BOJE I LAKOVI

Pećina Altamira u Španiji slike nastale pre 18 500 godinapigmenti - oksidi gvožđa i mangana, drveni ugalj, kreda veziva - belance, voda, koštana srž

tirkiz (CuAl6(PO4)4(OH)8·4H2O

lapis lazuli

Egipatsko plavo - prvi sintetski pigment

Materijal koji se dobijao zagrevanjem kvarca, bakarnih jedinjenja, kalcijum-karbonata, i male količine alkalije na temperaturi od 800 do 1000 0C nekoliko sati. Prvi veštački pigment.

Cu2CO3(OH)2 + 8SiO2 + 2CaCO3 → 2CaCuSi4O10 + 3CO2 + H

Prvi reaktivni pigment mader crveno - prvi

reaktivni pigment koji se taložio na neorganskom materijalu i fiksirao gradeći nerastvorno jedinjenje

Definicija Boje ili premazi su tečnosti, paste ili čvrste

supstance koje se nanose na površinu različitim metodama u slojevima date debljine.

One formiraju film na površini substrata Premaz je opšti naziv za materijale koji se

nanose na površinu. Boje su materijali koji sadrže pigmente dok

se transparentni materijali nazivaju lakovi. Formiranje filma može biti fizičko ili

hemijsko

Fizičko formiranje filma Fizičko formiranje filma iz tečnih premaza

je poznato kao sušenje dok za premaze u prahu film se formira topljenjem.

Sušenje je uvek praćeno isparavanjem rastvarača ili vode.

Fizičko formiranje filma je moguće ukoliko su komponente koje ostaju na substratu čvrste i nelepljive.

Hemijsko formiranje filma Hemijsko formiranje filma je neophodno

ukoliko su komponente premaza lepljive, tečne ili u obliku paste.

Konverzija ovih komponenti u čvrsti film se odvija hemijskom reakcijom.

Osnovne komponente boja i lakova

Komponente boja i lakova se mogu podeliti na isparljive i neisparljive.

Isparljive komponente su organski rastvarači, voda i koalescirajući agensi (agensi koji omogućavaju spajanje).

Neisparljive komponente su veziva, smole, plastifikatori, boje, pigmenti, punioci i aditivi.

Treba napomenuti da ne moraju uvek biti prisutne sve ove komponente (boje bez rastvarača, lakovi ne sadrže pigmente).

Viđenje boje Viđenje boje se zasniva na fizičkim,

hemijskim, fiziološkim i psihološkim procesima.

Deo elektro-magnetnog spektra vidljiv za čoveka je između 400 i 700 nm

Svetlost Svetlost može biti

absorbovana potpuno, delimično ili nimalo pri prolasku kroz gasove, tečnosti ili čvrsta tela. Neabsorbovana svetlost se reflektuje sa površine materijala ili može prolaziti kroz materijal ako je reč o transparentnom materijalu.

Svetlost Ukoliko se vidljivi elektromagnetni zraci sa

distribucijom energije koja odgovara sunčevoj svetlosti u potpunosti reflektuju sa površine čvrste supstance ljudsko oko je registruje kao belu.

Ukoliko se svetlost u potpunosti absorbuje telo će za ljudsko oko biti crno.

Ukoliko telo absorbuje konstantnu frakciju svetlosti u celom opsegu talasnih dužina telo će biti sivo.

Ove tri boje se nazivaju ahromatske boje.

Obojena tela Tela koja se javljaju kao obojena (hromatske

boje) pokazuju absorpcione maksimume i minimume u vidljivom spektru.

U zavisnosti od toga gde je locirana absorpciona traka tela mogu biti različito obojena

Tela koja imaju dva absorpciona maksimuma (npr između 400 i 450 i 580 do 700 nm – zelena boja ) daju ostale boje.

Zelena boja se može javiti kao posledica jedne materije sa dva absorpciona maksimuma ili kombinacije dve materije (plave i žute).

Obojen objekat Objekat se javlja kao obojen zato što se

sa njega reflektuje svetlost tačno određene talasne dužine.

Sve ostale talasne dužine objekat absorbuje.

Plavi objekat absorbuje crvenu, narandžastu, žutu, zelenu i ljubičastu a reflektuje samo plavu svetlost.

Svetlost može dopreti kao reflektovana ili propuštena na retinu oka.

Svetlost talasnih dužina od 400 do 700 nm inicira fotohemijsku reakciju praćenu reakcijama nezavisnim od svetlosti u pigmentima osetljivim na svetlost koji su smešteni u retini.

