Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

Краски с точки зрения химика

Горелкиной Варвары

Научный руководитель:

Давыдочкина Светлана Васильевна

2013 год

Содержание

• Введение
• 1. Цвет и красящие вещества
• 1.1 Как образуется цвет. Определение понятия "цвет"
• 1.2 Определение понятий "пигмент", "краситель"
• 1.3 История пигментов и красителей
• 2. Классификация органических красителей. Использование их в современном мире
• 2.1 Каротиноидные красители
• 2.2 Флаваноидные красители
• 2.3 Азокрасители
• 2.4 Трефилметановые красители
• 2.5 Кубовые красители
• 2.6 Способы крашения
• 3. Краски. Их классификация. Использование их в современном мире
• 3.1 Cиликатные краски
• 3.2 Алкидные краски
• 3.3 Водоэмульсионные краски
• 3.4 Акриловые краски
• 3.5 Масляные краски
• 3.6 Эпоксидные краски
• Заключение
• Список литературы

Введение

Человечество с незапамятных времен имеет дело с красками и различными красящими веществами. Взять, к примеру, знаменитую наскальную живопись. С развитием цивилизации потребность в красящих веществах возрастала, что может объясняться не только тягой к прекрасному, но и вполне практичными целями. В современном мире краски используются буквально на каждом шагу: при создании художественных работ, в благоустройстве жилых помещений и повсеместно в народном хозяйстве. Они состоят из нескольких компонентов, каждый из которых имеет свое назначение, влияет на свойства. Это, прежде всего, связующее, пигмент, наполнитель, растворитель и различного рода добавки, компоненты, в зависимости от содержания которых и классифицируют краски.

Краски различаются по составу, происхождению компонентов, и, соответственно, они совершенно различны по свойствами. Но у всякой краски есть общий элемент, являющийся её основной частью, определяющей свойство смеси компонентов придавать цвет окрашиваемой поверхности. И эта основа - красящее вещество.

Актуальность работы: Различные красители широко используются в нашей жизни поэтому, тема реферата весьма актуальна в современном мире. Она охватывает широкий круг областей применения, начиная с окраски тканей и использовании краски в искусстве, заканчивая использованием краски в целях защиты поверхностей. Мое исследование изучает вопрос красок: состав и применение.

Проблема:

· Так как я взяла достаточно обширную тему, у меня может возникнуть проблема с невозможностью освещения некоторых её аспектов.

Цель:

· Изучить технологию получения различных красителей, а также рассмотреть взаимосвязи физико-химических свойств красок и их применение в различных отраслях.

Задачи:

· Дать определение понятий "цвет", "красящее вещество".

· Привести классификацию красителей, определить, где они применяются.

· Дать определение понятия "краска", привести их примерную классификацию, определить области их применения.

1. Цвет и красящие вещества

1.1 Как образуется цвет. Определение понятия "цвет"

Видимое излучение - электромагнитные волны, воспринимаемые человеческим глазом, которые занимают участок спектра с длинами волн приблизительно от 380 (фиолетовый) до 780 нм (красный). Этот участок диапазона электромагнитного излучения называют светом. Цвета, входящие в спектр, то есть такие цвета, которые могут быть получены световыми волнами одной длины (или очень узким диапазоном), называются спектральными цветами. Основные спектральные цвета (имеющие собственное название), а также длины волн излучения этих цветов, представлены в Таблице 1. Свет условно разделяют на семь цветов: красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, голубой, синий и фиолетовый. Спектральный состав света однозначно определяет его цвет, воспринимаемый человеком.

Цвет любого вещества обусловлен его способностью выборочно поглощать свет в видимой области спектра. Данное поглощение света молекулой возможно, если в ней присутствуют участки с повышенной электронной плотностью. Различают основные и дополнительные цвета. Основными цветами являются красный, зелёный, синий (рис.1). Смешение трёх основных цветов даёт ощущение белого цвета. Если смешивать два основных цвета, то получим один из трёх дополнительных цветов. Дополнительные цвета: жёлтый, пурпурный, голубой. В цветовом спектре они располагаются один напротив другого.

