synthetische organische pigmenten
Synthetische organische pigmenten zijn koolstofhoudende moleculen die worden vervaardigd uit aardolieverbindingen, zuren en andere chemicaliën, meestal onder intense hitte of druk. De technieken voor de productie van deze stoffen op industriële schaal werden na 1860 uitgevonden, wat het moderne tijdperk van consumentenverf inluidde. Chemische en industriële innovaties namen in een verbazingwekkend tempo toe tot het einde van de 19e eeuw en zijn tot op heden doorgegaan.
Het fascinerende verhaal van deze vroege pigmenten wordt uitstekend verteld in Philip Balls boek Bright Earth. Aniline , een olieachtige, giftige vloeibare chemische stof die werd gewonnen door de distillatie van koolteerverbindingen (zelf bijproducten van de cokes- en koolgasproductie), vormde het uitgangspunt voor een breed scala aan synthetische organische pigmenten en vroege geneesmiddelen zoals aspirine en synthetische kinine. De eerste van deze kleurstoffen was mauve , een prachtige paarse kleurstof die in 1856 werd ontwikkeld door Sir William Perkin.
Er volgden al snel vele andere kleurstoffen gemaakt van koolteer (en met andere ingrediënten dan aniline), waaronder de eerste kunstmatige productie van een natuurlijke kleurstof: alizarine , een van de twee kleurstoffen die in natuurlijke meekrap voorkomen. Deze kleurstof werd in 1868 gesynthetiseerd door de Duitse chemici Carl Gräbe en Carl Lieberman en wordt tot op de dag van vandaag verkocht als alizarinekarmijn ( PR83 ) en roodviolette mengsels die ermee gemaakt zijn.
Helaas hebben anilinepigmenten als groep de neiging erg vluchtig te zijn (ze hebben een slechte lichtechtheid ), en tegen het einde van de 19e eeuw bestempelden verffabrikanten hun verf als "permanent" om kunstenaars ervan te verzekeren dat hun pigmenten niet van aniline afkomstig waren. Voor zover 19e-eeuwse schilders zoals Vincent van Gogh of Edgar Degas anilineverf gebruikten, heeft hun kunst daar drastisch onder geleden. Niettemin heeft het onderzoek naar deze vroege kleurstoffen geleid tot de moderne organische chemie en economische methoden voor de synthese van kleurstoffen, die alle synthetische organische pigmenten leveren die tegenwoordig worden gebruikt.
Waarom zijn zoveel moderne pigmenten synthetische organische stoffen? Organisch betekent simpelweg "koolstofatomen bevattend", en de sleutel tot de chemie van organische pigmenten ligt in het verbazingwekkende vermogen van koolstof om zich met zichzelf te combineren in een grote verscheidenheid aan atoomstructuren — ringen, ketens en vertakkingen — waaronder de belangrijkste en meest fundamentele, de benzeenring van zes onderling verbonden koolstofatomen. Deze structuren kunnen zich op hun beurt aan elkaar hechten of aan een verscheidenheid aan andere atomen of chemische verbindingen (vooral stikstof en waterstof), om bijna onbeperkte moleculaire variaties te produceren. Uit deze chemische diversiteit ontstaat een groot aantal moleculen met intense kleureigenschappen: hiervan worden de minst giftige, meest permanente en meest economisch te produceren moleculen gebruikt als kleurstoffen.
Veel synthetische organische pigmenten, met name de azopigmenten, zijn afgeleid van wateroplosbare kleurstoffen . Kleurstoffen binden zich chemisch aan materialen op een manier die bewerking na het aanbrengen onmogelijk maakt. Bovendien nemen cellulosevezels, het belangrijkste bestanddeel van papier en canvas (evenals katoenen kleding), zelden een kleurstof op zonder de tussenkomst van een derde chemische stof, een beitsmiddel , om de binding tussen kleurstof en cellulosevezel te bewerkstelligen. Deze eigenschappen maken kleurstoffen onpraktisch als kunstenaarsmateriaal.
Hoe kunnen ze dan in verf worden gebruikt? De kleurstoffen worden gelakte — chemisch gebonden aan een kleurloos, transparant, onoplosbaar zout dat vaak als beitsmiddel fungeert — waardoor de kleurstof een onoplosbaar pigment wordt. De Arabische gom in aquarelverf bindt dit complexe maar chemisch stabiele pigment vervolgens aan het papier. De meest voorkomende basis voor moderne gelakte pigmenten is aluminiumhydraat (aluminiumhydroxide, ook wel transparant wit genoemd ), dat ook vaak als verdunner in olieverf wordt gebruikt; meer dekkende gelakte pigmenten worden gemaakt met bariumsulfaat (het natuurlijke mineraal bariet, waarvan de synthetische vormen bariumwit, permanent wit of blanc fixe worden genoemd ) of kaolien (gehydrateerd aluminiumsilicaat, ook bekend als porseleinklei of pijpklei ); moderne synthetische organische kleurstoffen kunnen ook worden gelakte op andere relatief inerte pigmenten, met name oxiden van chroom, ijzer, tin of andere metalen , om de kleur van het eindproduct te versterken. Van de Romeinen tot de 18e eeuw werden pigmenten aangebracht op calciumcarbonaat ( kalk ) of aluminiumkaliumsulfaat ( aluin ).
