КРАСЯЩИЕ ВЕЩЕСТВА РЕФЕРАТ по дисциплине (специализации) «Материаловедение в полиграфическом и упаковочном производстве». реферат красящие вещества. Реферат по дисциплине (специализации) Материаловедение в полиграфическом и упаковочном производстве
 Скачать 96 Kb.
|
|
Министерство образования и науки Российской федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Южно-Уральский государственный университет» Факультет «Институт экономики, торговли и технологий» Кафедра «Маркетинговые коммуникации» КРАСЯЩИЕ ВЕЩЕСТВА РЕФЕРАТ по дисциплине (специализации) «Материаловедение в полиграфическом и упаковочном производстве» Доктор технических наук, профессор _________________Ю.Н. Гойхенберг __________________________2015 г. Автор работы Студент группы ЭТТ-306 ___________А.В. Зубова ________________2015 г. Работа защищена с оценкой (прописью, цифрой) __________________________ _____________________2015 г. Челябинск 2015 Введение В полиграфии мы обязательно производим выбор материалов не только по их виду, фактуре, но и по цвету. Именно правильный подбор цветов и их соотношений и обеспечивает в значительной степени то, что мы называем дизайнерским впечатлением. Цвет, как важнейшая характеристика, стал обязательной сферой наших интересов, хотя мы даже и не задумываемся, что он не является неотъемлемой данностью материала, за всем стоят красящие вещества, которые часто называют просто красителями. Основные положения теории цветности Цветности теория, теория о связи цвета химических соединений с их строением. Первое положение теории цветности При наличии в молекулах углеводородов только ординарных (простых) и изолированных (разобщенных) двойных связей, независимо от их числа, поглощение света происходит в дальней ультрафиолетовой части спектра. Поглощение смещается в длинноволновую часть спектра лишь при наличии в молекулах органических соединений открытых или замкнутых систем (цепочек) сопряженных двойных связей. Удлинение сопряженной системы приводит к сдвигу полосы поглощения в сторону более длинных волн (т. е. к углублению цвета, если поглощение происходит в видимой части спектра). Исключение составляют неальтернантные углеводороды, характеризующиеся специфическим электронным строением молекул. Второе положение теории цветности Включение в молекулы соединений с сопряженными двойными связями гетероатомов изменяет уровни энергии их связывающих и разрыхляющих молекулярных орбиталей и приводит к появлению несвязывающих молекулярных орбиталей. Эти изменения сопровождаются большим или меньшим батохромным или гипсохромным сдвигом полос поглощения в электронных спектрах и появлением новых полос, обусловленных электронными переходами с участием несвязывающих молекулярных орбиталей. Характер всех изменений зависит от природы гетероатома и от положения гетероатома в сопряженной системе. Третье положение теории цветности Введение в молекулы органических соединений с сопряженными двойными связями поляризующих электронодонорные (ЭД) и электроноакцепторные (ЭА) заместителей, обусловливающих постоянное, не зависящее от действия света смещение электронов в сопряженной системе, приводит к сдвигу полос поглощения в длинноволновую область спектра (т. е. к углублению окраски) и к увеличению интенсивности поглощения (т. е. интенсивности окраски) и может привести к появлению в спектре дополнительных полос переноса заряда. Четвертое положение теории цветности Ионизация молекул органических соединений, приводящая к усилению электронодонорности ЭД-заместителей или электроноакцепторности ЭА-заместителей, сопровождается сдвигом максимума поглощения в длинноволновую область спектра и увеличением интенсивности поглощения. Ионизация молекул, приводящая к уменьшению электронодонорнасти ЭД-заместителей, оказывает противоположное действие. Пятое положение теории цветности При введении в молекулы органических соединений новых заместителей, введении или замыкании новых ароматических или гетероароматических циклов могут возникать конкурирующие разветвленные или перекрещивающиеся сопряженные системы. В первом случае полоса поглощения смещается в коротковолновую часть спектра, и появляются новые полосы поглощения; если новые полосы находятся в видимой части спектра, образующаяся окраска является результатом сложения всех дополнительных цветов. Во втором случае происходит расширение полосы поглощения и образование окраски, отличающейся неярким оттенком. Шестое положение теории цветности Нарушение плоскостности молекул в результате свободного вращения вокруг простой связи приводит к частичному или полному разобщению отдельных yчacткoв сопряженной системы, что сопровождается сдвигом полосы поглощения в коротковолновую область спектра (т. е. повышением цвета). Изменение валентных углов атомов под влиянием пространственных затруднений, происходящее без нарушения плоскостности молекулы, сопровождается сдвигом полосы поглощения в длинноволновую область (т. е. углублением цвета). Седьмое положение теории цветности Если при образовании внутрикомплексного соединения с