Рисунок 1. Основные цветовые триады

Цветовые триады представляют собой сочетания, состоящие из трех равноудаленных друг от друга цветов. Существуют две основные триады (рис.2):

Рисунок 2. Цветовой круг

· Желтый, красный синий;

· Зеленый, оранжевый, пурпурный.

А. Вентура Анна Вентура. Краски стиля, Перевод с испанского - М: БММ АО, 2001, с.8 отмечает, что вторая триада раздражает зрителя меньше, чем первая.

1.2 Определение понятий "пигмент", "краситель"

Краски, красители - это среды, которые отражают лучи света, а вычитание из белого цвета отдельных излучений основного цвета предполагает фильтрацию его абсолютно чистыми фильтрами, имеющими насыщенные цвета. Полностью насыщенный цвет пропускает или отражает не более двух первичных цветов. Одинаково насыщенные оттенки, относимые к одному и тому же цвету спектра, могут отличаться друг от друга степенью яркости. При уменьшении яркости цвет постепенно переходит в черный.

Для придания конкретного цвета различным веществам и изделиям используют разнообразные красящие вещества. Краски создают путем смешивания красящего вещества и связующего. Красящие вещества, растворяющиеся в связующем, называются красителями, а не растворяющиеся - пигментами. Большая часть пигментов представляет собой неорганические соединения, а красителей - органические.

1.3 История пигментов и красителей

Первоначально, в качестве пигментов использовались природные минералы, которые отделяли от пустой породы и стирали в порошок. Так, например, в Древнем Египте женщины использовали киноварь HgS в качестве румян, а глаза подчеркивали сурьмяным блеском Sb₂S₃. Уже в Древнем Риме некоторые пигменты начали получать искусственным путем. В эпоху Возрождения минеральные пигменты использовали художники для изображения человеческого тела или для создания тени. К XVIII веку пигменты научились синтезировать в лабораторных условиях. Но это уже другая история.

"Органические заместители, введение которых в молекулу приводит к возникновению окраски, называют хромофорами, а сами окрашенные вещества - хромофорами. Введение в молекулы хромогенов конкретных групп, например OH, NH₂, приводит к усилению окраски, хотя сами по себе эти группы не являются хромофорами. Органические красители представляют собой цветные органические соединения, которые могут придавать окраску разным материалам. В отличие от минеральных пигментов, они растворяются в воде и некоторых растворителях, например в маслах". Еремин В.В.,.Дроздов А.А Элективный курс. Химия. 11 класс; - М: Дрофа, 2007, с.273

Первое использование красителей датируется X веком до нашей эры в Финикии при добыче пурпура. Данное вещество добывалось из улиток-иглянок. Их вылавливали, выдавливали и растирали с солью. Дальнейшая обработка состояла из множества сложнейших операций. Вначале, вещество было белым или бледно-желтым, но под действием воздуха и ультрафиолетового излучения постепенно становилось лимонно-желтым, затем зеленым и, в итоге, приобретало потрясающую фиолетово-красную окраску. Окрашивание только одного квадратного метра этим красителем стоило немыслимых денег. Ведь на изготовления 1 грамма пурпура требовалось 10000 улиток! Именно поэтому в те времена пурпур считался цветом царей, ведь только они могли себе это позволить.

Через несколько сотен лет популярностью начал пользоваться индиго - фиолетово-синий краситель, добываемый раньше из растения Indigofera tinctiria, ныне - путем синтеза. Индиго нерастворим в воде, но под действием восстановителей легко переходит в форму, растворимую в щелочах. При последующем окислении кислородом воздуха вновь образуется исходный краситель, который очень прочно оседает на материалах. Это его свойство сейчас используют в промышленности для крашения хлопчатобумажных тканей (синяя окраска джинс).