Er bestaan verschillende belangrijke groepen wateronoplosbare, kristallijne pigmenten die geen lak nodig hebben, waaronder de ftalocyaninen , chinacridonen en kuipkleurstoffen zoals de perylenen en anthrachinonen . (Kuipkleurstoffen worden normaal gesproken aangebracht op stoffen die vooraf zijn geweekt in een beitsoplossing.) Veel van deze pigmenten zijn belangrijk als drukinkten vanwege hun zeer kleine deeltjesgrootte.
Synthetische organische pigmenten worden geproduceerd om zeer krachtig te zijn en zijn vaak de meest verzadigde en sterkste kleurstoffen die beschikbaar zijn voor een specifieke tint. De productie ervan kan echter kostbaar zijn en de lichtechtheid kan sterk variëren, afhankelijk van de deeltjesgrootte, de kristalvorm of het type ondergrond dat wordt gebruikt bij het lakken. Bij veel pigmenten lopen de lichtechtheidsclassificaties van verschillende fabrikanten en de ASTM-norm vaak uiteen, wat wellicht een teken is van deze fundamentele variabiliteit.
Veel synthetische organische pigmenten vormen agglomeraten of klonten tijdens de productie. In sommige gevallen kunnen deze klonten worden afgebroken door intensief malen voordat de pigmenten tot verf worden verwerkt, maar vaker wordt klontering of de samenklontering van deeltjes beheerst door de productiemethoden (met behulp van zuren of mechanisch malen) en door toevoegingen aan de pigmentoplossing. Het gemak waarmee pigmenten kunnen worden gemalen of als afzonderlijke deeltjes kunnen worden behouden na de productie, wordt dispergeerbaarheid genoemd . Veel pigmenten hebben een dusdanig lage dispergeerbaarheid dat agglomeraten niet kunnen worden afgebroken door malen, dat ze direct na de productie moeten worden behandeld om klontering te voorkomen, of in een dispergeeroplossing moeten worden bewaard totdat het pigment daadwerkelijk in de productie wordt gebruikt.
Synthetische organische pigmenten kunnen ook verschillende kristalmodificaties ondergaan (vooral bij ftalocyaninen en chinacridonen), en deze kunnen zeer verschillende kleur- en lichtechtheidseigenschappen hebben, hoewel ze allemaal onder dezelfde kleurindexnaam vallen.
Het is belangrijk om te benadrukken dat kunstenaars, in ieder geval de afgelopen drie eeuwen, geen economische rol hebben gespeeld in de ontdekking en ontwikkeling van pigmenten. Ongeveer de helft van het totale volume synthetische organische kleurstoffen en pigmenten dat wereldwijd wordt geproduceerd, wordt gebruikt in drukinkten; een kwart in architectonische verf; en de rest voor het kleuren van textiel, kunststoffen, autolakken, keramiek, emaille, papier, cement, kaarsen, voedingsmiddelen, cosmetica en farmaceutische producten. Fabrikanten van kunstmaterialen kopen wat ze kunnen gebruiken van de restanten en overgebleven pigmenten die overblijven na de industriële consumptie door de massaproductie van consumentenproducten.
Synthetische organische pigmenten worden vervaardigd uit een beperkt aantal elementen. Ik heb enkele pigmentgroepen geïllustreerd met een schematische moleculaire afbeelding (structuurafbeelding), zodat u de essentiële moleculaire vorm van de kleurstof kunt zien. In deze schema's worden de atomen weergegeven door de volgende symbolen:
De kleurvormende eigenschappen van een molecuul zijn afhankelijk van het chromofoor , een paar of groepering van atomen die een complexe en verschuivende elektronenwolk vormen over de elektronenschillen van twee of meer atomen. Deze elektronenovergangen maken een efficiënte absorptie van specifieke lichtgolflengten mogelijk, waardoor een kleur ontstaat die visueel complementair is aan het geabsorbeerde licht (een verbinding die absorbeert in het "blauwe" en "violette" spectrum of korte golflengten lijkt geel van kleur; een verbinding die absorbeert in het "groene" spectrum lijkt paars van kleur, enzovoort). Andere groepen atomen, auxochromen genaamd , beïnvloeden de pigmentkleur door het lichtabsorberend vermogen van de chromoforen te veranderen, meestal in het lange golflengtegebied. De belangrijkste chromofoorgroepen worden weergegeven in de onderstaande afbeelding.
chromofoorgroepen die belangrijk zijn in synthetische organische pigmenten
In alle gevallen zijn de paren koolstof-, stikstof- of zuurstofatomen verbonden door een dubbele binding (ze delen twee elektronen).
