فهرست

مقدمه : 3

سولفوريك اسيد + آنيلين 3

فصل 1 5

رنگ و حالت الكتروني مولكولها 5

1 – رنگ 6

فصل 2 8

شيمي رنگ 8

فصل 3 13

انواع رنگدانه ها 13

1- تيتانيوم دي اكسيد ( Tio2  ) 14

حداقل درصد 17

شناسايي دي اكسيد تيتانيوم : 18

مشخصات فني فسفوسيليكات سرب ( تري بازيك ) 29

رنگدانه هاي كرومات سرب: 30

– طرز تهيه كروماتهاي سرب و ساير نمكهاي سرب: 31

سيليكو كرومات سرب بازي: 33

رنگدانه موليبدات  (MOLYBDATE): 35

رنگدانه هاي بر مبناي كادميم: 36

سميت رنگدانه هاي كادميم : 37

كرومات روي : 38

-نقش كرومات روي در مقابله با خوردگي فلزات 39

تتراكسي كرومات روي : 42

كرومات استرانسيم : 43

اكسيد هاي آهن 44

سياناميد سرب : 57

اكسيد كروم : 58

آبي اولترامارين ( ابي لاجورد ) : 60

آهن  آبي ( آبيهاي پروس) : 61

سميت آهن آبي ( آبيهاي پروس ) : 62

سرولئان – كرولئان 62

اكسيد آهن سياه: 63

رنگدانه هاي آلومينيومي : 63

رنگدانه هاي برنز : 64

فصل 1 – رنگ و حالت الكتروني مولكولها 65

1 – رنگ 65

فصل 2 – شيمي رنگ 71

1 – طبقه بندي مواد رنگي 71

رنگها 76

فصل 3 – انواع رنگدانه ها 79

تيتانيوم دي اكسيد ( Tio2  ) 79

سمي بودن دي اكسيد تيتانيوم 81

حداقل درصد 83

شناسايي دي اكسيد تيتانيوم : 84

– مشخصات سشيميايي كرومات هاي سرب : 114

طرز شناسايي كروماتهاي سرب: 126

5-2-3-3- رنگدانه موليبدات  (MOLYBDATE): 126

6-2-3-3- رنگدانه هاي بر مبناي كادميم: 127

كادميم ليتوپون 128

سميت رنگدانه هاي كادميم : 129

7-2-3-3- كرومات روي : 129

خواص ضد خورندگي كرومات روي در آب و محلولهاي نمكي 142

9-2-3-3- كرومات استرانسيم : 144

ه – مشخصات فني اكسيد هاي آهن :‌ 155

سرولئان – كرولئان 200

دوده چراغ يا دوده گياهي : 202

خواص ظاهري رنگدانه : 218

24-2-3-3-مشخصات فني اكسيد جيوه: 227

 مقدمه :

 تاريخچه – امروزه از رنگهاي طبيعي به ندرت استفاده مي گردد زيرا به كمك روشهاي سنيتك رنگهاي ايده آلي از نظر كمي و كيفي توليد ميشوند و چون ساختمان اصلي آنها را آروماتيكها تشكيل ميدهند بنابراين ازذغال سنگ و نفت به عنوان مهمترين منابع طبيعي و اوليه براي آنها محسوب ميشوند . بيش از يك قرن است كه رنگهاي آلي و مصنوعي براي بشر شناخته شده است . در سال 1856 وقتي شيميدان 18 ساله انگليسي به نام ويليام هندي پركين سعي ميكرد كينون راسنتز نمايد به جاي محصول سفيد رنگي كه او انتظار داشت يك ماده بد  شكل سياه رنگ توليد نمود كه برايش قابل توجه و قابل مطالعه بود . از استخراج اين ماده رنگ ارغواني زيبايي به نام ماوين بدست آمد كه بر حسب تصادف كهنه نخي كه در كنار ميز آزمايش او قرار داشت توسط آن رنگي گرديد و اين ماده تا آن زمان تنها ماده رنگي بود كه از واكنش شيميايي حاصل شده و جزو رنگهاي گياهي و ظبيعي نبود و بدين سان تحول بزرگي در تهيه مواد رنگي آلي شروع گرديد واكنش تهيه رنگ مزبور بصورت زير است :

 سولفوريك اسيد + آنيلين

اين رنگ چنانچه بعدا خواهيم ديد به دليل وجود گروه آزين ( Azine  ) جزو اين نوع شيميايي ميباشد ولي در آن زمان به دليل تهيه اش از آنيلين رنگ آنيلين نامش نهادند .