Самые первые синтетические красители были открыты в первой четвери XIX века (Н.Н. Зинин - анилин) и в 1856 Уильям-Генри Перкин получил первый в мире патент на получение синтетического красителя. За сходство с окраской цветка мальвы, краситель был назван мовеином. Мовеин получается путем окисления технической смеси анилина и сильного окислителя - дихромата калия К₂Сr₂О₇. Применялся для крашения шелка и шерсти в яркий красно-фиолетовый цвет. Окраски недостаточно светопрочны. Полностью утратил практическое значение еще в XIX веке после появления более прочных и доступных красителей.

"Анилиновые красители широко использовались в промышленном производстве с 1860-х гг., несмотря на то, что многие из них непрочны, разрушаются от воздействия света и воды. Исключением является очень стойкий краситель - анилиновый чёрный". Гроссе Э. Вайнсмантель Х. Химия для любознательных; Ленинград: Химия, 1987, с.452 Открытый в 1863 году он относится к числу самых старых органических красителей. Добывался путем смешения анилина, концентрированной соляной кислоты и бихромата калия. Использовался преимущественно для окраски хлопка.

2. Классификация органических красителей. Использование их в современном мире

Как рассказывалось раньше, красителями является красящие вещества, растворяющиеся в воде. Вот их классификация некоторых из них:

2.1 Каротиноидные красители

Желтая, оранжевая или красная окраска огромного количества корнеплодов и плодов (морковь, перец, рябина, томаты и др.) обусловлена наличием в них каротина (рис.3).

Рисунок 3. Молекула каротина

Для содержащегося в плодах томатов каротиноида ликопина свойственен более глубокой красный цвет. При созревании плодов содержащихся в них хлорофилл разлагается, а концентрация ликопина возрастает, что способствует изменению окраски. В человеческом организме каротиноидные красители превращается в витамин А, вот почему содержащие их плоды очень полезны для нас.

2.2 Флаваноидные красители

Многие вещества, дающие темно-красную, малиновую, фиолетовую и синюю окраску различным веществам и организмам являются производным флавана (рис.4), состоящего из двух бензольных колец и еще одного шестичленного кольца с атомом кислорода.

Рисунок 4. Молекула флавана

Многие флаваноиды в растениях химически связаны с молекулами сахаров, глюкозы, например. Благодаря этому, они прекрасно растворяются в воде и спирте. Флаваноид цианидин придает типичную окраску спелым плодам, черной смородины, вишни, ежевики и другим. Многие флаваноиды могут изменять окраску в зависимости от кислотности среды. Как раз поэтому свекольный и вишневый сок можно использовать в качестве простейших индикаторов. Сходное строение имеют и таннины, используемые в качестве дубильных веществ. Флаваноиды играют существенную роль в природе - поглощают УФ излучение и связывают свободные радикалы, что позволяет замедлить процессы внутриклеточного старения.

2.3 Азокрасители

Среди искусственных красителей большую роль играют азосоединения, к которым принадлежит индикатор метилоранж. Все они содержат бензольные кольца и группировку -N=N-. Большая часть азокрасителей растворяется в воде, равномерно окрашивает.

2.4 Трефилметановые красители

Производные углеводорода трифенилметана также являются прекрасными красителями. Главным плюсом этих красителей является чистейший и яркий цвет, легко окрашивающий шелк и шерсть, а после обработки таннином - еще и хлопок. Их недостатком является нестойкость к изменениям кислотности среды: фенолфталеин используют в качестве индикатора. Его получают путем нагревания фенола и фталевого ангидрида с серной кислотой (рис.5).

Рисунок 5. Получение фенолфталеина

Индикатор лакмус принадлежит к этой же группе, но его получают из некоторых лишайников (их выдерживают в содовом растворе с добавлением аммиака, а затем обрабатывают этанолом). После глобальной очистки получают синий порошок, растворяющийся в воде. В кислотной среде раствор лакмуса приобретает красную окраску, в щелочной - синюю, в нейтральной - фиолетовую. Раньше лакмус использовался для окрашивания тканей, сейчас же - как пищевой краситель или как индикатор. Также близкими родственниками вышеупомянутых индикаторов являются флуорисцеин и эозин.