Azopigmenten vormen de grootste, meest diverse en belangrijkste groep synthetische organische kleurstoffen: van de 336 momenteel geproduceerde synthetische organische pigmenten behoort 60% tot de azo-familie. Ze worden allemaal gemaakt met behulp van het diazoteringsproces dat in 1862 door Peter Gries werd ontdekt: een aromatische amine (een ammoniakderivaat dat is verbonden met koolstof- en extra waterstofatomen) wordt opgelost in een bijna bevroren zuur en vervolgens gemengd met een oplossing van natriumnitriet. De explosief reactieve producten van dit mengsel worden gekoppeld aan een breed scala aan andere koolwaterstoffen om het specifieke type azomolecuul te vormen. Het proces bindt de koolstofatomen tot ringen van zes koolstofatomen (benzeenringen) en verbindt deze ringen tot complexe ketens met stikstof en zuurstof (waterstof is overal aanwezig om de structuur te voltooien). Met uitzondering van de metaalcomplexpigmenten bevat het "familieskelet" van azoverbindingen altijd een paar stikstofatomen die verbonden zijn door een dubbele binding.
Uit deze giftige brouwerij komen enkele van de helderste en mooiste pigmenten die ooit zijn ontdekt. Azopigmenten kunnen in bijna elke tint worden gemaakt, maar in de praktijk is het kleurenpalet beperkt tot de warme kanten van de kleurencirkel: geel, oranje, rood en bruin. Betere en goedkopere blauwe en groene pigmenten zijn verkrijgbaar in de vorm van ftalocyaninen , terwijl de weinige violette azopigmenten niet permanent zijn.
Als kunstenaar is het van groot belang om de gemiddelde lichtechtheid en algemene verwerkingseigenschappen van deze pigmenten te begrijpen, ongeacht de fabrikant en de kleurnuances (chemische variaties) – oftewel, verf te zien als fysieke substanties in plaats van als 'kleuren'. Zo behoren de blauwe en groene ftalocyaninen en de oranje tot magenta chinacridonen tot de meest transparante synthetische organische pigmenten die verkrijgbaar zijn, hoewel ze behoorlijk dekkend kunnen zijn; de ftalocyaninen behoren ook tot de meest lichtechte. Daarentegen zijn de koele indanthron en de warme pyrrolen doorgaans dekkend en dekkend. (Merk op dat de lichtechtheid sterk wordt beïnvloed door de specifieke moleculaire vorm van een kleurstof, door het afwerkings- en lakproces tijdens de productie en door de deeltjesgrootte van het pigment: de gemiddelde lichtechtheidswaarden kunnen specifieke pigmenten met een uitstekende of slechte lichtechtheid samenvoegen, vooral in grote pigmentfamilies.) De volgende tabel toont de gemiddelde pigmenteigenschappen voor de belangrijkste synthetische organische pigmenten, gebaseerd op alle verfbeoordelingen in de gids voor aquarelpigmenten .
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
De belangrijkste chemische groepen in de categorie synthetische organische pigmenten worden hieronder opgesomd, in de ongeveer chronologische volgorde van hun introductie als commerciële pigmenten.
Monoazo (arylide) . Een familie van ongeveer 30 azopigmenten, aangeduid met de term arylide, die vrijwel uitsluitend gele tinten leveren. Veel ervan ( PY3 , PY65 , PY73, PY74, PY97 en PY98) worden algemeen verkocht onder de merknaam Hansa Yellow, die voor het eerst werd geïntroduceerd in 1909. De twee oranje (PO1 en PO6) en rode (PR211) monoazos worden niet gebruikt als kunstenaarspigmenten.
De structuur van PY3 is karakteristiek: een paar koolstofringen, verbonden door stikstof aan een centrale cluster van vier koolstofatomen (let op de dubbele stikstofatomen net links van het midden). Variaties in de tint ontstaan door extra atomen die asymmetrisch aan de buitenste koolstofringen hangen. Er zijn ongeveer 5 verschillende monoazopigmenten commercieel verkrijgbaar in aquarelverf. Over het algemeen zijn monoazopigmenten bruikbare en relatief goedkope kleurstoffen, halfdoorzichtig met een goede kleurkracht. Helaas hebben ze slechts een matige lichtechtheid in kunstenaarsmaterialen. Ze werken prima als verf voor studenten, maar moeten altijd zorgvuldig op lichtechtheid worden getest voordat ze in een belangrijk werk worden gebruikt. (De naftolpigmenten worden soms ook geclassificeerd als monoazopigmenten, bijvoorbeeld door de Colour Index International.)
Disazo (diarylide) . Een andere familie van ongeveer 30 azopigmenten, ontwikkeld rond 1940, wordt aangeduid met de term diarylide en (net als de monoazos) levert voornamelijk gele tinten die van bijzonder belang zijn voor de grafische industrie. De drie oranje diarylidepigmenten zijn relatief vluchtig.
