Általános szempontok, minőségi követelmények
A pigmentek vagy színtestek azok a vízben, szerves oldószerekben, kötő-anyagokban oldhatatlan, finomszemcsézetű, por alakú, jellemző saját színárnyalatú és meghatározott tulajdonságú anyagok, amelyek kötőanyaggal rögzítve színes felületek képzésére alkalmasak.
A színezőpigmentek lehetnek egynemű (homogén) vagy összetett (keverék, elegy) anyagok
Az egynemű pigmentek meghatározott tulajdonságú és összetételű vegyületek (pl. a kadmium-szulfid, higany-szulfid, ólom-kromát, krómoxid stb.). Ezeket azonban ilyen alakban ritkán használják, rendszerint valamilyen hordozó- vagy hígítóanyaggal (szubsztrát, töltőanyag stb.) elegyítik őket, az előnyösebb felhasználhatóság érdekében (pl. baltimore-sárga, amely sulypátra csapatott ólom-kromát). A töltőanyag sok esetben javítja a pigment eredeti sajátosságait, ill. gazdaságosabbá teszi a felhasználását (pl. Kadmopon vagy kadmium-lipoton). A megfelelő hordozóanyag kiválasztása főleg természetes, ásványi eredetű földfestékeknél vagy szépített falfestékeknél fontos.
A színezőpigmenteket több szempont szerint lehet csoportosítani
- felhasználási terület szerint: pl. fal-, homlokzat-, olaj- és zománcfestékek stb. pigmentjei;
- eredetük, vegyi felépítésük alapján: pl. ásványi, mesterséges, szervetlen, szerves (vegyi), növényi, állati és egyéb eredetű pigmentek;
- színárnyalatuk szerint: pl. semleges fehér, fekete, szürke, azaz színjelleg nélküli és tarka azaz színjelleggel rendelkező, kék, zöld, sárga stb. színezőpigmentek ;
- a kötőanyaggal vagy egymással szembeni viselkedés, ill. vegyi reakcióképesség alapján: pl. semleges vagy inaktív, inert, azaz átalakulásra, vegyi reakcióképzésre nem hajlamos, és aktív, azaz reakcióképes, átalakulásra, vegyi kapcsolatok létesítésére hajlamos pigmentek;
- ásványtani, ill. kristályszerkezeti (morfológiai) szempontból: amorf (azaz nem kristályos) és kristályos (azaz meghatározott, az illető pigmentre jellemző kristályrács szerkezetű) pigmentek;
- fedő- és színezőképesség (színezőerő) szempontjából: nagy- ill. közepes fedőképességű vagy nem fedő, azaz lazúr (áttetsző festékréteg képzésére alkalmas) pigmentek, ill. nagy, közepes és gyenge színezőképességű pigmentek (egymástól való elhatárolásuk elég nehéz és nem egyértelmű, gyakorlatban kialakult fogalmak);
- vegyi felépítés, hatóanyagtartalom szempontjából: egynemű, töltő-anyagmentes, ill. töltött vagy hordozóanyagtartalmú (vágott, hígított stb.) pigmentek;
- a jellemző színező-(kromofor-) csoport alapján: azo-, nitrozó-, indant-rén, fenantrén stb. pigmentszínezékek, végül
- jellemző sajátságos viselkedés vagy tulajdonság alapján: pl. világító lumineszkáló, foszforeszkáló), hőjelző (termokolor), gombaölő (fungicid), rozsdásodásgátló stb. pigmentek.
Építőipari felhasználás szempontjából, de általában a színezőpigmentek minőségével kapcsolatban az alábbi követelményeket kell figyelembe venni:
Mechanikai szennyeződés
A színezőpigmentek nem tartalmazhatnak zavaró, idegen mechanikai szennyeződéseket (pl. papír-, rozsda-, reve-, kődarabok stb.), összeállott csomókat stb.
Csomagolás
Szennyeződés és káros átalakulás szempontjából a színezőpigmentek egyik minőségi követelménye a szabványokban előírt, gyors, kényelmes, veszteségmentes felhasználást és tárolást biztosító csomagolás.
