Наполнители для фармацевтических и косметических дисперсных систем Пигменты

Пигменты (от лат. pigmenturn-краска), высокодисперсные порошкообразные красящие вещества, практически нерастворимые (в отличие от красителей) в воде, органических растворителях, при использовании в косметике -кожном сале и влаге кожи. Пигменты применяют в основном для изготовления декоративной косметики: лаков для ногтей, губных помад, туши для ресниц, теней, пудр и др.

Пигменты подразделяют

в зависимости от их природы на неорганические и органические,

по способу получения на природные и синтетические,

по цветности на ахроматические, к которым относятся черные, белые (только неорг. пигменты) и нейтрально-серые, и хроматические (пигменты всех др. цветов).

Дисперсный состав пигментов оказывает большое влияние на их оптические и технико-экономические характеристики.     Качество цветопередачи пигментов зависит от размера частиц, чем они мельче, тем выше интенсивность и чистота цвета. Цвет пигмента может давать различные оттенки - от бледных до сочных - в зависимости от дисперсности и концентрации. Для каждого пигмента существует свой оптимальный размер частиц (лежит в пределах 0,2-1,0 мкм, удельная поверхность 0,1-70 м²/г.), при котором основные оптические свойства - рассеяние, поглощение я отражение света (избирательное для хроматических. пигментов)-максимальны; поэтому расход такого пигмента для окраски минимален. Уменьшение размеров частиц пигментов приводит к повышению их стоимости.

Вследствие высокой дисперсности частицы пигментов в порошках практически всегда в той или иной степени агрегированы. Размер агрегатов пигментов составляет 0,2-40 мкм. Поэтому, введение пигментов в окрашиваемые материалы всегда сочетают с их дезагрегацией, т.е. с разрушением агрегатов пигментов, в пределе до первичных частиц, и равномерным распределением их в объеме системы. Этот процесс диспергирования успешно осуществляется только в условиях: 1) полного смачивания поверхности частиц пигментов дисперсионной средой; 2) наличия адсорбционного взаимодействия с дисперсионной средой, содержащей ПАВ-диспергаторы, в присутствии, которых облегчается разрушение агрегатов под действием сдвиговых усилий в смешивающих и перетирающих машинах; 3) формирования межфазных адсорбционно-сольватных слоев достаточной толщины для стабилизации дисперсий пигментов от повторного сближения частиц, коагуляции и флокуляции.

Для предотвращения частиц пигментов от необратимой коагуляции и фазового срастания частиц при сушке и улучшения их последующего диспергирования в технологии используют концентрированные пасты пигментов (т. наз. фляшинг-пасты) в воде или органических растворителях в зависимости от их последующего использования.

Пигментные водные пасты (получают диспергированием водных паст пигментов с разл. ПАВ) содержат 15-45% пигментов, 40-50% воды и спец. добавки (напр., антифриз

Неорганические пигменты помимо цвета придают дисперсным системам непрозрачность и защищают их от фотодеструкции.

Органические пигменты отличаются от неорганических более широкой цветовой гаммой, более высокой чистотой и яркостью тона, очень высокой красящей способностью, но меньшей устойчивостью к воздействию органических растворителей, меньшей свето- и атмосферостойкостью.

Для оценки качества пигментов используют ряд техн.-экономич. характеристик. Укрывистость (кроющая способность) -св-во делать невидимым цвет окрашиваемых подложек; оценивает расход пигментов (г/м²), к-рый уменьшается с увеличением разности показателей преломления пигментов (n_D>l,55)

Неорганические пигменты. По происхождению различают природные и синтетические неорганические пигменты, по назначению -декоративные, декоративно-защитные, противокоррозионные и целевого назначения, к которым относят полиграфические, художественные, сигнальные (светящиеся), светотехнические, термоиндикаторные, бактерицидные, термостойкие и др. Химический состав и назначение пигментов, имеющих наибольшее практическое значение, приведены в табл. 1; из них ок. 70% от общего объема производства приходится на белые пигменты.

