Ảnh hưởng của kích thước hạt đối với sắc tố hữu cơ

Các nhà sản xuất Pigment Orange 34 cho biết trong quá trình sản xuất sắc tố hữu cơ cũng như một số ứng dụng của sắc tố hữu cơ trong mực in, sơn và nhuộm màu nhựa, sắc tố hữu cơ thường được chế tạo thành các hạt siêu mịn. Thông thường, sau quá trình nghiền, kích thước hạt của sắc tố hữu cơ sẽ nhỏ hơn vài micromet, phân bố đường kính hạt tập trung hơn và không có hạt có đường kính quá lớn. Hệ phân tán thu được có khả năng phân tán tốt và ổn định trong thời gian dài. Kích thước hạt, trạng thái phân bố, trạng thái bề mặt hạt và tính chất vật lý của sắc tố hữu cơ ảnh hưởng đáng kể đến các tính năng ứng dụng của sắc tố như độ màu sắc, độ sáng, màu sắc, cường độ nhuộm, độ bền ánh sáng và khả năng chịu dung môi.

Do sắc tố hữu cơ nhuộm màu ở trạng thái phân tán của các hạt mịn, trong những năm gần đây đã có nhiều nghiên cứu rộng rãi và sâu sắc về trạng thái phân tán của các hạt tinh thể sắc tố trong các môi trường khác nhau. Theo lý thuyết hình thành sắc tố, trọng tâm của hình thái học sắc tố hữu cơ là nghiên cứu cấu trúc đơn vị của các sắc tố khác nhau: kích thước và hình thái phân bố của các hạt như vi tinh thể, tinh thể, tập hợp (aggregate), kết khúc (agglomerate), vón cục (floc), v.v., cũng như đánh giá các hệ phân tán với đặc tính khác nhau.

Các hạt sắc tố hữu cơ kết tinh tốt có thể được phân chia thành các loại sau đây:

Vi tinh thể (Microcrystalline): không tồn tại dưới dạng các đơn vị hạt riêng lẻ nhỏ hơn, mà là một phần của tinh thể, và có thể thể hiện đầy đủ đặc tính nhiễu xạ tia X.

Tinh thể (Crystal): là hạt tinh thể gồm nhiều vi tinh thể xếp sát nhau, có thể có dạng khối lập phương, dạng que hoặc dạng gạch.

Tập hợp (Aggregate): là hạt kết khúc chặt chẽ được cấu thành từ nhiều đơn vị tinh thể, có thể liên kết theo cách hai chiều qua các mặt song song hoặc ở một góc nhất định.

Kết dính (Coalescence): là sự liên kết lỏng lẻo giữa các tinh thể không theo quy luật nhất định, thường là sự kết hợp một chiều theo dạng điểm ở một góc nhất định; sau khi phân tán, chúng có thể tách ra trở lại thành các đơn vị cấu trúc cơ bản tạo nên khối kết dính. 5. Vón cục (Flocculent): chỉ trạng thái kết khúc dễ dàng phân tán trở lại trong quá trình để sau khi các khối kết khúc và tinh thể được phân tán.

Kích thước hạt sắc tố có liên quan trực tiếp đến đặc tính quang học của chúng. Thông thường, sự phản xạ ánh sáng của hạt sắc tố liên quan đến độ chênh lệch chiết suất giữa hạt tinh thể và môi trường xung quanh. Chênh lệch chiết suất càng lớn, hiệu ứng phản xạ ánh sáng càng rõ rệt, khả năng che phủ và độ sáng càng tăng. Ví dụ, khi phấn trắng (chalk) được phân tán trong môi trường dầu lanh, chiết suất của hai chất lần lượt là 1,6 và 1,5; do chênh lệch quá nhỏ nên không thể dùng làm sắc tố trắng.

Kích thước hạt của sắc tố hữu cơ cũng ảnh hưởng đáng kể đến khả năng thấm ướt, độ bền ánh sáng và khả năng chịu dung môi của sắc tố. Kích thước hạt sắc tố hữu cơ có quan hệ mật thiết với bản chất của nó, ảnh hưởng đến cường độ nhuộm, sắc màu, độ trong suốt, khả năng chịu thời tiết, khả năng chịu dung môi và độ bóng của sắc tố hữu cơ. Sau đây là phần giới thiệu của Shanghai Fine Face Chemical.