металлом координационная связь возникает за счет неподеленной пары электронов атома, который входит в систему сопряженных двойных связей, ответственную за поглощение света, комплексообразование приводит к углублению света. Таким образом, ответственной за цвет красителя является его хромофорная система. Основой хромофорной системы является в простых случаях достаточно длинная цепь сопряженных двойных связей, а в более сложных — несколько (две и больше) изолированных, конкурирующих или перекрещивающихся цепей сопряженных двойных связей в составе единой молекулы. В хромофорную систему входят все присоединенные к сопряженным цепям ЭД- и ЭА-заместители и заместители, усиливающие или ослабляющие их электронодонорность и электроноакцепторность, а также комплексообразующие заместители и атомы металлов-комплексообразователей. Классификация красящих веществ Классифицировать пигменты можно по-разному – в зависимости от того, какой признак брать за основу. По происхождению они могут быть искусственными, созданными химическим путем или природными, то есть изготовленными из естественных материалов посредством механической обработки. К последним относят охру, сиену, умбру и природный зеленый пигмент, который получается в результате распада базальтов, мелафиров и некоторых других горных пород. Искусственные пигменты представляют собой не что иное, как окись тяжелых металлов: примерами таковых могут служить красные и коричневые железоокисные красители. В зависимости от состава выделяют минеральные и органические пигменты. Первые можно найти в естественной среде или создать в искусственных условиях. Органические производят из растений, виноградных и абрикосовых косточек путем их обжига или из костей животных, которые также подвергаются воздействию высоких температур. По цвету пигменты делят на ахроматические, а именно – на белые, серые и черные, и хроматические (цветные). Большинство готовых красок получают путем смешения трех пигментов, которые принято называть базовыми. К ним относят желтые, синие и красные вещества. Пигменты и красочные лаки Искусственные цветные неорганические пигменты обладают ярким цветом, большой свето- и термостойкостью. Они широко использовались в производстве печатных красок до конца прошлого столетия. Однако многие из этих пигментов имеют высокую плотность, в результате чего забивают печатные формы. С конца прошлого столетия неорганические пигменты были вытеснены органическими пигментами и красочными лаками, которые отличаются богатым ассортиментом различных цветов, высокой степенью дисперсности, большой интенсивностью, стойкостью к действию света, воды и др. Тот или иной цвет органических красящих веществ является результатом избирательного поглощения световых лучей видимой части спектра. Избирательное поглощение находится в соответствии с возможным поглощением красящим веществом такого кванта энергии, который переводит электроны с основного характерного для них уровня на более высокий энергетический уровень, т. е. приводит молекулу в возбужденное состояние. Способность избирательно поглощать энергию световых лучей у тех или иных органических соединений обусловлена их химическим строением. Молекулы должны иметь вид сравнительно длинных цепочек с сопряженными двойными связями, содержать электронодонорные (отдающие электроны) и электроноакцепторные (принимающие электроны) заместители и др. В зависимости от строения молекул и содержания тех или иных групп огромное число органических красящих веществ разделено на классы. В полиграфии наиболее часто используют красящие вещества следующих классов: азокрасящие, арилметановые, ксантеновые, фталоцианиновые и некоторые другие. Кроме того, в зависимости от технических свойств и химического строения органические красящие вещества, применяемые в полиграфии, делятся на следующие три группы: 1) индифферентные красящие вещества, т. е. собственно пигменты; 2) красители кислотные; 3) красители основные. Органические пигменты широко используют для изготовления печатных красок. Это, главным образом, азопигменты (желтый, оранжевый, красный цвета) и фталоцианиновые (зеленые, голубые, синие). Например, азопигмент алый имеет следующее строение молекулы: OH Пигмент обладает хорошей стойкостью к свету, воде, щелочам и кислотам, придает краскам хорошие печатно-технические свойства. Кислотные и основные красители действием на них соответствующих осадителей (в водных растворах) переводят в нерастворимые соединения — красочные лаки, которые также применяются для изготовления печатных красок. Молекулы кислотных красителей содержат сульфо- (—SO3H) или карбоксильную (—СООН) группы, в каждой из которых атом водорода может замещаться металлами с образованием соли. Соли щелочных металлов кислотных красителей хорошо растворимы в воде, однако с тяжелыми металлами Ва, Са, Zn образуют нерастворимые соли – красочные лаки. Красочный лак может быть получен с субстратом (активный наполнитель) и без субстрата. В производстве красок предпочитают использовать красочные лаки, полученные без