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Corantes e Pigmentos

 

Corantes e Pigmentos
Corantes e Pigmentos

Corantes e pigmentos abrange os aspectos científicos e técnicos da química e da física de corantes, pigmentos e seus intermediários.

A ênfase é colocada sobre as propriedades do matérias corantes-se, em vez de sobre as suas aplicações ou o sistema em que possam ser aplicados.

Existem diferenças fundamentais entre corantes e pigmentos.

Corantes - Definição

Os corantes são apenas substâncias orgânicas intensamente coloridos ou fluorescentes que conferem cor, a um substrato por absorção seletiva de luz. Eles são solúveis e / ou de passar por um processo de aplicação com a qual, pelo menos temporariamente, destroem qualquer estrutura cristalina por absorção, solução, e a retenção mecânica, ou por ligações químicas covalentes ou iónicas.

Pigmentos - Definição

Pigmentos são coloridos, preto, branco ou fluorescente dos sólidos orgânicos ou inorgânicos em partículas que geralmente são insolúveis em, e principalmente física e química inalterados através, do veículo ou substrato no qual eles estão incorporados.

Eles alteram a aparência através absorção seletiva e / ou através de espalhamento de luz.

Os pigmentos são geralmente dispersos em veículos ou substratos para a aplicação, como por exemplo no fabrico ou tintas, tintas, plásticos ou outros materiais poliméricos. Pigmentos retêm um cristal ou estrutura de partículas durante todo o processo de coloração.

Corantes e Pigmentos - História

Corantes e Pigmentos
Corantes e Pigmentos

O homem utiliza as cores há mais de 20 mil anos. O primeiro corante a ser conhecido pela humanidade foi o Negro-de-Fumo (Carbon Black). Por volta de 3.000 a.C., foram produzidos alguns corantes inorgânicos sintéticos, como o Azul Egípcio. Sabe-se que os caçadores do Período Glacial pintavam, com fuligem e ocre, as paredes das cavernas reservadas ao culto, criando obras que resistem há milênios. Com o tempo, muitos corantes naturais foram sendo descobertos. O vermelho das capas dos centuriões romanos era obtido de um molusco chamado Murex, um caramujo marinho. Outro corante também muito utilizado era o índigo natural, conhecido desde os egípicios até os bretões, extraído da planta Isatis tinctoria.

O primeiro corante orgânico sintetizado com técnica mais apurada foi o Mauve, obtido em 1856, por William H. Perkin. O cientista trabalhava em seu laboratório caseiro, estudando a oxidação da fenilamina, também conhecida como anilina, com dicromato de potássio (K2Cr2O7). Certa vez, ao fazer a reação entre estes compostos, obteve um resultado surpreendente. Após jogar fora o precipitado, resultante da reação, e lavar os resíduos do frasco com álcool, Perkin admirou-se com o aparecimento de uma bonita coloração avermelhada. Ele repetiu a reação, sob as mesmas circunstâncias, e obteve de novo o corante, ao qual chamou de Púrpura de Tiro e que, posteriormente, passou a ser denominado pelos franceses de Mauve. Imediatamente, Perkin patenteou sua descoberta e, com ajuda financeira do pai e do irmão, montou uma indústria de malva.

Após essa descoberta, houve uma corrida dos químicos para conseguir sintetizar outros corantes. Para dar apoio à sua indústria, Perkin montou um amplo laboratório de pesquisa onde conseguiu sintetizar outros corantes. Pode-se ter uma idéia do impacto que foi a descoberta do corante sintético Mauve, pelo fato de ainda hoje se utilizar o termo "anilina" para designar qualquer substância corante, apesar da anilina em si não ser um corante, mas sim o ponto de partida para a elaboração de corantes.

No fim do século XIX, fabricantes de corantes sintéticos estabeleceram-se na Alemanha, Inglaterra, França e Suíça, suprindo as necessidades das indústrias que, na época, fabricavam tecidos, couro e papel.

Nos anos de 1994 e 1995, as grandes corporações implantaram unidades fabris próprias ou em parcerias com fabricantes locais em diversos países asiáticos, como China, Índia e Indonésia.

Corantes e Pigmentos - Classificação

Corantes e Pigmentos

Tendo em vista que corantes, pigmentos e branqueadores ópticos são compostos complexos, muitas vezes é impossível traduzi-los por uma fórmula química - alguns são misturas de vários compostos e outros não possuem estrutura química definida. Por esse motivo, a nomenclatura química usual raramente é usada, preferindo-se utilizar os nomes comerciais.

Para identificar os mesmos corantes, comercializados com diferentes nomes, utiliza-se o Colour Index (CI), publicação da American Association of Textile Chemists and Colorists e da British Society of Dyers and Colorists, que contém uma lista organizada de nomes e números para designar os diversos tipos.

