Получение пигментов и красителей и изготовление на их основе различных сортов краски

Исследовательская работа на научно-практическую конференцию «Старт в науку» на тему:

Первоначально рисунки создавались только с помощью пигментов – мелко истолчённых твёрдых окрашенных веществ. Позднее в их состав стали вводить связующие вещества: кровь животных, яичный желток. Так получили первые краски. Благодаря долговечности минеральных красок, до наших дней дошли изображения, возраст которых исчисляется сотнями и тысячами лет.

Строительный бум начала XXI века породил повышенный спрос на лакокрасочную продукцию. Изменяются требования к свойствам используемых красок – экологичность, устойчивость к воздействию повышенных температур, к атмосферным осадкам, выгоранию под действием света, скорость высыхания и т.д.

Мы считаем тему нашей работы актуальной, поскольку в нашей стране становление производства товаров бытовой химии (в том числе и изготовление красок) как важнейшей подотрасли химической промышленности началось сравнительно недавно (1968 год). И возможно, навыки и знания, полученные нами в ходе выполнения этой работы, пригодятся нам в будущем, помогут в выборе профессии. А может быть позволят нам в будущем создать новые сорта красок.

В работе мы поставили перед собой цель – изготовить масляные и акварельные краски и исследовать их качества на практике.

Для достижения данной цели были определены основные задачи:

• 
  Используя дополнительную литературу, ознакомиться с составными компонентами красок и определить назначение каждого из них.
  
• 
  Используя различные химические методы, получить различные по цвету пигменты и красители.
  
• 
  На основе полученных пигментов и красителей приготовить масляные и акварельные краски.
  
• 
  Определить качество полученных красок на практике.
  

Различают хроматические и ахроматические пигменты. Хроматические пигменты можно разделить на тёплые тона (жёлтый, красный, оранжевый) и холодные (голубой, синий).

К ахроматическим относятся белый, серый, чёрный цвета.

Пигменты – средние соли: литопон ZnS + BaSO₄ , бланфикс BaSO₄ - белого цвета, жёлтый кадмий CdS, жёлтый хромовый PbCrO₄ , фиолетовый кобальт Co₃(PO₄)₂ .

Пигменты – основные соли: свинцовые белила: 2PbCO₃ . Pb(OН)₂ , зелёно-синяя медянка Cu(OH)COOH.

Пигменты – оксиды: оранжевый сурик Pb₃O₄, зелёная окись хрома Cr₂O₃.

В химический стакан ёмкостью 300 мл прилили 100 мл 0,5М раствора хлорида бария и нагрели до 80°С. При быстром помешивании раствора прилили тонкой струйкой небольшими порциями 100 мл 0,5М раствора сульфата натрия. После отстаивания слили прозрачную жидкость. К оставшемуся в стакане осадку прилили чистой воды, перемешали, дали отстояться и снова слили с осадка. Промыли 3 раза. Отфильтровали всё содержимое стакана. Просушили осадок.

Свинцовые белила представляют собой основный карбонат свинца, который мы получили, пропуская через раствор ацетата свинца (т.е. через свинцовую примочку, которая продается в аптеке; это 20%-ный ацетата свинца) углекислый газ. Свинцовые белила при этом выпали в осадок. Отфильтровали его, промыли водой и высушили. Учитывая потенциальную опасность соединений свинца, мы тщательно соблюдали правила техники безопасности. Следили за тем, чтобы соединения свинца не попали на руки и лицо, и ни в коем случае – в рот.

Сине-зелёный пигмент - это ярь-медянка – смесь основных ацетатов меди. 1 способ

К 100 мл 1М раствора сульфата меди прилили двойной объём 1М раствора гидроксида натрия. Осадок промыли для удаления избытка щёлочи и соли. К осадку гидроксида меди прилили 200 мл раствора уксусной кислоты 1М концентрации. Полученный осадок отфильтровали и высушили.

2 способ

К раствору медного купороса добавили раствор соды, в осадок выпал основный карбонат меди (CuOH)₂CO₃. Отфильтровали его, и осторожно, по каплям, добавили уксусную эссенцию до полного растворения осадка. Упарили раствор на небольшом огне почти досуха, не допуская сильного перегрева и разбрызгивания жидкости, а затем охладили. Выпавшие сине-зеленые кристаллы отфильтровали и высушили между листами фильтровальной бумаги. Чтобы не было запаха уксуса, синтез проводили под тягой.

Сурик, мумия, умбра, колхотар, венецианская красная, английская красная – далеко не полный перечень таких пигментов. В зависимости от способа получения у краски могут быть различные оттенки, от красного до коричневого, а при сильном нагревании оксида железа (III) она чернеет. Это вещество мы легко получили прокаливанием железного купороса, FeSO₄ ∙7H₂O. Чтобы разложение шло быстрее, мы брали небольшие порции купороса, нагревая до тех пор, пока он из зеленого не станет черным. При охлаждении получился красный Fe₂O₃.

