Түстің майлы құрамы және пигменттер тарихы

Кіріспе

Түсті материал

Пигмент – түс қосу немесе көріністі өзгерту үшін қолданылатын ұнтақ зат. Пигменттер суда немесе басқа ортада толығымен немесе дерлік ерімейтін және химиялық жағынан бейтарап болады; ал бояулар – қолданылуының кейбір кезеңдерінде ерітін немесе ерітіндіге өтетін түсті заттар. Бояулар көбінесе органикалық қосылыстар, ал пигменттер көбінесе минералдық заттар. Көне және тарихи құндылығы бар пигменттерге охра, көмір және лазурит жатады.

Экономикалық әсері

2006 жылы әлем бойынша шамамен 7,4 миллион тонна органикалық емес, органикалық және арнайы пигменттер сатылды. Bloomberg Businessweek журналының 2018 жылғы сәуір айындағы мәліметінше, әлемдік пигмент өнеркәсібінің құны 30 миллиард долларды құрасты. Көптеген өнімдердің ақ түсін күшейту үшін қолданылатын титан диоксидінің құны жылына 13,2 миллиард долларға бағаланса, ал «Феррари қызылы» түсінің құны жыл сайын 300 миллион долларды құрайды.

Физикалық принциптер

Барлық материалдар сияқты, пигменттердің түсі де көрінетін жарықтың белгілі бір толқын ұзындықтарын ғана сіңіруінен пайда болады. Материалдың байланыс қасиеттері жарықты сіңірудің толқын ұзындығы мен тиімділігін анықтайды. Басқа толқын ұзындығындағы жарық кері шағылысады немесе таралады. Кері шағылысқан жарық спектрі біз көретін түсті анықтайды. Пигменттердің көрінісі жарық көзіне тәуелді. Күн сәулесінің түс температурасы жоғары және спектрі салыстырмалы түрде біркелкі. Күн сәулесі ақ жарықтың стандарты саналады. Жасанды жарық көздері азырақ біркелкі болады. Түстерді сандық түрде көрсету үшін қолданылатын түс кеңістіктері өздерінің жарық көзін көрсетуі керек. Лабораториялық түс өлшемдері, егер басқаша көрсетілмесе, D65 жарық көзімен, яғни "Күндізгі жарық 6500 К" астында тіркелген деп есептеледі, бұл күн сәулесінің түс температурасына жуық. Түстің қанықтығы немесе жарықтығы сияқты басқа да қасиеттері пигменттермен бірге болатын басқа заттармен анықталуы мүмкін. Байлаушы заттар мен толтырғыштар түске әсер етуі мүмкін.

Тарих

Минералдар ежелден-ақ бояу ретінде қолданылған. Ертедегі адамдар бояуды дене сәндеу сияқты эстетикалық мақсаттарда пайдаланған. Замбияның Лусака қаласына жақын жердегі Твин Риверс үңгірінен 350 000 – 400 000 жыл бұрын жасалған пигменттер мен бояуды ұнтақтауға арналған құралдар табылды. Окра, темір оксиді, бояудың алғашқы түсі болды. Лазуриден алынған көк пигмент лазуриттің сүйікті түсі болды. Минералдар мен сазға негіделген пигменттер көбінесе олар алғаш рет қазылып алынған қаланың немесе аймақтың атын алды. Шикі сиена мен күйдірілген сиена Италияның Сиена қаласынан, ал шикі умбер мен күйдірілген умбер Умбриядан келді. Бұл пигменттерді синтездеу оңай болды, ал химиктер олардың негізінде заманауи түстерді жасады. Бұл түстер бастапқы кендерден алынған түстерге қарағанда тұрақтырақ болды, бірақ жер аттары сақталды. Көптеген палеолиттік және неолиттік үңгір суреттерінде қызыл охра, сусыз Fe2O3 және гидратталған сары охра (Fe2O3. H2O) да кездеседі. Көмір немесе қара түсті көмір де ежелгі заманнан бері қара пигмент ретінде қолданылып келеді. Мысыр көгі (көгілдір фрит), кальций мыс силикаты CaCuSi4O10, кварц құмы, әк, флюс және мыс көзі, мысалы малахит қоспасын қыздыру арқылы жасалады. Мысырдың династиялық алды кезеңінде ойлап табылған, оның қолданылуы 4-ші династияда кеңінен таралды. Бұл – Рим дәуірінің ең бағалы көк пигменті; оның өнер-технологиялық іздері орта ғасырлар бойы жоғалып, Мысыр науқаны мен Помпей және Геркуланумдағы қазба жұмыстары кезінде қайта ашылғанға дейін жоғалып кетті. Кейінгі заманғы синтетикалық пигменттерге ақ қорғасын (негізгі қорғасын карбонаты, (PbCO3)2Pb(OH)2), вермильон, вердигрис және қорғасын қалайы сарысы жатады. Вермильон, сынап сульфиді, бастапқыда табиғи киновардың ұнтағын ұнтақтап дайындалған. 17 ғасырдан бастап ол элементтерден синтезделіп шығарылды. Тициан сияқты шеберлер бұл пигментті жақсы көретін. Үнді сарысы бұрын тек манго жапырақтарымен қоректенген малдың зәрін жинау арқылы өндірілген. 17 және 18 ғасырлардағы голланд және фламанд суретшілері оны жарық беру қасиеттері үшін жақсы көріп, көбінесе күн сәулесін бейнелеу үшін қолданды. Манго жапырақтары малға жеткілікті қоректік заттар бермейтіндіктен, үнді сарысын жинау практикасы ақырында адамгершілікке қайшы деп жарияланды. 19 ғасырдың басында синтетикалық және металл көк пигменттерге француз ультрамарині, лазуриттің синтетикалық түрі кірді. Ультрамарин алюминий силикатын күкіртпен өңдеу арқылы өндіріледі. Сондай-ақ, кобальт көгі мен церулеан көгінің түрлі түрлері енгізілді. 20 ғасырдың басында синтетикалық металлоорганикалық пигмент – Фтало-көк бояу дайындалды. Сонымен қатар, лазуриттен жасалған түстерге тағы бір атау берілген патшалық көк түс, әлдеқайда жеңіл және жарқын түске айналды, және әдетте Фтало көк және титан диоксиді немесе арзан синтетикалық көк бояулардан араластырылады. 1856 жылы алғашқы анилин бояғыштары – мовейннің ашылуы жүздеген синтетикалық бояғыштар мен пигменттердің, мысалы азо және диазо қосылыстарының дамуына жол ашты. Бұл бояулар органикалық химияның өркендеуіне, оның ішінде бояулардың жүйелі дизайнына ықпал етті. Органикалық химияның дамуы органикалық емес пигменттерге тәуелділікті азайтты.