پرييكن رنگ بالا را در كارخانه اي نزديك لندن از قطران ذغال سنگ در مقياس صنعتي تهيه نمود البته قبل از آن در آزمايشگاه از اثر پتاسيم دي كرومات و سولفوريك اسيد بر آنيلين ناخالص آنرا سنتز نموده بود از انجائيكه اين رنگ در رنگرزي مزاياي فراواني نسبت به ديگر رنگهاي طبيعي ، از نظر روشني و ثبات داشت در اندك زماني توجه رنگرزها را بخود جلب نمود . پريكن و دوستانش علاوه بر تهيه رنگ بالا فرايند ساده رنگرزي با تانيك اسيد را نيز ابداع كردند و بالاخره بعد از مدتها تحقيق و بررسي اولين كارخانه رنگسازي توسط او تاسيس و به مرحله توليد رسيد .

از انجا كه در آغاز اغلب رنگهاي مصنوعي اوليه از انيلين ساخته ميشدند و انيلين در آن زمان فقط از منبع قطران ذغال سنگ تهيه ميشد اينگونه رنگها به رنگهاي آنيلين و رنگهاي قطران ذغال سنگ معروف بودند هر چند كه بعضي از اين رنگها از آنيلين نيز مشتق نشده بودند . امروزه كلمه رنگهاي مصنوعي با سينتيك ترجيح داده ميشوند زيرا ديگر امروزه رنگها لزوما از منابع اوليه ذغال سنگ تهيه نميشوند . بلكه منابع نفتي ( نفت خام و گاز طبيعي ) بجاي آن جايگزين شده و اين تعويض عمدتا در اثر جايگزيني گاز ذغال با گاز طبيعي در كشورهاي صنعتي انجام گرفت .

در تهيه رنگها از نظر كلي فرايند عمومي زير دنبال ميشود :

                                                                                                    نفت

مواد اوليه (هيدروكربنهاي آروماتيك)                                    منابع طبيعي

                                                                                                                     زغال سنگ

                               مواد حد واسط

         رنگها

فصل 1

رنگ و حالت الكتروني مولكولها

1 – رنگ

        رنگ نمودي از تاثير متقابل نور مرئي و ماده است و ماده به اين ترتيب رنگي به نظر ميرسد . خود پدييده ديد نيز نتيجه جذب نور توسط شبكيه چشم ميباشد . جذب نور سبب ميشود كه ساختمان پروتوئينهاي چشم در اثر يكسري واكنشهاي شيميايي تغيير يابد و يك رديف پاسخهاي شيميايي داده شود و درنتيجه ، علامت دريافت شده بوسيله عصب نوري به مغز انتقال مي يابد .

       تابش نور سفيد به ماده بر حسب ساختمان و حالت سطحي ماده با پديده هاي زير پاسخ داده ميشود :

 الف : تمامي پرتوهاي تابيده شده بازتاب يا پخش ميگردند بدين ترتيب ماده سفيد به نظر ميرسد .

ب : تمامي پرتوها جذب ميشوند ، ماده سياه به نظر ميرسد .

ج : قسمتي از پرتو ها بطور انتخابي جذب ميشوند ماده رنگي به نظر ميرسد .

        بايد تصريح كرد كه نور سفيد منتشر شده توسط خورشيد تابشهاي الكترو مغناطيسي در ناحيه 400 تا 800 n m  را در بر ميگيرد . در دو سوي طيف مرئي نور از تابشهاي غير مرئي براي چشم انسان تشكيل يافته است طول موجهاي بيشتر از 800 n m  نور در ناحيه زير قرمز (I R  ) و طول موجهاي كمتر از 400 n m  در ناحيه فرا بنفش ( U V  ) قرار دارد . بنابر اين رنگ هر جسم يك حالت ويژه از پديده اي بسيار عمومي ، يعني پديده جذب انتخابي است .