Nedvességtartalom
A színezőpigment (a vegyileg kötött hidrát- vagy kristályvízen kívül) nem tartalmazhat a vonatkozó szabványokban engedélyezett, általában 0,3-3,0% feletti nedvességet, amely nemcsak gazdaságossági kérdés, hanem tárolás, felhasználás stb. szempontjából is igen fontos tényező. A 3°/0 feletti nedvességtartalmú pigmentek csomósodásra, összeállásra, esetleg káros átalakulásra stb. hajlamosak.
Színárnyalat, színjelleg
A pigmentek egyik fontos jellemző sajátossága, amelyet a kereskedelmi forgalomban ajánlati (etalon-) mintával (újabban szabványos színmérőszámokkal, színkoordinátákkal) jellemeznek. Az egyes szállítmányokban legfeljebb olyan színárnyalat-eltérés engedhető meg, amely a színezőpigment folyamatos felhasználását nem korlátozza. Ebből a szempontból fontos az
Egyneműség (homogenitás)
Követelménye is, azaz az egyes vagy ugyanazon szállítmányokon belüli csomagolási egységekben nem fordulhatnak elő olyan színárnyalati és egyéb minőségi ingadozások, amelyek bármilyen vonatkozásban zavaró hatásúak lehetnének.
Színezőképesség vagy színezőerő
A pigmenteknek az a jellemző sajátossága, hogy milyen mértékben képesek az összehasonlítás alapját képező (etalon) pigment eredeti színárnyalatát megváltoztatni. Általában a rutil-rács-szerkezetű titán-dioxid színezőképességét veszik 100-nak (egységnek), és ehhez viszonyítják a többi pigment színezőerejét.
Pl. a horganyfehér (cink-oxid) színezőképessége 11. Ez azt jelenti, hogy adott fekete pigmenthez (pl. gázkorom), bizonyos meghatározott szürke színárnyalat elérésére, csaknem tízszer akkora tömegű (súlyú) horganyfehéret kell adagolni, mint titán-dioxidot. Ez egyben magyarázatot is ad arra, hogy pl. a titánfehér alapú festékanyagok színárnyalatának megváltoztatásához (pl. a színek keverésekor) miért kell viszonylag sokat adagolni más festékanyagokból.
Fedőképesség
A színezőpigmenteknek az a tulajdonsága, hogy milyen mértékben képesek a bevonandó felület eredeti színét takarni. A fedőképesség egysége az a legkisebb anyagmennyiség, amely 1 m2 szabványos (fekete-fehér sakktáblaszerűen kialakított kontraszt etalon) felület lefedéséhez szükséges.
Ennek nagyságát g/m2 egységben adják meg. A fedőképesség a pigmentekre jellemző sajátosságoktól (szemcsenagyság, szemcsealak, pl. gömbalak, lemezes stb. törésmutató stb.), valamint a felhasznált kötőanyag tulajdonságaitól, elsősorban törésmutatójától függ. A kevésbé fedőképes pigmenteket lazúrnak nevezik. Ezekből áttetsző (transzparens) festékek (pl. fapácok) készíthetők. A pigmentek ilyen szempontból való viselkedését az alábbi ábra szemlélteti.
A pigmentek fedőképességének szemléltetése.
a) a kréta olajban azért lazúr, mert a csekély törésmutató-különbség (0,10) hatására fénytörés gyakorlatilag nem keletkezik;
b) a kréta vizes (pl. enyves) kötőanyagban már kielégítően fed, mert a nagyobb törésmutató-különbség (0,58) hatására erősebb fénytörés keletkezik;
c) a titánfehér olajban is kiválóan fed, mert a nagy törésmutató-különbség (1,28) következtében erős fénytörés keletkezik
Fajlagos tömeg, sűrűség, keverhetőség (vagy összeférhetőség)
A pigmenteknek felhasználás szempontjából fontos sajátossága. Ha ui. a pigmentek mint kémiai vegyületek egymásra vegyi hatást gyakorolnak, akkor a színkeverés ismert törvényszerűségei nem állnak fenn, mert új vegyületek keletkeznek, amelyek színárnyalatai (és egyéb sajátosságai) merőben eltérnek a kiindulási anyagokétól. így pl. ha ólommíniumot kevernek össze litoponnal, akkor nem világosabb árnyalatú rózsaszínes vörös elegy, hanem jellegtelen szürke tömeg keletkezik. Ennek oka, hogy a két pigment vegyileg hatott egymásra és fekete színű ólom-szulfid jött létre.