Препараты для подсвечивания и отдушивания воды наравне с разнообразными солями и эфирными маслами содержат краситель, поглощающий падающий свет и тотчас излучающий его обратно. Излучаемый свет обладает меньшим количеством энергии и характеризуется большими длинами волн, нежели свет поглощенный. Данное явление именуется флуоресценцией, а краситель - флуоресцеином. Флуоресценция отлично видна даже при растворении 1 грамма вещества в 40000 литрах воды! Эту способность флуоресцеина часто используют для определения направления течения подземных вод.

2.5 Кубовые красители

краска пигмент акриловый водоэмульсионный

Некоторые красители, известные как кубовые, содержащие карбонильные группы = СО, не растворяются в воде, однако, под действием восстановителей легко переходит в форму, растворяющуюся в щелочах. При их дальнейшем окислении кислородом вновь образуется исходный краситель, который очень прочно оседает на тканях. Кубовые красители широко применяют для печатания тканей, окраски разнообразных материалов. Примеры кубовых красителей: кубовый ярко-оранжевый КХ (ГОСТ 7577-55)-/; кубовый голубой К (ГОСТ 6849-54) -//, а также индиго.

2.6 Способы крашения

Существует огромное количество способов крашения тканей, самый распространённый - непосредственный переход красителя на ткань из водного раствора (по-другому это называется прямокрашение). В отдельных случаях для лучшего укрепления красителя на ткань перед крашением наносят протравы (таннин, гидроксид алюминия), которые прочно соединяются как с волокном, так и с красителем. Такой способ именуют протравным крашением. Процедура взаимодействия красителя с волокном также может быть обратимой. В таком случае возможет обратный переход красителя с волокна в раствор. Это часто происходит при стирке, а особенно хорошо - при кипячении. Пример: после стирки черная ткань может получить синий или коричневатый оттенок, зеленая - желтоватый. Таким образом, краситель, перейдя в раствор, может окрасить другие ткани. Сильнейшее вымывание красителя может произойти при самой первой стирке, а посему, цветные вещи стоит стирать отдельно. Кроме обыкновенных окрашенных тканей, промышленность выпускает ткани с рисунком. Его наносят на специальных установках методом печати (печатный узор). При этом используется специальная краска, имеющая консистенцию густой пасты.

3. Краски. Их классификация. Использование их в современном мире

Краска являет собой суспензию (смесь веществ, где твёрдое вещество распределено в виде мельчайших частичек в жидком веществе во взвешенно состоянии) красителя в связующем. Связующее является материалом, обеспечивающим скрепление красящего вещества с грунтом, создающим прочный и устойчивый красочный слой, обеспечивающее сохранность красок. В зависимости от вида связующего существуют разнообразные виды красок. Так как видов красок бессчётное множество, я привожу примеры лишь некоторых из них.

Классификации красок:

· Силикатные;

· Алкидные;

· Водоэмульсионные;

· Акриловые;

· Масляные;

· Эпоксидные;

3.1 Силикатные краски

Силикатные краски - это краски из жидкого калийного стекла. Издавна являются одними из самых стойких фасадных красок. По сути, эти краски - разведенный в воде силикат калия илинатрия (K₂SiO₃, Na₂SiO₃) . Существует жидкое калийное стекло и жидкое натриевое стекло. Для производства красок чаще всего применяется жидкое калийное стекло, так как натриевое стекло не имеет таких прочностных качеств и стойкости к атмосферным условиям, как жидкое калийное стекло. Производится оно из кварцевого песка и поташа (SiO₂, K₂CO₃). Обе составные части спекаются при температуре 1400°C, перемалываются и перерабатываются в водный раствор. Хранение в течение длительного времени в разведённом виде не рекомендуется из-за того, что масса в скором времени превращается в твердый кусок камня. Краска имеет огромные диффузионными свойства. Она отлично пропускает пары влаги, и это позволяет использовать её на теплоизолированных фасадах. Силикатные краски используются еще и для долговременной и водостойкой покраски при проведении внутренних работ. Пригодны для необработанных основ без синтетических материалов и содержащих кварц или песок, как, например, известковая и известково-цементная штукатурка, природный и искусственный камень, старые силикатные краски. Единственный минус силикатных красок - невозможность их применения на поверхностях, ранее окрашенных синтетическими красками на органической основе.