       در داخل حوزه مرئي ، نوارهاي خيلي باريك طول موجها به رنگهاي كاملا معين مربوط ميگردند . اين رنگها نه تنها از ايجاد نوري با طول موج كاملا مشخص ناشي ميشوند بلكه آنها از نور سفيدي كه توسط جذب پرتوي كه طول موج رنگ مورد نظر را در بر نداشته باشد نيز حاصل ميگردند بدين ترتيب است كه بر اثر جذب « رنگهاي تكميلي » ما رنگها ياجسامي كه ما را احاطه كرده اند مي بينيم جدول زير رنگهاي جذب شده و دريافت شده را نسبت به طوول موج نور جذب شده نشان ميدهد .

      رنگ جذب شده  رنگ دريافت شده      طول موج دريافت شده    طول موج جذب شده به n m

بنفش                   زرد آبي          n m             435 – 400

آبي                     زرد                         480 – 435

سبز – آبي             پرتقالي ( نارنجي )           490 – 480

آبي – سبز             قرمز                          500 – 490

سبز                    ارغواني                       560- 500

زرد – سبز            بنفش                         580 – 560

زرد                    آبي                            595 – 580

نارنجي                سبز – آبي                     605 – 595

قرمز                  آبي – سبز                     750 – 605

فصل 2

شيمي رنگ

            بررسي مواد رنگي از نظر شيميايي ،. بخش جالبي از شيمي كاربردي را تشكيل ميدهد به شيمي رنگ معروف است . در اين قسمت انواع تقسيم بندي مواد رنگي ، مواد اوليه ( Primaries ) مواد حد واسط (‌ Intermediates ) بررسي ميگردد .

1 – طبقه بندي مواد رنگي

       علاوه بر تقسيم بنديهاي قديمي اين مواد را به مصنوعي و طبيعي ، گياهي و غير گياهي ، معدني و آلي و غيره طبقه بندي ميكردند در تقسيم بندي جديد كه بر اساس كاربرد رنگها متكي است اين مواد بطور كلي به دو بخش عمده زيير تقسسيم بندي شده است:

I  – بيگمانها ( رنگدانه ها )‌ يا بيگمنت ها ( PIGMENTS )

II  – رنگها ( DYES )

اغلب رنگها موارد استفاده شان در صنايع رنگرزي نساجي اهميت دارند در صورتي كه بيگمانها در موارد غير رنگرزي نساجي كاربرد بيشتري دارند . هر چند كه بعضي مواقع آنچنان مرز مشخص بين ايندو بخش رنگ نميتوان تقسيم نمود .

بيگمانها ( Pigments )

بيگمانها مواد جامد تزئيني هستند كه در شكل و اندازه هاي مختلف در حلالهاي مربوط به حالت معلق تهيه و بكار ميروند . بيگمان مشتمل بر مواد سياه ، سفيد و رنگي بوده كه موارد استعمال زيادي از جمله رويه زدن ، پوشش دادن ( Surface Coating ) ، رنگرزي انبوه ( Mass Coloration ) و ديسپرسيون در هوا ميباشد . براي رويه زدن از محلواهاي آبي حاوي مواد سفت كننده مثل چسب و ساير رزين ها ، روغنهاي خشك كننده ( معمولا به همراه يك يا چند حلال آلي ) تركيبات نرم كننده ( Plastici zers  ) و غيره استفاده ميشود . در رنگرزي انبوه مواد پلاستيكي گوناگون ، پلاستيكها و الياف مصنوعي گوناگون را بكار ميبرند .

از آنجا كه بيگمانها به صورت ديسپرس مصرف ميتواند از استكل و ابعاد ذرات آنها حائز اهميت ميباشند . اغلب بيگمانها بصورت پلي مرفيك ( يعني براي ساختن و ظاهر كردن آنها بايد از مراحل مختلف گذشت ) بوده و شرايط تهيه شان بايد طوري انتخاب گردد كه فرمهاي كريستالي با اندازه ذرات ( Partical size  ) كوچك حاصل شوند در غير اينصورت اشكالاتي در فرايند رنگ زدن به وجود خواهد آمد .

