• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Polacy opracowali ekologiczną metodę wytwarzania czerwonego pigmentu

    05.02.2010. 11:26
    opublikowane przez: Piotr aewski-Banaszak

    Nowatorską, ekologiczną metodę uzyskiwania czerwonego pigmentu ceramicznego opracował zespół naukowców pod kierunkiem dr Cecylii Dziubak z Instytutu Ceramiki i Materiałów Budowlanych. Ekologiczny aspekt technologii polega na znaczącym ograniczeniu liczby toksycznych substancji, powstających przy produkcji pigmentu. Wytworzony w ten sposób pigment nie ustępuje w niczym pigmentowi produkowanemu w tradycyjny sposób.

    Za swoją metodę naukowcy otrzymali złoty medal podczas targów "Brussels Innova 2009".

    Jak wyjaśniła w rozmowie z PAP kierownik Zakładu Technologii Ceramiki - dr Cecylia Dziubak, pigment to syntetyczny barwny minerał, wytworzony na wzór minerałów znajdujących się w skorupie ziemskiej. Jako produkt handlowy pigment ceramiczny jest bardzo drobnym, kolorowym proszkiem.

    "Pigment cyrkonowo-żelazowy jest znany i używany od lat 60. XX wieku. Nadaje się do barwienia wszelkiego typu szkliw. Jego popularność wynika z tego, że jest bardzo uniwersalny. Ma dobrą wytrzymałość techniczną, bo utrzymuje stabilną barwę niezależnie od wysokości temperatury" - mówiła kierownik Zakładu Technologii Ceramiki.

    Charakterystyczną cechą pigmentów cyrkonowych jest to, że się nie rozpuszczają w wodzie, zasadach, ani w kwasach i są odporne na temperatury osiągające nawet 1300 st. C. Oznacza to, że jeśli pigment w postaci proszku umieścimy nawet w temperaturze 1350 st. C. to nie straci swoich właściwości. Z tego powodu używa się go do barwienia szkliw ceramicznych.

    W tradycyjnej metodzie produkcji pigmentu, oprócz nadającego cząsteczkom czerwoną barwę hematytu (Fe2O3), powstaje m.in. toksyczny dwutlenek siarki (SO2), którego znaczące ilości emitowane do środowiska powodują jego skażenie. W efekcie w ściekach występuje duże stężenie siarczanów, chlorków i fluorków alkalicznych.

    Innowacyjność i ekologia metody opracowanej w Instytucie Ceramiki i Materiałów Budowlanych polega na zastosowaniu jako jednego z surowców hydroksytlenku żelaza (FeOOH), zamiast toksycznego uwodnionego siarczanu żelaza (FeSO4*7H2O). Hydroksytlenek żelaza podczas rozkładu w procesie termicznym wytwarza hematyt, a do atmosfery emituje tylko parę wodną, nieszkodliwą dla otoczenia. W ściekach produkcyjnych - zauważyła dr Dziubak - znajduje się wagowo około 10 razy mniej rozpuszczalnych soli, w których dominuje fluorek sodowy możliwy do zawrócenia i ponownego użycia w procesie produkcyjnym.

    Jak tłumaczyła naukowiec, wytwarzanie pigmentu polega na zmieszaniu ze sobą bezbarwnych lub kolorowych składników. Po wymieszaniu poddaje się je procesowi kalcynacji, czyli wypalania w wysokiej temperaturze. "W efekcie procesu termicznej syntezy następuje połączenie podstawowych składników, a w międzyczasie do sieci krystalicznej wbudowują się pierwiastki zwane chromoforami" - opisywała.

    Właśnie od rodzaju chromoforu zależy jaką barwę pigmentu otrzymamy. Do chromoforów należą m.in. tytan, chrom, żelazo i kobalt.

