ và các anion của những nguyên tố phi kim thuộc ba chu kỳ đầu tiên không màu Những hợp chất (chủ yếu là oxide) của những nguyên tố nằm tại ranh giới qui ước kim loại-phi kim như: antimon, bismuth, chì, nhôm, cũng không có màu Những hợp chất của các nguyên tố thuộc phân nhóm nhụ nhóm IV (titan và zirconi) có màu trắng Các muối của acid titanic như: titanate magie, canxi, bari được sử dụng rộng rãi làm màu trắng, thành phần các hợp chất này có đặc điểm là không thể chuyển electron ở oxy

và ở các cation của nguyên tố thuộc nhóm II từ trạng thái cơ bản sang trạng thái kích thích vì không có những orbital trống Ở titan và zirconi, sự khác nhau về năng

lượng giữa các phân mức đã lấp đầy và các phân mức trống quá lớn nên các lượng

tử ánh sáng trông thấy không đủ năng lượng kích thích electron

Đa số trường hợp các ion có lớp vỏ chưa hoàn chỉnh sẽ tạo ra những hợp chất

có màu ở các nguyên tố d thuộc chu kỳ IV màu của chất được quyết định bởi bước chuyển electron từ orbital d này sang orbital d khác và sự chuyển điện tích sang ion kim loại Hút các electron từ các orbital của anion sang các orbital trống ở các nguyên tử của mình, các anion crom, mangan, sắt, cobalt, niken và một số kim loại khác tạo cho tất cả các hợp chất của chúng có màu ứng với màu của chúng trong dung dịch như: Fe3+ và Cr3+có màu vàng Mặt khác sự chênh lệch năng lượng giữa các orbital tương ứng với năng lượng của các lượng tử ánh sáng cũng dẫn tới sựdịch chuyển electron từ orbital d này sang orbital d khác Điều này quyết định sựkhác biệt về màu của chất chứa các ion Fe2+, Fe3+, Co2+,

Như vậy trên cơ sở bảng tuần hoàn Mendeleev, về nguyên tắc ta có thể dựđoán sự có màu ở một hợp chất nào đó nhưng trên thực tế sự tương tác qua lại giữa các anion-cation, trạng thái tồn tại cũng như cấu trúc tinh thể của chất có ảnh hưởng đến màu thậm chí làm thay đổi hoàn toàn điều kiện xuất hiện màu

Trạng thái tồn tại của chất có ảnh hưởng đáng kể tới màu của chất vì trạng thái tồn tại làm thay đổi khoảng cách giữa các ion, nguyên tử và các hạt nhân dẫn tới sựthay đổi thế chuyển điện tử

Trong các tinh thể chất rắn, nguyên tử hay ion chịu tác động của một sốnguyên tử hay ion nằm gần nó nhất Các nguyên tử và ion trong mạng lưới tinh thểliên tục gây ra những dao động làm thay đổi khoảng cách giữa các hạt kề nhau gây

ra sự tương tác khi mạnh khi yếu Nếu tác động của những hạt ở gần đến nguyên tửhay ion làm phá vỡ sự phân bố điện tích dương-âm trong nó phân tử sẽ xuất hiện hai cực nghĩa là sẽ xảy ra sự phân cực phân tử

Nếu ảnh hưởng của các hạt có cực đủ lớn thì nguyên tử hay ion ở cạnh bắt đầu biến dạng nghĩa là có sự phân bố luôn luôn không đồng đều mật độ electron xung quanh hạt nhân Những lực hút phụ sinh ra do có sự phân cực ảnh hưởng đến tương

tác của các nguyên tử trong mạng lưới tinh thể làm thay đổi trạng thái electron và làm cho chúng có thể tiếp nhận lượng tử ánh sáng trông thấy Ta biết rằng các cation mà lớp electron bên trong được lấp đầy thì các hợp chất của nó thường không

có màu hoặc màu trắng và chỉ xuất hiện khi các cation này liên kết với các anion có khả năng phân cực lớn Ví dụ: cation Ag+ trong dung dịch là không màu, nếu kết hợp với Clˉ sẽ tạo ra AgCl màu trắng, nhưng khi phản ứng với 2 

4

CrO sẽ tạo ra kết tủa AgCrO4màu đỏ

Nếu dao động của các hạt phân tử đủ lớn hay được tăng cường bằng cách nung nóng thì sự biến dạng phát sinh làm tăng sức hút của các electron và các dao động

có tính quy luật bị phá vỡ Điều này làm thay đổi cấu trúc tinh thể dẫn tới sự thay đổi màu của chất

Bên cạnh đó màu của đa số các hợp chất vô cơ cũng được quyết định bởi trạng thái oxy hóa của các ion trong hợp chất Mỗi mức oxy hóa có thể ứng với một màu riêng và một tính chất riêng

Tóm lại, đối với các chất màu vô cơ thì yếu tố sau đây có ý nghĩa quyết định tới sự hiện màu:

 Trong phân tử các mức năng lượng electron phải gần nhau và có quỹđạo trống

 Trong phân tử phải có sự phân cực mạnh, tức là có mặt của anion hoặc cation có khả năng phân cực lớn

1.2.3 Tính chất

Màu sắc, cường độ màu, khả năng tán xạ và hấp thụ, độ phủ, độ sáng, độbóng, là những tính chất rất quan trọng trong việc đánh giá hiệu quả sử dụng cũng như hiệu quả kinh tế của pigment Ngoài ra cũng cần chú ý đến các tính chất sau:

1.2.3.1 Các tính chất hóa lý cơ bản

 Thành phần hóa học

 Lượng muối và độ ẩm

 Các chất tan trong acid và tan trong nước.