Табл. 1. НАИБОЛЕЕ ВАЖНЫЕ НЕОРГАНИЧЕСКИЕ ПИГМЕНТЫ

	Цвет	Декоративно-защитные
	Белые	Диоксид титана TiO2 (рутил, анатаз) Цинковые белила (оксид цинка) ZnO Литопон ZnS·BaSO4
	Черные	Техн. углерод (сажи, черни) Смешанный оксид железа (II, III) Fe3O4
	Серые	Алюминиевая пудра Al
	Желтые	Свинцовый крон лимонный 2PbCrO4·PbSO4 Свинцовый крон желтый 13PbCrO4·PbSO4 Цинковый крон малярный 3ZnCrO4·Zn(OH)2·K2CrO4·2H2O Желтый железооксидный FeO(OH) Природная и синтетич. охра FeO(OH)+Al2O3·2SiO2·2H2O
	Красные	Железооксидные природные (сурик, мумия) и синтетические Fe2O3 Свинцово-молибдатный крон 7PbCrO4·PbSO4·PbMoO4
	Синие	Железная лазурь Fe4[Fe(CN)6]3·K4Fe(CN)6·nH2O Ультрамарин 2[Na2O·Al2O3·3SiO2]·Na2S4
	Зеленые	Оксид хрома Cr2O3 Изумрудная зелень Cr2O3 ·nН2О Зелени смешанные (желтые + синие)

Природные неорганические пигменты (напр., железный сурик, мумия, охры, умбра)получают из минералов. В производстве синтетических неорганических пигментов используют следующие способы: химическое осаждение из водных растворов и суспензий (напр., литопон, кроны, железная лазурь); прокаливание смесей твердых веществ )напр., ультрамарин- из каолина и серы, Cr₂O₃-из хромпика, TiO₂ - из гидратированного диоксида титана TiO(OH)₂); реакциями в паровой или газовой фазе с последующей конденсацией продуктов реакций (ZnO - из Zn, TiO₂ - из TiCl₄, техн. углерод-из прир. газа).

