آبی الترامارین

آبی الترامارین قدیمی ترین و درخشان ترین پیگمنت آبی در میان آبی هاست. اولین بار در قرن 6 و 7 میلادی در منطقه ای در نزدیکی افغانستان به عنوان پیگمنت در نقاشی های دیواری غارهای معابد بامیان(Bamiyan) مورد استفاده قرار گرفته است. و شاید یکی از ویژگی های خاص این پیگمنت را بتوان ماندگاری آن عنوان نمود. برخی نمونه هایی که در قرن 15 ام در نقاشی ها به کار رفته اند، رنگ آبی درخشان خود را هنوز حفظ کرده اند.
الترامارین (که در زبان هندی به آن لاجورد می گویند) از سنگ معدنی لاپیس لازولی (Lapis Lazuli) یا لازوریت (lazurite)  با ترکیب 3(Na2O Al2O3.2SiO2) Na2S4 به دست می آید که یک سنگ نیمه قیمتی متعلق به مناطقی در افغانستان، تبت، چین، ایران، سیبری و شیلی است. الترامارین اولین بار از طرق ونیس وارد اروپا شد و نام آن از اصطلاح " Azurro ultramarino"  به معنی آبی ورای دریا گرفته شده است.


                                                        شکل1: سنگ لاپیس لازولی منبع پیگمنت لاجورد طبیعی.

در گذشته این سنگ توسط پروسه ای چند مرحله ای آسیاب و ناخالصی های آن جدا می شده که با احتساب هزینه حمل و نقل آن در اوایل قرن نوزدهم قیمت آن از طلا هم گران تر بوده است. از این رو دولت فرانسه در سال 1820 مسابقه ای ترتیب می دهد که جایزه آن به بهترین و اقتصادی ترین پروسه ساخت این ماده تعلق می گرفت. به این ترتیب اولین پروسه تولید لاجورد در مقیاس صنعتی در سال 1828 اتفاق افتاد. الترامارین های سنتزی در سه شید تولید می شوند:

- آبی ته قرمز، پیگمنت آبی 29 (C.I. Pigment Blue 29): 77007 [57455-37-5]
- بنفش، پیگمنت بنفش 15 (C.I. Pigment Violet 15): 77007 [12769-96-9]
- صورتی، پیگمنت قرمز 259 (C.I. Pigment Red 259): 77007 [12769-96-9]
 

 
                                                                    شکل2: پیگمنت های سنتزی الترامارین.
نسبت اجزای شیمیایی موجود در ساختار می تواند متفاوت باشد اما واحد معمول تکرار شونده کریستال Na6.9Al5.6Si6.4O24S4.2 و نمونه های بنفش و صورتی در درجه اکسیداسیون (که به مقدار S و Na کمتر منجر می شود) با آبی فرق دارند. الترامارین یک شبکه آلومینو سیلیکات با یون های سدیم محصور شده و گروه های یونی سولفور است. شکل 1 شمای ساده شده ای از ساختار کریستال واحد این ترکیب می باشد. کریستال ساختار سدولیت (sodalite)، با ابعاد سل واحد مکعبی 9.1 آنگستروم دارد.

                                                               شکل3: ساختار ساده شده لاجورد آبی.
در الترامارین سنتز شده که از کلسیناسیون خاک چینی بدست می آید پخش یون های آلومینیوم و سیلیکون نامنظم است اما در نمونه طبیعی این پخش منظم می باشد. در ساده ترین ساختار تعداد یون های سیلیکون و آلومینیوم مساوی بوده و کریستال واحد   Na6Al6Si6O24 or (Na+)6(Al3+)6(Si4+)6(O2-)24 دارای بار خنثی می باشد که همین موضوع پایداری ساختاری ایجاد می کند.
در ساختار دو نوع سولفور -S2 و -S3 داریم که هر دو رادیکال آزاد هایی هستند که در اثر گیر افتادن در شبکه پایدار شده اند. اولی در ناحیه 380 و دومی در ناحیه 600 یک پیک پهن جذبی دارد. که این دو پیک در نمودار بازتابی لاجورد در شکل 2 به خوبی مشهود است.