Egyes pigmentek a napsugárzás hatására hátrányosan reagálnak egymásra, ill. napsugárzás jelenlétében a pigment olyan káros átalakulást szenvedhet, amely rendeltetésszerű felhasználásra, és így összekeverésre is teljesen alkalmatlanná teszi. Ez a jelenség a fotokémiai aktivitás. Ilyen tulajdonságú pigmentkeverékek pl. a párizsi kék – horgany fehér, titánfehér – szerves pigmentszínezékek stb. Az építőiparban használatos színezőpigmentek egymással való keverését új színárnyalatok létrehozása céljából éppen ezért körültekintéssel kell végezni
Fényállóság (napfényállóság, színtartóság)
Igen fontos követelmény, elsősorban kültéri, közvetlen napsugárzás hatásának kitett igénybevétel mellett (pl. homlokzatok), hogy a pigmentek színüket ne veszítsék el, azaz ne fakuljanak ki. Ezen a téren, a bevezető részben leírtak alapján, fokozott követelményeket kell támasztani az építőipari célra alkalmas pigmentekkel szemben. Ezt egyrészt az is indokolja, hogy általában világszerte nagy tömegben terjedtek el a szintetikus (helytelenül szerves vagy anilin stb.) pigmentszínezékek. Ezek közül sok olyan akad, amely már néhány órai napsugárzás hatására elveszíti színét, de legnagyobb részük néhány hónap alatt hátrányos változást szenved.
Pl. a „kiváló napfényállóságúnak” hirdetett gyártmányok tartóssága is legfeljebb 1 -4 évre tehető, amely az építőipar szempontjából nem kielégítő. Itt természetesen figyelembe kell venni a klimatikus viszonyokat, a napsütéses órák számát, a napsugárzás erejét (intenzitását) stb. (Ugyanis elképzelhető, hogy Angliában vagy a skandináv államokban pl. a Heliogénblau márkaelnevezésű, „kiváló napfényállóságú”-nak propagált pigmentszínezék egy épülethomlokzaton 10- 12 évig is megőrzi szinte változás nélkül a színét, de hazánkban ugyanaz legfeljebb 2-3 évig, ami a légköri viszonyokkal magyarázható. Alapvető követelmény tehát, hogy a kültéri igénybevételnek kitett színezőpigmentek a napsugárzás (ill. kozmikus sugarak) roncsoló hatásával szemben ellenállóak legyenek.
Szemcse finomság (diszperzitás)
Egy bizonyos határértékig minél kisebb szemcsékből áll az illető pigment, annál nagyobb fedőképességű (és egyéb előnyei is vannak). Minden pigmentre jellemző egy szemcsenagyság, amelynél fedőképessége a legkedvezőbb, és színárnyalata a legélénkebb. A színezőpigmentek szemcseeloszlását, ill. a legnagyobb szemcseátmérőt és mennyiségét általában szabványok írják elő.
A pigmentek szemcsenagyságával és sűrűségével függ össze az ún. kiúszás vagy szételegyedés jelensége, amely pigmentkeverékek, általában olaj- és zománcfestékek esetében stb. lehet zavaró. Falfestékeknél ez ritkán okoz problémát. A jelenség lényege, hogy az igen kis szemcseátmérőjű (0,1- 1,5 ezred mm) és kis sűrűségű pigmentek kiúsznak a festékréteg felületére, és közelről vizsgálva, jellemző, az eredeti színárnyalattól elütő rajzolatokat hoznak létre. Ilyen pigmentkeverék a krómzöld, amely krómsárga és párizsi kék elegye.
Vízben oldható rész
Gyakorlatilag mindegyik pigment tartalmaz olyan járulékos, vízben kioldódó sókat vagy egyéb szennyeződéseket, amelyek egy bizonyos határérték felett már zavaróak lehetnek, mert esetleg felületi sókivirágzást, foltosodást, térképszerű rajzolatok kialakulását idézik elő. Különösen a vegyi, valamint a természetes, ásványi eredetű pigmenteknél fordul elő, hogy a megengedettnél nagyobb mennyiségben tartalmaznak vízben oldódó szennyeződéseket. Általában 0,5-1,0% felett már vízoldható szennyeződés zavaró hatású lehet. Ehhez hasonlóan fontos minőségi szempontból a szerves színezék-tartalom kioldódása.
