Pigmento

Un pigmento es un material coloreado que es completamente o casi insoluble en agua. Por el contrario, los colorantes suelen ser solubles, al menos en alguna etapa de su uso. Generalmente, los tintes suelen ser compuestos orgánicos, mientras que los pigmentos suelen ser compuestos inorgánicos. Los pigmentos de valor prehistórico e histórico incluyen ocre, carbón y lapislázuli.

Impacto económico

En 2006 se comercializaron a nivel mundial alrededor de 7,4 millones de toneladas de pigmentos inorgánicos, orgánicos y especiales. Estimado en alrededor de US $ 14,86 mil millones en 2018 y aumentará en más del 4,9% CAGR de 2019 a 2026. La demanda mundial de pigmentos fue de aproximadamente US $ 20,5 mil millones en 2009. Según un informe de abril de 2018 de Bloomberg Businessweek, el valor estimado del pigmento industria a nivel mundial es de $ 30 mil millones. El valor del dióxido de titanio, utilizado para realzar el brillo blanco de muchos productos, se ubicó en $13,2 mil millones por año, mientras que el color rojo Ferrari se valora en $300 millones cada año.

Principios físicos

Como todos los materiales, el color de los pigmentos surge porque absorben solo ciertas longitudes de onda de la luz visible. Las propiedades de unión del material determinan la longitud de onda y la eficiencia de absorción de la luz. La luz de otras longitudes de onda se refleja o dispersa. El espectro de luz reflejada define el color que observamos.

La aparición de pigmentos es sensible a la fuente de luz. La luz del sol tiene una temperatura de color alta y un espectro bastante uniforme. La luz del sol se considera un estándar para la luz blanca. Las fuentes de luz artificial son menos uniformes.

Los espacios de color utilizados para representar colores numéricamente deben especificar su fuente de luz. Las mediciones de color de laboratorio, a menos que se indique lo contrario, asumen que la medición se registró bajo una fuente de luz D65, o "Luz diurna 6500 K", que es aproximadamente la temperatura de color de la luz solar.

Otras propiedades de un color, como su saturación o luminosidad, pueden estar determinadas por las otras sustancias que acompañan a los pigmentos. Los aglutinantes y rellenos pueden afectar el color.

Historia

Los minerales se han utilizado como colorantes desde tiempos prehistóricos. Los primeros humanos usaban la pintura con fines estéticos, como la decoración del cuerpo. En una cueva en Twin Rivers, cerca de Lusaka, Zambia, se han encontrado pigmentos y equipos para moler pintura que se cree que tienen entre 350 000 y 400 000 años de antigüedad. El ocre, óxido de hierro, fue el primer color de la pintura.Un pigmento azul favorito se derivó del lapislázuli. Los pigmentos a base de minerales y arcillas suelen llevar el nombre de la ciudad o región donde se extrajeron originalmente. Raw Sienna y Burnt Sienna procedían de Siena, Italia, mientras que Raw Umber y Burnt Umber procedían de Umbría. Estos pigmentos estaban entre los más fáciles de sintetizar y los químicos crearon colores modernos basados ​​en los originales. Estos eran más consistentes que los colores extraídos de los cuerpos minerales originales, pero los nombres de los lugares permanecieron. También se encuentran en muchas pinturas rupestres del Paleolítico y Neolítico el ocre rojo, el Fe ₂ O ₃ anhidro y el ocre amarillo hidratado (Fe ₂ O ₃ H ₂ O).El carbón vegetal, o negro de carbón, también se ha utilizado como pigmento negro desde tiempos prehistóricos.

