Пигмент — это порошок , используемый для придания цвета или изменения внешнего вида. Пигменты полностью или почти нерастворимы и химически неактивны в воде или другой среде; напротив, красители — это окрашенные вещества, которые растворяются или переходят в раствор на каком-то этапе их использования. [1] [2] Красители часто представляют собой органические соединения , тогда как пигменты часто являются неорганическими . Пигменты, имеющие доисторическую и историческую ценность, включают охру , древесный уголь и лазурит .
В 2006 году по всему миру было продано около 7,4 миллиона тонн неорганических , органических и специальных пигментов. [3] Согласно отчету Bloomberg Businessweek за апрель 2018 года , оценочная стоимость мировой индустрии пигментов составляет 30 миллиардов долларов. Стоимость диоксида титана , используемого для повышения белизны многих продуктов, оценивается в 13,2 миллиарда долларов в год, а красный цвет Ferrari оценивается в 300 миллионов долларов в год. [4]
Как и все материалы, цвет пигментов возникает потому, что они поглощают только определенные длины волн видимого света . Связующие свойства материала определяют длину волны и эффективность поглощения света. [5] Свет других длин волн отражается или рассеивается. Спектр отраженного света определяет цвет , который мы наблюдаем.
Внешний вид пигментов чувствителен к источнику света. Солнечный свет имеет высокую цветовую температуру и довольно равномерный спектр. Солнечный свет считается стандартом белого света. Искусственные источники света менее однородны.
Цветовые пространства, используемые для числового представления цветов, должны указывать источник света. При лабораторных измерениях цвета, если не указано иное, предполагается, что измерения были записаны при источнике света D65 или «Дневной свет 6500 К», что примерно соответствует цветовой температуре солнечного света.
Другие свойства цвета, такие как его насыщенность или яркость, могут определяться другими веществами, входящими в состав пигментов. Связующие вещества и наполнители могут повлиять на цвет.
Минералы использовались в качестве красителей с доисторических времен. [6] Древние люди использовали краску в эстетических целях, например, для украшения тела. Пигменты и оборудование для шлифовки красок, возраст которых, как полагают, составляет от 350 000 до 400 000 лет, были обнаружены в пещере в Твин-Риверс, недалеко от Лусаки , Замбия . Охра , оксид железа, была первым цветом краски. [7] Излюбленный синий пигмент был получен из ляпис-лазури . Пигменты на основе минералов и глин часто носят название города или региона, где их изначально добывали. Сырая сиена и жженая сиена пришли из Сиены , Италия , а сырая умбра и жженая умбра пришли из Умбрии . Эти пигменты были одними из самых простых в синтезе, и химики создали современные цвета на основе оригиналов. Они были более последовательными, чем цвета, добытые из первоначальных рудных тел, но географические названия остались. Во многих наскальных рисунках эпохи палеолита и неолита также обнаружены красная охра, безводный Fe 2 O 3 и гидратированная желтая охра (Fe 2 O 3 . H 2 O). [8] Древесный уголь или сажа также использовался в качестве черного пигмента с доисторических времен. [8]
Первым известным синтетическим пигментом был египетский синий , который впервые упоминается на алебастровой чаше в Египте, датированной Накадой III ( около 3250 г. до н.э.). [9] [10] Египетская синь (голубая фритта), силикат меди и кальция CaCuSi 4 O 10 , изготовленный путем нагревания смеси кварцевого песка, извести , флюса и источника меди , например малахита . [11] Уже изобретенный в додинастический период Египта , его использование стало широко распространенным к 4-й династии . [12] Это был преимущественно синий пигмент римской древности ; его художественно-технологические следы исчезли в средние века до его повторного открытия в контексте египетской кампании и раскопок в Помпеях и Геркулануме . [13] Более поздние домодернистские синтетические пигменты включают свинцовые белила (основной карбонат свинца, (PbCO 3 ) 2 Pb(OH) 2 ), [14] киноварь , ярь-медянка и свинцово-оловянный желтый . Вермилион, сульфид ртути , первоначально изготавливался путем измельчения порошка натуральной киновари . С 17 века его также синтезировали из элементов. [15] Ему отдавали предпочтение старые мастера, такие как Тициан . Индийский желтый когда-то производился путем сбора мочи крупного рогатого скота, которого кормили только листьями манго . [16] Голландские и фламандские художники 17 и 18 веков отдавали предпочтение ему за его люминесцентные качества и часто использовали его для изображения солнечного света . [ нужна цитата ] Поскольку листья манго недостаточно питательны для крупного рогатого скота, практика сбора индийского желтого цвета в конечном итоге была объявлена бесчеловечной. [16] Современные оттенки индийского желтого цвета изготавливаются из синтетических пигментов. Вермиллион был частично заменен красным кадмием.
