فهرست

مقدمه : ۳

سولفوریک اسید + آنیلین ۳

فصل ۱ ۵

رنگ و حالت الکترونی مولکولها ۵

۱ – رنگ ۶

فصل ۲ ۸

شیمی رنگ ۸

فصل ۳ ۱۳

انواع رنگدانه ها ۱۳

۱- تیتانیوم دی اکسید ( Tio2  ) ۱۴

حداقل درصد ۱۷

شناسایی دی اکسید تیتانیوم : ۱۸

مشخصات فنی فسفوسیلیکات سرب ( تری بازیک ) ۲۹

رنگدانه های کرومات سرب: ۳۰

- طرز تهیه کروماتهای سرب و سایر نمکهای سرب: ۳۱

سیلیکو کرومات سرب بازی: ۳۳

رنگدانه مولیبدات  (MOLYBDATE): 35

رنگدانه های بر مبنای کادمیم: ۳۶

سمیت رنگدانه های کادمیم : ۳۷

کرومات روی : ۳۸

-نقش کرومات روی در مقابله با خوردگی فلزات ۳۹

تتراکسی کرومات روی : ۴۲

کرومات استرانسیم : ۴۳

اکسید های آهن ۴۴

سیانامید سرب : ۵۷

اکسید کروم : ۵۸

آبی اولترامارین ( ابی لاجورد ) : ۶۰

آهن  آبی ( آبیهای پروس) : ۶۱

سمیت آهن آبی ( آبیهای پروس ) : ۶۲

سرولئان – کرولئان ۶۲

اکسید آهن سیاه: ۶۳

رنگدانه های آلومینیومی : ۶۳

رنگدانه های برنز : ۶۴

فصل ۱ – رنگ و حالت الکترونی مولکولها ۶۵

۱ – رنگ ۶۵

فصل ۲ – شیمی رنگ ۷۱

۱ – طبقه بندی مواد رنگی ۷۱

رنگها ۷۶

فصل ۳ – انواع رنگدانه ها ۷۹

تیتانیوم دی اکسید ( Tio2  ) ۷۹

سمی بودن دی اکسید تیتانیوم ۸۱

حداقل درصد ۸۳

شناسایی دی اکسید تیتانیوم : ۸۴

- مشخصات سشیمیایی کرومات های سرب : ۱۱۴

طرز شناسایی کروماتهای سرب: ۱۲۶

۵-۲-۳-۳- رنگدانه مولیبدات  (MOLYBDATE): 126

6-2-3-3- رنگدانه های بر مبنای کادمیم: ۱۲۷

کادمیم لیتوپون ۱۲۸

سمیت رنگدانه های کادمیم : ۱۲۹

۷-۲-۳-۳- کرومات روی : ۱۲۹

خواص ضد خورندگی کرومات روی در آب و محلولهای نمکی ۱۴۲

۹-۲-۳-۳- کرومات استرانسیم : ۱۴۴

ه – مشخصات فنی اکسید های آهن :‌ ۱۵۵

سرولئان – کرولئان ۲۰۰

دوده چراغ یا دوده گیاهی : ۲۰۲

خواص ظاهری رنگدانه : ۲۱۸

۲۴-۲-۳-۳-مشخصات فنی اکسید جیوه: ۲۲۷

 مقدمه :

 تاریخچه – امروزه از رنگهای طبیعی به ندرت استفاده می گردد زیرا به کمک روشهای سنیتک رنگهای ایده آلی از نظر کمی و کیفی تولید میشوند و چون ساختمان اصلی آنها را آروماتیکها تشکیل میدهند بنابراین ازذغال سنگ و نفت به عنوان مهمترین منابع طبیعی و اولیه برای آنها محسوب میشوند . بیش از یک قرن است که رنگهای آلی و مصنوعی برای بشر شناخته شده است . در سال ۱۸۵۶ وقتی شیمیدان ۱۸ ساله انگلیسی به نام ویلیام هندی پرکین سعی میکرد کینون راسنتز نماید به جای محصول سفید رنگی که او انتظار داشت یک ماده بد  شکل سیاه رنگ تولید نمود که برایش قابل توجه و قابل مطالعه بود . از استخراج این ماده رنگ ارغوانی زیبایی به نام ماوین بدست آمد که بر حسب تصادف کهنه نخی که در کنار میز آزمایش او قرار داشت توسط آن رنگی گردید و این ماده تا آن زمان تنها ماده رنگی بود که از واکنش شیمیایی حاصل شده و جزو رنگهای گیاهی و ظبیعی نبود و بدین سان تحول بزرگی در تهیه مواد رنگی آلی شروع گردید واکنش تهیه رنگ مزبور بصورت زیر است :