Cường độ nhuộm màu và sắc màu

Việc giảm kích thước hạt trung bình của sắc tố hữu cơ có thể làm tăng cường độ nhuộm màu, tức là sức nhuộm phụ thuộc phần lớn vào mức độ phân tán của sắc tố. Việc phân bố các sắc tố hữu cơ có kích thước và hình dạng hạt khác nhau trong môi trường tạo ra các điều kiện hấp thụ và phản xạ ánh sáng khác nhau, từ đó ảnh hưởng đến sắc màu mà sắc tố thể hiện trong môi trường. Cường độ nhuộm màu không chỉ phụ thuộc trực tiếp vào kích thước hạt mà còn liên quan đến hình dạng hạt. Các hạt mỏng hoặc kéo dài thường hấp thụ ánh sáng tốt hơn và thể hiện hệ số tắt phân tử cao hơn. Ngược lại, lớp hạt tập hợp dày không thuận lợi cho việc hấp thụ ánh sáng.

Độ trong suốt

Kích thước hạt của sắc tố hữu cơ là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến độ trong suốt của nó. Có mối quan hệ đường cong giữa kích thước hạt sắc tố hữu cơ và khả năng che phủ của nó. Khi kích thước hạt sắc tố lớn, khả năng che phủ không lớn, nhưng khi kích thước hạt sắc tố giảm thì khả năng che phủ tăng. Khi kích thước hạt sắc tố đạt đến một khoảng tới hạn nhất định, khả năng che phủ đạt giá trị lớn nhất; sau đó khi kích thước hạt tiếp tục giảm, khả năng che phủ giảm. Khi đường kính hạt nhỏ hơn một nửa bước sóng ánh sáng, hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng xảy ra và độ trong suốt tăng mạnh. Do đó, có thể điều chỉnh kích thước hạt sắc tố hữu cơ để đáp ứng yêu cầu về khả năng che phủ hoặc độ trong suốt của sắc tố.

Độ bền ánh sáng, độ bền thời tiết và độ bền dung môi

Độ bền thời tiết là một trong những tính chất quan trọng trong độ bền của sắc tố, đồng thời cũng là tính năng ứng dụng cơ bản của sắc tố hữu cơ cao cấp. Quá trình phai màu của sắc tố dưới ánh sáng thuộc phản ứng không đồng nhất khí–rắn, tốc độ phản ứng chủ yếu liên quan đến cấu trúc hóa học, nhưng cũng liên quan đến kích thước hạt sắc tố, tức là liên quan đến diện tích bề mặt riêng của nó. Đường kính hạt sắc tố hữu cơ càng nhỏ, diện tích bề mặt riêng càng lớn, năng lượng ánh sáng hấp thụ càng nhiều, tác dụng phá hủy của các chất oxy hóa khử như hơi nước trong không khí càng lớn, hiện tượng phai màu hoặc đổi màu của sắc tố hữu cơ xảy ra càng nhanh, độ bền ánh sáng và khả năng chịu thời tiết càng kém. Ngược lại, tăng đường kính hạt và tăng cường khả năng chống lại các tác nhân phá hủy trên có thể cải thiện độ bền ánh sáng và khả năng chịu thời tiết của sắc tố hữu cơ. Ngoài ra, sắc tố dùng để nhuộm màu sơn và nhựa cần có khả năng chịu dung môi và chống di chuyển tuyệt vời, điều này liên quan đến cấu trúc phân tử của sắc tố, loại nhóm thế và độ phân cực bề mặt hạt; kích thước hạt sắc tố cũng sẽ ảnh hưởng đến khả năng chịu dung môi của nó.

Độ bóng

Trạng thái hạt và kích thước hạt của sắc tố hữu cơ không chỉ ảnh hưởng đến cường độ nhuộm, độ trong suốt, sắc màu, độ bền thời tiết và khả năng chịu dung môi, mà còn ảnh hưởng đến độ bóng của màng nhuộm màu, tất nhiên nó cũng có mối quan hệ quan trọng với độ bóng màng của môi trường ứng dụng. Khi hạt sắc tố có dạng hình cầu và kích thước hạt trong khoảng 0,01~1μm, màng phủ sẽ tạo bề mặt mịn hơn, điều này liên quan đến hình dạng hạt sắc tố, đặc biệt tỷ lệ chiều dài trên đường kính của hạt dạng kim hoặc dạng que đóng vai trò quan trọng.