                                                          شکل2: طیف بازتابی آبی الترامارین.
هرچه محتوای دو نوع رادیکال سولفور اشاره شده بیشتر باشد عمق رنگی بیشتر خواهد بود. از طرف دیگر هر چه سولفورهای موجود بیشتر اکسید شده باشند مثلا تبدیل به S3Cl، S4 یا
-S4 شده باشند نیز قدرت رنگی پایین تر می آید همانطور که در نمونه های صورتی  و بنفش تا حدی این اتفاق می افتد.

                                                                  شکل3: نمودار بازتاب الترامارین بنفش.

                                                            شکل4 نمودار بازتاب الترامارین صورتی.
همچنین اگر در ساختار یون های سدیم با نقره پتاسیم، لیتیم یا مس جایگزین شوند پیگمنت ته رنگ قرمز تر خواهد داشت.
الترامارین در اصل شید آبی مایل به قرمز دارد. نمونه های دارای شید آبی ته سبز با تغییر در ترکیب عناصر حاصل شده و نمونه های بنفش و صورتی قدرت رنگی کمتری دارند. کیفیت رنگی نمونه های صنعتی معمولا با آسیاب کردن بهبود داده می شود. اندازه متوسط ذرات بین 0.7 تا 5 میکرون می باشد که در شکل 5 مقایسه دانه بندی دو گرید درشت (گرید شوینده) و ریز (گرید مرکب و پلاستیک) آورده شده است. با اینکه پیگمنت های ریز اشکال روشن تر بودن و ته رنگ سبز را نسبت به نمونه درشت دارند، هنگامی که با رنگ سفید تینت می شوند شفاف تر بوده عمق رنگی بالاتری ایجاد می نمایند.


                          شکل5: مقایسه پخش اندازه ذره دو گرید از الترامارین (خط چین گرید رنگ و پلاستیک و خط پر گرید شوینده).

از آنجایی که ضریب شکست این پیگمنت 1.5 می باشد که بسیار نزدیک به ضریب شکست رزین هاست، در شفاف پوشه ها و پلاستیک ها یک آبی غیر پشت پوش ایجاد می کند. در صورت نیاز به پشت پوش شدن مقادیر اندکی سفید به فرمولاسیون اضافه می شود. اضافه نمودن مقادیر جزئی از الترامارین به گرفتن زردی نمونه در نمونه های سفید کمک کرده ظاهر نمونه را مطلوب تر می نماید.