 سولفوریک اسید + آنیلین

این رنگ چنانچه بعدا خواهیم دید به دلیل وجود گروه آزین ( Azine  ) جزو این نوع شیمیایی میباشد ولی در آن زمان به دلیل تهیه اش از آنیلین رنگ آنیلین نامش نهادند .

پرییکن رنگ بالا را در کارخانه ای نزدیک لندن از قطران ذغال سنگ در مقیاس صنعتی تهیه نمود البته قبل از آن در آزمایشگاه از اثر پتاسیم دی کرومات و سولفوریک اسید بر آنیلین ناخالص آنرا سنتز نموده بود از انجائیکه این رنگ در رنگرزی مزایای فراوانی نسبت به دیگر رنگهای طبیعی ، از نظر روشنی و ثبات داشت در اندک زمانی توجه رنگرزها را بخود جلب نمود . پریکن و دوستانش علاوه بر تهیه رنگ بالا فرایند ساده رنگرزی با تانیک اسید را نیز ابداع کردند و بالاخره بعد از مدتها تحقیق و بررسی اولین کارخانه رنگسازی توسط او تاسیس و به مرحله تولید رسید .

از انجا که در آغاز اغلب رنگهای مصنوعی اولیه از انیلین ساخته میشدند و انیلین در آن زمان فقط از منبع قطران ذغال سنگ تهیه میشد اینگونه رنگها به رنگهای آنیلین و رنگهای قطران ذغال سنگ معروف بودند هر چند که بعضی از این رنگها از آنیلین نیز مشتق نشده بودند . امروزه کلمه رنگهای مصنوعی با سینتیک ترجیح داده میشوند زیرا دیگر امروزه رنگها لزوما از منابع اولیه ذغال سنگ تهیه نمیشوند . بلکه منابع نفتی ( نفت خام و گاز طبیعی ) بجای آن جایگزین شده و این تعویض عمدتا در اثر جایگزینی گاز ذغال با گاز طبیعی در کشورهای صنعتی انجام گرفت .

در تهیه رنگها از نظر کلی فرایند عمومی زیر دنبال میشود :

                                                                                                    نفت

مواد اولیه (هیدروکربنهای آروماتیک)                                    منابع طبیعی

                                                                                                                     زغال سنگ

                               مواد حد واسط

         رنگها

فصل ۱

رنگ و حالت الکترونی مولکولها

۱ – رنگ

        رنگ نمودی از تاثیر متقابل نور مرئی و ماده است و ماده به این ترتیب رنگی به نظر میرسد . خود پدییده دید نیز نتیجه جذب نور توسط شبکیه چشم میباشد . جذب نور سبب میشود که ساختمان پروتوئینهای چشم در اثر یکسری واکنشهای شیمیایی تغییر یابد و یک ردیف پاسخهای شیمیایی داده شود و درنتیجه ، علامت دریافت شده بوسیله عصب نوری به مغز انتقال می یابد .

       تابش نور سفید به ماده بر حسب ساختمان و حالت سطحی ماده با پدیده های زیر پاسخ داده میشود :

 الف : تمامی پرتوهای تابیده شده بازتاب یا پخش میگردند بدین ترتیب ماده سفید به نظر میرسد .

ب : تمامی پرتوها جذب میشوند ، ماده سیاه به نظر میرسد .

ج : قسمتی از پرتو ها بطور انتخابی جذب میشوند ماده رنگی به نظر میرسد .