De structuur van PY83 is representatief: twee identieke arylidemoleculen, in tegengestelde oriëntatie, verbonden aan dezelfde koolstofring. Variaties in de tint ontstaan door verschillen in de atomen die rond de buitenste (eind) koolstofringen zijn gerangschikt. Diarylidepigmenten zijn erg belangrijk in drukinkten, maar slechts één ( PY83 ) wordt momenteel aangeboden in aquarelverf. Hoewel diaryliden vaak verzadigder zijn en een hogere kleurkracht hebben dan aryliden, vermindert de verdubbeling van het molecuul helaas ook de lichtechtheid aanzienlijk. Om die reden zijn deze pigmenten over het algemeen niet geschikt voor kunstenaarsverf, met name aquarelverf.
Disazocondensatie . Een kleine groep van 17 azopigmenten, gevormd net als de diaryliden, bestaat uit twee gekoppelde arylidemoleculen. Deze moleculen worden echter door condensatie verbonden met een bifunctioneel koolwaterstofmolecuul – vandaar de naam. Een industrieel economisch proces hiervoor werd in 1951 ontdekt door M. Schmid bij CIBA, maar het gebruik ervan in kunstenaarsverf is zeer beperkt gebleven. Beschikbare tinten variëren van geel (PY93, PY95, PY128, PY166), oranje (PO31), rood (PR144, PR166, PR214 , PR220, PR221, PR242 , PR248, PR262) tot bruin (PBr23, PBr41 , PBr42). De weinige pigmenten die als aquarelverf verkrijgbaar zijn, zijn semi-transparant, hebben een hoge kleurkracht en zijn doorgaans zeer lichtecht (lichtechter dan analoge monoazopigmenten, maar ook duurder).
Benzimidazolon . Een belangrijke groep van ongeveer 20 azopigmenten met een breed scala aan tinten, van geel ( PY120 , PY151 , PY154 , PY175 , PY180, PY181, PY194), via oranje ( PO36 , PO37 , PO60, PO62 , PO72) en rood ( PR171 , PR175 , PR176 , PR185, PR208) tot een kastanjebruin met redelijke lichtechtheid ( PV32 ) en een prachtige bruine kleur ( PBr25 ). De benzimidazolonen werden in 1960 ontwikkeld en gepatenteerd door Hoechst en werden eind jaren zeventig voor het eerst gebruikt als aquarelpigmenten. Ze zijn relatief duur, maar behoren ook tot de meest duurzame pigmenten die in kunstenaarsverf worden gebruikt. (Winsor & Newton heeft bijvoorbeeld gekozen voor een benzimidazolonpigment voor hun "Winsor Yellow" en "Winsor Orange".)
De structuur van PY151 is representatief: een basisstructuur die sterk lijkt op die van de aryliden, maar met een karakteristieke driehoek van twee stikstofatomen en een koolstofatoom dat aan de rechter koolstofring is bevestigd. Variaties in tint ontstaan door verschillende arrangementen van atomen die aan de linker (en soms de rechter) benzeenringen zijn bevestigd. Als groep zijn de benzimidazolonen niet-toxisch, verzadigd, semi-transparant en niet-vlekkend, en leveren ze prachtig heldere, zij het ietwat fletse kleuren (cadmiumpigmenten vormen in alle opzichten een onthullende standaard ter vergelijking). Alleen al vanwege de lichtechtheid verdienen benzimidazolonen in kunstenaarsverf doorgaans de voorkeur boven vergelijkbare arylide- of diarylidepigmenten (hoewel er enkele benzimidazolonen zijn met slechts een goede lichtechtheid, zoals PY120 ). Het breedste scala aan benzimidazolonkleuren is verkrijgbaar in aquarelverf van Winsor & Newton, Rembrandt en Daniel Smith. Opmerkelijk genoeg is "benzimidazolone" ook de pigmentnaam die het vaakst wordt vervangen door "permanent", "winsor", "azo" of een andere marketingnaam (ik vind DaVinci's "benzimida" als bijnaam bijzonder leuk). In mijn oren is "benzimidazolone" niet moeilijker uit te spreken (of te onthouden) dan "Benji, mijn vader is alleen!" en iedereen lijkt prima overweg te kunnen met het label "quinacridone"... maar marketingvooroordelen over kunstenaars zijn hardnekkig – heel hardnekkig.
