Pigmentos inorgánicos
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Pigmentos Inorgánicos
La mayoría de los pigmentos inorgánicos se basan en metales, por ejemplo, óxidos y sulfuros de metales pesados como titanio, zinc, hierro, cadmio y cromo. La forma más sencilla de clasificar los pigmentos inorgánicos es dividirlos en tres clases: pigmentos blancos (principalmente basados en TiO2), pigmentos negros (CB) y pigmentos coloreados. La migración de pigmentos orgánicos no ocurre fácilmente a menos que el material plástico se degrade por la intemperie o el ataque químico. Sin embargo, el proceso de reciclaje de los artefactos que contienen tales aditivos representa una preocupación importante considerando que los metales pesados pueden filtrarse del artefacto plástico y terminar en las aguas subterráneas, lo que representa un peligro para la salud.
Los pigmentos inorgánicos generalmente son menos intensos en su capacidad de coloración que los colores orgánicos, y dan una coloración bastante opaca. Los colores obtenidos de los pigmentos inorgánicos son muy estables y tienen una excelente resistencia a la intemperie y a los químicos. Se debe tener cuidado para garantizar que no haya inclusiones perjudiciales en el pigmento, como los iones metálicos libres que catalizarán la oxidación. Los iones de cobre, cobalto y hierro son el principal problema en esta área.Los colorantes pueden ser pigmentos orgánicos o inorgánicos, entre los inorgánicos debemos recordar los:
- óxidos de hierro, sintéticos o naturales (limonita marrón Fe2O3-H2O; Fe3O4 magnetita negra, Fe2O3-H2O amarilla)
- óxido de cromo (verde Cr2O3, Cr2O3-2H2O verde)
- óxido de plomo (Pb3O4 o plomo rojo)
- aluminatos de cobalto (con varios tonos de azul según la composición)
- titanato de níquel (amarillo)
- cromato de plomo (de amarillo a naranja)
- molibdato de plomo (naranja )
- cromato de zinc (amarillo)
- sulfuro de cadmio (amarillo)
- ferrocianuro ferroso (azul)
La mayoría de los pigmentos inorgánicos son productos de reacciones que ocurren durante la calcinación a alta temperatura (de 700 a 900 ° C). Por lo tanto, la resistencia al calor de los pigmentos inorgánicos es mucho mayor que la resistencia al calor de cualquier polímero.
Dióxido de titanio. Clasificado como pigmento de ocultación, debido a su alto índice de refracción, debe su posición dominante a su capacidad para proporcionar un alto grado de opacidad y blancura (máxima dispersión de luz con máxima absorción de luz ) y a su excelente durabilidad y no toxicidad. El pigmento se puede producir en dos formas polimórficas: rutilo y anatasa. La forma rutilo con su índice de refracción más alto y mejores propiedades de intemperismo es mucho más importante que la forma anatasa. Sin embargo, la forma anatasa exhibe una menor absorción en la región azul violeta de la luz visible por debajo de 420 nm y se usa con frecuencia, a menudo junto con agentes abrillantadores fluorescentes. El dióxido de titanio es el blanco más común de elección y por peso; en realidad, es el pigmento más utilizado. La selección de productos puede ser difícil ya que la variedad puede ser asombrosa. Céntrese en el tamaño de las partículas y el revestimiento de la superficie durante el proceso de selección. Los tamaños de partículas suelen oscilar entre 0,20 y 0,35 µm. La mayoría de los grados de plástico se fabrican para minimizar la reactividad. Los sitios reactivos están enmascarados con recubrimientos superficiales de alúmina, sílice y fluido de silicona. Este proceso aumenta la dispersión y mejora la resistencia a la intemperie. El dióxido de titanio tiene una dureza de Mohs alta y es muy abrasivo. Su destacada importancia se debe a sus propiedades de dispersión de luz, su aprobación por la FDA y sus excelentes propiedades. Su gran tamaño de partícula proporciona facilidad de dispersión, excelente estabilidad térmica, resistencia a la migración y solidez a la luz a un costo típico de menos de $ 2,50 / kg. El dióxido de titanio se utiliza en casi todos los plásticos para proporcionar pasteles y ajustar los colores. La opacidad es valorada por los ascetas y su capacidad para absorber la radiación ultravioleta. En fibra, los pigmentos de dióxido de titanio proporcionan un acabado mate que elimina la apariencia aceitosa indeseable provocada por la translucidez.