Minerals have been used as colorants since prehistoric times. Early humans used paint for aesthetic purposes such as body decoration. Pigments and paint grinding equipment believed to be between 350,000 and 400,000 years old have been reported in a cave at Twin Rivers, near Lusaka, Zambia. Ochre, iron oxide, was the first color of paint. A favored blue pigment was derived from lapis lazuli. Pigments based on minerals and clays often bear the name of the city or region where they were originally mined. Raw sienna and burnt sienna came from Siena, Italy, while raw umber and burnt umber came from Umbria. These pigments were among the easiest to synthesize, and chemists created modern colors based on the originals. These were more consistent than colors mined from the original ore bodies, but the place names remained. Also found in many Paleolithic and Neolithic cave paintings are Red Ochre, anhydrous Fe2O3, and the hydrated Yellow Ochre (Fe2O3. H2O). Charcoal—or carbon black—has also been used as a black pigment since prehistoric times. Egyptian blue (blue frit), calcium copper silicate CaCuSi4O10, made by heating a mixture of quartz sand, lime, a flux and a copper source, such as malachite. Already invented in the Predynastic Period of Egypt, its use became widespread by the 4th Dynasty. It was the blue pigment par excellence of Roman antiquity; its art technological traces vanished in the course of the Middle Ages until its rediscovery in the context of the Egyptian campaign and the excavations in Pompeii and Herculaneum. Later premodern synthetic pigments include white lead (basic lead carbonate, (PbCO3)2Pb(OH)2), vermilion, verdigris, and lead tin yellow. Vermilion, a mercury sulfide, was originally made by grinding a powder of natural cinnabar. From the 17th century on, it was also synthesized from the elements. It was favored by old masters such as Titian. Indian yellow was once produced by collecting the urine of cattle that had been fed only mango leaves. Dutch and Flemish painters of the 17th and 18th centuries favored it for its luminescent qualities, and often used it to represent sunlight. Since mango leaves are nutritionally inadequate for cattle, the practice of harvesting Indian yellow was eventually declared to be inhumane. By the early 19th century, synthetic and metallic blue pigments included French ultramarine, a synthetic form of lapis lazuli. Ultramarine was manufactured by treating aluminium silicate with sulfur. Various forms of cobalt blue and Cerulean blue were also introduced. In the early 20th century, Phthalo Blue, a synthetic metallo organic pigment was prepared. At the same time, Royal Blue, another name once given to tints produced from lapis lazuli, has evolved to signify a much lighter and brighter color, and is usually mixed from Phthalo Blue and titanium dioxide, or from inexpensive synthetic blue dyes. The discovery in 1856 of mauveine, the first aniline dyes, was a forerunner for the development of hundreds of synthetic dyes and pigments like azo and diazo compounds. These dyes ushered in the flourishing of organic chemistry, including systematic designs of colorants. The development of organic chemistry diminished the dependence on inorganic pigments.