Exemplo:

Tipo de Corante: Disperso Antraquinona
Nome Sistemático: 1-(2-Hidroxietilamino)-4-metilaminoantraquinoma
Nome Comum: Fast Blue FFR
Nomes Comerciais: Altocyl Brilliant-Blue B; Artisil Direct Blue BSQ; Calcosyn Sapphire Blue R; Cibacete Brilliant Blue BG
CI Nome: Disperse Blue 3
CI Número: 61505
Os números de Colour Index são atribuídos quando a estrutura química é definida e conhecida.

CLASSIFICAÇÃO SEGUNDO AS CLASSES QUÍMICAS

Os corantes e pigmentos podem ser classificados de acordo com as classes químicas a que pertencem e com as aplicações a que se destinam.

Pelo Colour Index, os corantes e pigmentos podem ser classificados em 26 tipos, segundo os critérios das classes químicas, e em 20 tipos, além de algumas subdivisões, do ponto de vista das aplicações.

Na Nomenclatura Comum do Mercosul (NCM), estão classificados nas posições 3204; 3205; 3206 e 3207.

CLASSIFICAÇÃO SEGUNDO AS CLASSES QUÍMICAS
Classe Classificação por aplicação
Acridina Básicos, pigmentos orgânicos
Aminocetona À tina, mordentes
Antraquinona Ácidos, mordentes, à tina, dispersos, azóicos, básicos, diretos, reativos, pigmentos orgânicos
Ao enxofre Enxofre, à cuba
Azina Ácidos, básicos, solventes, pigmentos orgânicos
Azo Ácidos, diretos, dispersos, básicos, mordentes, reativos
Azóico Básicos, naftóis
Bases de oxidação Corantes especiais para tingimento de pelo, pelegos, cabelos
Difenilmetano Ácidos, básicos, mordentes
Estilbeno Diretos, reativos, branqueadores ópticos
Ftalocianina Pigmentos orgânicos, ácidos, diretos, azóicos, à cuba, reativos, solventes
Indamina e Indofenol Básicos, solventes
Indigóide À tina, pigmentos orgânicos
Metina e Polimetina Básicos, dispersos
Nitro Ácidos, dispersos, mordentes
Nitroso Ácidos, dispersos, mordentes
Oxazina Básicos, mordentes, pigmentos orgânicos
Quinolina Ácidos, básicos
Tiazina Básicos, mordentes
Tiazol Branqueadores ópticos, básicos, diretos
Triarilmetano Ácidos, básicos, mordentes
Xanteno Ácidos, básicos, mordentes, branqueadores ópticos, solventes

 

CLASSIFICAÇÃO SEGUNDO A UTILIZAÇÃO POR SUBSTRATO
Classe Principais campos de aplicação
Branqueadores ópticos Detergentes, fibras naturais, fibras artificiais, fibras sintéticas, óleos, plásticos, sabões, tintas e papel
Corantes
À Cuba Sulfurados Fibras naturais e fibras artificiais
À Tina Fibras naturais
Ácidos Alimentos, couro, fibras naturais, fibras sintéticas, lã e papel
Ao Enxofre Fibras naturais
Azóicos Fibras naturais, fibras sintéticas
Básicos Couro, fibras sintéticas, lã, madeira e papel
Diretos Couro, fibras naturais, fibras artificiais e papel
Dispersos Fibras artificiais e fibras sintéticas
Mordentes Alumínio anodizado, lã, fibras naturais e fibras sintéticas
Reativos Couro, fibras naturais, fibras artificiais e papel
Solventes Ceras, cosméticos, gasolina, madeira, plásticos, solventes orgânicos, tintas de escrever e vernizes
Pigmentos Orgânicos Tintas gráficas, tintas e vernizes, estamparia têxtil, plásticos
Pigmentos Inorgânicos Tintas gráficas, tintas e vernizes, estamparia têxtil, plásticos

APLICAÇÕES

USOS DE CORANTES, PIGMENTOS E BRANQUEADORES ÓPTICOS

PIGMENTOS ORGÂNICOS

A característica funcional desses materiais é somente o fornecimento de cor ao sistema. Por esse motivo, sua aplicação é extremamente difundida nos diferentes materiais e substratos. São materiais orgânicos sintéticos, obtidos por meio de sínteses químicas, partindo-se do petróleo ou carvão. Quando se trata de coloração de materiais submetidos ou processados a temperaturas muito altas, como é o caso de cerâmicas e vidros, devem ser utilizados os pigmentos inorgânicos. No entanto, nas demais aplicações em materiais e produtos de nosso cotidiano, eles são extensamente utilizados.

Por exemplo:

Tintas e vernizes empregados nas indústrias automotivas, de construção civil e diversos produtos industriais.