Beta-naftol . Een relatief kleine groep azopigmenten, behorend tot de oudste synthetische organische pigmenten, die voornamelijk rode (toluidinerood PR3, PR49, PR53, PR68) en enkele oranje (dinitraline-oranje PO5, PO17, PO46) tinten leveren. Deze pigmenten werden voor het eerst geproduceerd rond 1870, maar slechts enkele worden tegenwoordig nog gebruikt, voornamelijk voor goedkope toepassingen omdat ze goedkoop te produceren zijn en slechts matig lichtecht. (De 16 BON-arylidepigmenten , met enkele uitzonderingen allemaal middenrood tot blauwrood, zijn ook acceptabel lichtecht wanneer ze met mangaanzouten zijn gelamineerd.) De meeste beta-naftolen zijn niet lichtecht genoeg voor gebruik in aquarelverf en worden nu alleen nog aangetroffen in verf voor studenten ( Blockx is in 2006 gestopt met het gebruik ervan in hun "professionele" verf).
Naftol . ( Naftol is een geregistreerd handelsmerk van Hoechst AG; de generieke benaming voor dezelfde verbindingen die door andere bedrijven worden geproduceerd, is naftol, met een tweede h. Het woord komt uit het Grieks voor "minerale olie" en verwijst naar de oorsprong van deze pigmenten in aardolie.) De naftolverbindingen, ontwikkeld en gepatenteerd in 1911, vormen de grootste groep azokleurstoffen en -pigmenten. (In feite is ongeveer 20% van alle beschikbare synthetische organische kleurstoffen, waarvan meer dan 50 alleen al in de rode categorie, naftolpigment.) Oorspronkelijk gebruikt als katoenverf, werden ze al snel als pigmenten verwerkt en voor het eerst gebruikt in kunstenaarsverf in de jaren 1920. De belangrijkste groep voor kunstenaars zijn de naftol AS- pigmenten. Het kleurenspectrum is geconcentreerd aan de lange golflengtezijde, met onder andere warm oranje (PO24, PO38), scharlakenrood ( PO5 , PR188 , PR261), vele roodtinten (PR2, PR3 , PR5, PR7, PR8, PR9, PR17 , PR22, PR112 , PR150, enz.), karmijnrood ( PR23 , PR146, de vele pigmenten vermeld onder PR170 ), kastanjebruin violet (PV13, PV25, PV44) en bruin (PBr1).
De structuur van PR112 (voor kunstenaars een van de belangrijkste naftol-AS-pigmenten) is typisch: twee koolstofringen verbonden door stikstof aan een centrale structuur van twee overlappende koolstofringen. Variaties in de tint ontstaan door een andere rangschikking van atomen die aan de linker- en/of rechterkoolstofringen zijn verbonden (in PR112 de drie chlooratomen aan de linkerkant). Naftolen zijn niet-giftig, vaak extreem verzadigd en in aquarelverf zijn het halfdoorzichtige en sterk dekkende pigmenten. De middenrode tinten zijn bijzonder helder: ze worden traditioneel gebruikt voor lippenstift. De lichtechtheid in aquarelverf varieert van slecht tot zeer goed, dus het is belangrijk welke specifieke pigmenten je kiest.
Gerespecteerde aquarelverffabrikanten lijken PR112, PR170 en PR188 te accepteren als voldoende lichtechte pigmenten; PR112 en PR188 hebben in mijn eigen lichtechtheidstests goed gepresteerd, maar PR170 lijkt me twijfelachtig en kan beter in de tube blijven. Toegegeven, dit zijn prachtig levendige en aantrekkelijke pigmenten, maar als je je afvraagt of je favoriete kleur wel de duurzaamheid heeft die je moeder eist, doe dan altijd je eigen lichtechtheidstests .
Metaalcomplexen . Een kleine groep van ongeveer twaalf azopigmenten van geringe industriële betekenis, en (zo lijkt het) met een onzekere toekomst in de wereld van kunstenaarspigmenten (de productie van PG10 en PO65 is recentelijk stopgezet). Ze combineren allemaal een symmetrisch paar koolstofverbindingen (organisch) met een metaalatoom (meestal nikkel of koper). Tot deze groep behoren de azomethine-metaalcomplexen. De kleuren variëren van groen ( PG8 ) tot groengoud ( PG10 , PY117 , PY129 ), geel ( PY150 , PY153 , PY177, PY179), oranje (PO59, PO65 ) en rood (PR257, PR271). De meeste tinten zijn in de basiskleur vrij dof of donker, maar worden aanzienlijk helderder in de tinten.
Het schema voor PY153 toont de basisstructuur: twee koolwaterstoffen symmetrisch verbonden aan een enkel metaalatoom (in dit geval nikkel). Hoewel de eerste metaalcomplexpigmenten rond 1920 werden ontwikkeld, kwamen veel ervan pas eind jaren 40 op de markt. Deze verbindingen hebben echter bewezen unieke, zeer duurzame en redelijk lichtechte kunstenaarsverf te zijn. De meeste azomethinen reflecteren een aanzienlijke hoeveelheid groen licht, waardoor ze uitstekende keuzes zijn om gedempte, natuurlijke groentinten te mengen met de ftalocyaninen ( PG7 , PG36 en PB15 ) en ijzerblauw ( PB27 ). Ze zijn niet giftig, maar kunnen (afhankelijk van het gebruikte metaalatoom) de huid irriteren, met name na langdurig contact met het onbewerkte pigmentpoeder.