Өндірістік және өнеркәсіптік стандарттар

Синтетикалық пигменттердің дамуына дейін және минералды пигменттерді алу техникаларын жетілдіруге дейін, түстердің партиялары көбінесе тұрақсыз болатын. Қазіргі заманғы түс индустриясының дамуымен бірге өндірушілер мен мамандар түстерді анықтау, өндіру, өлшеу және сынау үшін халықаралық стандарттарды жасауға бірлесіп жұмыс істеді. 1905 жылы алғаш рет жарияланған Мунселл түс жүйесі, түс модельдерінің қатарының негізіне айналды, түсті өлшеудің объективті әдістерін ұсынды. Мунселл жүйесі түсті үш өлшемде сипаттайды: тон, жарықтық (қайсарлық) және түстілік (түс тазалығы), мұнда түстілік – берілген тон мен жарықтықтағы сұр түстен айырмашылықты білдіреді. 20-шы ғасырдың ортасына қарай пигмент химиясының стандартталған әдістері қолжетімді болды, бұл индустрияда мұндай стандарттарды құруға бағытталған халықаралық қозғалыстың бір бөлігі болды. Халықаралық стандарттау ұйымы (ISO) пигменттер мен бояуларды өндіруге арналған техникалық стандарттарды әзірлейді. ISO стандарттары әртүрлі өнеркәсіптік және химиялық қасиеттерді, сондай-ақ оларды қалай тексеруді анықтайды. Барлық пигменттерге қатысты негізгі ISO стандарттары: ISO 787 – пигменттер мен кеңейткіштерге арналған жалпы сынақ әдістері. ISO 8780 – дисперсиялық сипаттамаларды бағалауға арналған дисперсиялық әдістер. Басқа ISO стандарттары пигменттердің химиялық құрамына байланысты олардың нақты кластарына немесе санаттарына қатысты, мысалы, ультрамарин пигменттері, титан диоксиді, темір оксидтері және т.б. Бояулар, сыялар, маталар, пластиктер және түстерді өндіруші көптеген компаниялар, нақты түстерді өндіруде қолданылатын пигменттерді анықтау үшін Халықаралық түс индексін (CII) өз еріктерімен қабылдады. 1925 жылы алғаш рет жарияланған, қазір оны Dyers and Colourists Society (Ұлыбритания) және American Association of Textile Chemists and Colorists (АҚШ) бірлесіп интернетте жариялайды. Бұл индекс халықаралық деңгейде бояғыш заттардың беделді анықтамалығы ретінде танылған. Ол 13 000-нан астам жалпы түс индексінің атауымен 27 000-нан астам өнімді қамтиды. CII схемасында әрбір пигменттің химиялық тұрғыдан анықталатын жалпы индекс нөмірі бар, ол меншікті және тарихи атауларына қарамастан. Мысалы, Фталоцианин көгі BN 1930-шы жылдардан бері әртүрлі жалпы және меншік есімдермен белгілі. Еуропаның көп бөлігінде фталоцианин көгі Гелио көгі немесе Винсор көгі сияқты меншік атаумен жақсы таныс. Америкалық Grumbacher бояу өндірушісі тауар белгісі ретінде басқаша жазылуын (Thanos Blue) тіркеді. Халықаралық түс индексі (Colour Index International) осы қарама-қайшы тарихи, жалпы және меншік есімдерді шешіп, өндірушілер мен тұтынушыларға нақты түс өнімінде қолданылатын пигментті (немесе бояуды) анықтауға мүмкіндік береді. CII-де барлық фталоцианин көк пигменттері жалпы түс индексінің нөмірімен PB15 немесе PB16 деп белгіленеді, бұл көк пигмент 15 және көк пигмент 16 дегеннің қысқартылған түрі; бұл екі сан молекулалық құрылымының шамалы өзгешеліктерін көрсетеді, олар сәл жасыл немесе қызғылт көк түске ие.