Из-за стоимости лазурита часто использовались его заменители. Прусский синий , старейший современный синтетический пигмент, был открыт случайно в 1704 году. [17] К началу 19 века синтетические и металлические синие пигменты включали французский ультрамарин , синтетическую форму ляпис-лазури . Ультрамарин получали путем обработки силиката алюминия серой . Также были представлены различные формы синего кобальта и лазурного синего . В начале 20 века был получен фтало-синий — синтетический металлоорганический пигмент. В то же время Royal Blue , другое название, которое когда-то давали оттенкам, полученным из ляпис-лазури, превратилось в гораздо более светлый и яркий цвет и обычно смешивается из фтало-синего и диоксида титана или из недорогих синтетических синих красителей.
Открытие в 1856 году мовеина , первого анилинового красителя , стало предшественником разработки сотен синтетических красителей и пигментов, таких как азо- и диазосоединения . Эти красители положили начало расцвету органической химии, в том числе систематическому созданию красителей. Развитие органической химии уменьшило зависимость от неорганических пигментов. [18]
До разработки синтетических пигментов и совершенствования методов извлечения минеральных пигментов партии цветов часто были противоречивыми. С развитием современной цветной индустрии производители и специалисты объединились для создания международных стандартов для идентификации, производства, измерения и тестирования цветов.
Цветовая система Манселла , впервые опубликованная в 1905 году, стала основой для серии цветовых моделей, предоставляющих объективные методы измерения цвета. Система Манселла описывает цвет в трёх измерениях: оттенке , значении (светлоте) и цветности (чистоте цвета), где цветность — это отличие от серого при заданном оттенке и значении.
К середине 20 века стали доступны стандартизированные методы химии пигментов, что стало частью международного движения по созданию таких стандартов в промышленности. Международная организация по стандартизации (ISO) разрабатывает технические стандарты для производства пигментов и красителей. Стандарты ISO определяют различные промышленные и химические свойства, а также способы их проверки. Основные стандарты ISO, относящиеся ко всем пигментам, следующие:
Другие стандарты ISO относятся к определенным классам или категориям пигментов в зависимости от их химического состава, например, ультрамариновые пигменты, диоксид титана , пигменты оксида железа и т. д.
Многие производители красок, чернил, текстиля, пластмасс и красок добровольно приняли Международный индекс цвета (CII) в качестве стандарта для идентификации пигментов, которые они используют при производстве определенных цветов. Впервые опубликованный в 1925 году, а теперь опубликованный совместно в Интернете Обществом красильщиков и колористов ( Великобритания ) и Американской ассоциацией химиков и колористов по текстилю (США), этот индекс признан во всем мире авторитетным справочником по красителям. Он включает более 27 000 продуктов под более чем 13 000 общих наименований цветовых индексов.
В схеме CII каждый пигмент имеет общий индексный номер, который идентифицирует его химически, независимо от патентованных и исторических названий. Например, фталоцианин синий BN известен под множеством непатентованных и патентованных названий с момента его открытия в 1930-х годах. В большей части Европы фталоцианиновый синий более известен как Helio Blue или под собственным названием, например Winsor Blue. Американский производитель красок Grumbacher зарегистрировал альтернативное написание (Thanos Blue) в качестве товарного знака. Color Index International разрешает все эти противоречивые исторические, родовые и патентованные названия, чтобы производители и потребители могли идентифицировать пигмент (или краситель), используемый в конкретном цветном продукте. В CII все фталоцианиновые синие пигменты обозначаются общим индексом цвета как PB15 или PB16, сокращенно от синего пигмента 15 и синего пигмента 16; эти два числа отражают небольшие различия в молекулярной структуре, которые дают немного более зеленоватый или красновато-синий цвет.
Ниже приведены некоторые свойства пигментов, определяющие их пригодность для конкретных производственных процессов и применений:
Образцы используются для точной передачи цветов. Типы образцов диктуются средствами массовой информации: печатью, компьютерами, пластиком и текстилем. Как правило, среда, предлагающая самую широкую гамму цветовых оттенков, широко используется в различных средах.