Gyakran fordul elő, hogy különlegesen értékes, nemes pigmentek színárnyalatát szerves színezékkel teszik élénkebbé, vagy szerves pigmentszínezékekkel elegyítik. Ez gyakorlatilag „hamisítás”, mert kültéri igénybevétel esetén a szerves színezékek elroncsolódnak, és a nemes pigment színjellege hátrányosan megváltozhat. Ennek ellenőrzése céljából kevés színezőpigmentet egy kémcsőben acetonnal, ciklohexanonnal, esetleg nitrohígítóval kell kezelni, majd ülepedni hagyni. Ha a pigment teljes leülepedése után az oldószer elszíneződik, akkor az szerves színezéket (vegyi pigmentszínezékeket) tartalmaz.
Hőállóság
Az építőiparban használatos pigmenteknél ez a követelmény ritkán, esetleg beégető zománcfestékek esetében vagy közvetlen nagy hősugárzásnak, felmelegedésnek kitett helyeken merül fel (pl. hőerőművek, melegüzemek, kazánházak, gázkonvektorok, fűtőtestek stb.). Egyes színezőpigmentek, helyesebben szerves pigmentszínezékek már 170 °C felett szublimációra (szilárd halmazállapotban való elpárolgásra) hajlamosak.
Lúg-, mész-, cement-, vízüvegállóság
Ezek gyakorlatilag azonos követelmények. Az építési munkák területén használatos pigmentek legtöbbször a falszerkezetek, a vakolatréteg, mész- és cementhabarcsok, a betonfelület, az azbesztcementlemez stb. lúgos kémhatásának vannak kitéve, s így alapvető követelmény, hogy ennek következtében elszíneződést vagy káros átalakulást ne szenvedjenek.
Lúgos hatásra átalakulnak, ill. elroncsolódnak (pl. a citromsárga kadmium-szulfid, krómsárga, krómzöld, párizsi kék, baltimore-sárga, mangánkék, továbbá egyes szerves pigmentszínezékek stb.). Néhány pigment hatóanyaga, bár lúgálló, a hordozóanyagokkal, pl. a vízüveggel jellemző vegyi reakcióba lép, amelynek következtében zavaró sókivirágzás keletkezik. Ilyenek pl. a gipsztartalmú pigmentek, pl. oxidpompeji-vörös stb.
Savállóság
Követelménye ritkábban merül fel, de ipari üzemekben, akkumulátor-helyiségekben, egyszóval, ahol savgőzökkel, savas hatásokkal számolni kell, ott csak saválló pigmentek, ill. azzal készült festékanyagok használhatók fel.
Ülepedési hajlam
A pigmentszemcsék sűrűsége, szemcsenagysága, alakja, csomósodási hajlama, de elsősorban a kötőanyag belső súrlódása, azaz folyékonysági állapota (viszkozitása), hőmérséklete stb. befolyásolja. Ez az építőiparban használt falfestékek igen fontos tényezője, mert ilyen célra viszonylag durva szemcsés, ülepedésre fokozottan hajlamosabb pigmenteket, ill. töltőanyagokat használnak (pl. bécsi fehér, budai föld, ásványi színezőpigmentek stb.), s emiatt esetleg a festékszuszpenzió szétfajtázódása stb. következik be, amely színárnyalati eltérésekhez, foltosodáshoz, azaz festéstechnikai hibákhoz vezethet. Újabban ennek elkerülésére egyre több festékanyaghoz ülepedésgátló, esetleg tixotropizáló (a festék szuszpenzió megdermedését előidéző) adalékokat elegyítenek, amelyek egyben növelik tárolhatósági idejüket is.
Csomósodási hajlam
Egyes pigmentek a tárolás során – esetleg vegyi átalakulás miatt – csomósodásra, összeállásra (rögösödésre, gombásodásra stb.) hajlamosak. Jellemző példa erre a horganyfehér, azaz cink-oxid, amely a levegő szén-dioxidját megköti, s eközben cink-karbonáttá alakulva csomókat képez. Ez a jelenség elsősorban falfestékek készítéséhez használatos pigmenteknél lehet fokozottan zavaró. Sok esetben a színezőpigment csomósodása káros átalakulásra utal, s emiatt esetleg nem is használható fel.