        باید تصریح کرد که نور سفید منتشر شده توسط خورشید تابشهای الکترو مغناطیسی در ناحیه ۴۰۰ تا ۸۰۰ n m  را در بر میگیرد . در دو سوی طیف مرئی نور از تابشهای غیر مرئی برای چشم انسان تشکیل یافته است طول موجهای بیشتر از ۸۰۰ n m  نور در ناحیه زیر قرمز (I R  ) و طول موجهای کمتر از ۴۰۰ n m  در ناحیه فرا بنفش ( U V  ) قرار دارد . بنابر این رنگ هر جسم یک حالت ویژه از پدیده ای بسیار عمومی ، یعنی پدیده جذب انتخابی است .

       در داخل حوزه مرئی ، نوارهای خیلی باریک طول موجها به رنگهای کاملا معین مربوط میگردند . این رنگها نه تنها از ایجاد نوری با طول موج کاملا مشخص ناشی میشوند بلکه آنها از نور سفیدی که توسط جذب پرتوی که طول موج رنگ مورد نظر را در بر نداشته باشد نیز حاصل میگردند بدین ترتیب است که بر اثر جذب « رنگهای تکمیلی » ما رنگها یاجسامی که ما را احاطه کرده اند می بینیم جدول زیر رنگهای جذب شده و دریافت شده را نسبت به طوول موج نور جذب شده نشان میدهد .

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

بنفش                   زرد آبی          n m             ۴۳۵ – ۴۰۰

آبی                     زرد                         ۴۸۰ – ۴۳۵

سبز – آبی             پرتقالی ( نارنجی )           ۴۹۰ – ۴۸۰

آبی – سبز             قرمز                          ۵۰۰ – ۴۹۰

سبز                    ارغوانی                       ۵۶۰- ۵۰۰

زرد – سبز            بنفش                         ۵۸۰ – ۵۶۰

زرد                    آبی                            ۵۹۵ – ۵۸۰

نارنجی                سبز – آبی                     ۶۰۵ – ۵۹۵

قرمز                  آبی – سبز                     ۷۵۰ – ۶۰۵

فصل ۲

شیمی رنگ

            بررسی مواد رنگی از نظر شیمیایی ،. بخش جالبی از شیمی کاربردی را تشکیل میدهد به شیمی رنگ معروف است . در این قسمت انواع تقسیم بندی مواد رنگی ، مواد اولیه ( Primaries ) مواد حد واسط (‌ Intermediates ) بررسی میگردد .

۱ – طبقه بندی مواد رنگی

       علاوه بر تقسیم بندیهای قدیمی این مواد را به مصنوعی و طبیعی ، گیاهی و غیر گیاهی ، معدنی و آلی و غیره طبقه بندی میکردند در تقسیم بندی جدید که بر اساس کاربرد رنگها متکی است این مواد بطور کلی به دو بخش عمده زییر تقسسیم بندی شده است:

I  - بیگمانها ( رنگدانه ها )‌ یا بیگمنت ها ( PIGMENTS )

II  - رنگها ( DYES )

اغلب رنگها موارد استفاده شان در صنایع رنگرزی نساجی اهمیت دارند در صورتی که بیگمانها در موارد غیر رنگرزی نساجی کاربرد بیشتری دارند . هر چند که بعضی مواقع آنچنان مرز مشخص بین ایندو بخش رنگ نمیتوان تقسیم نمود .

بیگمانها ( Pigments )

بیگمانها مواد جامد تزئینی هستند که در شکل و اندازه های مختلف در حلالهای مربوط به حالت معلق تهیه و بکار میروند . بیگمان مشتمل بر مواد سیاه ، سفید و رنگی بوده که موارد استعمال زیادی از جمله رویه زدن ، پوشش دادن ( Surface Coating ) ، رنگرزی انبوه ( Mass Coloration ) و دیسپرسیون در هوا میباشد . برای رویه زدن از محلواهای آبی حاوی مواد سفت کننده مثل چسب و سایر رزین ها ، روغنهای خشک کننده ( معمولا به همراه یک یا چند حلال آلی ) ترکیبات نرم کننده ( Plastici zers  ) و غیره استفاده میشود . در رنگرزی انبوه مواد پلاستیکی گوناگون ، پلاستیکها و الیاف مصنوعی گوناگون را بکار میبرند .