Эталонные стандарты представляют собой распечатанные образцы цветовых оттенков. PANTONE , RAL , Munsell и т. д. — это широко используемые стандарты передачи цвета в различных средах, таких как печать, пластик и текстиль .
Компании, производящие цветные маточные смеси и пигменты для пластмасс, предлагают образцы пластика в виде цветных чипов, отлитых под давлением. Эти цветные чипы предоставляются дизайнеру или заказчику для выбора цвета для конкретных пластиковых изделий.
Пластиковые образцы доступны с различными специальными эффектами, такими как перламутровый, металлический, флуоресцентный, блестящий, мозаичный и т. д. Однако эти эффекты трудно воспроизвести на других носителях, таких как печать и компьютерный дисплей. Пластиковые образцы были созданы путем 3D-моделирования и включают в себя различные спецэффекты.
Внешний вид пигментов при естественном освещении трудно воспроизвести на дисплее компьютера . Требуются приближения. Система цвета Манселла обеспечивает объективную оценку цвета в трех измерениях: оттенок, яркость (или яркость) и насыщенность. Компьютерные дисплеи, как правило, не отображают истинную цветность многих пигментов, но оттенок и яркость могут быть воспроизведены с относительной точностью. Однако когда гамма компьютерного дисплея отклоняется от эталонного значения, оттенок также систематически искажается.
Следующие приближения предполагают, что устройство отображения имеет гамму 2.2 и использует цветовое пространство sRGB . Чем дальше устройство отображения отклоняется от этих стандартов, тем менее точными будут эти образцы. [20] Образцы основаны на средних измерениях нескольких партий однопигментных акварельных красок, преобразованных из цветового пространства Lab в цветовое пространство sRGB для просмотра на дисплее компьютера. Внешний вид пигмента может зависеть от марки и даже партии. Кроме того, пигменты имеют по своей природе сложные спектры отражения , из-за которых их цветовой вид [21] [ нужен лучший источник ] сильно различается в зависимости от спектра источника освещения - свойство, называемое метамеризмом . Усредненные измерения образцов пигментов дадут лишь приблизительное представление об их истинном виде при конкретном источнике освещения. Компьютерные системы отображения используют метод, называемый хроматическими адаптационными преобразованиями [22] , для имитации коррелированной цветовой температуры источников освещения и не могут идеально воспроизводить сложные спектральные комбинации, которые первоначально наблюдались. Во многих случаях воспринимаемый цвет пигмента выходит за пределы гаммы компьютерных дисплеев, и для аппроксимации истинного внешнего вида используется метод, называемый картированием гаммы . Сопоставление гаммы компенсирует точность яркости , оттенка или насыщенности для отображения цвета на экране в зависимости от приоритета, выбранного в намерении рендеринга ICC преобразования .
В биологии пигмент — это любой окрашенный материал растительных или животных клеток. Многие биологические структуры, такие как кожа , глаза , мех и волосы, содержат пигменты (например, меланин ). Окраска кожи животных часто происходит за счет специализированных клеток, называемых хроматофорами , которыми животные, такие как осьминоги и хамелеоны , могут управлять, чтобы изменять цвет животного. Многие условия влияют на уровень или природу пигментов в клетках растений, животных, некоторых протистов или грибов . Например, заболевание, называемое альбинизмом , влияет на уровень выработки меланина у животных.
Пигментация в организмах служит многим биологическим целям, включая маскировку , мимикрию , апосематизм (предупреждение), половой отбор и другие формы передачи сигналов , фотосинтез (у растений), а также основные физические цели, такие как защита от солнечных ожогов .
Цвет пигмента отличается от структурного цвета тем, что цвет пигмента одинаков для всех углов обзора, тогда как структурный цвет является результатом избирательного отражения или переливчатости , обычно из-за многослойных структур. Например, крылья бабочки обычно содержат структурный цвет, хотя у многих бабочек есть клетки, которые также содержат пигмент.
Красители — это окрашенные вещества, которые растворяются или переходят в раствор в процессе нанесения и придают цвет за счет избирательного поглощения света. Пигменты представляют собой окрашенные, бесцветные или флуоресцентные органические или неорганические мелкодисперсные твердые частицы, которые обычно нерастворимы и по существу химически не подвержены влиянию носителя или среды, в которую они включены.