از نظر ثبات نوری هر سه رنگ لاجورد ثبات نوری بسیار خوب در محدود 7-8 مقیاس آبی دارند. از منظر مقاومت حرارتی نمونه آبی تا 400 درجه سانتی گراد، بنفش تا 280 درجه سانتی گراد و صورتی تا 220 درجه سانتی گراد مقاومت دارد. از دست رفتن رنگ در مقابل نور فقط زمانی اتفاق می افتد که نمونه در معرض اسید باشد، همه انواع لاجورد ها با اسید واکنش می دهند و اگر اسید به مقدار کافی و با غلظت بالا باشد ساختار پیگمنت را می شکند. در واقع یکی از تست های شناسایی الترامارین واکنش آن با اسید و آزاد شدن هیدروژن سولفاید می باشد.
گرید هایی از این پیگمنت وجود دارد که برای مقاومت در برابر محیط های اسیدی موقت طراحی شده اند (دانه های پیگمنت با پوششی از سیلیکا پوشانده شده اند). پیگمنت های آبی و بنفش در محیط های قلیایی متوسط پایدار بوده اما نمونه صورتی در این محیط به رنگ بنفش تغییر رنگ می دهد. از آنجایی که این خانواده در آب یا حلال های آلی قابل حل نمی باشند برای چاپ و بسته بندی در صنایع غذایی مناسب هستند زیرا پیگمنت در شرایط عملیاتی هیچ مهاجرتی ندارد.
از آنجایی که ساختار این پیگمنت از ماکرو ملکول هایی تشکیل شده است، دانه های ریز الترامارین انرژی سطحی بسیار بالا و در نتیجه همچسبی بالایی دارند. بنابراین در پودر های ریز که سطح ویژه بالایی دارند پخش در بستر پلیمری بسیار دشوار تر از گرید های درشت تر می باشد. برای حل این مشکل گرید هایی با آمایش سطحی برای کاهش انرژی سطحی ارائه شده اند.
الترامارین در سطح بیرونی پیگمنت ها و در سطح داخلی ساختارهای زئولیتی رطوبت جذب می کند رطوبت خارجی ( بستگی به اندازه ذره 1-2%) در دمای 100 تا 105 درجه سانتی گراد از دست می رود اما رطوبت داخلی (حدود1%) برای خارج شدن دمای 235 درجه سانتی گراد نیاز دارد.
پیگمنت های الترامارین چه در فرم خشک و چه در فرم دیسپرس شده در مایع به علت سختی ذاتی معمولا در ماشینالاتی که برای پروسه آنها استفاده می شود سایش ایجاد می نمایند. دانسیته این پیگمنت ها 2.35 و دانسیته بالک آنها بستگی به اندازه ذره 0.5 تا 0.9 گرم بر سانتی متر مکعب است.
سطح ویژه معمولا بین 1 تا 3 متر مربع بر گرم می باشد، عدد جذب روغن می تواند مقادیری بین 30 تا 70 و پی اچ بین 6 تا 9 می باشد. این پیگمنت ها بی بو بوده و قابل اشتعال نمی باشند.
این پیگمنت ها از مواد اولیه ارزان نظیر خاک چینی، فلد اسپار، سدیم کربنات بدون آب، سولفور و عوامل کاهنده نظیر (روغن، زغال و مواد مشابه) سنتز می شوند.
پایداری و بی خطر بودن این پیگمنت ها باعث شده که بازه وسیعی از کاربرد ها را پوشش دهند؛
- پلاستیک ها
- پوشرنگ ها و پوشش های پودری
- مرکب های چاپ
- کاغذ و پوشش های کاغذی
- لاستیک و الاستومرهای ترموپلاستیک
- محصولات لاتکسی
- شوینده ها
- صابون و لوازم آرایشی
- رنگ های هنری
- اسباب بازی و لوازم آموزشی
- تکمیل چرم
- بازار پودرها
- گرانول ها برای کاربرد نهایی روی سقف ها
- الیاف سنتزی
- رنگ های نمایشی
- نمک های خوراکی دام 
- بهبود رنگ های سفید
در کاربرد پلاستیک؛ لاجورد آبی را می توان برای همه پلیمرها به کاربرد اما پیگمنت بنفش این خانواده تا 280 درجه پایداری حرارتی دارد و گرید های صورتی تا 220 درجه سانتی گراد را تحمل می نمایند. برای PVC در صورتی که کمرنگ شدن در پروسه مشاهده شود معمولا گرید های مقاوم به اسید به کار می رود. نمونه های آمایش شده برای پخش بهتر نیز می توانند به کار روند. لاجورد در پروسه کردن پلیمر باعث ایجاد جمع شدگی یا اثر پیچ خوردگی (warpage) در پلی اولفین ها نمی گردد. این پیگمنت در تمام کشورها قابلیت استفاده در پلاستیک هایی که در تماس با مواد غذایی هستند را دارد.