    Pigment cyrkonowo-żelazowy jest zbudowany na sieci krystalicznej cyrkonu (krzemianu cyrkonu), a chromoforem jest hematyt (Fe2O3). "W tradycyjnej metodzie podstawowymi surowcami do wytworzenia tego pigmentu są: dwutlenek krzemu (SiO2) i dwutlenek cyrkonu (ZrO2) - które tworzą sieć krystaliczną krzemianu cyrkonu ZrSiO4; składnik chromoforowy - uwodniony siarczan żelaza (FeSO4*7H2O) i inne dodatki, np. mineralizatory" - wyjaśniała dr Dziubak.

    Czerwono-brązowa barwa pigmentu cyrkonowo-żelazowego pochodzi od hematytu zamkniętego pomiędzy mikrokryształami ZrSiO4 podczas syntezy termicznej, co przedstawia zamieszczony poniżej rysunek.

    Nietrwałe termicznie cząstki hematytu (Fe2O3) są ochraniane otoczką z krzemianu cyrkonu przed niszczącym oddziaływaniem temperatury i środowiska chemicznego.

    Jak wyjaśniła dr Dziubak, pigment cyrkonowo-żelazowy nadaje się do zastosowania do prawie wszystkich typów szkliw przeznaczonych do dekorowania płytek i wyrobów sanitarnych oraz użytkowych. Ze względu na atrakcyjną barwę i stabilność w szerokim zakresie temperatur interesują się nim producenci wyrobów ceramicznych.

    Źródło:
    PAP - Nauka w Polsce, Ewelina Krajczyńska

    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)
    Caput mortuum - czerwony pigment mineralny, tlenek żelazowy Fe2O3, otrzymywany przez prażenie siarczanu żelazowego, używany jako barwnik w malarstwie. Leucyzm – choroba charakteryzująca się niedoborem ciemniejszego pigmentu w skórze, we włosach i w piórach. W przeciwieństwie do albinizmu leucyzm spowodowany jest niedoborem nie tylko melaniny, ale też wszystkich typów pigmentu skóry. Czerwień żelazowa (nazwa zwyczajowa: minia żelazna) - czerwony pigment zawierający tlenek żelaza(III), otrzymywana przez prażenie rud żelaza, stosowana do produkcji farb, barwienia betonu, szkliwa emalierskiego.

    Pastel — technika malarska oraz środek rysunkowy i malarski w formie kolorowego sztyftu, kredki lub ołówka, służący do nanoszenia kolorowych pigmentów na podłoże. Wytwarza się go poprzez zmieszanie pigmentu, kredy i spoiwa z gumy. Mieszaninę formuje się w wałeczki, a następnie pozostawia do wyschnięcia. Przed wyschnięciem pastele mają konsystencją ciasta, stąd nazwa (wł. pasta — ciasto). Substancje barwiące – substancje nadające barwę innej substancji pozbawionej barwy (przezroczystej, białej lub szarej), lub też zmieniające barwę substancji posiadającej już jakąś barwę. Można je podzielić na pigmenty, laki i barwniki. Pigmenty są nierozpuszczalnymi kryształami wymagającymi procesu dyspersji w celu ich użycia do barwienia substancji. Barwniki są substancjami rozpuszczalnymi. Barwniki są łatwe w użyciu niemniej jednak ich odporności są mniejsze od pigmentów. Barwniki są transparentne, pigmenty są różne - część jest kryjąca, część transparentna.


    Pigmenty metaliczne – jedna z podstawowych grup pigmentów (pozostałe to pigmenty absorpcyjne, perłowe oraz fluorescencyjne i fosforescencyjne). Pigmenty metaliczne są drobinami pojedynczych metali lub ich stopów, przy czym w zależności od pożądanego efektu wizualnego stosuje się je w określonych stopniach rozdrobnienia, co odróżnia je od większości pozostałych pigmentów, w których pożądana jest jak najmniejsza wielkość ziaren. Drugą specyfiką ziaren tego typu pigmentów jest kształt - najczęściej dąży się do tego, aby były w postaci płytek (w praktyce są to łuski). Sjena palona to pigment tlenków żelaza o ciepłej, brązowawej barwie. Sjenę paloną uzyskuje się w chemicznym procesie spalania gliny limonitowej (tzw. sjeny surowej).