Tintas Gráficas destinadas a diferentes substratos como: filmes plásticos (outdoors), papel (revistas e jornais), metais (indústria de bebidas), etc.

Plásticos e polímeros destinados a produtos corriqueiros, como brinquedos, utilidades domésticas, equipamentos eletroeletrônicos ou produtos tecnologicamente mais exigentes, como acabamentos internos e partes de automóveis; peças e componentes de veículos, aviões, satélites, entre outros

Outros campos de aplicação são: materiais de escritório, cosméticos e domissanitários, fertilizantes e sementes, sabões e detergentes. São, ainda, bastante aplicados nos campos têxteis e de couros.

A versatilidade de aplicações deve-se à possibilidade de obtenção de pigmentos orgânicos não só de todas as nuances de cores, como também de todos os níveis de resistência solicitados pelos materiais onde serão aplicados. Além disso, eles são materiais não poluentes.

PIGMENTOS A BASE DE ÓXIDO

Os pigmentos a base de óxido possuem a seguinte constituição química:

Tabela 1. Demonstrativo dos produtos mais comuns à base de óxido.

Cor Componente Fórmula Variações de Cor
Amarelo Vermelho Óxido de ferro III a - Fe2O3 Amarelo - Azul
Amarelo Hidróxido de Ferro a - FeOOH Verde - Vermelho
Preto Óxido de ferro II e III Fe3O4 Azul - Vermelho
Marrom Óxido de ferro Misturas  
Verde Óxido de Cromo Cr2O3 Azul - Amarelo
Azul Óxido de Cobalto Co(Al,Cr)2O4 Vermelho - Verde

Eles são largamente utilizados no mercado por algumas de suas características:

Opacidade elevada;
Alto poder de cobertura;
Facilidade de uso;
Ótima relação custo/benefício;
Possibilidade de produtos Micronizados e Baixa Absorção de Óleo.

Os óxidos, por sua forte ligação química metálica, possuem resistência extremamente forte à luz. Isto também se dá devido à ligação do íon ferro ser a mais estável, ou seja, sua oxidação garante uma estabilidade que, em condições normais, não é quebrada. Em índices comparativos, os óxidos têm resistência à luz de 8, em pleno e em corte.

O pH dos óxidos pode variar e suas aplicações são diversas. No entanto, em geral, são utilizados em sistemas base solvente, água, plásticos, fibras e construção civi,l entre outras aplicações.

Devido à alta opacidade e poder de cobertura, são comumente utilizados em combinação com outros pigmentos orgânicos e corantes para “dar fundo” e reduzir custos de formulações.

Existem ainda alguns óxidos amarelos que são constituídos por Fe.ZnO, Fe(MnO4), que são produtos especiais para altas resistências térmicas, especialmente desenvolvidos para o mercado de plásticos.

Os óxidos naturais (em geral de ferro) são produtos diferentes dos óxidos sintéticos. Eles mantêm as propriedades químicas dos mesmos, porém, mesmo existindo produtos com excelente qualidade, em geral, possuem teor de Fe2O3 (como é medido o teor de óxidos) em proporção menor e contaminantes.

Tabela 2. Comparativo entre os óxidos naturais e sintéticos

Natural Sintético
Minério processado Processo Químico
Baixo teor de Fe2O3 Alto teor de Fe2O3
Alto consumo de Produto Baixo consumo de Produto
Alto teor de impurezas Baixo teor de impurezas
Custo mais baixo Custo mais alto
Opacidade mais baixa Opacidade mais alta
Poder colorístico menor Poder colorístico maior
Saturação de cor menor Saturação de cor maior
Estável ao concreto e intempéries Estável ao concreto e intempéries
Limitações Colorimétricas Alto range colorimétrico

AMARELOS DE CROMO E ALARANJADOS DE MOLIBDÊNIO

Os pigmentos de amarelos de cromo são constituídos de cromato de chumbo e/ou de uma solução sólida de cromato de chumbo e sulfato de chumbo, em proporções diferentes, de acordo com a coloração que se deseja. O Amarelo Primerose é o mais esverdeado de todos, passando para os amarelos de cromo claro e limão, e em seguida para o amarelo de cromo médio, o qual tem tonalidade avermelhada.

Os pigmentos de Laranja de Molibdênio são constituídos de uma solução sólida de cromato de chumbo, sulfato de chumbo e molibdato de chumbo. Sua tonalidade varia desde laranja amarelado até laranja avermelhado, com subtom azulado. A tonalidade é dada pelo tamanho das partículas do pigmento – quanto mais azulado, maior elas são. Existem dois tipos de pigmentos, os normais e os resistentes ao dióxido de enxofre (SO2). A resistência é proporcionada por tratamento efetuado o processo de produção.