از آنجا که بیگمانها به صورت دیسپرس مصرف میتواند از استکل و ابعاد ذرات آنها حائز اهمیت میباشند . اغلب بیگمانها بصورت پلی مرفیک ( یعنی برای ساختن و ظاهر کردن آنها باید از مراحل مختلف گذشت ) بوده و شرایط تهیه شان باید طوری انتخاب گردد که فرمهای کریستالی با اندازه ذرات ( Partical size  ) کوچک حاصل شوند در غیر اینصورت اشکالاتی در فرایند رنگ زدن به وجود خواهد آمد .

        بیگمانهای اولیه و قدیمی غالبا ترکیبات معدنی بوده که منشا طبیعی داشته اند ولی چون کیفیت و خواص جالبی از خود نشان نمیدادند لذا به مرور زمان جای خود را به بیگمانهای مصنوعی و آلی دادند . نمونه هایی از بیگمانهای عمده معدنی را بصورت زیر میتوان طبقه بندی کرد :

بیگمانهای سفید :

بیگمانهای قرمز : گل آخری ( ) سرنج ، ( pdo  ) ، شنگرف ( Hgs  ) و کرئمات بازی سرب

بیگمانهای زرد و نارنجی :

بیگمانهای آبی :  و اولترامارین ( لاجورد )

بیگمانهای سبز : مخلوط سبز  و

موارد استفاده عمود : بیگمانهای یاد شده در بالا عبارتند از : لاکها ، رنگهای روغنی ، ورنی ، رنگهای سلولوزی ، پلاستیکی ، وکب های چاپ ، رنگرزی کاغذ ، رنگ زدن سطوح آلات و ادوات ، بنا ها ، ساختمانهای فلزی ، آهنی و وسایل نقلیه ، پلهای آهنی ، کشتی ها ، راه آهن و ماشینهای کارخانجات .

        از مهمترین بیگمانهای معدنی که امروزه به مقادیر فراوان تهیه و مصرف میشود ، اکسید دوتبتان ( Tio2 ) است که توسط دوروش موسوم به فرایند های کلریید و سولفات از سنگهای معدنی روتایل ( RUTied  ) ، لومینیت ( Lumenite ) که دارای %۷۲ Tio2 هستند تهیه میگردد .

        دراینجا مختصری در مورد رنگهایی که  در صنایع پوشش سطوح به کار میروند اشاره میگردد

مواد خام لازم برای تهیه اینگونه رنگها عبارتند از :

       بیگمانهای معدنی و آلی ) صمغهای طبلیعی و مصنوعی ، روغنها ،. حلالها ،‌ مواد خشک کننده ( سیکاتید ) و مواد نرم کننده . ذیلا در مورد هر یک از مواد مذکور شرح کوتاهی بیان میگردد .

۱- بیگمانها ( Pigments  )

۲- صمغ ها ( Resins  ) : صمغ طبیعی جسمی بی شکل است که از ترشحات بعضی نباتات مانند کاج و غیره به وجود میآید این صمغ در مورد ترشح مایع است ولی در مجاورت هوا بتدریج جامد میگردد واکنشهای شیمیایی مانند اکسیداسیون و حل نمیشوند صمغهای مصنوعی ( رزین ها ) مواد پلیمری مانند پلاستیکهای فنل فرمل ، پلی استر ، ترکیبات پلی و نیل ، اپوکسی و غیره هستند  از مزایای این نوع رزین امکان کاربرد آنها برای منظورهای مختلف میباشد .

۳- روغنها ( oils  ) : در این موارد روغنهای بزرگ ، چوب چینی ، خشخاش و غیره استفاده مینمایند .

۴- حلالها ( Solvents  ) : مهمترین حلال ها هیدرو کربنهای حاصله از نفت مانند بنزین و آروماتیکهایی نظیر بنزین ، تولوئن ، گزیلنها و همچنین الکل ، کتونها و استرها میباشد .

۵- مواد خشک کننده ( سیکاتیو Driers  ) : این مواد را به رنگهای روغنی اضافه میکنند تا زودتر خشک شوند برای تهیه خشک کننده ها معمولا املاح بعضی از فلزات را با روغنی مثل روغن برزک مخلوط و حرارت میدهند . مثلا اگر مخلوط روغن برزک را با کربنات و یا اکسید سرب مدتی حرارت دهند روغن برزبک زودتر خشک میشود . علاوه بر ترکیبات سرب از ترکیبات منگنز و یا کبالت نیز میتوان استفاده کرد .