Ovaj proces rezultuje vizuelnom percepcijom prenošenjem informacija od oka do mozga.

Pigmenti, boje i punioci Pigmenti su organski ili neorganski

materijali obojeni, beli ili crni koji su nerastvorni u medijumu u kome se disperguju.

To su odvojene čestice koje daju neprovidnost i boju materijalu u kome su dispergovani.

Boje rastvorne u polimerima

Boje rastvorne u polimerima su obojena jedinjenja koja se rastvaraju u medijumu u kome se disperguju.

Ovo znači da nema vidljivih čestica i da se ne menja transparentnost medijuma.

Punioci Punioci se definišu kao supstance koje su

nerastvorne u medijumu u kome se primenjuju a koriste se da povećaju zapreminu, postignu određene tehničke i optičke osobine.

Pigmenti, boje i punioci se ugrađuju u veziva da bi se dobili dekorativni (boja, sjaj, mat efekat) ili funkcionalni (zaštita od korozije) efekti.

Radi postizanja ovih efekata neophodna je uniformnost čestica i dodavanje tačno određenih količina ovih komponenti.

Fluorescentni pigmenti Fluorescentni pigmenti pored toga što

imaju visoku refleksiju u određenom delu spektra vidljive svetlosti absorbuju svetlost i u UV oblasti koju ljudsko oko ne može da detektuje.

Ova apsorbovana svetlost podiže energiju emitovane svetlosti i stvara utisak da se emituje više svetlosti nego što zapravo pada na pigment.

Ovo daje efekat fluorescentne boje.

Sposobnost bojenja pigmenata

Druga važna osobina pigmenata je sposobnost bojenja.

Ova osobina nam govori o sposobnosti pigmenta da u mešavini sa drugim pigmentima menja manje ili više njihovu boju.

Što je veća sposobnost bojenja to nam je potrebna manja količina pigmenta.

Postojanost prema svetlu Postojanost prema svetlu je takođe osobina

pigmenata koja se posmatra u celom sistemu. Naime veziva pokazuju različit stepen zaštite

pigmenata od uticaja svetla. Pored toga prisustvo drugih pigmenata takođe može

uticati na postojanost pigmenata prema svetlu. Neki neorganski pigmenti su neosetljivi na svetlost

dok se većina neorganskih i svi organski menjaju pod dejstvom svetlosti (tamne ili menjaju nijansu).

Osetljivost na svetlost zavisi od hemijskog sastava, distribucije veličine čestica i koncentracije pigmenta.

Pigment treba da bude ... Pigment treba da bude nerastvoran u

medijumu u kome je dispergovan i ne sme reagovati sa komponentama boje .

Potrebno je da pigment zadrži ove osobine i prilikom sušenja koje se često izvodi na povišenim temperaturama.

Kada se film osuši pigment treba da ostane rezistentan prema agensima iz okoline kao što su voda i kisele atmosferske padavine.

Problemi Problemi koje može uzrokovati rastvaranje

pigmenta u primeni su : Cvetanje – slučaj kada se organski pigment

rastvara u rastvaraču. Prilikom sušenja rastvarač izlazi na površinu i isparava pri čemu pigment kristališe na površini u vidu finog praha.

Nepotpuno pokrivanje – javlja se ako pigment nije dobro nakvašen i pretežno kod premaza u prahu.

Efekat je sličan kao kod cvetanja.

Problemi Krvarenje – se javlja kada se pigment iz

osušenog sloja premaza rastvara u rastvaraču u novom sloju premaza koji se nanosi preko originalnog filma.

Moć pokrivanja Moć pokrivanja je sposobnost premaza sa

pigmentom da prekrije neku površinu. Zavisi od sposobnosti premaza da

absorbuje i odbija svetlost. Debljina sloja i koncentracija pigmenta

igraju presudnu ulogu za ovu osobinu.

Indeks refrakcije pigmenata

Ključni faktor u neprozirnosti filma je indeks refrakcije pigmenata koji pokazuje merilo sposobnosti supstance da "savija“ svetlost odnosno da menja pravac kretanja svetlosti.

Među belim pigmentima najveći indeks refrakcije ima titandioksid što ga čini najboljim belim pigmentom.

Podela pigmenata Pigmenti se mogu podeliti po hemijskoj strukturi na organske

i neorganske pigmente. Neorganski pigmenti su oksidi, sulfidi, oksid-hidroksidi,

silikati, sulfati ili karbonati. Obično su jednokomponentne čestice sa definisanom kristalnom strukturom.