        بيگمانهاي اوليه و قديمي غالبا تركيبات معدني بوده كه منشا طبيعي داشته اند ولي چون كيفيت و خواص جالبي از خود نشان نميدادند لذا به مرور زمان جاي خود را به بيگمانهاي مصنوعي و آلي دادند . نمونه هايي از بيگمانهاي عمده معدني را بصورت زير ميتوان طبقه بندي كرد :

بيگمانهاي سفيد :

بيگمانهاي قرمز : گل آخري ( ) سرنج ، ( pdo  ) ، شنگرف ( Hgs  ) و كرئمات بازي سرب

بيگمانهاي زرد و نارنجي :

بيگمانهاي آبي :  و اولترامارين ( لاجورد )

بيگمانهاي سبز : مخلوط سبز  و

موارد استفاده عمود : بيگمانهاي ياد شده در بالا عبارتند از : لاكها ، رنگهاي روغني ، ورني ، رنگهاي سلولوزي ، پلاستيكي ، وكب هاي چاپ ، رنگرزي كاغذ ، رنگ زدن سطوح آلات و ادوات ، بنا ها ، ساختمانهاي فلزي ، آهني و وسايل نقليه ، پلهاي آهني ، كشتي ها ، راه آهن و ماشينهاي كارخانجات .

        از مهمترين بيگمانهاي معدني كه امروزه به مقادير فراوان تهيه و مصرف ميشود ، اكسيد دوتبتان ( Tio2 ) است كه توسط دوروش موسوم به فرايند هاي كلرييد و سولفات از سنگهاي معدني روتايل ( RUTied  ) ، لومينيت ( Lumenite ) كه داراي %72 Tio2 هستند تهيه ميگردد .

        دراينجا مختصري در مورد رنگهايي كه  در صنايع پوشش سطوح به كار ميروند اشاره ميگردد

مواد خام لازم براي تهيه اينگونه رنگها عبارتند از :

       بيگمانهاي معدني و آلي ) صمغهاي طبليعي و مصنوعي ، روغنها ،. حلالها ،‌ مواد خشك كننده ( سيكاتيد ) و مواد نرم كننده . ذيلا در مورد هر يك از مواد مذكور شرح كوتاهي بيان ميگردد .

1- بيگمانها ( Pigments  )

2- صمغ ها ( Resins  ) : صمغ طبيعي جسمي بي شكل است كه از ترشحات بعضي نباتات مانند كاج و غيره به وجود ميآيد اين صمغ در مورد ترشح مايع است ولي در مجاورت هوا بتدريج جامد ميگردد واكنشهاي شيميايي مانند اكسيداسيون و حل نميشوند صمغهاي مصنوعي ( رزين ها ) مواد پليمري مانند پلاستيكهاي فنل فرمل ، پلي استر ، تركيبات پلي و نيل ، اپوكسي و غيره هستند  از مزاياي اين نوع رزين امكان كاربرد آنها براي منظورهاي مختلف ميباشد .

3- روغنها ( oils  ) : در اين موارد روغنهاي بزرگ ، چوب چيني ، خشخاش و غيره استفاده مينمايند .

4- حلالها ( Solvents  ) : مهمترين حلال ها هيدرو كربنهاي حاصله از نفت مانند بنزين و آروماتيكهايي نظير بنزين ، تولوئن ، گزيلنها و همچنين الكل ، كتونها و استرها ميباشد .

5- مواد خشك كننده ( سيكاتيو Driers  ) : اين مواد را به رنگهاي روغني اضافه ميكنند تا زودتر خشك شوند براي تهيه خشك كننده ها معمولا املاح بعضي از فلزات را با روغني مثل روغن برزك مخلوط و حرارت ميدهند . مثلا اگر مخلوط روغن برزك را با كربنات و يا اكسيد سرب مدتي حرارت دهند روغن برزبك زودتر خشك ميشود . علاوه بر تركيبات سرب از تركيبات منگنز و يا كبالت نيز ميتوان استفاده كرد .