субстрата, так как они обладают более высокой степенью дисперсности и интенсивностью. При получении красочного лака на субстрате краситель адсорбируется на поверхности каждой частицы белого пигмента и закрепляется осадителем в результате перевода в нерастворимое состояние. В этом случае свойства красочного лака будут во многом зависеть от субстрата, например степень дисперсности, плотность, способность образовывать прозрачные или кроющие краски. В общем виде процесс получения красочного лака состоит из следующих операций: 1) растворение красителя в воде; 2) действие осадителем, в результате чего происходит обменная реакция: Схема образования красочного лака на субстрате: 1–субстрат (белый пигмент), 2 – осажденный краситель Образуются нерастворимые в воде соли – красочные лаки. Молекулы основных красителей содержат аминогруппы (—NH2) или их замещенные. Эти красители образуют со слабыми кислотами нерастворимые соли. Красочные лаки из основных красителей отличаются высокой интенсивностью, стойкостью к свету и воде, но обладают малой стойкостью к спирту. Основные свойства пигментов Красящая способность пигмента (красящая сила пигмента, интенсивность пигмента) – свойство цветного пигмента придавать свой цвет другим пигментам, с которыми он тщательно перемешан. Маслоемкость пигмента – минимальное количество масла, необходимое для превращения сухого пигмента в однородное пастообразное состояние. Свойство пигмента в смеси с пленкообразующим делать невидимым цвет закрашиваемой поверхности. Свойство пигмента измельчаться и распределяться в дисперсионной среде под влиянием механического воздействия. Цвет пигмента – способность вызывать определённое зрительное ощущение в соответствии со спектральным составом и интенсивностью отражаемого или испускаемого видимого излучения. Основные качества цвета – цветовой тон, насыщенность и светлота. Цвет лакокрасочных материалов зависит в основном от цвета пигментов, наполнителей и связующих. Дисперсность пигмента задается размерами входящих в него частиц, которые должны быть существенно меньше толщины пленки лакокрасочного покрытия, в противном случае поверхность высушенной пленки будет шероховатой и неровной. Для большинства пигментов, применяемых в общестроительных и специальных лакокрасочных материалах, оптимальная укрывистость достигается при размере частиц пигмента 0,2-10 мкм. В промышленности для определения степени дисперсности пигментов применяются методики ситового, микроскопического и седиментометрического анализа. Маслоемкость пигмента – это способность частиц пигмента удерживать на своей поверхности определенное количество масла (связующего). Этот параметр выражается в относительных единицах (граммах связующего на 100 грамм пигмента). Насыпная плотность пигмента – показатель, характеризующий плотность упаковки порошка. Укрывистость пигмента – способность лакокрасочного материала, или пигмента, затертого на олифе, при равномерном нанесении на одноцветную поверхность делать невидимым цвет последней. Укрывистость выражается в граммах краски (пигмента), необходимой для того, чтобы сделать невидимым цвет закрашиваемой поверхности площадью 1 квадратный метр. Укрывистость пигмента во многом зависит от размера и формы его частиц, а также от цвета пигмента. Красящая способность пигмента – степень передачи пигментом своего цветового тона смеси с белым пигментом. Светостойкость пигмента – его способность сохранять свойства при воздействии света. Энергия светового излучения инициирует изменение молекулярной структуры красящего вещества, что приводит к постепенной потере красящих свойств и может проявляться в уменьшении насыщенности цвета (выцветании) пигмента и в изменении цветового тона. Существует международная шкала светостойкости пигментов со значениями от 1 (минимальная светостойкость) до 8 (максимальная светостойкость). Большинство природных обладают высокой светостойкостью, некоторые органические пигменты довольно сильно обесцвечиваются в процессе эксплуатации. Атмосферостойкостъ пигмента – его способность, противостоять воздействию солнечных лучей, дождя, мороза, снега, ветра и других атмосферных факторов (пыли и газов в приземном слое атмосферы) не изменяя своих свойств. Для определения атмосферостойкости образцы с лакокрасочным покрытием выдерживают в атмосферных условиях с последующей количественной оценкой стойкости покрытия по изменению декоративных и защитных свойств. Химическая стойкость пигмента – его способность не изменять первоначальных свойств и цвета под воздействием химически агрессивных сред (растворов и паров солей, щелочей и кислот). Щелочестойкость пигмента – способность сохранять свойства и цвет при соприкосновении с щелочными растворами (цементными системами). Пигменты с низкой щелочестойкостью не рекомендуется применять в лакокрасочных материалах, наносимых на бетонные поверхности. Коррозионная стойкость пигмента – способность пигмента в сочетании с другими компонентами лакокрасочного покрытия препятствовать процессу окисления металла. По коррозионной стойкости пигменты делятся на ингибиторные, нейтральные и пигменты-стимуляторы. К ингибиторным пигментам относятся цинковая и алюминиевая пудра, различные хроматы, свинцовый сурик и др.; к нейтральным – окислы железа (железооксидные пигменты), барит, окись кремния; к стимуляторам — углерод, графит и пигменты, содержащие другие сернистые и сернокислые соединения (например, литопон). Некоторые пигменты замедляют или вовсе блокируют процесс коррозии даже при попадании воды через пленку окраски, т.