El primer pigmento sintético conocido fue el azul egipcio, que se atestigua por primera vez en un cuenco de alabastro en Egipto que data de Naqada III (alrededor del 3250 a. C.). Azul egipcio (frita azul), silicato de cobre y calcio CaCuSi ₄ O ₁₀, fabricado calentando una mezcla de arena de cuarzo, cal, un fundente y una fuente de cobre, como la malaquita. Ya inventado en el Período Predinástico de Egipto, su uso se generalizó a partir de la IV Dinastía. Era el pigmento azul por excelencia de la antigüedad romana; sus huellas tecnológicas artísticas se desvanecieron en el transcurso de la Edad Media hasta su redescubrimiento en el contexto de la campaña egipcia y las excavaciones en Pompeya y Herculano.Los pigmentos sintéticos premodernos posteriores incluyen el plomo blanco (carbonato de plomo básico, (PbCO ₃) ₂ Pb(OH) ₂), bermellón, cardenillo y amarillo de plomo y estaño. El bermellón, un sulfuro de mercurio, se hizo originalmente moliendo un polvo de cinabrio natural. A partir del siglo XVII también se sintetizó a partir de los elementos. Fue favorecido por viejos maestros como Tiziano. El amarillo indio una vez se produjo al recolectar la orina del ganado que había sido alimentado solo con hojas de mango. Los pintores holandeses y flamencos de los siglos XVII y XVIII lo preferían por sus cualidades luminiscentes y, a menudo, lo usaban para representar la luz del sol.Dado que las hojas de mango son nutricionalmente inadecuadas para el ganado, la práctica de cosechar amarillo indio finalmente se declaró inhumana. Los tonos modernos del amarillo indio están hechos de pigmentos sintéticos. El bermellón ha sido reemplazado parcialmente por rojos de cadmio.

Debido al costo del lapislázuli, a menudo se usaban sustitutos. El azul de Prusia, el pigmento sintético moderno más antiguo, fue descubierto por accidente en 1704. A principios del siglo XIX, los pigmentos azules metálicos y sintéticos incluían el ultramar francés, una forma sintética del lapislázuli. Ultramarine se fabricó mediante el tratamiento de silicato de aluminio con azufre. También se introdujeron varias formas de azul cobalto y azul cerúleo. A principios del siglo XX, se preparó Phthalo Blue, un pigmento metalorgánico sintético. Al mismo tiempo, Royal Blue, otro nombre que alguna vez se le dio a los tintes producidos a partir del lapislázuli, ha evolucionado para significar un color mucho más claro y brillante, y generalmente se mezcla con Phthalo Blue y dióxido de titanio, o con tintes azules sintéticos económicos.

El descubrimiento en 1856 de la mauveína, el primer tinte de anilina, fue un precursor del desarrollo de cientos de tintes y pigmentos sintéticos como los compuestos azo y diazo. Estos tintes dieron paso al florecimiento de la química orgánica, incluidos los diseños sistemáticos de colorantes. El desarrollo de la química orgánica disminuyó la dependencia de los pigmentos inorgánicos.

• Pinturas que ilustran los avances en pigmentos.
• La lechera de Johannes Vermeer (c. 1658). Vermeer fue pródigo en su elección de pigmentos caros, incluidos el amarillo de plomo y estaño, el ultramar natural y el lago más loco, como se muestra en la pintura vibrante.
• Tiziano usó el histórico pigmento bermellón para crear los rojos en la pintura al óleo de Assunta, completada c. 1518.
• El milagro del esclavo de Tintoretto (c. 1548). Hijo de un maestro tintorero, Tintoretto usó el pigmento Carmine Red Lake, derivado del insecto cochinilla, para lograr efectos de color dramáticos.
• Autorretrato de Paul Cézanne. Trabajando a fines del siglo XIX, Cézanne tenía una paleta de colores mucho más amplia que sus predecesores.

Normas industriales y de fabricación

Antes del desarrollo de los pigmentos sintéticos y el refinamiento de las técnicas para extraer pigmentos minerales, los lotes de color a menudo eran inconsistentes. Con el desarrollo de una industria moderna del color, los fabricantes y los profesionales han cooperado para crear estándares internacionales para identificar, producir, medir y probar los colores.

Publicado por primera vez en 1905, el sistema de color Munsell se convirtió en la base de una serie de modelos de color, proporcionando métodos objetivos para la medición del color. El sistema Munsell describe un color en tres dimensiones, tono, valor (luminosidad) y croma (pureza del color), donde el croma es la diferencia con el gris en un tono y valor determinados.

A mediados del siglo XX, se disponía de métodos estandarizados para la química de pigmentos, parte de un movimiento internacional para crear dichos estándares en la industria. La Organización Internacional de Normalización (ISO) desarrolla normas técnicas para la fabricación de pigmentos y colorantes. Las normas ISO definen varias propiedades industriales y químicas, y cómo probarlas. Las principales normas ISO que se relacionan con todos los pigmentos son las siguientes:

• ISO-787 Métodos generales de prueba para pigmentos y diluyentes.
• ISO-8780 Métodos de dispersión para la evaluación de las características de dispersión.