Природные минеральные пигменты. Мел - порошок белого цвета. Состоит в основном из углекислого кальция (Ca CO3). Применяется в водных красках и шпатлевках. Мумия - красный, с коричневым оттенком пигмент. Представляет собой алюмосиликат, окрашенный окислами железа. Применяется со всеми видами связующего. Сурик железный - коричневато-красного цвета, представляет собой размолотую в мелкий порошок железную руду и в основной массе состоит из оксида железа (78-85%). Отличается высокой свето - и атмосферотойкостью. Охра - желтый пигмент, состоящий из глин, окрашенных 10-25% раствором Fe2O3. Дешевый и стойкий пигмент. Умбра - коричневый, с зеленым оттенком пигмент, содержит до 50% оксида железа и MnO. Сиена - темножелтый, по составу представляет собой алюмосиликат с содержанием 45-70% оксида железа. Сиена жженая имеет каштановый цвет. Киноварь - сернистая ртуть. Встречается в виде минерала красного цвета. Боксит (цвета - от белого до красного) состоит из гидроксидов алюминия. Отличается высокой атмосферостойкостью, светостойкостью и укрывистостью. Пиролюзит (цвета - от черного до серо-стального) состоит из перекиси марганца. Применяется для производства водных красящих составов. Графит - темно-серый минерал, состоящий из углерода. Используется для покрытия горячих металлических поверхностей. Искусственные минеральные пигменты. Белые пигменты. Белила цинковые - по составу представляют собой оксид цинка с небольшим количеством примесей. Эти белила применяются как для внутренних, так и для наружных работ. Они обладают хорошей свето - и атмосферостойкостью. Укрывистость - не более 100-110 г/кв.м., коэффециент отражения - 99,7%. . Литопон - тонкий порошок - продукт осаждения из раствора смеси ZnSO4 и BaSO4. Для получения атмосферостойких покрытий не пригоден, так как не обладает атмосферостойкостью (желтеет на свету). Укрывистость литопона не более 110г/кв.см., коэффициент отражения - 97,8%. Для повышения светостойкости литопона при его изготовлении добавляют к раствору сернокислого цинка 0,01-0,015% (от массы ZnSO4) сернокислого кобальта. При хранении в темноте сереет. Белила титановые - порошок двуокиси титана. Двуокись титана по своей укрывистости превосходит все другие белые пигменты. Она нейтральна и может быть введена во все пленкообразующие. Укрывистость составляет 50-70 г/ кв.м. Коэффициент отражения - 98,9%. Желтые пигменты. Из желтых пигментов наибольшее техническое значение имеют кроны, обладающие высокими защитными (антикоррозийными) свойствами. Кроме того, кроны улучшают пластические свойства малярных составов, способствуют равномерному распределению краски по окрашиваемой поверхности. Крон свинцовый представляет собой хромат свинца (желтого цвета), а более светлый цвет - смесь хромата свинца с различным количеством сульфата свинца. Укрывистость кронов колеблется в пределах от 40г/кв.м. (для крона желтого) до 190 г/кв.м (для крона лимонного). Плотность желтого крона - 6,12 г/куб.см. Крон цинковый - порошок светложелтого цвета. Чем больше в составе крона Ca2O3 и К2О, тем ярче его цвет, чем больше ZnO, тем он белее. Укрывистость крона в пересчете на сухой пигмент составляет не более 120-170 г/кв.м. (в зависимости от марки). Плотность-3,46 г/ куб.см. Крон стронциевый - лимонно-желтый порошок, обладает хорошей светостойкостью, превосходящей светостойкость свинцовых и цинковых кронов. Красные пигменты. Марс красный - красящим веществом в нем является оксид железа. Укрывистость составляет 10-20 г/кв.м., плотность - 4 - 4,5 г/куб.см. Сурик железный - искусственный пигмент, получаемый помолом колчеданных огарков, отличается высокой коррозийной стойкостью. Синие пигменты Лазурь малярная - искусственный пигмент, имеющий вид темно-синего порошка, Она устойчива к действию слабых кислот, но не устойчива к действию щелочей. Поэтому ее не используют в красках, предназначенных для нанесения по штукатурке, и в слабощелочных красках (латексных). Она представляет собой сложный цианид железа и щелочного металла. Кобальт синий - содержит соли кобальта и алюминия, получается путем прокаливания при температуре = 1350 0С. Светостоек, обладает высокой стойкостью к действию щелочей и кислот. Ускоряет сушку масляных красок. Способен выдерживать высокие температуры и используется для окраски горячих поверхностей. Ультрамарин - продукт обжига смеси каолина, кварца и соды (от синих до светло-лазурных тонов). Берлинская лазурь - ярко-голубой пигмент (железная соль железистосинеродистой кислоты). Зеленые пигменты Оксид хрома - пигмент темно-зеленого цвета, нерастворимый в щелочах и кислотах. Применяется для приготовления химически устойчивых, жаро- и атмосферостойких красок. Его химический состав - оксид хрома с небольшими примесями водорастворимых солей. Плотность - 4,6 - 5,2 г/куб.см., температура плавления - 1990°С, обладает относительно высокой образивностью. Зелень изумрудная - гидрооксид хрома. Медянка - основная уксуснокислая соль меди. Ее часто применяют со свинцовыми белилами. Чернеет от сероводорода. Под действием света меняет бирюзовый цвет на ярко-зеленый. Черные пигменты Углерод технический (сажа) печная, нефтяная, газовая - продукт неполного сжигания различных углеродосодержащих веществ, является почти чистым углеродом. Обладает высокой атмосферо- и светостойкостью. Кость жженая - содержит в своем составе 10% углерода. 84% кальция, 6% углекислого кальция. Получается обжигом, без доступа воздуха, обезжиренных грубоизмельченных костей. Металлические пигменты Являются высокодисперсными порошками меди, алюминия, цинка, сплавов никеля и цинка (мельхиор) и других цветных металлов. В отличие от минеральных пигментов металлические порошки характеризуются пластинчатой формой частиц. Благодаря такой форме эти частицы образуют в покрытии чешуйчатую поверхность, более эффективно защищающую основание от воздействия агрессивных сред. По основным оттенкам бронзы делятся на серебристые и золотистые. Оттенки бронзы получаются путем химической обработки в спиртовых растворах с анилиновыми красителями. При этом могут быть получены бронзы различных оттенков: голубого, пурпурного и фиолетового. В золотистой бронзе чешуйки подвергаются специальной обработке при помощи жировых полировочных составов. Серебристый пигмент - алюминиевая пудра. Представляет собой почти чистый алюминий и содержит 3-4% парафина, предохраняющего его от окисления и устраняющего опасность самовозгарания и взрыва. Марки ПАП-1, ПАП-2, ПАП-3, ПАП-4. Укрывистость - 10 г/кв.м. Токсичные неорганические пигменты, содержащие Pb, Cr, Cd, заменяют экологически безвредными ферритами, титанатами, алюминатами.

Лит.: Ермилов П. И., Диспергирование пигментов, M., 1971; Беленький Е.Ф., Рискин И. В., Химия и технология пигментов, 4 изд., Л., 1974; Калинская T. В., Доброневская С. Г., Аврутина Э. А., Окрашивание полимерных материалов, Л., 1985; Ермилов П. И., Индейкин E. А., Толмачев И. А., Пигменты и пигментированные лакокрасочные материалы, Л., 1987; Индейкин E. А., Ермилов П. И., "Ж. Всес. хим. об-ва им. Д. И. Менделеева", 1988, т. 33, № 1, с. 72-79. П. И.

.