El dióxido de titanio rutilo es la primera opción para la mayoría de las aplicaciones de plástico. La sombra es ligeramente amarilla. Si se desea, se pueden usar cantidades muy pequeñas de azul o violeta para proporcionar un blanco más frío.
El dióxido de titanio anatasa es menos amarillo, no se recomienda mucho para uso en exteriores, bloquea menos radiación ultravioleta y generalmente es más reactivo.
Sulfuro de zinc. Los pigmentos de sulfuro de zinc se desarrollaron en 1850. Todavía tienen algún uso en el plástico porque son menos abrasivos y pueden tener un tamaño de partícula más pequeño. Sin embargo, después de la introducción del dióxido de titanio en la década de 1950, han perdido continuamente cuota de mercado.
Óxido de zinc. El óxido de zinc ha perdido importancia como pigmento pero destaca por su uso como activador para acelerar la vulcanización en caucho.
Negro carbón. Los negros de humo no solo se valoran como colorantes, sino por los beneficios funcionales que proporcionan. El CB se utiliza ampliamente como relleno de refuerzo para mejorar la estabilidad dimensional, como relleno conductor, estabilizador de luz ultravioleta, antioxidante para prolongar la vida útil del caucho y como pigmento o colorante. CB es, con mucho, el pigmento negro más importante y el segundo más utilizado en términos de volumen de todos los pigmentos empleados por la industria del plástico, solo por detrás del TiO2. En aplicaciones donde su función es proporcionar un color negro, los pigmentos CB exhiben un alto tinte resistencia y un rango sobresaliente de propiedades de solidez a un costo relativamente bajo. Sin embargo, CB puede adoptar una serie de otras funciones importantes cuando se incorpora a polímeros. Los pigmentos destacan por su capacidad para proteger los polímeros contra la intemperie, como resultado de una combinación de absorción de UV y su capacidad para funcionar en las superficies de las partículas como trampas para los radicales formados en la fotodescomposición.Mejoran la resistencia a la intemperie de los plásticos al bloquear la radiación ultravioleta, visible e infrarroja. Pueden actuar como trampas de radicales libres y proporcionar una amplia gama de propiedades eléctricas. La finura, la estructura, la porosidad y la química de la superficie son propiedades que se utilizan en la selección de un negro de humo. El tamaño de partícula típico es de 18 a 80 nm. Tenga esto en cuenta al considerar los niveles de carga. Puede requerir una gran cantidad de resina para humedecer el pigmento. A efectos prácticos, existen dos tipos básicos de negro de humo, canal y horno. La quema de gas natural enriquecido hace que el canal se vuelva negro. El canal negro se ha vuelto casi obsoleto con el aumento de los precios del gas natural. Todavía encuentran algún uso en plásticos para la FDA y aplicaciones especiales. El negro de horno se produce por descomposición térmica del aceite de materia prima para las refinerías de petróleo. El negro de canal ha sido casi reemplazado por el negro de horno.
