Organik Pigmentler
Pigmentler esas olarak boya, mürekkep, plastik, tekstil sanayilerinde yaygın olarak kullanılsa da daha başka sektörlerde de kullanılmaktadırlar.
Ancak pigmentin daha iyi anlaşılması daha efektif olarak kullanımları için faydalıdır. Bu makalenin amacı, bir pigmentin tanımını ve pigment teknolojisinin tarihine bir bakış açısı kazandırmaktır.
Var olan pigment ailelerini geniş terimlerle tanımlamak ve bu pigment ailelerinin özelliklerini
belirtmektir.
Pigment kelimesi, Latince “Pingere” kelimesinden türetilmiştir, boyamak için ve başlangıçta istenen tutarlılıkta kaplama gücü ve görünümüne sahip bir boya vermek için bir ortama eklenen katı malzemelerle sınırlandırılmıştır.
Bu tanım uzun zamandan beri mürekkeplerde, kauçukta, plastiklerde ve diğer birçok
ortamda benzer amaçlar için kullanılan malzemeleri içerecek şekilde genişletilmiştir.
Karışıklığa ek olarak, aynı kelime hayvan veya sebzelerde herhangi bir renklendirici maddeyi tanımlamak için de kullanılır. Burada sadece endüstriyel uygulamalarda kullanılan
pigmentleri ele alacağız.
Endüstriyel olarak, bir pigment, ince bir şekilde bölünmüş çözünmez siyah, beyaz veya renkli katı malzemedir; bunun önemli bir işlevi, kullanılacağı ortamın görünümünü iyileştirmek veya renk vermektir. Pigmentler ve diğer bileşenler basit fiziksel karışım
yoluyla bir araya getirilir ve bir pigmenti bir boyar malzemeden (dye’lardan) ayıran bu özelliktir.
Pigmentler ve boyar malzemeler genellikle aynı temel yapı taşlarından türetilir, onları ayıran temel kriterler, boyar malzemelerin dahil edildikleri ortamda çözünür olmaları ve pigmentlerin olmamasıdır.
Çok sayıda pigment ve boyar malzeme var olduğundan bunları sınıflandırıcı bir sistemin kurulması gerekli olmuştur. Bu sistem İngiltere merkezli “Society of Dyers and Colourists” organizasyonu ve Amerikan “American Association of Textile Chemists and Colorists” organizasyonlarınca “Renk İndeks” (Color Index) sistemi olarak oluşturulmuştur.
Renk İndeks sistemi içinde her bir endüstriyel olarak mevcut ürün “C.I. Generic Name” ile sınıflandırılmaktadır. Bunlar aşağıda verildiği gibi ana gruplara bölünmüşlerdir:
• Asid boyar malzemeler,
• Azoik bileşenler ve karışımlar,
• Bazik boyar malzemeler,
• Geliştiriciler,
• Direk boyar malzemeler,
• Dispers boya malzemeler,
• Flüoresan parlatıcılar,
• Gıda boyar malzemeleri,
• Ingrain boyar malzemeleri,
• Mordant boyar malzemeleri,
• Tabii boyar malzemeler,
• Oksidasyon bazları,
• Pigmentler,
• Reaktif boyar malzemeler,
• İndirgeyici ajanlar,
• Solvent boyar malzemeler,
• Sülfür boyar malzemeler,
• Vat boyar malzemeler.
Her bir ürün bir “C.I. Generic Name” ve özelliğini tanımlayan terim içerir, örneğin: Pigment Red 3 gibi.
Bu makalede özellikle endüstriyel amaçlı kullanılan renkli organik pigmentleri ele alacağız.
Pigment türlerini ve özelliklerinin nasıl ilişkili olduğunu anlamak amacıyla, bunlar Klasik Pigmentler ve Yüksek Performanslı Pigmentler olarak temel bir bölünürler.