Primenjuju se i mešani ili substratni pigmenti. Mešani pigmenti su pigmenti koji se mešaju ili sitne sa pigmentima ili puniocima u suvom stanju (hrom zeleno je smeša hrom žutog i gvožđe plavog).

Nedostatak ovih pigmenata je što može doći do odvajanja prilikom upotrebe.

U slučaju substratnih pigmenata jedna od komponenata se taloži na substratu vlažnim postupkom a nakon toga formira čvrste veze u postupku sušenja ili kalcinacije. Ove veze sprečavaju odvajanje prilikom upotrebe.

Organski pigmenti Organski pigmenti se po svojoj hemijskoj

strukturi mogu podeliti na azo-pigmente i policiklične pigmente (antrahinonski, hinakridonski, izoindolinski i perilenski).

Azo pigmenti čine veću grupu zbog svoje lake sinteze i ekonomske opravdanosti. Obe grupe pigmenata se mogu dalje podeliti u veći broj manjih podgrupa u zavisnosti od strukture i primene.

HN

NH

O

O

Beli pigmenti Najvažniji beli pigment je titan(IV)-oksid. Titan dioksid poseduje sve osobine idealnog

belog pigmenta (jasnoću boje, visoku rezistentnost prema dejstvu hemikalija, organskih rastvarača i toplote kao i visoki indeks refrakcije).

Nedostatak mu je fotoreaktivnost čime povečava osetljivost na svetlost neorganskih pigmenata i skoro svih organskih pigmenata.

Zbog svoje cene delimično se zamenjuje sa jeftinijim pigmentima ili puniocima.

Beli pigmenti Pre uvođenja TiO2 kao pigmenta veliki značaj je imao ZnS kao beli pigment. ZnS se retko koristio čist već uglavnom kao litopon (dobiven

koprecipitacijom ZnS i BaSO4. Ovaj pigment se koristi kada nije neophodan dobar sjaj jer

poseduje dobre abrazivne osobine, nizak uljani broj i nisku tvrdoću. Litopon se koristi u premazima sa visokim sadržajem pigmenta.

Njegova dobra osobina je što zahteva malu količinu smole. Pogodan je za skoro sve sisteme smola i lako se disperguje dajući premaz sa dobrim osobinama u primeni. Može se kombinovati sa titan dioksidom. Cinkova jedinjenja poseduju fungicidno i algicidno dejstvo.

Pored ova dva najvažnija pigmenta koriste se i - cink-oksid koji se dodaje zbog svojih antikorozivnih i

antifouling osobina, - antimon-oksid koji se dodaje u samogasive boje jer prilikom

isparavanja nastaje teški gas koji gasi plamen

Crni pigmenti Najvažniji crni pigment u industriji premaza je

crni ugljenik (carbon black), odnosno čađ. Čađ je relativno jeftin pigment mada u

zavisnosti od zahteva može imati i znatno višu cenu

Pored čađi značajan crni pigment je i crni gvožđe oksid (magnetit). Iako se nalazi u prirodi kao mineral u industriji se koristi uglavnom sintetski pigment

Spada u grupu jeftinih pigmenata sa dobrim karakteristikama.

Žuti pigmenti Među žutim pigmentima od neorganskih

pigmenata značajan je žuti oksid gvožđa FeO(OH) koji se javlja u prirodi kao limonit.

Ovaj pigment može se dobiti i sintetskim putem. Među organskim pigmentima razlikujemo

nekoliko strukturno različitih pigmenata. Arilamidni pigmenti kod kojih R1 i R2 mogu biti

CH3 , OCH3 , OC2H5 , Cl, Br, NO2 se koriste zbog svoje slabe rezistencije prema rastvaračima u premazima gde se kao rastvarač koristi voda ili benzin za lak (White spirit).

HNN

HN

O O

R2

R1

Žuti pigmenti Drugu grupu čine benzimidazolni

pigmenti koji se koriste za boje za automobile i premaze u prahu.

Ova grupa pokazuje znatno bolju rezistentnost prema rastvaračima od prethodne grupe pigmenata mada su znatno skuplji od monoazo pigmenata

Završni sloj U automobilskoj industriji za izradu

završnog sloja koriste se i metalo kompleksni pigmenti. Ovi pigmenti zahvaljujući uvođenju metala u organsko jedinjenje pokazuju izuzetno dobru rezistentnost prema rastvaračima

CI Pigment Yellow 153

Crveni pigmenti Među crvenim neorganskim pigmentima

najznačajniji je gvožđe oksid (FeO) koji se u prirodi javlja kao mineral hematit mada se može dobiti i sintetski dehidratacijom žutog gvožđe oksida. Pigment ima nisku cenu i ekonomičan je u upotrebi.