در کاربرد پوشرنگ؛ الترامارین ها را می توان در پوشرنگ های دکوراتیو، رنگ های پخت شونده در کوره، لاک های شفاف، رنگ های صنعتی و پوشش های پودری به کاربرد. اگر به همراه پیگمنت هایی نظیر میکا به کار روند پوشش هایی با اثر فروزان (flamboyant) ایجاد می کنند.
در کاربرد مرکب های چاپ؛ این پیگمنت را می توان برای پروسه هایی نظیر لتر پرس، فلکسو و گراور به کاربرد اما باید دقت شود که گرید های لاجورد با قدرت بالا نیاز می باشند. در لیتو گرافی گرید های آب گریز به کار می رود اما در چاپ اسکرین و چاپ داغ روی فویل (hot-foil stamping ) تمامی گرید ها مناسب هستند. استفاده از گرید های با قدرت رنگی بهبود یافته که به صورت دیسپرسیون های پایه آب با درصد جامد بالا تهیه می شوند در چاپ فلسوگرافی افزایش یافته است.
در صنایع کاغذ؛ لاجورد برای بهبود ظاهر سفید کاغذ یا کاغذ های رنگی کاربرد دارد. می توان آن را مستقیم وارد خمیر کاغذ کرد یا روی سطح کاغذ پوشش داد. این پیگمنت به خصوص در کاغذ هایی که برای کابرد کودکان هستند توصیه شده است.
در شوینده ها؛ لاجورد برای تقویت اثر سفید کننده های نوری و سفیدتر شدن البسه شسته شده به کار می رود. کابرد متعدد این پیگمنت روی لباس ها اثر لکه گذاری یا رسوب روی البسه را ایجاد نمی کند.
در لوازم آرایشی و صابون ها؛ لاجورد به علت داشتن همه استانداردهای مربوط به سلامتی، عدم لکه گذاری و مطابقت با موارد بهداشتی در صنعت صابون ها و لوازم آرایشی محبوبیت بالایی دارد اما معمولا پیگمنت صورتی برای صابون استفاده نمی شود زیرا در محیط قلیایی به بنفش تغییر رنگ می دهد.
به علل ذکر شده در بالا الترامارین برای پلاستیک ها و پوشش ها در صنعت اسباب بازی، لوازم کودکان، رنگهای دستی، مداد شعمی، و مواردی که حساسیت های بهداشتی و سلامتی بالایی نیاز دارند استفاده می شود. در گذشته حتی برای سفید تر کردن رنگ شکر نیز این پیگمنت را به کار می برده اند.
سلامتی و ایمنی
مطابق آنچه پیشتر اشاره شد، لاجورد جز بی خطرترین و سالمترین مواد رنگزا می باشد و شاید تنها آسیب ناشی از آن ایجاد سولفید هیدروژن در تماس با اسید است. تست های LD50 روی موش LC50 روی ماهی اعداد بسیار بالایی نشان می دهد یعنی مقدار بسیار زیادی از این پیگمنت می تواند برای جاندار آسیب ایجاد نماید. لاجورد تاثیری بر جهش ژنی نداشته، حساسیت زا و تحریک کننده پوست نمی باشد. این پیگمنت همچنین محدودیت های خاصی برای دفن و امحا ندارد.
در پروسه تولید به ازای تولید هر 1 تن از پیگمنت 1 تن دی اکسید گوگرد و 0.3 تن سدیم سولفکسید های قابل حل در آب تولید می شود که بایستی این گازها با روش های دوستدار محیط زیست پروسه شوند. نمک ها اگر به طور کامل اکسید شوند برای رهایش در آب مشکلی ندارند اما سیاست های کاهش تولید دی اکسید گوگرد در سال های اخیر فعالیت های واحدهای تولیدی این پیگمنت را با محدودیت مواجه کرده است. اما پیشرفت های اخیر در کاتالیست های تبدیل کننده SO2 به SO3 مثل وانادیم پنتاکسید آزاد شدن SO2 را تا 99.5 درصد کاهش داده است. سولفور تری اکسید برای تولید اسید سولفوریک کاربرد دارد.
 
مراجع:
 
G. Buxbaum and G. Pfaff (Editor) (2005), Industrial Inorganic Pigments, WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, Chap.3, ISBN: 3-527-30363-4.
Moser, F. H. (Editor) (1973). Ultramarine Pigments, In Pigments Handbook, Patten templet, Vol. 1, John Wiley & Sons, New York, p. 409.
The Wealth of India: A Dictionary of Indian Raw Material Products (1969). Vol. 8, p.50, CSIR-NISCAIR, New Delhi.
ثبت سفارش پیگیری سفارش مشاوره رایگان واتساپ