Before the development of synthetic pigments, and the refinement of techniques for extracting mineral pigments, batches of color were often inconsistent. With the development of a modern color industry, manufacturers and professionals have cooperated to create international standards for identifying, producing, measuring, and testing colors. First published in 1905, the Munsell color system became the foundation for a series of color models, providing objective methods for the measurement of color. The Munsell system describes a color in three dimensions, hue, value (lightness), and chroma (color purity), where chroma is the difference from gray at a given hue and value. By the middle 20th century, standardized methods for pigment chemistry were available, part of an international movement to create such standards in industry. The International Organization for Standardization (ISO) develops technical standards for the manufacture of pigments and dyes. ISO standards define various industrial and chemical properties, and how to test for them. The principal ISO standards that relate to all pigments are as follows:
ISO 787 General methods of test for pigments and extenders. ISO 8780 Methods of dispersion for assessment of dispersion characteristics. Other ISO standards pertain to particular classes or categories of pigments, based on their chemical composition, such as ultramarine pigments, titanium dioxide, iron oxide pigments, and so forth. Many manufacturers of paints, inks, textiles, plastics, and colors have voluntarily adopted the Colour Index International (CII) as a standard for identifying the pigments that they use in manufacturing particular colors. First published in 1925—and now published jointly on the web by the Society of Dyers and Colourists (United Kingdom) and the American Association of Textile Chemists and Colorists (US)—this index is recognized internationally as the authoritative reference on colorants. It encompasses more than 27,000 products under more than 13,000 generic color index names. In the CII schema, each pigment has a generic index number that identifies it chemically, regardless of proprietary and historic names. For example, Phthalocyanine Blue BN has been known by a variety of generic and proprietary names since its discovery in the 1930s. In much of Europe, phthalocyanine blue is better known as Helio Blue, or by a proprietary name such as Winsor Blue. An American paint manufacturer, Grumbacher, registered an alternate spelling (Thanos Blue) as a trademark. Colour Index International resolves all these conflicting historic, generic, and proprietary names so that manufacturers and consumers can identify the pigment (or dye) used in a particular color product. In the CII, all phthalocyanine blue pigments are designated by a generic color index number as either PB15 or PB16, short for pigment blue 15 and pigment blue 16; these two numbers reflect slight variations in molecular structure, which produce a slightly more greenish or reddish blue.

Үлгілер

Түстерді нақты жеткізу үшін үлгілер пайдаланылады. Үлгілердің түрлері қолданылатын материалға байланысты, яғни баспа, компьютерлер, пластик және маталарға қарай анықталады. Әдетте, ең кең түс гаммасын ұсынатын материал әртүрлі салаларда жиі қолданылады.

Баспа үлгілері

Түс стандартының анықтамалық үлгілері түстің әр түрлі реңктерінің үлгілері арқылы ұсынылады. PANTONE, RAL, Munsell сияқты стандарттар басылым, пластик және тоқыма сияқты әртүрлі салаларда түс туралы ақпаратты жеткізуде кеңінен қолданылады.

Пластмассадан жасалған сынамалар

Түсті концентраттар мен пластиктерге арналған пигменттерді өндіретін компаниялар пластик үлгілерін инъекциялық қалыптау арқылы жасалған түсті чиптер түрінде ұсынады. Бұл түсті чиптер дизайнерлерге немесе клиенттерге нақты пластик өнімдері үшін түс таңдауға және іріктеуге беріледі. Пластик үлгілері перламутр, металл, флуоресценттік, жылтыр, мозаика және т.б. сияқты әртүрлі арнайы эффектілерде қолжетімді. Дегенмен, мұндай эффектілерді баспа және компьютер экраны сияқты басқа медиада қайта жасау қиын. Пластик үлгілері әртүрлі арнайы эффектілерді қамту үшін 3D модельдеу арқылы жасалған.

Биологиялық пигменттер

Биологияда пигмент – өсімдік немесе жануар жасушаларының кез келген түсті заты. Көптеген биологиялық құрылымдар, мысалы, тері, көз, жүн және шаштар пигменттерді (мысалы, меланин) қамтиды. Жануарлардың тері түсі көбінесе хроматофорлар деп аталатын арнайы жасушалар арқылы қалыптасады, оларды сегіз аяқты және хамелеон сияқты жануарлар жануардың түсін өзгерту үшін пайдалана алады. Өсімдіктерде, жануарларда, кейбір протосталарда немесе саңырауқұлақтарда пигменттердің деңгейіне немесе сипатына көптеген жағдайлар әсер етеді. Мысалы, альбинизм ауруы жануарларда меланин өндірісінің деңгейіне әсер етеді. Организмдерде пигментацияның көптеген биологиялық функциялары бар, оның ішінде жасыру, еліктеу, ескерту (апозематизм), жыныстық таңдау және сигнализацияның басқа түрлері, фотосинтез (өсімдіктерде) және күннен қорғану сияқты негізгі физикалық қажеттіліктер. Пигмент түсі құрылымдық түстен өзгеше, себебі пигмент түсі қарау бұрышына қарамастан бірдей болады, ал құрылымдық түс – көп қабатты құрылымдардың нәтижесінде болатын таңдаулы шағылысу немесе көкшілдік. Мысалы, көптеген көбелектерде құрылымдық түс кездеседі, бірақ көптеген көбелектердің жасушаларында пигмент те болады.