Pigmenty to substancje barwne w stanie rozdrobnienia, stosowane m.in. do wyrobu farb oraz barwienia tworzyw polimerowych. Są nierozpuszczalne w polimerach; cechują się też znacznie większymi współczynnikami refrakcji, których wielkość cząstek przekracza długości fal światła widzialnego. Dzięki temu tworzywa barwione pigmentami cechuje kolor i nieprzezroczystość, co wynika z absorpcji, odbicia i rozproszenia światła. Wyróżnia się pigmenty organiczne i nieorganiczne (mineralne), wśród których mamy zarówno rodzaje naturalne jak i syntetyczne. Najpopularniejszymi są pigmenty białe, jak biel cynkowa czy też tytanowa; czarne, jak sadza; żółte, jak np. żółcień cynkowa. Z uwagi na specyficzną rozpuszczalność, niektóre związki będące pigmentami dla jednych polimerów mogą być równocześnie barwnikami dla innych polimerów. Często są one mylone lub utożsamiane z wypełniaczami. Specjalnie dobrane pigmenty dodatkowo chronią wyroby przed korozją, mikroorganizmami, izolują elektrycznie i termicznie, regulują właściwości reologiczne.
Główna różnica między barwnikami a pigmentami polega więc na tym, że barwniki są barwnymi substancjami organicznymi, rozpuszczalnymi w danym polimerze z przeznaczeniem do otrzymania barwnych, przezroczystych tworzyw, zaś pigmenty to barwne substancje chemiczne, nierozpuszczalne w polimerze, które nadają barwę otrzymanemu tworzywu, a równocześnie czynią go nieprzezroczystym. Właściwą barwę tworzywa uzyskuje się dzięki zastosowaniu kompozycji barwników lub pigmentów, przy zachowaniu podstawowych zasad mieszania kolorów.
O dopuszczeniu barwników na rynek polski decyduje Państwowy Zakład Higieny. Z reguły barwniki dopuszczane do kontaktu z żywnością nie powinny zawierać metali ciężkich, takich jak: Pb, Ba, Sb, Cd, Cr, As i Hg. W różnych krajach istnieją odmienne normy dopuszczające wyroby do określonego kontaktu z użytkownikiem, ze względu na odpowiedzialność cywilno-karną producentów.
Techniki pigmentowania tworzyw sztucznych
Pigmentowanie jest jednym z najważniejszych etapów w przetwórstwie tworzyw sztucznych. Bardzo istotnym jest zastosowanie takiego sposobu wprowadzania pigmentu, który uwzględniając specyfikę polimeru pozwalałby na uzyskanie optymalnej wydajności optycznej pigmentu, jak i na uniknięcie wad w procesie pigmentowania.
Pigmentowanie tworzyw w stanie sypkim
Pigmenty w tworzywach sypkich uzyskują bardzo dobre rozproszenie już przy mieszaniu na sucho. W technice tej (tzw. dry blend) zazwyczaj nie stosuje się ciekłego nośnika dyspergującego ze względu na jego niekorzystny wpływ na finalne wyroby. W procesie mieszania stosuje się szybkoobrotowe mieszalniki lub młyny kulowe, które dzięki odpowiedniej konstrukcji mieszadeł wytwarzają duże siły ścinające i udarowe. W pierwszym rzędzie do mieszalnika dodaje się sproszkowany polimer, pigmenty oraz pozostałe składniki sypkie (np. stabilizatory, środki wulkanizujące, środki adhezyjne czy smarne), dopiero później, przy ciągłym mieszaniu, wprowadza się ciekłe komponenty (np. plastyfikatory). Następnie mieszankę polimerową wytłacza się za pomocą wytłaczarki jedno- lub dwuślimakowej albo homogenizuje na gorąco w mieszarce zamkniętej lub na walcach. Można również mieszać pigmenty z polimerami jednoetapowo w ogrzewanej mieszarce zamkniętej lub w ogrzewanej walcarce dwuwalcowej.