3.2 Алкидные краски

Алкидные эмали - эмалевые краски, состоящие из растворенной в органическом растворителе плёнкообразующей лаковой или другой основы.

Эмали алкидные имеют высокую твёрдость готового покрытия, обладают атмосферостойкостью, износостойкостью и устойчивостью к воздействию воды. По этой причине эмали широко используются в качестве отделки металла, бетона и дерева. В составе алкидной эмали встречаются: пленкообразующее вещество (лак), растворитель (сольвент или скипидар), разнообразные пигменты, наполнители (к примеру, мел), функциональные добавки (бентон). Эмалевые краски относятся к высокотоксичным и пожароопасным материалам. Помимо этого минуса у алкидных эмалей существует еще несколько отрицательных качеств. К ним следует отнести длительный срок сушки (обычно более суток), небольшую толщину однослойного покрытия, большое содержание органических растворителей, ограничение в температуре нанесения (не ниже +5°С), достаточно непродолжительный срок службы (2-4 года).

Чтобы сориентироваться в море эмалей, предлагаемых рынком, существует общепринятая система буквенно-цифровой классификации. Например, в названии известной алкидной эмали ПФ-115 (рис. 6) обозначение "ПФ" обозначает связующую основу - пентафталевую смолу, первая цифра - говорит о таком свойстве как атмосферостойкость (1 - стойкая, 2 - ограниченно стойкая, 6 - маслобензостойкие и т.д.), последние две цифры - каталожный номер.

Рисунок 6. Алкидная эмаль ПФ-115

3.3 Водоэмульсионные краски

Их также называют вододисперсионными. Являют собой эмульсию, полученную из воды, пигментов и мельчайших частичек полимеров, выступающих в качестве основы, пребывающих в водной среде во взвешанном состоянии, при этом частицы эмульсии не растворены, а, скорее, разбавлены. Водоэмульсионная краска проницаема для водяного пара. После нанесения краски на поверхность вода испаряется, а полимерная пленка отвердевает. После этого поверхность уже не боится воздействия воды. Водоэмульсионные краски обладают рядом прекрасных качеств. Они не имеют резких неприятных запахов, не создают вредных испарений. Также краска легко смывается с тканей и рук, если еще не засохла. Прекрасно ложится на любые поверхности, кроме тех, которые были покрыты глянцевой краской. Иногда в краску добавляют латекс. Он добавляет лакокрасочному покрытию сильнейший водоотталкивающий эффект, что позволяет мыть поверхность неограниченное количество раз.

3.4 Акриловые краски

Частный случай водоэмульсионных красок. Акриловая краска в своем составе имеет три важнейших компонента, среди которых: пигмент, связующее вещество и вода. Связующим веществом в акриловых красках является синтетический материал, называемый полимерной эмульсией. Данные краски обладают рядом огромных преимуществ, делающих краску универсальной. Во-первых, акрил быстро высыхает, обладает отличной яркостью цвета, не выгорает на солнце (как акварель), не тускнеет со временем, а также имеет прекрасную кроющую способность. Помимо всего прочего, акриловые краски после высыхания становятся пластически стойкими покрытиями. Высыхают они по причине испарения жидкости, к тому же на поверхности образуется прочная эластичная пленка, состоящая из связующего вещества и пигмента. По прошествии времени краска не крошится, пленка не образует морщин, и, не смотря на возможные перепады температур, сохраняет все свои полезные свойства и характеристики. Акриловые краски начали широко распространяться около пятидесяти лет назад, но и в наши дни имеют больший спрос.

3.5 Масляные краски

Ряд лакокрасочных материалов, представляющий собой суспензию из неорганических пигментов и масляной основы, часто с добавлением вспомогательных веществ (тальк, слюда, каолин - экономия пигментов). По мнению А.М. Лентовского Лентовский А.М. Технология живописных материалов; - Л: Искусство,1949, с.86, художественные масляные краски не являются обыкновенными смесями связующего с пигментами, а представляют собой сложную коллоидную систему, в которой масло является дисперсионной средой, пигмент - дисперсной фазой, а воск и смолы--защитными коллоидами. В состав связующих художественных красок обычно входят уплотненные масла, мягкие смолы, пчелиный воск и эфирное масло, последнее в качестве разбавителя густотертых красочных паст.

