Un pigmento è una particolare sostanza in grado di modificare il colore di un materiale. La caratteristica principale dei pigmenti è il fatto di essere insolubili in acqua e nei comuni solventi. I pigmenti invece non si legano chimicamente, ma creano un legame fisico.
In generale si considerano tali quei prodotti solidi che, ridotti allo stato di tenue suddivisione, sono stabili chimicamente, inerti verso gli agenti atmosferici e verso l'acqua, dotati di particolare potere coprente e opacità elevata quando si trovano in presenza di un adatto substrato inorganico od organico. I pigmenti in polvere sono estremamente versatili e rappresentano la base per colorare diversi tipi di materiali e superfici.
A differenza dei coloranti, che sono sostanze solubili che penetrano nel supporto tingendolo, i pigmenti sono particelle solide e finemente macinate. I pigmenti non operano per assorbimento chimico, ma per interferenza fisica; non si legano chimicamente al substrato ma restano disperse sotto forma di particelle solide. In sintesi, i pigmenti non sono altro che lo strumento che l’uomo ha trovato per modulare la luce e i suoi colori costitutivi.
La principale differenza tra i pigmenti organici e i pigmenti inorganici sta nella presenza di atomi di carbonio all’interno delle molecole che li compongono. I pigmenti organici contengono molecole a base di carbonio. I pigmenti inorganici sono tutti quei pigmenti che si originano da minerali, terre o in maniera sintetica. Definire un pigmento organico o inorganico non ha nulla a che vedere con la distinzione tra pigmenti naturali e pigmenti sintetici.
I pigmenti organici anticamente erano estratti dalla materia vivente che è, appunto, composta di carbonio. Radici di piante e cortecce di alberi, fiori, conchiglie, derivati animali come il nero di seppia e il porpora del murice, contengono preziosi elementi coloranti. Diversamente, i pigmenti inorganici ponevano la propria origine nei minerali, come rocce, calcare, terriccio, metalli.
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La diversa composizione delle molecole di un elemento organico rispetto ad uno inorganico comporta anche proprietà differenti. Da un lato i pigmenti organici sono più brillanti e possono essere dosati in quantità inferiore, ma sono anche più suscettibili all’esposizione a intemperie e alla luce. Al contrario, i pigmenti inorganici sono meno appariscenti, ma hanno una migliore resistenza alla luce, all’acqua e al calore.
Anche le resistenze ad alte temperature sono diverse, con i pigmenti organici che corrono maggiormente il rischio di “bruciare”. Oltre a questo, il fenomeno di migrazione del colore è nettamente inferiore nei pigmenti inorganici, a differenza di quelli organici che hanno la tendenza a migrare. La compatibilità tra la chimica di un pigmento e la chimica di uno specifico polimero non è mai scontata e può variare persino con la percentuale di dosaggio.
Per esempio, pigmenti organici come le ftalocianine blu, possono alterare il grado di cristallizzazione della plastica causando un fenomeno noto come warpage, ossia distorsioni e formazione di crepe in fase di raffreddamento del prodotto stampato. La compatibilità tra la chimica di un pigmento e la chimica di uno specifico polimero non è mai scontata e può variare persino con la percentuale di dosaggio.
Lavorare con la scienza dei materiali significa prendere in considerazione tutte le varianti sin dall’inizio della progettazione di un articolo, perché anche una variazione minima potrebbe comportare reazioni impreviste. Così, può capitare che si stampi un pezzo di diversi colori e sembra andare tutto bene.
In realtà, una soluzione esiste a (quasi) tutto. Sebbene i pigmenti organici esercitino un notevole impatto sul comportamento di cristallizzazione dei polimeri, generando problematiche come il warpage, gli effetti positivi di un agente nucleante possono compensare la distorsione, uniformando il comportamento delle plastiche colorate. Questo fenomeno, noto come “pigment leveling”, è una soluzione alleata contro le deformazioni e le crepe da stress.
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Per quanto riguarda, invece, la formulazione di un colore stabile, magari sia brillante che resistente ai luminosi raggi UV, non è affare del tutto impossibile. Un masterbatch adatto alla richiesta può essere realizzato in laboratorio creando un giusto mix di pigmenti organici e inorganici, magari con l’aggiunta di qualche additivo apposito. Ciò può velocizzare il processo industriale, riducendo la necessità di regolazioni continue dei macchinari e la produzione di scarti.
I pigmenti inorganici si suddividono in base al colore in pigmenti bianchi e pigmenti colorati, e questi ultimi in rossi, verdi, gialli e bruni. Fra i pigmenti bianchi si ricordano: il bianco di Spagna che è una varietà commerciale di nitrato basico di bismuto, finemente suddiviso. Il bianco di zinco è ossido di zinco, ZnO. Il bianco di titanio, diossido di titanio, è il pigmento a più alto potere ricoprente che si conosca: questo è otto volte più alto di quello dell'ossido di zinco e dieci volte quello della biacca.
Tra i pigmenti inorganici colorati ricordiamo invece il rosso cadmio, che è costituito da una miscela di solfoseleniuri di cadmio. A seconda della quantità di selenio contenuta nel pigmento si hanno varie colorazioni che vanno dal rosso al marrone. Il minio, Pb3O4, viene usato nelle vernici antiruggine di cui favorisce la disseccazione. Il verde cromo è ossido di cromo, Cr2O3... È un pigmento all'olio o all'acqua, assai usato per la stabilità al calore e agli agenti atmosferici.