Pigmentowanie tworzyw granulowanych
Niektóre tworzywa sztuczne, np. poliolefiny, polistyren, ABS, poliamidy, polimetakrylan metylu, dostarczane są do dalszego przerobu w postaci granulatów. Proces pigmentacji w tych przypadkach odbywa się w mieszarkach wolnospadowych lub oscylacyjnych. Niesymetryczny osiowo pojemnik obraca się wokół osi tak, że znajdujący się w nim materiał jest w sposób ciągły mieszany. Dzięki wyładowaniom elektrostatycznym, towarzyszącym przemieszczaniu się granulek polimeru, pokrywają się one cienką warstwą pigmentu. Efektywność przylegania pigmentu jest wyższa w przypadku granulatów kulistych i wyraźnie wzrasta w przypadku zmieszania granulatu (przed dodaniem pigmentu) z małą ilością środków zwiększających przyczepność lub środków powierzchniowo czynnych, takich jak poliolefiny, woski, estry kwasów tłuszczowych, mydła itp. W przypadku suchej pigmentacji polistyrenu i ABS przyczepność pigmentu do tworzywa poprawia się, stosując stearynian cynku. W niektórych przypadkach pigment uciera się ze środkami zwilżającymi lub zwiększającymi przyczepność i dopiero w formie pasty dodaje się do granulatu.
Pigmentowanie za pomocą przedmieszek (koncentratów)
Pigmentowanie za pomocą przedmieszek jest stosowane głównie w produkcji poliolefin i polistyrenu. Przedmieszki, zawierające najczęściej od kilku (barwy ciemne) do 80% (biele) bieli tytanowej wytwarza się przy pomocy wytłaczarek ślimakowych (najczęściej dwuślimakowych) lub wytłaczarek stemplowych. Zastosowanie koncentratu poprawia dyspergowalność pigmentów w podłożu poliolefinowym, umożliwia optymalne ich rozprowadzenie w produkcie końcowym, gwarantuje powtarzalność barwy i pozwala uniknąć problemów związanych z pyleniem pigmentu. Obecnie producenci przedmieszek oferują swoje wyroby w szerokich paletach kolorystycznych zgodnych z międzynarodowymi systemami barw (np. RAL, NCS), czyniąc pigmentowanie finalnych wyrobów znacznie prostszym i tańszym.
Pigmentowanie tworzyw w stanie ciekłym
Pigmentowanie tworzyw sztucznych w stanie ciekłym (np. plastizoli) polega zazwyczaj na sporządzeniu skoncentrowanej pasty pigmentowej, którą rozcieńcza się dalszą ilością żywicy lub plastyfikatora, aż osiągnie się stężenie typowe dla produktu końcowego. Należy przy tym kontrolować szybkość rozcieńczania i mieszania, aby zapobiec ponownej aglomeracji cząstek pigmentu. Bardzo istotne jest ponadto dobranie odpowiedniego rodzaju i ilości środka zwilżającego, gdyż pozwala to sterować reologią mieszanki oraz wydatnie zwiększyć ilość pigmentu „przyjmowanego przez plastyfikator”. W technice tej aglomeraty pigmentów rozdrabnia się przez mielenie pasty w różnego rodzaju młynach (np. trójwalcowych, kulowych) lub coraz bardziej popularnych szybkoobrotowych urządzeniach ścinających (np. disolwerach).
Tworzenie koloru to złożony proces, nad którym przemysł tworzyw sztucznych nieustannie pracuje i który udoskonala. Wraz z rozszerzeniem się zakresu zastosowań tworzyw, wzrasta też zapotrzebowanie na ich barwienie. Wybór określonego pigmentu zależy od wymagań stawianych danemu wyrobowi oraz życzeń odbiorcy w zakresie kolorystyki i jej trwałości.
Marta Lenartowicz-Klik