Tanım yanıltıcı olabilir, çünkü Klasik olarak adlandırılan bazı pigmentler şüphesiz Yüksek Performans pigment özelliklerine sahiptir, (en önemli örnek Phthalocyanine pigment grubudur).
Tersine, Yüksek Performans olarak adlandırılan bazı pigmentler, Klasik pigment yapılarının kompleks uzantıları olarak düşünülebilir (Naftol (Pigment Red 170) pigmentleri).
Bununla birlikte, normalde, bir Organik Pigmentin Klasik veya Yüksek Performans olarak tanımlanıp tanımlanmadığını belirleyen performans kriterleridir.
Bazı yönlendirici prensipleri anlamakta fayda var! Pigment ailelerinin kimyasının yol gösterici ilkeleri, elbette temel yapı taşlarının mevcudiyeti, maliyeti ve son molekülün sentezlenmesinde yer alan adımların sayısı ile de ilgilidir.
Molekül ağırlığı (M.W.) ve dolaylı olarak karmaşıklığı arttıkça, çözücü haslığı özelliklerinin de artması elbette sağlam bir prensiptir.
Monoazo pigmentlerinin (340-400) ortalama molekül ağırlıklarının Diazo pigmentlerine (600 – 830) oradan da Azo Yoğuşma pigmentlerine (900 – 1200) artışı bu eğilimi oldukça açık bir şekilde göstermektedir.
Bununla birlikte, bu genellikle en önemli faktör değildir. En önemli faktör neredeyse kesinlikle molekülün mimarisidir. Çözünmezliği sağlamak için en yaygın kullanılan gruplar, bir amido (CONH) grubu olarak birlikte ortaya çıkabilen veya Quinacridone’da olduğu
gibi molekülün farklı kısımlarında bulunabilen CO ve NH gruplarıdır.
Bu açıdan yaygın olarak kullanılan Klasik Azo Pigmenti, C.I. Pigment Red 3’ü (C17H13N303;
M.W. = 307) ve Yüksek Performanslı Quinacridon Kırmızısı (C20H12N20z; M.W.= 312) pigmentini karşılaştırmak ilginçtir.
Birincisi, çoğu çözücüde önemli ölçüde kanar, ikincisi, stratejik olarak yerleştirilmiş olan
CO ve NH grupları sayesinde tüm yaygın çözücülerde neredeyse çözünmez. Hidrojen bağı gibi artan moleküller arası kuvvetler de erime noktasını yükseltir ve dolayısıyla bir pigmentin kullanılabileceği uygulama aralığını arttırır.
Bu daha temel olarak kararlı molekül türlerine ulaşmak için, tüm üretim prosedürünün çok daha karmaşık olması hayatın talihsiz bir gerçeğidir.
Tarihsel Gelişmeler
Yüksek Performanslı Pigmentler ve Klasik Pigmentler arasındaki bu ayrım, beklendiği gibi, tarihsel gelişimle de ilgilidir.
Yaygın Klasik Pigment formlarının çoğu İkinci Dünya Savaşı’ndan önce geliştirilmiştir; ancak
o zamandan beri daha karmaşık kromoforik yapılar ticari ürünler olarak satıldı. Organik pigmentlerin tarihsel gelişimi aşağıda özetlenmiştir:
Klasik Pigmentler
Klasik pigmentlerin ilk gelişmeleri 1800’lerin ortasında sentetik boyar malzemelerin gelişmeleri ile başlar ve ilk üretilen pigmentler “Lake Red C” ve Toluidin Kırmızısıdır. En yaygın Klasik Pigmentler AZO bileşenleridir (N=N kromofor içeren bileşenler).
Başlıca Klasik Organik Pigment Grupları:
I- Neutral AZO Pigmentleri:
1- Neutral AZO Pigmentleri -MONO AZO!lar olarak tanımlanır. Bunların dağılımları:
a. Mono Azo Pigmentler:
i. Arylamid Sarıları,
ii. Naphtol AS Kırmızısı,
iii. Beta Naphthol Kırmızıları.
b. Disazo Pigmentler:
i. Diarylid Sarılar,
ii. Pyrazolon Kırmızısı ve Oranjı.