Otras normas ISO se refieren a clases o categorías particulares de pigmentos, según su composición química, como pigmentos ultramarinos, dióxido de titanio, pigmentos de óxido de hierro, etc.

Muchos fabricantes de pinturas, tintas, textiles, plásticos y colores han adoptado voluntariamente el Color Index International (CII) como estándar para identificar los pigmentos que utilizan en la fabricación de colores particulares. Publicado por primera vez en 1925, y ahora publicado conjuntamente en la web por la Society of Dyers and Colourists (Reino Unido) y la American Association of Textile Chemists and Colorists (EE. UU.), este índice es reconocido internacionalmente como la referencia autorizada sobre colorantes. Abarca más de 27.000 productos bajo más de 13.000 nombres de índice de colores genéricos.

En el esquema CII, cada pigmento tiene un número de índice genérico que lo identifica químicamente, independientemente de los nombres históricos y de propiedad. Por ejemplo, Phthalocyanine Blue BN ha sido conocido por una variedad de nombres genéricos y patentados desde su descubrimiento en la década de 1930. En gran parte de Europa, el azul de ftalocianina es mejor conocido como Helio Blue, o por un nombre patentado como Winsor Blue. Un fabricante de pintura estadounidense, Grumbacher, registró una ortografía alternativa (Thanos Blue) como marca comercial. Color Index International resuelve todos estos nombres históricos, genéricos y de propiedad en conflicto para que los fabricantes y los consumidores puedan identificar el pigmento (o tinte) utilizado en un producto de color en particular. En el CII, todos los pigmentos de azul de ftalocianina se designan mediante un número de índice de color genérico como PB15 o PB16, abreviatura de pigmento azul 15 y pigmento azul 16;

Figuras de merito

Los siguientes son algunos de los atributos de los pigmentos que determinan su idoneidad para procesos de fabricación y aplicaciones particulares:

• Solidez a la luz y sensibilidad al daño causado por la luz ultravioleta
• Estabilidad al calor
• Toxicidad
• Fuerza de tintura
• tinción
• Dispersión (que se puede medir con un calibre Hegman)
• Opacidad o transparencia
• Resistencia a los álcalis y ácidos
• Reacciones e interacciones entre pigmentos

Muestras

Las muestras se utilizan para comunicar los colores con precisión. Los tipos de muestras están dictados por los medios, es decir, imprenta, computadoras, plásticos y textiles. En general, el medio que ofrece la gama más amplia de tonos de color se usa ampliamente en diversos medios.

Muestras impresas

Los estándares de referencia se proporcionan mediante muestras impresas de tonos de color. PANTONE, RAL, Munsell, etc. son estándares ampliamente utilizados para la comunicación del color en diversos medios, como la impresión, los plásticos y los textiles.

Muestras de plástico

Las empresas que fabrican masterbatches de color y pigmentos para plásticos ofrecen muestras de plástico en chips de color moldeados por inyección. Estas fichas de color se entregan al diseñador o al cliente para que elija y seleccione el color de sus productos de plástico específicos.

Las muestras de plástico están disponibles en varios efectos especiales como perlado, metálico, fluorescente, brillante, mosaico, etc. Sin embargo, estos efectos son difíciles de replicar en otros medios como la impresión y la pantalla de la computadora. Se han creado muestras de plástico mediante modelado 3D para incluir varios efectos especiales.

Muestras de computadora

La apariencia de los pigmentos con luz natural es difícil de replicar en una pantalla de computadora. Se requieren aproximaciones. El sistema de color Munsell proporciona una medida objetiva del color en tres dimensiones: matiz, valor (o luminosidad) y croma. Las pantallas de computadora en general no muestran el verdadero croma de muchos pigmentos, pero el tono y la luminosidad se pueden reproducir con relativa precisión. Sin embargo, cuando la gamma de una pantalla de computadora se desvía del valor de referencia, el tono también se desvía sistemáticamente.