Коричневый гидроксид железа (III) Fe(OH)₃, мы получили из раствора железного купороса, в который добавили раствор едкого натра. В результате реакции выпадает гидроксид железа (II) Fe(OH)₂. Он легко окисляется пероксидом водорода (быстро) или кислородом воздуха при хранении в открытой склянке (медленно). Осадок коричневого цвета отделили и высушили при комнатной температуре.

Получение ярко-красного пигмента

Оксид свинца (II) – глет, желтый пигмент, достаточно нагреть на воздухе при температуре чуть ниже 500°С (при более низкой температуре реакция не пойдет, при более высокой – выше 500°С – вновь образуется глет), при этом получили ярко-красный сурик (Pb₃O₄).

Черный пигмент – это обычная сажа. Для ее получения пламя свечи направили на холодный массивный негорючий предмет и периодически соскребали образующийся на нем черный налет. При таких условиях при горении наряду с углекислым газом CO₂ образуется элементарный углерод – сажа.

Зеленые пигменты – это соединения хрома. Их используют для красок, которые не соприкасаются с пищей. Оксид хрома (III) Cr₂O₃ получили нагреванием бихромата аммония или смеси бихромата калия с хлоридом аммония (нашатырем).

В стакан ёмкостью 500 мл налили 100 мл 0,5 М раствора ацетата свинца и добавили столько же холодной воды. Прилили тонкой струйкой при энергичном помешивании 100 мл 0,5 М раствора хромата калия. Осадку (хромату свинца) дали отстояться и промыли водой.

Пигмент хорошо высушили, растёрли и просеяли через мелкое сито. К полученному порошку по каплям добавили олифу, каждый раз размешивая и растирая, пока не получили густую однородную массу. Затем разбавили всё той же олифой до густоты обычной масляной краски. Затем добавили белый пигмент. Он не влияет на окончательный цвет краски, но лишает её прозрачности.

Используя полученные нами пигменты, мы изготовили масляную краску цветов слоновой кости, морской волны, красную, черную, зеленую, синюю.



Д. Приготовление красителей для акварельных красок

Красители мы готовили, выделяя их из растений.

Растения или отдельные их части измельчили и длительно кипятили в воде, получая концентрированный густой отвар.

Красный краситель можно извлечь из корней конского щавеля, добавив к густому отвару его немного алюминиевых квасцов для яркости цвета, из стебля зверобоя или корня подмаренника. Также можно использовать ольховую кору, положив её в воду на несколько дней, а затем приготовить отвар. Синий краситель можно добыть из цветков живокости и корней птичьей гречишки или корней девясила. Жёлтый краситель даёт крушина ольховидная, дрок красильный, орешник (кора), плоды барбариса. Если отварить в воде сухую луковую шелуху, получается коричневый краситель разных оттенков – от жёлтого до тёмно-коричневого. Из стеблей и листьев чистотела можно извлечь краситель оранжевого цвета. Ягоды черники и ежевики содержат фиолетовый краситель. Добавив железный купорос к любому из отваров, можно получить чёрный пигмент, т.к. все отвары содержат дубильные вещества, которые в присутствии солей железа (II) становятся чёрными.

Чистотел большой Барбарис.
В таблице мы привели перечень растений, из которых можно получить красители различных цветов.

Используя цветки календулы, ромашки, листья крапивы, цветы подорожника, ягоды барбариса, луковую шелуху, стебли и цветки чистотела, мы получили следующие красители: оранжевый, жёлтый, зелёный, коричневый, синий.

Осталось добавить самый главный компонент – краситель. Его добавляли в самую последнюю очередь в виде густого отвара, взяв примерно столько же, сколько было основы.

Мы получили акварельные краски следующих цветов: оранжевый, жёлтый, зелёный, коричневый, синий, белый, чёрный.


III. Выводы по работе.
Проделав данную работу, мы решили все поставленные задачи, в конечном результате получив масляные и акварельные краски, предварительно изготовив различные по цвету пигменты и красители.

Путем нанесения на различные материалы полученных красок мы определили их качество. В целом они отличаются достаточно хорошей цветопередачей, устойчивостью к смачиванию, но длительным временем высыхания, что обусловлено отсутствием целевых добавок – отвердителей и ускорителей.

1. 
   Электив 9: Физика. Химия. Биология: Конструктор элективных курсов (Межпредметных и предметно-ориентированных): Для организации предпрофильной подготовки учащихся в 9 классе: В 2-х книгах. Кн.2/Дендебер С.В., Зуева Л.В., Иванникова Т.В. и др. – М.: «5 за знания», 2006.
   
2. 
   Э.Е.Нифантьев, Н.Г.Парамонова. Основы прикладной химии. – М.: «Владос», 2002г.
   
3. 
   Л.А.Савина. Я познаю мир: Детская энциклопедия: Химия. – М.: «АСТ», 1996г.
   
4. 
   В.В.Девяткин, Ю.М.Ляхова. Химия для любознательных, или о чём не узнаешь на уроке. – Ярославль: Академия развития: Академия Холдинг, 2000г.