۶- مواد نرم کننده ( Plasticizer  ) از ترکیبات مختلف برای این منظور استفاده میشود مانند روغن کرچک ، گلیسرین ، کافور ، دی بوتیل فتالات ترکرزیل و غیره .

طرز تهیه روغنی – برای تهیه لاک میتوان یک صمغ طبیعی مانند لکوفان یا یک رزین مصنوعی را در حلال مناسبی مانند الکل ، اتر و غیره حل نمود و بعد یک ماده نرک کننده نیز بآن افزوده در اینصورت اگر این مخلوط را در روی شیئی به ضخامت کم بریزیم پس از تبخیر یک ورقه نازک ضخیم تشکیل شده که شیئ مورد نظر را محافظت مینماید . اکنون اگر این لاک را با یک بیگمان رنگی مخلوط کنیم و بعد روی سطوح مورد نظر بریزیم رنگ مربوطه ظاهر میگردد .

رنگهای روغنی – از مخلوط کردن لاک روغنی و بیگمانها رنگ روغنی بدست میآید .

ورنی – برای تهیه ورنی ، روغن برزک را مدتی حرارت میدهند تا قسمتی از آن به لینوکسین تبدیل شود ( ماده ای که از اکسیداسین و پلیمریزاسیون روغن برزک حاصل شده و تشکیل فیلم میدهد ، لینوکسین نامند ) . سپس مقداری خشک کننده به آن اضافه میکنند تا خشک شدن آن تسریع گردد . حال اگر به این مخلوط بیگمان نیز اضافه کنیم ورنی رنگی بدست میآید .

       در خاتمه این بحث اشاره به چند نوع رنگ دیگر نیز مفید خواهد بود :

رنگ آبی ( مخلوط با آب ) – اگو رنگهای معدنی یا آلی نامحلول را با یک ماده صمغی مخلوط کنیم میتوان این مخلوط را بکمک قلم مو به محل مورد نظر مالید .

       رنگهای اکو وارل : این رنگها معمولا رنگهای غیر سمی و معدنی مانند اکسید روی ، زرد کادمیم ، زرد کرم ، گل آخری ، شنگرف ، آبی پروس ، اولترامالین و غیره میباشند . آنها را با یک ماده وصل کننده مانند صمغ سریشم ، ژلاتین ، دکسترین و یا کتیررا یا زرین مصنوعی مخلوط کرده و بکمک فشار آن را تبدیل به دکمه یا صفحه مینمایند و یا به آنها گلیسریین افزوده و به شکل قمیه در لوله میریزند در موقع کاربرد آنرا با آب حل کرده و مصرف مینمایند .

        رنگهای مغز مداد – مغز مدادهای معمولی معمولا از کائولن و یک ماده رنگی و زرین مانند کتیرا ، میتل ، سلولوز وغیره ) تهیه میکنند سپس آنرا در مخلوطی از پیه گاو و موم ژاپنی ( یا اجسام مشابه ) ذوب شده میریزند و وسط چوب قرار میدهند  .

       رنگهای پاستل – که در تابلو سازی مصرف میشوند از مخلوط کلسیم کربنات یا گچ آلومینیم اکسید ، ماده رنگی و صمغی مانند کتیرا تهیه میکنند باین ترتیب که مخلوط را خمیر کرده و با فشار به شکل مورد نظر مثلا استوانه در آمده خشکک مینمایند .

       بیگمانهای آلی جدید – پیرایش بیگمانهای جدید در طول زمان به کندی انجام گرفته بود تا اینکه توسط ویلیام هندی پرکین رنگهای مصنوعی در سال ۱۸۵۶ ابداع گردیدند . متعاقبا در اوایل قرن بیستم بیگمانهای مصنوعی و آلی تهیه و به بازار عرضه شدند این بیگمانها دارای اهمیت خاصی اند . زیرا علاوه برر موارد استعمالی که بررای بیگمانها یمعدنی ذکر شده در رنگرزی نساجی و الیاف نیز بکار میروند .