Las siguientes aproximaciones asumen un dispositivo de visualización en gamma 2.2, utilizando el espacio de color sRGB. Cuanto más se desvíe un dispositivo de visualización de estos estándares, menos precisas serán estas muestras. Las muestras se basan en las medidas promedio de varios lotes de pinturas de acuarela de un solo pigmento, convertidas del espacio de color Lab al espacio de color sRGB para ver en una pantalla de computadora. El aspecto de un pigmento puede depender de la marca e incluso del lote. Además, los pigmentos tienen espectros de reflectancia inherentemente complejos que harán que su apariencia de colormuy diferente dependiendo del espectro de la fuente de iluminación, una propiedad llamada metamerismo. Las mediciones promediadas de las muestras de pigmentos solo arrojarán aproximaciones de su apariencia real bajo una fuente específica de iluminación. Los sistemas de visualización de computadora utilizan una técnica llamada transformación de adaptación cromática para emular la temperatura de color correlacionada de las fuentes de iluminación, y no pueden reproducir perfectamente las intrincadas combinaciones espectrales vistas originalmente. En muchos casos, el color percibido de un pigmento queda fuera de la gama de las pantallas de computadora y se usa un método llamado mapeo de gama para aproximar la apariencia real. El mapeo de gama compensa cualquier precisión de luminosidad, matiz o saturación para representar el color en la pantalla, según la prioridad elegida en el intento de representación ICC de la conversión.

Pigmentos biológicos

En biología, un pigmento es cualquier material coloreado de células vegetales o animales. Muchas estructuras biológicas, como la piel, los ojos, el pelaje y el cabello, contienen pigmentos (como la melanina). La coloración de la piel de los animales a menudo se produce a través de células especializadas llamadas cromatóforos, que animales como el pulpo y el camaleón pueden controlar para variar el color del animal. Muchas condiciones afectan los niveles o la naturaleza de los pigmentos en células de plantas, animales, algunos protistas u hongos. Por ejemplo, el trastorno llamado albinismo afecta el nivel de producción de melanina en los animales.

La pigmentación en los organismos tiene muchos propósitos biológicos, incluidos el camuflaje, el mimetismo, el aposematismo (advertencia), la selección sexual y otras formas de señalización, la fotosíntesis (en las plantas), así como propósitos físicos básicos como la protección contra las quemaduras solares.

El color del pigmento difiere del color estructural en que el color del pigmento es el mismo para todos los ángulos de visión, mientras que el color estructural es el resultado de la reflexión selectiva o la iridiscencia, generalmente debido a las estructuras multicapa. Por ejemplo, las alas de las mariposas suelen contener color estructural, aunque muchas mariposas tienen células que también contienen pigmento.

Pigmentos por composición elemental

• Pigmentos de cadmio: amarillo de cadmio, rojo de cadmio, verde de cadmio, naranja de cadmio, sulfoseleniuro de cadmio
• Pigmentos de cromo: amarillo cromo y verde cromo (viridian)
• Pigmentos de cobalto: violeta cobalto, azul cobalto, azul cerúleo, aureolina (amarillo cobalto)
• Pigmentos de cobre: ​​azurita, violeta Han, azul Han, azul egipcio, malaquita, verde París, azul ftalocianina BN, verde ftalocianina G, cardenillo
• Pigmentos de óxido de hierro: sanguina, caput mortuum, rojo óxido, ocre rojo, ocre amarillo, rojo veneciano, azul de Prusia, siena cruda, siena tostada, ámbar crudo, ámbar tostado
• Pigmentos de plomo: blanco de plomo, blanco cremnitz, amarillo de Nápoles, plomo rojo, amarillo de plomo y estaño
• Pigmentos de manganeso: violeta de manganeso, azul YInMn
• Pigmentos de mercurio: bermellón
• Pigmentos de titanio: amarillo titanio, beige titanio, blanco titanio, negro titanio
• Pigmentos de zinc: blanco de zinc, ferrita de zinc, amarillo de zinc
• Pigmento de aluminio: polvo de aluminio
• Pigmentos de carbón: negro de carbón (incluyendo negro de vid, negro de lámpara), negro de marfil (carbón de hueso)
• Pigmentos ultramarinos (a base de azufre): ultramar, tono verde ultramar

Biologico y organico

• Orígenes biológicos: alizarina, gamboge, rojo cochinilla, rosa loca, índigo, amarillo indio, púrpura de Tiro
• Orgánicos no biológicos: quinacridona, magenta, verde ftalo, azul ftalo, pigmento rojo 170, amarillo diarilida