Isoindoline en isoindolinon . Dit zijn gespecialiseerde vormen van disazomethinepigmenten uit de azogroep, die voor het eerst werden beschreven in 1946 en in de jaren 60 commercieel verkrijgbaar werden. Er zijn er minder dan twaalf beschikbaar, in kleuren variërend van geel (PY109, PY110 , PY139 , PY173, PY185) tot oranje (PO61, PO66, PO69 ) en rood ( PR260 ).
De structuur van PY110 is representatief: een centrale koolstofring, verbonden door stikstof met twee benzeenringen, waaraan chloor- en koolstofatomen zijn bevestigd. Variaties in tint ontstaan door verschillen in de auxochroomatomen die symmetrisch aan de eindringen zijn bevestigd. Dit zijn extreem lichtechte pigmenten, zelfs in zeer lichte tinten en bij dunne lagen. Hoewel ze momenteel nog niet veel worden gebruikt in kunstenaarsverf, is het waarschijnlijk dat verdere verfijning van deze verbindingen zal leiden tot belangrijke nieuwe lichtechte pigmenten voor toekomstig artistiek gebruik.
Ftalocyanine . Een uiterst belangrijke groep moderne kleurstoffen, chemisch verwant aan de natuurlijke organische structuur porfyrine (de basis van hemoglobine en chlorofyl). Tussen 1907 en 1929 werd de stof driemaal onafhankelijk van elkaar ontdekt. In 1933 analyseerde en benoemde R. Patrick Linstead het blauwe molecuul (van de Griekse woorden nafta en cyanine , wat "donkerblauw uit minerale olie" betekent), ontwikkelde methoden om het efficiënt te produceren en wees op het uitstekende pigmentpotentieel. Het werd in 1935 commercieel geïntroduceerd onder de naam monastralblauw; de groene tinten volgden in 1938. (In Frankrijk worden deze pigmenten soms bleu anglais en vert anglais genoemd. ) De ftalo's vormen complexen met vrijwel elk zwaar metaalatoom (er zijn 66 verschillende metaalcomplexen bekend), maar de verbindingen die voor kunstenaars van belang zijn, worden gevormd met een centraal koper- of nikkelatoom, die vierkante, platte kleurstofmoleculen vormen.
De structuur van alfa-ftalocyanineblauw (PB15:3) is representatief: vier koolstofringen verbonden tot een platte plaat door koolstof en stikstof; het metaalatoom (in dit geval koper) bindt zich aan twee van de vier binnenste stikstofatomen. De groene tinten, die chemisch minder stabiel zijn, ontstaan door 15 van de waterstofatomen op de buitenste koolstofringen te vervangen door chloor (PG7) of chloor en broom (PG36) atomen. De afzonderlijke kleurstofplaatjes kunnen ketens of polymeren vormen door de koperatomen met elkaar te verbinden via intermediaire zuurstofatomen; deze vormen de pigmentdeeltjes. Ftalocyanineblauw en -groen zijn al sinds de jaren 50 verkrijgbaar in kunstenaarsverf, maar worden pas sinds kort veelvuldig gebruikt door aquarellisten. (Het sterk kleurende karakter van deze vroege ftaloblauwe verven was ontmoedigend.) De kleuren die in kunstenaarsverf worden gebruikt, variëren in tint van roodachtig blauw ( PB15:1 of PB15:6 ) tot groenachtig blauw ( PB15:3 ), cyaan ( PB17 ), turkoois ( PB16 ), blauwgroen ( PG7 ) en geelgroen (PG13, PG36 ); alleen de metaalvrije vorm (PB16, een dof groenachtig blauw) is een echt synthetisch organisch pigment. Alle tinten (maar vooral de groentinten) nemen toe in kleurintensiteit en kleurkracht naarmate de gemiddelde deeltjesgrootte kleiner wordt dan 0,15 µm, wat wordt bereikt door afwerking met zuren of mechanisch malen. Ftalocyaninen zijn onmisbare pigmenten in het groene deel van de kleurencirkel: PG7 of PG36 zijn basisbestanddelen voor een breed scala aan handige groene mengsels. De natuurlijke schaarste van blauwe en groene pigmenten wordt geïllustreerd door het feit dat ftaloblauw het belangrijkste blauwe pigment is dat is ontdekt sinds kobaltblauw (1804) of ultramarijnblauw (1828); ftalogroen is het belangrijkste groene pigment sinds smaragdgroen (1814) of viridiaan (1838).