к. они создают анодную защиту железа. В лакокрасочных покрытиях, содержащих пигменты нейтральной группы, продукты коррозии при попадании под пленку лакокрасочного покрытия, поднимают ее, ускоряя тем самым процесс окисления металла. Токсичность пигмента – большинство пигментов безвредно, но некоторые ядовиты, поражают дыхательные пути и при неумелом обращении могут вызвать отравление. Наиболее опасными являются пигменты, содержащие соединения свинца, меди, мышьяка и некоторые соединения цинка. Применение ядовитых пигментов при работе кистью не вызывает никакой опасности для человека и окружающей среды при соблюдении правил личной гигиены и охраны труда. Отравляющее действие пигментов проявляется при нанесении окраски распылителем или краскопультом. В этих случаях, необходимо принять меры, чтобы ядовитая пыль не попала в организм человека (работать в спецодежде, защитной маске или респираторе). Красящие вещества Красящие вещества подразделяются: на пигменты (органические и неорганические цветные, белые или черные субстанции, которые не растворимы в системах носителей). Речь идет о твердых частицах или агломератах молекул, которые распределены в жидком носителе – связующем во взвешенном состоянии; красители (органические соединения в молекулярной форме). Пигменты состоят из молекул, которые объединяются друг с другом в кристаллы. Они могут состоять из нескольких миллионов молекул. Примерно 10% молекул находятся на поверхности. Эти молекулы и некоторые, лежащие под ними, могут поглощать свет. Пигменты способны отражать и рассеивать свет, а поэтому они светонепроницаемы. Они имеют широкий спектр поглощения и поэтому не являются "чистыми" с точки зрения передачи цвета как красители, которые имеют очень узкий спектр поглощения. Красители – молекулы, окруженные растворителем (жидкость – основа). Так как почти каждая молекула, и не только на поверхности, может поглощать фотоны, красители отличаются высокой интенсивностью цвета и яркостью краски. Пигменты в любом случае нуждаются в связующем веществе при фиксации на запечатываемом материале, в то время как красители связываются непосредственно с поверхностью запечатываемого материала. Недостатком красителей является их ограниченная светопрочность (окисление ведет к выцветанию). В отношении светопрочности и стабильности цвета преимущество имеют пигментированные краски. Пигменты как основной материал для краски более дешевы, чем красители. Однако при изготовлении краски на основе пигментов требуются более высокие затраты по сравнению с красками на основе красителей. Печатные краски в большинстве случаев содержат пигменты. Важнейшее исключение составляют, например, чернила для струйной печати. Однако и в этой области существует тенденция перехода к пигментам, характеризующимся лучшей светопрочностью, закреплением на бумаге. Доля пигмента в краске составляет в зависимости от цветового тона от 5 до 30%. Большее значение в полиграфической промышленности имеют органические пигменты, которые обеспечивают краскам для триадной печати достижение желаемого цветового тона. Необходимо различать цветные и черные пигменты (сажа). Основные неорганические пигменты: белые пигменты (например, диоксид титана); металлизированные пигменты (бронза с золотым или серебряным оттенком); перламутровые глянцевые и флуоресцирующие пигменты (для красок дневного свечения). Заключение Краски, красители, красящие вещества – бездонная бочка теории и огромного опыта использования. Невероятно, но каждый цвет буквально имеет свой номер и международно утверждённую характеристику. Каждому соответствует своя технология производства и применения. Полиграфия – далеко не на самом последнем месте. Другое дело, приходится ли нам так часто заниматься этими веществами непосредственно – скорее всего, нет. Просто, мы уже приобретаем готовую краску нужного цвета и приступаем к работе. Но всё же использование красителей позволяет придать некоторые нюансы. Список использованной литературы Загаринская, Л. А. Полиграфические материалы [Текст] / Л. А. Загаринская. — М.: МПИ, 1983. — 50 с. Березин, Б.И. Полиграфические материалы; М.: Советская Россия, 2012. Миронова Г.В., Г.И.Осипова. Организация полиграфического производства: Конспект лекций. - М.: МГУП, 1998. Шапошников В.Г. Органические красящие вещества, четвертое переработанное издание. / Под ред. Б.А. Порай-Кошица. - Киев, ГИТЛ УССР, 1954. - 520 с. Орлова О. В., Фомичева Т. Н. Технология лаков и красок. — Химия, 1990. Беленький Е. Ф., Рискин И. В. Химия и технология пигментов. — Химия, 1974. |