Niedawno miałam okazję obejrzeć wystawę pt. „Kolor to tworzywo”, której autorka przedstawiła różne obiekty, w tym obrazy, ubrania i chusty, jako jedyne medium do rozprzestrzeniania się koloru. Tym samym potraktowała kolor jako medium, tworzywo, pewien punkt wyjścia, a nie tylko jedną z wielu cech obrazu. Tak oryginalne podejście zainspirowało mnie do napisania niniejszego tekstu.
Pomyślne zabarwienie elementów z tworzyw sztucznych, począwszy od przygotowania preparatu barwiącego, a skończywszy na wytworzeniu produktu końcowego, jest wynikiem współdziałania czynników chemicznych, fizycznych i technologicznych. Dogłębna znajomość tych czynników i ich wzajemnych relacji oraz uwzględnienie przepisów krajowych i międzynarodowych jest warunkiem wstępnym dla każdego, kto pracuje w tej dziedzinie. A i w tym procesie jest nauka; i tak jak w przypadku wszystkich nauk istnieją podstawy, których należy przestrzegać, jeśli wszystko ma działać prawidłowo.
Większość polimerów w swojej czystej postaci jest przezroczysta i pozbawiona koloru. Niektóre z nich znajdują zastosowanie w stanie transparentnym, jednak zdecydowana większość wymaga „kolorowania”. Z tego powodu środki barwiące stanowią jeden z podstawowych składników receptur polimerowych. Barwienie jest jednym z najważniejszych etapów przetwórstwa tworzyw sztucznych. Podczas zakupów to właśnie kolor opakowania, zabawki, auta jest pierwszą rzeczą, która rzuca się w oczy i przyciąga uwagę konsumenta. Firmy prześcigają się więc w kreatywnych rozwiązaniach, które przyciągną wzrok – zwłaszcza, że aż 70% wszystkich decyzji zakupowych wynika z atrakcyjnej kolorystyki opakowania towaru.
Sposobów barwienia tworzyw sztucznych jest wiele. Za barwienie może czasem zabrać się już sam producent danego tworzywa, poprzez przygotowanie granulatu, który następnie trafia do przetwórców i może zostać wykorzystany „od ręki”, bez konieczności dodawania substancji koloryzujących. Barwić można także dopiero na etapie jego finalnego przerobu. W większości firm działa to na zasadzie dozowania odpowiedniej dawki koncentratu barwiącego i mieszania go z tworzywem sztucznym w cylindrze. Ustalenie ilości barwnika jest kluczowe dla wyniku barwienia. Zbyt mała jego ilość może doprowadzić do nierównomiernego rozprowadzenia koloru i przebijania barwy tworzywa, natomiast zbyt duża może osłabić właściwości mechaniczne tworzywa, czego konsekwencji chyba nie trzeba tłumaczyć. Ten problem starają się jednak niwelować sami producenci barwników, którzy dokładnie określają dawkę, jaką powinno się podawać w proporcji do ilości przerabianego tworzywa.
Kolejną kwestią do rozważenia przy wyborze systemu kolorantów jest ich stabilność termiczna. Chemia barwnika musi być w stanie wytrzymać temperatury, w których materiał jest/będzie przetwarzany. Reakcje chemiczne przebiegają szybciej w wyższych temperaturach, a przetwarzanie stopu wiąże się ze znacznie podwyższonymi temperaturami i dużymi nakładami energii mechanicznej. Dlatego wszelkie interakcje chemiczne, które mogą wystąpić między polimerem a systemem barwników, zachodzą bardzo szybko podczas procesu formowania wtryskowego. W związku z tym barwnik, który można zastosować np. do polietylenu lub polipropylenu (temperatury przetwarzania będą stosunkowo niskie), może być całkowicie nieodpowiedni dla materiału takiego jak poliwęglan lub polisulfon, nawet jeśli jest to dopuszczalne ściśle na podstawie kompatybilności chemicznej. Nie można też zapominać, że jeśli barwi się np. PC, to granulki koncentratu kolorowego również powinny być wykonane z PC, a nie z kopolimeru PE lub EVA. Ale istnieje i pewna dowolność. Nylon 66 można barwić koncentratem na bazie nylonu 6. Polipropylen i polietylen są w miarę kompatybilne. SAN może być użyty w koncentracie przeznaczonym do ABS, ale PS nie. Masa cząsteczkowa jest również czynnikiem wpływającym na zachowanie polimeru po dodaniu określonych kolorów.
Barwna historia
Mimo liczby kolorów występujących w naturze, większość barwników naturalnych obecnych w świecie ożywionym była i jest zbyt nietrwała, aby móc znaleźć praktyczne zastosowania. Do drugiej połowy XIX w. stosowano jedynie barwniki naturalne. Były wśród nich produkty pochodzenia roślinnego (np. indygo, kurkuma) oraz zwierzęcego (np. purpura tyryjska, koszenila). Niestety poważnym ograniczeniem w tym przypadku była ich niewielka zawartość w materiale biologicznym, dalece niezaspokajająca potrzeb człowieka. Sytuacja taka spowodowała, że przez wiele stuleci barwniki te były bardzo kosztownym i mało dostępnym dobrem. Zmieniło się to radykalnie wskutek rozwoju chemii organicznej i otrzymania barwników syntetycznych. Pierwszym barwnikiem syntetycznym była fuksyna, otrzymana w 1855 r. przez J. Natansona (otrzymał fuksynę, ale nie zdyskontował komercyjnie tego odkrycia; nazwa fuksyna została nadana w 1860 r. wraz z jej rynkowym debiutem we Francji) i moweina produkowana na skalę przemysłową, otrzymana w 1856 r. przez W. Perkina. Rozwój najliczniejszej grupy barwników syntetycznych – barwników azowych –zapoczątkowało odkrycie w 1858 r. przez P.J. Greissa związków diazoniowych.
Obecnie stosuje się prawie wyłącznie barwniki syntetyczne. Ponad 3/4 produkcji barwników zużywa przemysł włókienniczy, zaś poza nim na szeroką skalę środki te wykorzystuje przemysł skórzany, papierniczy, tworzywowy, poligraficzny i kosmetyczny.
Czym się barwi?
Do środków barwiących zalicza się barwniki rozpuszczalne w tworzywach sztucznych lub odpowiednio spreparowane nierozpuszczalne pigmenty nieorganiczne i organiczne.
Barwniki to substancje naturalne lub syntetyczne, używane do barwienia różnorodnych materiałów; są rozpuszczalne w polimerze lub tak rozdrobnione, że nie rozpraszają światła, gdyż wymiary ich cząstek są mniejsze niż długość fali. Dzięki temu nadają barwę tworzywom pierwotnie przezroczystym, przy zachowaniu ich przezroczystości. Posiadają ugrupowania chromoforowe, dzięki którym selektywnie absorbują promieniowanie elektromagnetyczne w zakresie widzialnym, oraz auksochromy, nadające barwnikom powinowactwo do materiałów barwionych. Największą rolę odgrywają barwniki azowe (głównie czerwono-żółte) oraz antrachinonowe (głównie niebiesko-fioletowe). Ponadto stosuje się barwniki oparte na piralozonie, benzopiranie, ftalocjaninie i perylenie. Specjalną grupę stanowią barwniki polimerowe, będące najczęściej liniowymi polimerami z wbudowanymi grupami chromoforowymi.