1.2.3.3 Tính liên kết với vật liệu

 Khả năng tương tác với các chất kết dính

 Pigment đen: màu nhìn thấy là do hiện tượng hấp thụ ánh sáng không chọn lọc Ví dụ: pigment oxide sắt đen,

 Pigment có hiệu ứng kim loại: màu nhìn thấy là do hiện tượng phản xạánh sáng một cách đều đặn hoặc do hiện tượng giao thoa ánh sáng Ánh kim loại do

sự phản xạ đều đặn trên bề mặt phẳng hay mặt song song của các hạt pigment kim loại Ví dụ: các lớp nhôm,

 Pigment phát quang: do khả năng hấp thụ các bức xạ và phát ra các ánh sáng có bước sóng dài hơn

1.2.5 Thành phần

Ngoại trừ một số ngoại lệ thì pigment vô cơ thường là các oxide, các hợp chất sulfur, silicate, carbonate Chúng chỉ thường chứa một loại hạt duy nhất với cùng một kiểu cấu trúc mạng tinh thể Tuy nhiên, bên cạnh đó thì pigment hỗn hợp lại chứa các hạt khác nhau và không đồng nhất

Pigment hỗn hợp thu được sau khi trộn hoặc nghiền nhuyễn các loại pigment hoặc chất độn (phụ gia) khác nhau ở trạng thái rắn Ví dụ như pigment crom màu xanh lá cây là hỗn hợp của hai loại pigment là crom vàng và sắt màu xanh Pigment hỗn hợp có thể bị phân riêng ra trong quá trình sử dụng nếu như các thành phần trong hỗn hợp pigment khác nhau về kích thước hạt, hình dạng, khối lượng riêng, hoạt độ hay sức căng bề mặt Để hạn chế điều này thì người ta thường cho thêm vào hỗn hợp pigment những chất có khả năng bám vào bề mặt của các hạt trong hỗn hợp Lúc này lực hấp dẫn do chúng tạo ra sẽ liên kết những thành phần của pigment trong quá trình sấy khô hoặc quá trình nung Chính vì vậy mà nó ngăn cản quá trình phân riêng của pigment hỗn hợp trong quá trình sử dụng Do ứng dụng điều này mà trong sản xuất người ta thường phủ một lớp mỏng những chất vô cơ hay hữu cơ lên pigment để triệt tiêu những tính chất không mong muốn hay để tăng cường độ phát tán

1.2.6 Các tiêu chuẩn của chất tạo màu

Chất lượng của pigment được đánh giá dựa trên một số các tiêu chuẩn như sau: độ acid/kiềm, độ bền, cường độ màu, chỉ số ăn mòn (trong môi trường NaCl và

SO2), tỉ trọng, độ phân tán, độ ổn định nhiệt, kích thước hạt, diện tích bề mặt riêng,

độ bóng, thể tích xếp chặt, độ truyền suốt

Các tiêu chuẩn này được kiểm định bằng các phương pháp tương tự nhau ởcác quốc gia Tuy nhiên do hệ thống và các yêu cầu của mỗi quốc gia có thể khác nhau nên các tiêu chuẩn đặt ra là có thể khác nhau Chính vì lý do này mà trên thịtrường có thể sẽ không kiểm định ngặt nghèo

1.2.7 Pigment được sản xuất trên cơ sở các hợp chất silicate

Là loại pigment được sản xuất sử dụng cát (SiO2) làm nền vì cát dễ tìm thấy ởdạng tương đối tinh khiết trong tự nhiên nên giá thành rẻ hơn nhôm oxide và các oxide kim loại được sử dụng làm nền khác Mặt khác, cấu trúc mạng tinh thể của SiO2 cũng có dạng tứ diện nên có thể kết hợp khá dễ dàng với các oxide hoặc nguyên tử kim loại Mặt khác, các loại pigment sản xuất trên cơ sở SiO2 cũng có những tính chất đặc biệt như: phản quang, phát quang,

Pigment màu trắng được nói đến trong bài luận văn này cũng sử dụng cát làm nền, kết hợp với các oxide hoặc muối của các kim loại kiềm thổ với mục đích tăng

độ khúc xạ của ánh sáng khi truyền qua thủy tinh tạo hiệu ứng phản quang cho pigment

1.2.8 Các phương pháp sản xuất chất màu vô cơ

Trên thực tế có rất nhiều loại pigment vô cơ khác nhau, chính vì vậy các phương pháp sản xuất cũng khác nhau Ví dụ như để sản xuất pigment lithopone có thể cho muối sulfate phản ứng trực tiếp với bari sulfur theo tỉ lệ thích hợp Còn đểsản xuất pigment oxide sắt đỏ thì người ta có thể nung trực tiếp các muối như sulfate, nitrate, oxalate ở nhiệt độ thích hợp hay có thể dùng kiềm để trung hòa các muối sắt rồi sau đó nung hydroxide sắt ở nhiệt độ thích hợp,