Quinacridon . Een grote familie van moderne, matig verzadigde en zeer kleurrijke pigmenten, die sinds 1896 herhaaldelijk in chemisch onderzoek werden opgemerkt, maar pas in 1955 als bruikbare pigmenten werden erkend (door W. Struve bij DuPont, die ook economische productiemethoden ontwikkelde). De eerste quinacridonen werden in 1958 op de markt gebracht als autokleurstoffen en kunstenaarsverf, die al snel werden gebruikt door abstract expressionistische schilders in New York. De beschikbare tinten variëren van goudgeel ( PO49 ), via roodachtig oranje ( PO48 ), middenrood ( PR209 ), koraal (PR207), rood ( PV19 ), roze ( PV19 en PV42 ), magenta ( PR122 , PR202 ), kastanjebruin ( PR206 ) tot een donkerroodviolet ( PV19 ). Bijna alle quinacridonen hebben een uitstekende lichtechtheid in aquarelverf.
De structuur van bèta-quinacridon PV19 is karakteristiek: twee paren zuurstof- en stikstofatomen ingebed in vijf (vandaar de "quin", voor vijf) onderling verbonden koolstofringen. Chemische variaties ontstaan door groepen atomen die symmetrisch aan beide zijden van het molecuul hangen. Deze atomen fungeren zowel als auxochromen om de kleur te beïnvloeden als complementaire chemische bindingen die de quinacridonmoleculen verbinden tot chemisch stabielere kristalketens. (Het diagram toont de stikstof/waterstof- en zuurstofcomponenten van PV19 op deze auxochroomposities.) Zo levert vervanging van deze auxochromen door methyl (CH₃ ) PR122 op en door chloor (Cl) PR202. Interessant genoeg heeft een oplossing van chinacridonmoleculen doorgaans een lichtgele tot oranje kleur: de kleur van het pigment wordt feitelijk bepaald door de deeltjesgrootte, de kristalmodificatie, variaties in de auxochromen, of door het samen kristalliseren van verschillende chinacridonmoleculen, waaronder chinacridonchinon of zelfs andere pigmenten (een gepatenteerd pigment van Ciba-Geigy, PR N/A , is een gemengde gekristalliseerde vorm van bèta-chinacridon met een diketo-pyrrolopyrrool). Veel van de kleurvariatie komt voort uit verschillen in de manier waarop de chinacridonmoleculen zich tot kristallen combineren, wat kan worden beïnvloed door te malen met zouten of te verhitten in oplosmiddelen. Alle chinacridonen zijn niet-giftige, middelsterke, transparante en matig dekkende pigmenten, en in aquarelverf worden ze iets verzadigder van tint. Ze zijn zeer geschikt voor washes en mengen uitstekend met andere kleuren.
Tot de wonderen van de moderne industriële chemie, zoals de ontdekking van kunstmatig ultramarijn, anilinekleurstoffen en ftalocyaninen, behoort ook de ontdekking en ontwikkeling van de chinacridonen. Deze pigmenten bieden een superieure lichtechtheid in een deel van de kleurencirkel dat al lange tijd geteisterd wordt door vluchtige organische pigmenten – met name natuurlijke organische pigmenten zoals meekrap, alizarinekarmijn en echt karmijn. Alleen al daarom zijn ze een enorme aanwinst voor kunstenaars. Ze vormen ook een prachtige aanvulling op of vervanging voor het gele en oranje kleurenpalet van de "aardekleuren", maar helaas heeft de geringe vraag naar goudchinacridon ( PO49 ) in de auto-industrie ertoe geleid dat dit pigment is verdwenen.
Perinone . Een handvol belangrijke kuipkleurstoffen die al sinds de jaren 20 van de vorige eeuw bekend zijn, maar pas sinds de jaren 60 als pigment verkrijgbaar zijn. De tinten beslaan een relatief beperkt spectrum, waaronder perinone-oranje ( PO43 ) en het ietwat doffe perinone-rood diep (PR194). Perinone-oranje heeft een goede lichtechtheid in aquarelverf en (in combinatie met aluminiumvlokpigmenten) levert een mooie koperkleurige metallic verf op.
Peryleen . Beschreven en gebruikt sinds circa 1912 als kuipkleurstoffen die chemisch verwant zijn aan de perinonen, werden de perylenen voor het eerst commercieel geproduceerd en verkocht als pigmenten in 1957. De beschikbare kleuren zijn beperkt tot matig verzadigd scharlakenrood (PR123, PR149 , PR190), rood ( PR178 ), donker kastanjebruin (PR190, PR179 , PR224, PV29 ) en een zeer donkergroen ( PBk31 ).
De structuur van PR149 is karakteristiek: een netwerk van zeven in elkaar grijpende koolstofringen, verbonden met twee buitenste koolstofringen door stikstofatomen. Kleurverschillen ontstaan door modificaties aan deze twee buitenste ringen. Alle perylenen zijn niet-giftige, middelheldere, transparante en sterk dekkende pigmenten met een zeer goede tot uitstekende lichtechtheid in aquarelverf (veel worden ook gebruikt als autolakken). Het gebruik van perylenen door kunstenaars is tot nu toe relatief zeldzaam geweest, blijkbaar omdat er meer verzadigde pigmenten beschikbaar zijn in hetzelfde kleurenspectrum.