В производстве художественных красок (рис.7) особенно важен процесс перетирания связующего с пигментом для получения однородной тонко тёртой красочной пасты. Тертые красочные ласты фасуют в тюбики на специальных тюбонабивочных машинах.

Рисунок 7. Масляные краски

Одним из самых главных недостатков масляных красок является их длительность высыхания. Время высыхания красок зависит от разных причин, из них главные: состав и свойства пигментов; вид, способ обработки и количества масла; толщина красочного слоя; свойства грунта; температура и влажность воздуха. Введение в связующее смол, оксидированного масла, небольшого количества сиккатива ускоряет высыхание красок и обеспечивает их почти одновременное высыхание. В остальном масляные краски просты в применении, дёшевы.

3.6 Эпоксидные краски

Самый первый вид термореактивных порошковых материалов, освоенных в промышленности, и до сих пор имеющий широкое применение. Несмотря на то, что эпоксидные краски способны образовывать покрытия с прекрасными декоративными свойствами, они часто используются, прежде всего, для получения операторных покрытий. Существующие эпоксидные краски разнообразны по составу. Преимущественно все такие краски состоят из олигомеров вкупе с эпоксидными группами. Другими компонентами порошковых эпоксидных красок являются: модификаторы, отвердители, ускорители отверждения, пигменты и наполнители, агенты, регулирующие вязкость и растекание расплавов. В зависимости от типа смолы и отвердителя они образуют покрытия с различными свойствами. При соответствующем выборе сырья получаются краски и покрытия, допускающие контакт с продуктами питания. Главный недостаток эпоксидных покрытий - низкая устойчивость к атмосферным воздействиям.

"В современном мире эпоксидные краски широко используются в целях антикоррозионной защиты и для электрической изоляции. Хорошая стойкость к щелочам и кислотам, алифатическим и ароматическим углеводородам, маслам, топливу, воде позволяют использовать эпоксидные краски для наружной и внутренней защиты магистральных трубопроводов". Камай В.И. ДОМ который построишь сам; Москва Астрель, 2005, с.199

Используя эпоксиды, можно получать покрытия толщиной до 500 мкм с одинаково хорошей твердостью, эластичностью и ударной прочностью. Эпоксидным краскам присущи гибкость, ударопрочность, низкая проницаемость, хорошая термостойкость.

Стоит отметить, что величину пигментирования красок невозможно бесконечно увеличивать. Предел достигается значением критической объемной концентрации красящего вещества. Интенсивность и оптическая плотность также не могут возрастать до бесконечности.

Заключение

Проанализировав материал, я определила, что цвет - это характеристика электромагнитного излучения, называемого видимым светом. Также я узнала, что красящие вещества - среды, отражающие волны определенной длины - бывают органическими и неорганическими. Большинство современных красителей, будучи органическими соединениями, синтезируются. Однако при большом желании их возможно получить их естественным путем в лаборатории. Как я указывала раньше, в современном мире краски его неотъемлемая часть. Они используются практически всегда и везде при строительстве, в художественном оформлении, в искусстве.

Список литературы

1. Гроссе Э. Вайнсмантель Х. Химия для любознательных; Л: Химия, 1987;

2. Еремин В.В., Дроздов А.А. Элективный курс. Химия. 11 класс; М: Дрофа, 2007;

3. Вентура Анна Краски стиля; Перевод с испанского - М: БММ АО, 2001;

4. Камай В.И. ДОМ который построишь сам; М: Астрель, 2005;

5. Менделеев Д.И., Лидов А.П., Краски органические естественные // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона: В 86 томах (82 т. и 4 доп.). - СПб., 1890-1907;

6. Лентовский А.М. Технология живописных материалов; Л: Искусство,1949

Размещено на Allbest.ru