6- مواد نرم كننده ( Plasticizer  ) از تركيبات مختلف براي اين منظور استفاده ميشود مانند روغن كرچك ، گليسرين ، كافور ، دي بوتيل فتالات تركرزيل و غيره .

طرز تهيه روغني – براي تهيه لاك ميتوان يك صمغ طبيعي مانند لكوفان يا يك رزين مصنوعي را در حلال مناسبي مانند الكل ، اتر و غيره حل نمود و بعد يك ماده نرك كننده نيز بآن افزوده در اينصورت اگر اين مخلوط را در روي شيئي به ضخامت كم بريزيم پس از تبخير يك ورقه نازك ضخيم تشكيل شده كه شيئ مورد نظر را محافظت مينمايد . اكنون اگر اين لاك را با يك بيگمان رنگي مخلوط كنيم و بعد روي سطوح مورد نظر بريزيم رنگ مربوطه ظاهر ميگردد .

رنگهاي روغني – از مخلوط كردن لاك روغني و بيگمانها رنگ روغني بدست ميآيد .

ورني – براي تهيه ورني ، روغن برزك را مدتي حرارت ميدهند تا قسمتي از آن به لينوكسين تبديل شود ( ماده اي كه از اكسيداسين و پليمريزاسيون روغن برزك حاصل شده و تشكيل فيلم ميدهد ، لينوكسين نامند ) . سپس مقداري خشك كننده به آن اضافه ميكنند تا خشك شدن آن تسريع گردد . حال اگر به اين مخلوط بيگمان نيز اضافه كنيم ورني رنگي بدست ميآيد .

       در خاتمه اين بحث اشاره به چند نوع رنگ ديگر نيز مفيد خواهد بود :

رنگ آبي ( مخلوط با آب ) – اگو رنگهاي معدني يا آلي نامحلول را با يك ماده صمغي مخلوط كنيم ميتوان اين مخلوط را بكمك قلم مو به محل مورد نظر ماليد .

       رنگهاي اكو وارل : اين رنگها معمولا رنگهاي غير سمي و معدني مانند اكسيد روي ، زرد كادميم ، زرد كرم ، گل آخري ، شنگرف ، آبي پروس ، اولترامالين و غيره ميباشند . آنها را با يك ماده وصل كننده مانند صمغ سريشم ، ژلاتين ، دكسترين و يا كتيررا يا زرين مصنوعي مخلوط كرده و بكمك فشار آن را تبديل به دكمه يا صفحه مينمايند و يا به آنها گليسريين افزوده و به شكل قميه در لوله ميريزند در موقع كاربرد آنرا با آب حل كرده و مصرف مينمايند .

        رنگهاي مغز مداد – مغز مدادهاي معمولي معمولا از كائولن و يك ماده رنگي و زرين مانند كتيرا ، ميتل ، سلولوز وغيره ) تهيه ميكنند سپس آنرا در مخلوطي از پيه گاو و موم ژاپني ( يا اجسام مشابه ) ذوب شده ميريزند و وسط چوب قرار ميدهند  .

       رنگهاي پاستل – كه در تابلو سازي مصرف ميشوند از مخلوط كلسيم كربنات يا گچ آلومينيم اكسيد ، ماده رنگي و صمغي مانند كتيرا تهيه ميكنند باين ترتيب كه مخلوط را خمير كرده و با فشار به شكل مورد نظر مثلا استوانه در آمده خشكك مينمايند .

       بيگمانهاي آلي جديد – پيرايش بيگمانهاي جديد در طول زمان به كندي انجام گرفته بود تا اينكه توسط ويليام هندي پركين رنگهاي مصنوعي در سال 1856 ابداع گرديدند . متعاقبا در اوايل قرن بيستم بيگمانهاي مصنوعي و آلي تهيه و به بازار عرضه شدند اين بيگمانها داراي اهميت خاصي اند . زيرا علاوه برر موارد استعمالي كه برراي بيگمانها يمعدني ذكر شده در رنگرزي نساجي و الياف نيز بكار ميروند .