    Fresk Giotta (buon fresco) jest to fresk, tworzony za pomocą specyficznej techniki polegającej na malowaniu za pomocą rozrobionych z wodą pigmentów bezpośrednio na świeżej i jeszcze wilgotnej zaprawie wapienno-piaskowej. Wapno gaszone, które jest wodorotlenkiem wapnia, wysychając, łączy się z dwutlenkiem węgla zawartym w powietrzu i staje się nierozpuszczalnym węglanem wapnia. W trakcie tego procesu cząstki pigmentu zostają na trwałe związane z powierzchnią zaprawy na ścianie. Jest to technika wymagająca wielkiej biegłości, ponieważ należy malować dość szybko, zanim zaprawa wyschnie, i nie można dokonywać żadnych poprawek. Wodorotlenek żelaza(III) – nieorganiczny związek chemiczny z grupy wodorotlenków o wzorze formalnym Fe(OH)3. Jest to ciało stałe koloru czerwonego. W rzeczywistości wodorotlenek żelaza(III) ma zmienny skład wyrażony wzorem xFe2O3·yH2O. Nierozpuszczalny w wodzie i alkoholu. Stosowany jest jako pigment oraz przy oczyszczaniu wody.

    Melanizm (gr. mélas, mélanos - czarny) – brunatne lub czarne zabarwienie skóry lub jej wytworów wynikające ze zwiększonej zawartości melaniny – ciemnego pigmentu w chromatoforach (komórkach barwnikowych. Występuje zarówno u bezkręgowców, jak i kręgowców. Może być formą adaptacji do środowiska lub występować jako zaburzenie chorobowe.

    Pigmenty absorpcyjne – jedna z podstawowych grup pigmentów (pozostałe to pigmenty metaliczne, perłowe oraz fluorescencyjne i fosforescencyjne). Barwa pigmentów absorpcyjnych wynika jedynie z absorpcji fal świetlnych określonej długości i odbicia pozostałej części widma światła oświetlającego, nie jest natomiast uzależniona od kąta padania światła na ich powierzchnię, ani od kąta obserwacji. Pigmenty absorpcyjne mogą być pochodzenia organicznego lub nieorganicznego.

    Lederyna to rodzaj sztucznej skóry wykonanej z tkaniny bawełnianej lub papieru, z jednostronnie nałożoną cienką elastyczną warstwą apretury (składającej się z nitrocelulozy, ftalanu dwubutylowego, oleju rycynowego i pigmentu). Nóż ceramiczny to nóż, którego głownia wykonywana jest z dwutlenku cyrkonu (ZrO2), co nadaje jej wysoką twardość. Sproszkowany dwutlenek cyrkonu jest prasowany pod bardzo wysokim ciśnieniem w prasie o kształcie głowni noża i tak przygotowany półprodukt jest spiekany izostatycznie pod ciśnieniem (proces HIP – Hot Isostatic Pressing) w temperaturze około 1400 °C przez 5–12 godzin. Po tym procesie powstaje głownia o twardości około 8,5 w skali Mohsa. Dla porównania twardość stali to 7 do 7,5, a twardość diamentu to 10. Tak twarde ostrze wymaga ostrzenia na tarczy diamentowej, ale w normalnym użytkowaniu wystarczy to czynić raz na kilka lat.

    Tlenek cyrkonu(IV) (ditlenek cyrkonu), ZrO2 – nieorganiczny związek chemiczny, tlenek cyrkonu na IV stopniu utlenienia. W temperaturze pokojowej jest to białe, krystaliczne ciało stałe, odporne chemicznie i bardzo trudnotopliwe. Krystalizuje w układzie heksagonalnym, regularnym lub tetragonalnym. Regularny tlenek cyrkonu(IV) jest stosowany jako imitacja diamentu o nazwie cyrkonia – ma podobną twardość, współczynnik załamania światła i inne właściwości.

    Dodano: 05.02.2010. 11:26  


    Najnowsze