Nedvesíthetőség, diszpergálhatóság
Az építési munkák területén a pigmentek jelentős részét színes habarcsok, betonkeverékek, falfestékek készítésére stb., tehát vizes közegben használják fel. Az e célra alkalmas pigmentek, töltőanyagok stb. igen fontos követelménye, hogy vízzel jól nedvesíthetők, ill. diszpergálhatók, azaz egyenletesen szétoszlathatók legyenek.
Újabban az egyes építőipari célra alkalmas pigmenteket külön vegyi felületkezeléssel látják el, hogy könnyen diszpergálhatók legyenek (pl. az ún. felületkezelt oxidpigmentek, ill. cementpigmentek). Ilyen szempontból előnyös a színezőpaszták használata is.
Olajszám
Kizárólag a festék gyártáshoz, az olaj- és zománcfestékek készítéséhez, felhasznált színezőpigmentekre jellemző. Az olajszám az a rendszerint grammokban kifejezett lenolaj-mennyiség, amely 100 g pasztaszerű, ill. mázolásra kész folyékonyságú festékanyag előállításához szükséges. Az olajszám az egyes pigmentekre adott határokon belül jellemző érték.
Szárítási (szikkativáló) hatás
Egyes aktív pigmentek ui. a kötőanyagokkal vegyi reakcióba lépnek (elszappanosodnak), azaz olyan fémszappanokat képeznek, amelyek az oxigénfelvétellel száradó festékanyagok száradását gyorsítják, vagyis vegyi katalizátorként (a folyamat végbemenését elősegítő adalékként) viselkednek. Az ilyen tulajdonságú fémszappanokat szikkatívoknak (helyesebben szikkatívumoknak), szárítóknak nevezzük.
Ezek pl. az ólom-mínium, ólomfehér, cink-oxid, mangánfekete stb. Mérgező, emberi szervezetre ártalmas hatásúak. A felhasználás szempontjából igen fontos tényező az egyes pigmentek mérgező hatása. Általános irányelv, hogy minden olyan esetben, amikor erre lehetőség van, a mérgező hatású pigmenteket ártalmatlan vagy kevésbé ártalmas pigmentekkel kell helyettesíteni. Egyes esetekben a színezőpigmentek mérgező hatása külön követelmény. Ilyenek pl. a gombásodást, penészedést vagy pl. a hajófenék-lemezeken az algák megtelepedését megakadályozó (fungicid, algicid vagy antivegetatív) pigmentek.
Minőségingadozásra vonatkozó kitételek
A színárnyalat és más fontos minőségi jellemzők zavaró mértékű ingadozást ne mutassanak. A minőségi követelmények még megengedhető legnagyobb eltérését általában a vonatkozó anyagszabványok rögzítik.
A színezőpigment olyan színtartóságú legyen, hogy eredeti színjellegét egy bizonyos ideig feltétlenül őrizze meg
Az előbbi tartóssági követelmények egyáltalán nem megalapozatlanok; a jelenleg rendelkezésre álló nagy termékválaszték ui. erre lehetőséget ad. Nem a nagy színezőerejű és élénk színárnyalatokban gyártható szerves pigmentszínezékeket kell pl. homlokzatfestés céljára felhasználni, hanem azokat a nagy tartósságú, szervetlen pigmenteket (pl. króm-oxidzöld, króm-oxidhidrátzöld, nikkel-titanátsárga, kadmiumnarancs, vas-oxidpigmentek, kobaltkék, ultramarin stb.), amelyek a színjelleg megváltoztatása nélkül évtizedekig kitehetők a kültéri igénybevételnek.
A homlokzatképző nemes pigmentek színjellege idővel jelentéktelen mértékben (10-25%) változik. Ezt azonban nem az anyagukkal összefüggő sajátosságok idézik elő, hanem a légköri szennyeződések, ill. a mállasztó tényezők hatására kialakult lepedék képződés a homlokzaton stb.
Lúgosságra való érzékenységre vonatkozó kitételek
A színezőpigmentek a falszerkezetek, habarcsok, mész, cement, vízüveg stb. lúgosságára ne legyenek érzékenyek, ill. ne változtassák meg színüket, legalább pH 10-11 lúgosságig teljesen ellenállók legyenek.