Oxido de hierro. Los pigmentos de óxido de hierro encuentran valor en los plásticos, ya que no son tóxicos, son químicamente estables y de bajo costo, y se ofrecen en una variedad de tonos. Pueden ser óxidos de hierro naturales de origen natural, o pueden ser óxidos de hierro sintéticos sintetizados. Hay cuatro tipos básicos y, por lo tanto, cuatro colores de pigmentos de óxido de hierro: amarillo, rojo, marrón y negro. Los óxidos de hierro sintéticos son mucho más puros, tienen mejor poder colorante y varían menos en composición. Como consecuencia, casi han reemplazado a los óxidos de hierro naturales. Los óxidos de hierro naturales todavía se utilizan en celulosa y compuestos fenólicos. En los casos en los que se requiere negro en niveles bajos, el óxido de hierro suele ser el pigmento de elección. Tiene una resistencia mucho menor que el negro de carbón, por lo que se pueden usar cantidades mayores. Esto permite una mezcla más homogénea y contribuye menos a los errores de pesaje. El rojo, el amarillo y el marrón se pueden utilizar en la mayoría de los plásticos. Tienen buena durabilidad. Tenga cuidado con el amarillo (hidrato férrico) ya que el agua se puede conducir a temperaturas superiores a 175°C y cambiar el color rojo. Verde de óxido de cromo. El óxido de cromo verde es un verde oliva opaco. Tiene excelente resistencia al calor y a la intemperie. Su gran tamaño de partícula ofrece una fácil dispersión. Su reflectancia es similar a la de la clorofila, lo que la hace adecuada para el camuflaje. Sin embargo, su falta de intensidad de tinte y otros colorantes en este espacio de color lo excluyen de un uso significativo.
Hierro Azul. "Iron Blue" o "Pigment Blue" ha reemplazado los nombres más antiguos de Paris blue, Prussian blue, Berlin blue y Toning blue, etc. Es ferrocianuro de amonio férrico [FeNH4Fe (CN) 6]. En la actualidad, encuentra poco uso en plásticos. Se mezcla con amarillo cromo para formar verde cromo. El verde cromo ofrece un verde opaco de bajo costo que encuentra algún uso en películas de polietileno. Se debe tener precaución ya que tiene poca resistencia a los álcalis.
Pigmentos ultramarinos. Los pigmentos ultramarinos son un complejo de sulfosilicato de aluminio. Sin embargo, el pigmento azul es el más común; "Pigment Violet"y "Pigment Red" también están disponibles. El azul se puede utilizar en casi cualquier polímero; el rosa y el violeta tienen temperaturas máximas de procesamiento de 200°C. Todos tienen poca resistencia a los ácidos. Los grados con tratamiento superficial proporcionan una mejor dispersión y resistencia a los ácidos. No promueven el encogimiento ni la deformación y están aprobados en todo el mundo para colorear plásticos en contacto con alimentos. El más popular es el azul. El azul tiene sus usos en plásticos, pero ahora a menudo se reemplaza por ftalocianinas que tienen 10 veces la fuerza del tinte.
Verde ossido di cromo. Il verde ossido di cromo è un verde oliva opaco. Ha un'eccellente resistenza al calore e alle intemperie. La sua grande dimensione delle particelle offre una facile dispersione. La sua riflettanza è simile a quella della clorofilla, il che la rende adatta al mimetismo. Tuttavia, la sua mancanza di forza della tinta e altri coloranti adatti in questo spazio colore lo escludono da un uso significativo.
Óxidos de metales mezclados. El término MMO (óxidos metálicos mixtos) denota un pigmento que cristaliza en una red de óxido estable. Se fabrican calentando combinaciones de sales metálicas a temperaturas de 800 a 1400°C. Se consideran soluciones sólidas, por lo que algunos prefieren llamarlos "pigmentos de color inorgánicos complejos". Los siguientes son algunos de los colores producidos: Azul cobalto - Pigment Blue (CoAl2O4) y Pigment Blue (Co(Al,Cr)2O4), verde cobalto - Pigment Green ((Co,Ni,Zn)2TiO4), zinc marrón hierro - Pigmento Amarillo (ZnFeO4), Espinela negra - Pigmento Negro (Cu(Cr, Mn)2O4) y Pigmento Negro (Cu(Fe,Cr)2O4). amarillo rutilo de níquel - pigmento amarillo y amarillo de cromo rutilo - pigmento marrón se conocen comúnmente como titanatos. En comparación con los pigmentos orgánicos, carecen de tonalidades limpias y fuerza colorante. En comparación con la mayoría de los inorgánicos, se consideran costosos y difíciles de dispersar. No obstante, son indispensables en aplicaciones de altas temperaturas y su solidez a la intemperie y resistencia química son sobresalientes. Es común su uso en resinas de ingeniería para aplicaciones en interiores y bajo el capó de automóviles. Los MMO también son herramientas importantes para colorear revestimientos de PVC rígido.