Os pigmentos amarelos de cromo e laranja de molibdênio são utilizados em tintas e plásticos. O amarelo é utilizado também em tintas de demarcação viária.

CORANTES TÊXTEIS

Corantes têxteis são compostos orgânicos cuja finalidade é conferir a uma certa fibra (substrato) determinada cor, sob condições de processo preestabelecidas. Os corantes têxteis são substâncias que impregnam as fibras de substrato têxtil, reagindo ou não com o material, durante o processo de tingimento. Os componentes têxteis que controlam a fixação da molécula cromofórica ao substrato constituem a base para que ocorra a divisão de corantes têxteis em categorias. Exige-se, para cada tipo de fibra, uma determinada categoria de corante.

Para as fibras celulósicas, como o algodão e o rayon, são aplicados os corantes reativos, diretos, azóicos, à tina e sulfurosos.

No caso das fibras sintéticas, deve-se distinguir entre as fibras e os corantes aplicados, principalmente no caso de: Poliéster – corantes dispersos; Acrílicos – corantes básicos; e Nylon (poliamida) – corantes ácidos. Restam, ainda, fibras menos importantes no mercado brasileiro como a seda, para a qual são aplicados corantes reativos, e a lã, que recebe corantes ácidos e reativos.

Outros critérios, além da afinidade por uma certa fibra têxtil, influenciam na aplicação de um determinado corante. O processo de tingimento é um dos fatores. Em sua maioria, esses processos podem ser divididos em categorias (contínuo, semicontínuo e por esgotamento), o que define a escolha do corante adequado.

São também fatores decisivos para a seleção do corante adequado as características técnicas que se quer atingir em matérias de solidez como, por exemplo, à luz, à fricção, ao suor, etc.

A utilização de corantes no Brasil concentra-se, principalmente, nos corantes reativos para fibras celulósicas, que hoje respondem por 57% do mercado, seguidos pelos corantes dispersos, com 35%, poliamida, com 3% e acrílico, com 2 %.

BRANQUEADORES ÓTICOS

Desde os tempos remotos, o homem busca reproduzir um branco puro. Ele gostaria de poder comparar a aparência amarelada dos seus artigos brancos - principalmente no caso dos têxteis - à brancura da neve e das nuvens em movimento. Ele se esforçava, assim como em muitas outras situações, a imitar os exemplos da natureza.

Diferentemente de corantes ou pigmentos, que incorporam a cor ao substrato tratado, branqueadores óticos ou agentes de branqueamento fluorescentes são compostos orgânicos incolores ou pouco coloridos que, em solução ou aplicados a um substrato, absorvem luz, na região próxima ao ultravioleta do espectro (340-380 nm), e reemitem a maior parte da energia absorvida como luz fluorescente violeta-azulada, na região visível entre 400 e 500 nm.

O resultado é que os materiais aos quais são aplicados parecem, ao olho humano, menos amarelados, mais brilhantes e mais brancos.

Não são, portanto, matérias corantes “brancas”, como, por exemplo, os pigmentos à base de dióxido de titânio, largamente usado em tintas e aplicações semelhantes; nem devem ser confundidos com alvejantes químicos como, por exemplo, peróxido de hidrogênio ou hipoclorito de sódio, muito utilizados para branquear celulose e têxteis de algodão.

Os primeiros branqueadores óticos eram fabricados à base de cumarina, mas atualmente os principais tipos de branqueadores óticos usados industrialmente são derivados estilbênicos, obtidos pela condensação de cloreto cianúrico com ácido diamino-estilbeno-dissulfônico, seguido de condensação sucessiva com outras aminas. Outros tipos são derivados de distirilo-bifenila, de benzoxazol-tiofenina, etc.

Os branqueadores óticos representam, hoje em dia, parte importante do sortimento da maioria dos fabricantes de corantes, e existem no mercado mundial mais de 2,5 mil marcas, representando mais de 200 produtos, pertencentes a mais de 15 grupos com unidades químicas.

O consumo mundial é estimado em mais de 200 mil toneladas, distribuídas entre as seguintes principais aplicações:

Detergentes para lavagem doméstica 40%
Papel 30%
Têxtil 25%
Fibaras e plásticos 5%

Os campos de aplicação dos branqueadores óticos são variados e, mesmo que muitas pessoas não saibam, eles fazem parte da vida diária de qualquer consumidor moderno, pois estão presentes em uma infinidade de produtos de consumo:

Papéis
Têxteis de fibras naturais e sintéticas
Detergentes em pó e líquidos para lavar roupas
Sabões em barras
Termoplásticos moldados
Laminados e filmes
Tintas e vernizes
Tintas de impressão
Couro sintético
Soluções para processamento de fotografia
Adesivos
Fibras.

Fonte: www.colour-index.com/www.abiquim.org.br

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