Основы пигментов, часть 1. Основы света и цвета. Физика работы, виды, различия.

Эффект-пигменты в повседневной жизни находят широчайший спектр применения и окружают нас практически везде… Куда ни посмотри, везде найдется что-то, где использованы пигменты!Они используются в:КосметикеЗащите от подделокОдежде, обуви для спорта и фитнессаУкрашениях и аксессуарахСредствах связиИгровой электроникеСтроительстве и дизайнеПромышленностиИ т.д.

Сегодня эффектные пигменты стали стабильным классом пигментов и не мудрено, что есть компании, для которых это одно из основных направлений деятельности, и которые инвестируют в разработку новых продуктов.

C развитием промышленности, со сближением функциональных характеристик продуктов и развитием маркетинга цвет стал важным атрибутом и инструментом борьбы за расположение потребителя…

Центр пигментов корпорации Merck AG в Германии

Взаимодействие света с различными материалами — вот что оживляет и заставляет работать пигменты, поэтому стоит начать с фундаментальных основ света.

Свет, будь то солнечный или искусственный — часть спектра электромагнитного излучения, видимая человеческому глазу.

Это излучение может быть описано как электромагнитные волны разной длины. Взаимодействие света с разными материалами создает цвет, и, конечно, эффекты. Это основополагающий постулат для понимания того, как работают пигменты.

Каковы же характеристики этих материалов? Вот теперь приступим к самим пигментам…

Что пигменты, что красители — это все относится к окрашивающим веществам. Окрашивающее вещество — это любая субстанция, которая способна окрашивать носитель, например чернила, краску, или, например, воду.

Пигменты и красители организованы в т.н. "Дерево красящих веществ."

Краситель это вещество, которое полностью или практически полностью растворяется в носителе.Они часто используются в пищевой промышленности, например в концентратах соков.Пигмент же напротив, вещество практически нерастворимое в носителе. Его частицы должны быть равномерно распределены внутри носителя (связующего/биндера).

Википедия говорит следующее:Термины «краситель» и «пигмент», хотя их часто используют как равнозначные, обозначают четко различающиеся функции при окрашивании материалов. Красители растворимы в красильной среде (растворителе). В процессе окрашивания они проникают внутрь материала и образуют более или менее прочную связь с волокнами. Пигменты нерастворимы. В краске они находятся в связующем (олифе, нитроцеллюлозе и др.) и свойства краски зависят больше от связующего, чем от пигмента. Связь с окрашиваемым материалом обеспечивает связующее.Красители обычно — органические вещества. Пигменты большей частью — мелкая дисперсия минералов.

Наглядно разницу между красителем (слева) и пиментом (справа) можно увидеть на этом примере:

Краситель очень быстро растворяется в воде, окрашивая ее.

Частицы пигмента не растворяются в воде, и большая часть оседает на дне

Как я сказал ранее — пигменты практически нерастворимы.

В дереве красящих веществ пигменты и красители разделены на органические и неорганические классы. Стоит отметить, что в силу физико-химических причин, неорганических красителей не существует в принципе.

Пигменты, о которых мы будем говорить в дальнейшем принадлежат к группе неорганических пигментов.

Теперь можно говорить о различных типах пигментов внутри нашей группы.Есть 3 типа пигментов. Различия между ними в характере взаимодействия со светом: поглощение, отражение и преломление.

Назовем первую группу — "поглощающие пигменты". Мы так или иначе знакомы с такими пигментами с самого детства. Прекрасный пример — акварельные краски. Поглощающие пигменты — реально окрашивающие пигменты, т.к. они поглощают часть видимого спектра света, который на них падает и отражают оставшуюся часть спектра как их натуральный цвет. Это значит взаимодействие со светом основывается на поглощении и рассеивании.

Следующая группа — "металлики". Этот тип пигментов отражает практически весь падающий свет, как маленькие зеркала, за счет чего и достигается эффект. Их можно назвать отражающими.

Лучи света отражаются от их плоской поверхности под тем же углом, что и падают на нее. Эта характеристика придает окрашенной поверхности ровный блеск.

Перламутровые пигменты (дополняющие). Их эффект основывается на феномене преломления света.

Давайте поговорим, как эта группа пигментов взаимодействует со светом.Падающий свет разделяется на компоненты — цвета радуги. В зависимости от угла падения света на поверхность частицы пигмента — свет может быть полностью отражен или пройти насквозь без изменений.

Ключевая особенность перламутрового пигмента — различие в доле отраженного пигментом света и доле света, проникающего вглубь. Цвет проникающей доли дополняет отраженный цвет.Например, отражающийся красный цвет дополняется проникающим зеленым, в то время, как желтый и голубой формируют вторую пару отраженного и проникшего света

Эти машинки наглядно представляют 3 типа пигментов: поглощающие, отражающие и перламутровые

Следующая иллюстрация показывает, как работает перламутровый пигмент. Представьте, что свет падает на слой с пигментом (чем более гладкая и ровная поверхность, тем сильнее проявляется феномен). Падая на полупрозрачную поверхность, свет разделяется на отраженный от поверхности пигмента, но так как поверхность не может быть идеально ровной, некоторая часть света всегда будет рассеиваться, отражаясь под другим углом. Другая часть света проходит внутрь слоя пигмента. Какая это будет часть — зависит от характеристик пигментного слоя, коэффициента преломления — какое количество света и под каким углом уйдет внутрь слоя, и какая часть будет поглощена.Оставшаяся часть света проходит сквозь слой и называется проникающим светом. Как раз эта часть критична для получения перламутрового эффекта.

Этот феномен называется преломлением. Его очень легко проиллюстрировать. Линейка в стакане выглядит "поломанной". Феномен преломления вызывается разной скоростью распространения световых волн в разных средах, в нашем случае в воде и в воздухе. Или же, можно сказать, что у воздуха и воды разные коэффициенты преломления.

В виду ограничений на кол-во картинок в одной записи, придется делать запись в нескольких частях.В следующей Части мы поговорим об устройстве самих пигментов, и из чего складывается их многообразие.