2- Metal Tuz Tipi Pigmentler:
a. Arilamid Sarısı,
b. Naphtol AS Kırmızısı,
c. Beta Naftol Kırmızıları.
II- Bakır Phthalocyaninler ve Türevleri:
a. Phthalocianine Mavi,
b. Phthalocyanine Yeşil.
III- Bazik Boyar Malzeme Kompleksleri:
a. Çifli / Üçlü Tuz Kompleksleri,
b. Bakır Ferrocyanine Kompleksleri.
Yüsek Performans Pigmentleri
Günümüzde var olan Yüksek Performanslı Pigment serileri, çeşitli pigment üretiminin, phthalocyanine Mavi ve Yeşil pigment grubu tarafından sergilenen mükemmel özellikleri diğer tüm renkler için yeniden üretme girişimleri olarak düşünülebilir.
Klasik Pigmentlerde olduğu gibi, bu yapıların her birini ayrı bir pigment ailesi olarak düşünmek yararlıdır, ancak mükemmel özelliklere ulaşmanın genel amacı nedeniyle, aileden aileye çok farklı özellik özellikleri yoktur.
Ayrıca, normalde farklı tedarikçilerin birçoğu tarafından sunulan Klasik Pigmentlerin aksine, farklı Yüksek Performanslı Pigment türleri, şirketlerin her birinin kimyasal uzmanlığına bağlı olarak, tedarikçi başına birkaç taneyle sınırlı olma eğilimindedir.
Aşağıdakiler, günümüzde mevcut olan yüksek performanslı pigmentlerin ana gruplarıdır:
• Kompleks Naphtholler,
• Benzimidazolonlar,
• Azo Kondensasyonlar,
• Anthraquinone ve Perinine,
• Quinacridonlar,
• İzoindolinonlar / İzoindolinler,
• Diaxozineler,
• Metal Kompleksler,
• Perylenler,
• Tioindigoidler,
• Diketo Pyrrolo Pyrrol.
Özel Pigment Formları
Klasik Organik ve Yüksek Performans Pigmentleri harici özel pigment tipleri de mevcut olup bunları aşağıdaki gibi tanımlayabiliriz:
• Fluoresan Pigmentler,
• Metalik Pigmentler:
Alüminyum pigmentler,
Altın ve Bronz pigmentler.
• Sedef Pigmentler.
Sonuç
Bu makale kapsamında ele alınmamış olan renkli pigment grupları içinde bulunan inorganik pigmentler olan krom ve molibdat ile kadmiyum pigmentlerinin kullanımları olumsuz çevresel özellikleri nedeniyle kullanımdan kalkmaktadır.
Bunların tüketim miktarları yıldan yıla düşmektedir. Klasik organik pigmentler ile Yüksek Performans pigmentlerinin kullanımı ise düzenli olarak artmaktadır.
Ancak Klasik organik pigment ve yüksek performans pigmentlerinin kullanımları karşılaştırıldığında yüksek performans pigmentlerinin kullanımı klasik organiklere nazaran sınırlı kalmaktadır.
Bunun başlıca nedenleri birim fiyatlarının yüksek olmasının yanında özellikle OEM boyalarının çok büyük oranda doğrudan dışarıdan temin edilmeye başlamasıdır. Yüksek performans pigmentlerinin birim fiyatları özellikle son 10 hatta 20 yıl içerisinde ciddi boyutlarda inmiş olsa da ayrıca klasik organiklere göre renk şiddetlerinin daha zayıf
kalması nedeniyle hala daha yüksek maliyetler yaratmaktadırlar.
Doç. Dr. Gürses Öner
Bölge Satış Müdürü
Sudarshan Chemical Undustries Ltd.