Cromatos de plomo y molibdatos de plomo. Los cromatos y molibdatos de plomo se caracterizan por sus tonalidades brillantes y buena opacidad. Los pigmentos de importancia son el amarillo de cromo, el pigmento amarillo y el rojo molibdato y el naranja, el pigmento rojo. Debido a la toxicidad del plomo y el cromo hexavalente, estos pigmentos están prohibidos para muchos usos. Como resultado, la formulación en plástico ha disminuido a un ritmo considerable. Son susceptibles a ácidos, álcalis y sulfuro de hidrógeno. El tratamiento de la superficie de los pigmentos mejora la resistencia a la intemperie, la resistencia química y la estabilidad térmica. Se mezclan fácilmente entre sí y a menudo se sombrean con quinacridonas para proporcionar una variedad de colores. Las regulaciones ambientales han provocado una caída significativa en el uso. Están/han sido reemplazados por pigmentos inorgánicos de alto rendimiento cuando corresponda.
Pigmentos de cadmio. Entre los pigmentos inorgánicos, los pigmentos de cadmio son conocidos por sus tonos brillantes. Sus propiedades físicas permiten su uso en la mayoría de los plásticos. Son muy estables al calor, resistentes a la intemperie, resistentes a los productos químicos y fáciles de incorporar. También muestran una buena estabilidad dimensional en piezas grandes moldeadas por inyección. Estos pigmentos son sensibles al exceso de molienda. Los colores van del amarillo al granate (amarillo, naranja, rojo, burdeos). Los pigmentos son sulfuros de cadmio y seleniuros. Estas materias primas se precipitan, secan y se calcinan a 600°C. Por lo general, se someten a un lavado con ácido diluido para eliminar las impurezas. El naranja de cadmio (pigmento naranja) es sulfuro de cadmio puro. El amarillo de cadmio (pigmento amarillo) es sulfuro de cadmio mezclado con cristales de sulfuro de zinc y cadmio. El rojo de cadmio (Pigment Red) se produce de manera similar al amarillo. Se agrega polvo de selenio para obtener el tono deseado. El granate se fabrica de la misma manera que el rojo, el selenio reemplaza al azufre, al 50% en moles el tono cambia a granate.
Los lithapones son coprecipitados con hasta un 60% de sulfato de bario. Los lithapones se ofrecen en toda la gama de colores y proporcionan una dispersión y un valor de uso ligeramente mejores. También están disponibles una variedad de cadmio de mercurio en tonos de naranja, rojo y granate. Contienen sulfuro de mercurio para reemplazar una cantidad de selenio. La ventaja es una economía y una estabilidad térmica ligeramente mejores. La escasez de materias primas ha provocado aumentos en el precio del cadmio. Las regulaciones ambientales también han provocado una caída significativa en el uso. Están / han sido reemplazados por compuestos orgánicos de alto rendimiento (por ejemplo, perileno, quinacridona y pigmentos de condensación azo).