Među organskim pigmentima značajan je pigment crveno 3 na bazi beta-naftolske strukture. Ovaj pigment je relativno jeftin i primenjuje se u vodorastvornim premazima kao i u premazima sa organskim rastvaračima. hematit

Plavi pigmenti Među neorganskim pigmentima plave boje

najznačajniji su berlinsko plavo M+Fe3+[Fe2+

(CN)6] i ultramarin (Na7Al6Si6O24S3) dobiven sintetskim putem.

Ultramarin je ustvari alumosilikat u čiju kristalnu rešetku se ugrađuju radikal anjoni S2 ˉ i S3 ˉ.

Oba ova pigmenta se ugrađuju u premaze za automobilsku industriju dok se pored toga ultramarin koristi za premaze u prahu kao i za dekorativne premaze..

Plavi pigmenti Među organskim pigmentima

najznačajniji je bakar -ftalocijanin koji je jedan od najjeftinijih organskih pigmenata.

Pigmenti sa posebnim efektima Za dobijanje premaza sa metaliza efektom

koriste se opiljci aluminijuma. U ovu svrhu koristi se aluminijum u prahu koji se dobija atomizacijom stopljenog aluminijuma.

Razlikujemo dva tipa pigmenata one koji daju efekat ogledala i koji se dobijaju stabilizacijom čestica aluminijuma sa dodatkom stearinske kiseline.

Ovi pigmenti se mešaju sa transparentnim obojenim pigmentima da bi se dobila željena boja.

Primenom čestica aluminijuma veće granulacije dobija se polihromatski efekat odnosno boja se razlikuje u zavisnosti od ugla posmatranja.

Sedefasti efekat Pored metaliza efekta danas su popularni i

pearlescentni pigmenti odnosno pigmenti koji daju efekat bisera odnosno efekat prelivanja boja (sedefast efekat).

Suština kod ovog tipa pigmenata je da sloj propušta deo svetlosti a jedan deo reflektuje. Propuštena svetlost pada na sledeći sloj odakle se ponovo jedan deo reflektuje a drugi deo prolazi do sledećeg sloja.

Ukoliko imamo slojeve sa različitim indeksom refleksije dolazi do interferencije relektovane svetlosti i na taj način se dobija sedefasti efekat

Veziva Veziva (u industriji boja i lakova češće se koristi

termin smole) su makromolekulska jedinjenja sa molekulskim masama od 500 do 30 000.

Da bi nagradili film u postupku očvršćavanja polimeri niže molekulske mase moraju se umrežiti hemijskom reakcijom.

U industriji boja i lakova koriste se modifikovani prirodni makromolekuli (nitroceluloza i estri celuloze) i sintetski makromolekuli (najznačajniji su akrilati, poliestri, alkidi, epoksi smole, uretanske i melaminske smole).

Veziva Variranjem molekulske mase i monomera

koji ulaze u sastav polimera mogu se menjati osobine premaza (otpornost na vlagu, hemikalije, svetlost, tvrdoća filma) kao i osobine premaza pre upotrebe (viskozitet, sposobnost dispergovanja pigmenta, rastvorljivost u rastvaraču i dr.).

Lakovi LAKOVI- su premazna sredstva koja se nanose na

površinu predmeta a posle sušenja stvaraju sjajan i proziran zaštitni film

Osnovna komponenta lakova je prirodna ili sintetička smola

Prirodne- kolofonijum i šelak-manje značajne Sintetičke – polimerizacione ili polikondenzacione

smole Polikondenzacione smole su bolje jer je film visoke

postojanosti lakše podnose visoke temperature Fenolformaldehidne smole - novolak i rezoli i alkidne smole

Lakovi Dve osnovne vrste lakova: a) na bazi sušivih ulja-uljni lakovi b) bez sušivih ulja a) tokov sušenja prvo ispari rastvarač (fizički proces) a

zatim dolazi do oksiolimerizacije (hemijski proces). Ne sadrže boje pa je film bezbojan i providan

koriste se za zaštitu drveta , za premazivanje podova, nameštaja, stolarije, čamaca i dr.

b) rastvaranje smola u organskim rastavračima. Suše se isparvanjem rastvarača. Dodaju im se

boje- lak boje. Koriste se za zaštitu automobila,brodova, železničkih vagona, rezervoara metalnih konstrukcija i sl.