A pigmentek nem tartalmazhatnak bizonyos járulékos szennyeződéseket
Nem tartalmazhatnak pl. vízoldható sókat, anilin-színezékeket stb., amelyek a felületen, kioldás útján, sókivirágzásokat, foltosodást, egyszóval a tervezett színjelleg megváltozását idézhetnék elő. Hasonló követelmény, hogy ne lépjenek vegyi reakcióba hidraulikus kötőanyagokkal (mész, cement, gipsz stb.) sem. Homlokzatfestés és felületképző habarcsok színezésére csak azok a pigmentek alkalmasak, amelyeknek vízben oldható sótartalma 0,3, de legfeljebb 0,5% alatt van, és szerves színezéket, ill. pigmentszínezéket nyomokban sem tartalmaznak.
Szabványokra vonatkozó kitételek
A színezőpigmentek a szabványelőírásokban, vagy azok hiányában az etalonminta alapján rögzített fedőképességgel, színjelleggel (színárnyalattal) és színezőerővel, szemcseeloszlással és sűrűséggel, célszerűbben fajlagos tömeggel rendelkeznek. Ugyanazon pigmentre az előbbi jellemzők értékei, szállítmányonkénti és egységenként, 5-6% feletti eltérést nem mutathatnak.
Diszpergálhatóságra vonatkozó kitételek
Alapvető követelmény, hogy a színezőpigment vízzel jól nedvesíthető és a kötőanyagban egyenletesen diszpergálható (szétoszlatható) legyen. Gyakran egyes pigmentek a gyártáskor olajos kezelést kapnak (a színárnyalat elmélyítése, élénkítése céljából), ami egy bizonyos mérték felett megnehezíti a pigment falfestékekbe, habarcsokba való elkeverését, diszpergálását. Szükség esetén ilyenkor nedvesítőszereket kell a kötőanyaghoz adagolni.
Kiszerelésre vonatkozó kitételek
A színezőpigmentek olyan egységcsomagokban kerüljenek forgalomba, amelyek lehetővé teszik veszteségmentes, gyors, ésszerű, biztonságos kezelésüket és tárolásukat. Ez a követelmény nemcsak műszaki, hanem gazdaságossági szempontból is jelentős követelmény.
A színezőpigment ne legyen hajlamos penészedésre, ill. szerves bomlásra
Ez igen ritkán, elsősorban természetes ásványi eredetű, földpigmenteknél fordulhat elő, ha azok kevés szerves szennyeződést (pl. humuszsavakat stb.) tartalmaznak. Az ilyen pigmentek esetleg penésztelepek, mohák, algák stb. táptalajává válhatnak. Erre a gyakorlatban több példa fordult már elő, nedvességnek kitett, északi fekvésű homlokzatok vakolatán, ill. festékbevonatán.
Elegyíthetőségre vonatkozó kitételek
Fontos követelmény, hogy ugyanazon rendeltetési, ill. felhasználási célra forgalomba hozott színezőpigmentek (pl. beltéri falfestési munkák pigmentjei, cementpigmentek, homlokzatfestési célra alkalmas színezőpigmentek stb.) egymással, a fizikai színkeverés törvényszerűségei alapján, elegyíthetők legyenek, azaz egymásra káros vegyi hatást ne gyakoroljanak. Sok esetben ezt természetesen nem lehet elérni, de szűkebb felhasználási területen lehetőség van rá. A gyártó, forgalmazó vállalatoknál viszont megkövetelhető, hogy a pigmentek egymással való elegyíthetőségének esetleges feltételeit ugyanazon termék-, ill. gyártmánycsoporton belül felhasználási utasításban közöljék.
Egyéb paraméterekre vonatkozó kitételek
Egyéb vonatkozásban (pl. hő- és savállóság és ehhez hasonló) különleges követelmények nem támaszthatók. Ilyen esetben sajátosságait alapul véve kell az igénybevételre alkalmas pigmentet kiválasztani. Ugyanezt kell figyelembe venni a mérgező hatás szempontjából, ill. a pigmentek egészségvédelmi szempontból való kiválasztásakor is. Általános irányelv, hogy minden olyan esetben, amikor erre lehetőség van, a mérgező pigmenteket teljesen ártalmatlan vagy kevésbé ártalmassal kell helyettesíteni. (Pl. a mérgező baltimore-sárga használata falfestékhez ma már nem indokolt.)