Pigmentos de Efecto
Especial Perlescentes.Los pigmentos nacarados, nacarados o de interferencia están diseñados para simular el brillo natural de las perlas. En pocas palabras, los nacarados están formados por varias capas de partículas laminares con diferentes índices de refracción. El índice de refracción es el grado en que la luz se ralentiza y se dobla al pasar a través de una sustancia (p. Ej., Un prisma). Se pueden lograr numerosos efectos alterando la luz incidente a través de la reflexión, la refracción y la transmisión. La perla natural (guanina) se produce a partir de las escamas de arenque y salmón del Atlántico capturados en aguas frías. No encuentra mucho uso en plásticos, ya que es más frágil, caro y solo está disponible en forma de pasta. El oxicloruro de bismuto se produce precipitando cristales de plaquetas a partir de una solución acuosa de BiCl3 mediante hidrólisis. El pigmento de oxicloruro de bismuto es el más cercano a la perla natural, pero es frágil y tiene una estabilidad a la luz relativamente pobre. Las micas recubiertas de óxido se producen precipitando un óxido metálico sobre la superficie de la mica refinada. Las micas titanizadas se producen precipitando una capa de TiO2 de una solución acuosa de tetracloruro de titanio sobre un sustrato de mica refinado. El titanio precipita como el hidrato que a su vez se convierte en óxido por calcinaciones a 800°C. Ofrecen una amplia gama de colores, buena estabilidad a la luz y generalmente son de bajo costo. Los factores que afectan el brillo y el color son el tamaño de las partículas, la calidad y el color de la mica y el espesor de la capa de TiO2. Las partículas más grandes ofrecen más brillo y transparencia. Las partículas más pequeñas ofrecen un acabado más satinado. Las micas titanadas iridiscentes que se producen al aumentar el espesor de las capas de TiO2 se denominan colores de interferencia. Se pueden producir versiones de dos tonos e intensificadas de estos colores de interferencia mediante la adición de colores de absorción. El uso de un color de absorción que sea el mismo que el color de interferencia producirá un TCM (mica recubierta de dióxido de titanio) de color más intenso. El uso de un color de absorción que sea diferente del color de interferencia producirá un TCM con efecto flop de dos tonos. En un "efecto flop de dos tonos", el color cambiará a dos colores claramente diferentes cuando se observe desde diferentes ángulos. Al utilizar cualquiera de las perlas, se debe tener cuidado durante la incorporación. El pigmento debe estar humedecido, pero se debe tener cuidado para evitar que se rompan las partículas. Trate de evitar las extrusoras de doble tornillo a menos que utilice un puerto de alimentación aguas abajo. Si usa un banburry, intente evitar ciclos largos. Este es uno de los pocos productos en los que se debe considerar el diseño de moldes en la fase de ingeniería del producto, ya que puede ser necesario controlar el flujo y las líneas de soldadura. Se pueden lograr una variedad de colores y efectos con estos pigmentos perlados. Variar la combinación y carga de perlas y pigmentos tradicionales es una práctica común. Más del 95% de las perlas utilizadas en plásticos son micas recubiertas de óxido. La principal aplicación de los plásticos es el envasado de poliolefinas. El interés reciente en la coloración masiva de piezas de automóviles podría estimular la ya fuerte tasa de crecimiento de las perlas.
Pigmentos metálicos. A los plásticos se les puede dar un aspecto metálico mediante la incorporación de láminas muy delgadas de aleaciones de aluminio, aluminio-bronce, zinc, cobre y cobre-zinc. El efecto metálico es causado por el reflejo de la luz en la superficie del pigmento. Las partículas de pigmento más grandes aumentan la reflectancia y, por lo tanto, el brillo. Una partícula grande también aumenta el flop (cambio de color cuando se mira en ángulo). El polvo de aluminio molido produce pigmentos de aluminio. La molienda húmeda hace esto mejor ya que el polvo de aluminio forma mezclas explosivas con el aire. La suspensión de pigmentos se suele tamizar, filtrar y secar al vacío en el caso de productos para plásticos. Los pigmentos de cobre, oro y bronce (aleaciones de zinc y cobre en polvo) se obtienen mediante molienda en seco. El cobre se produce con un 100% de cobre. Se puede lograr una variedad de tonos dorados agregando hasta un 25% de zinc. A diferencia de la mayoría de los pigmentos utilizados en plásticos, los metálicos pueden aglomerarse después de una vida útil de 1 año. La dispersión adecuada es importante. En los colorantes orgánicos el objetivo es desaglomerar mediante el uso de cizalla. Sin embargo, el uso de alto cizallamiento rasgará, formará una bola o doblará los metálicos. Esto cambiará su color y su poder de ocultación. Evite los mezcladores de alta intensidad o agregue pigmento al final del ciclo a bajas velocidades. Trate de evitar las extrusoras de doble tornillo a menos que utilice un puerto de alimentación aguas abajo. Se ha informado sobre aplastamiento en rodillos de calandrado y tornillos de extrusora. Las escamas con un tratamiento de superficie de polímero pueden reducir o eliminar el problema. El control del flujo y las líneas de soldadura debe considerarse en el diseño de moldes.