Fra i pigmenti gialli citiamo il giallo cadmio, che è un solfuro di cadmio. Secondo lo stato fisico può presentarsi da giallo citrino fino ad aranciato. Il giallo cromo è il cromato di piombo e si prepara per reazione di doppio scambio tra un composto di piombo e cromato o bicromato potassico.
| Pigmento | Composizione | Proprietà principali |
|---|---|---|
| Bianco di titanio (TiO2) | Diossido di titanio | Potere ricoprente altissimo, stabile alla luce |
| Bianco di zinco (ZnO) | Ossido di zinco | Usato per combustione; diventa giallo a caldo |
| Rosso cadmio | Solfoseleniuri di cadmio | Colori dal rosso al marrone a seconda del Se |
| Verde cromo (Cr2O3) | Ossido di cromo | Stabilità al calore e agli agenti atmosferici |
| Giallo cadmio | Solfuro di cadmio | Range dal citrino all'aranciato |
Tanto i pigmenti organici quanto gli inorganici, sia si estraggono da prodotti presenti in natura, sia si sintetizzano artificialmente in laboratorio. I pigmenti sintetici sono i più moderni, la loro produzione si è sviluppata soprattutto nel corso del 1900 e la ricerca continua tuttora. Esistono pigmenti sintetici organici e pigmenti sintetici inorganici. I primi si ottengono generalmente da composti del petrolio e del catrame e sostituiscono i pigmenti ottenuti da vegetali o animali.
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Nell’economia moderna, però, le cose sono un po’ cambiate. Ad oggi i pigmenti sintetici rappresentano la maggior parte dei pigmenti in commercio. Un pigmento “sintetico” non è affatto di qualità inferiore a uno “naturale”.
Noi riceviamo dal sole delle radiazioni che ci appaiono nell’insieme di colore bianco. In realtà quella luce è costituita da tutti i colori dell’iride. Un pigmento è bianco perché diffonde tutta la luce così come la riceve. Ciò è dovuto al fatto che le particelle del materiale non assorbono alcuna delle componenti della luce solare. Diversamente, quando le particelle del pigmento assorbono una porzione di quella luce, il pigmento risulta colorato.
Oltre ai pigmenti tradizionali, esistono polveri capaci di interagire con la luce in modi sorprendenti. Questi pigmenti non operano per assorbimento chimico, ma per interferenza fisica. Effetto: scompongono la luce bianca creando riflessi cangianti, metallici o satinati che cambiano a seconda dell’angolo di osservazione. Offrono una saturazione cromatica che appare “più luminosa del bianco”, ma sono intrinsecamente più sensibili alla luce solare rispetto ai pigmenti minerali.
Esistono anche pigmenti che si illuminano al buio (solitamente al luminati di stronzio o solfuri di zinco). Il processo di emissione può durare da pochi minuti a diverse ore.
Alcuni pigmenti storici contengono metalli pesanti. Un pigmento non è quindi necessariamente innocuo, in quanto usato sin dai tempi antichi. Alcuni pigmenti usati sin dalla più remota antichità sono innocui, penso al carbone, l'ematite, l'ocra. Ma altri, anch'essi usati sin dai tempi degli egizi e dei romani, contengono piombo, arsenico e mercurio.
L’arsenico contenuto nel verde smeraldo, ampiamente usato da Cezanne, non era certo innocuo e si pensa lo abbia fatto ammalare di diabete. Per non parlare di Van Gogh, i cui problemi di salute, con buona probabilità, sono stati aggravati dalla tossicità di gialli contenenti cromo.
Per un artista, leggere l’etichetta di un pigmento o di un colore è fondamentale. Indice di colore (Colour Index): È un codice internazionale (es. PB28 per il Blu di Cobalto) che identifica univocamente la composizione chimica. Resistenza alla luce (Lightfastness): Cruciale per la conservazione dell’opera nel tempo. Viene solitamente indicata con asterischi (*) o con la scala ASTM (I, II, III).
Opacità e Trasparenza: Alcuni pigmenti coprono completamente lo strato sottostante (coprenti), altri lasciano trasparire la luce (trasparenti). Questa proprietà è intrinseca alla struttura molecolare del pigmento stesso. Per un artista esperto, saper leggere il Color Index è fondamentale per non farsi trarre in inganno dai nomi commerciali, spesso fantasiosi o evocativi.
Se sulla confezione del vostro colore trovate più codici (ad esempio PY42 + PBk11), significa che il produttore ha creato una miscela per ottenere quella specifica tonalità. Conoscere il codice aiuta a prevedere il comportamento del colore in miscela: mescolare due tubetti che contengono già tre o quattro pigmenti diversi ciascuno porterà quasi certamente a ottenere un colore “fango” o spento.
La storia dei pigmenti è, in fondo, la storia stessa dell’umanità e del suo bisogno innato di lasciare una traccia. Dal Paleolitico ai giorni nostri, il rapporto tra chimica e colore ha trasformato la capacità umana di esprimere e conservare immagini e oggetti colorati.
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