Anthrachinon . Een kleine groep van ongeveer tien pigmenten, waarvan de meeste een lange geschiedenis hebben als textielverfstoffen. Ze leverden doffe, zwakke pigmenten op totdat methoden voor zuivering, zorgvuldige precipitatie en vermaling werden ontdekt die het grootste deel van de kleurhelderheid van de verfstof behielden. De groep omvat anthrapyrimidinegeel ( PY108 ), anthrachinoïde rood ( PR177 ) en mijn favoriet, indanthronblauw ( PB60 ).
Diketo-pyrrolopyrrole . Een kleine maar zeer belangrijke groep nieuwe synthetische organische pigmenten, ontdekt in het begin van de jaren tachtig en systematisch ontwikkeld tot pigmenten met een zeer goede lichtechtheid. Er worden momenteel ongeveer zes aangeboden, in de tinten oranje ( PO71 , PO73 ), scharlakenrood ( PR255 ), rood ( PR254 ) en karmijnrood ( PR264 , PR274). Pyrrolen zijn ook gekristalliseerd met chinacridonen om hybride pigmenten te produceren ( PR N/A ).
De structuur van PR254 is typisch: twee koolstofringen verbonden door een complexe brug van koolstof-, stikstof- en zuurstofatomen. Variaties in de kleur van DPP-pigmenten ontstaan door verschillen in de atomen die symmetrisch aan beide uiteinden van het molecuul hangen. Alle pyrrolen zijn niet-toxisch, extreem lichtecht, halfdoorzichtig tot halfdekkend en kleurend. Ze zijn zeer aantrekkelijke vervangers voor cadmiumpigmenten in dezelfde tinten, omdat het mengbereik van de DPP-pigmenten veel breder is dan dat van de cadmiumpigmenten – hoewel de verzadiging voor de oranje en scharlakenrode tinten minder is. (Voor een vergelijkbaar kleurenbereik met een iets lagere verzadiging maar veel hogere transparantie, zie de chinacridonen .)
Dioxazine . Een kleine groep kleurstoffen afgeleid van chloranil, waaronder één zeer belangrijk pigment: dioxazineviolet ( PV23 en PV37 ). Dit pigment werd in 1952 door Hoechst AG ontwikkeld als kleurstof en wordt nu gebruikt in kunststoffen en autolakken om de kleur van ftaloblauw warmer te maken. Het pigment wordt verkregen door de kleurstof op te lossen in een zeer heet zuur, waarna het resulterende neerslag wordt gewassen en fijngemalen. Het pigment bestaat in twee kristalvormen, een rode en een blauwe tint, waarvan de kleur kan worden aangepast door verschillende productie- of maalmethoden. Beide vormen hebben dezelfde kleurindexnaam, worden door fabrikanten slecht van elkaar onderscheiden en worden blijkbaar verward in de literatuur over lichtechtheidstesten (zie de opmerkingen onder PV23 in de handleiding voor aquarelpigmenten ). Aquarelfabrikanten bieden consequent de blauwe variant aan, die in de gezaghebbende industriedocumentatie als "extreem lichtecht" wordt beschreven, maar in veel referenties over aquareltesten als "lichtvluchtig". (Ik heb in mijn eigen aquareltesten een "zeer goede" tot "uitstekende" lichtechtheid vastgesteld.)
Triarylcarbonium . Twee groepen trifenylmethaanpigmenten, verkregen door het lakken van basische kleurstoffen. De bruikbare kleuren zijn groen (PG1, PG2, PG4, PG45), blauw (PB1, PB2, PB9, PB10, PB14, PB18, PB19, PB56, PB61, PB62), rood (PR81, PR169) of violet (PV1, PV2, PV3, PV27, PV39). Sommige tinten fluoresceren licht en worden nog steeds gebruikt vanwege hun helderheid, vooral als niet-gelakte basische kleurstoffen (bijvoorbeeld rhodamine B, BV10, gebruikt in Holbeins opera ). Hun lichtechtheid varieert van slecht tot waardeloos en geen verf die deze pigmenten of niet-gelakte basische kleurstoffen bevat, mag worden gebruikt in professionele kunstwerken. (Sommige verffabrikanten, zoals Schmincke en Holbein, bieden deze pigmenten aan in verven met de aanduiding "briljant", die bedoeld zijn voor drukwerk of fotoreproducties – oftewel kunstwerken die niet lang mee hoeven te gaan.)
Naast deze belangrijke families van synthetische organische pigmenten bestaan er in bijna elke kleurcategorie diverse unieke pigmenten. De meeste worden niet gebruikt in aquarelverf omdat ze niet duurzaam zijn, duur zijn of niet beter presteren dan een gangbaarder alternatief pigment. De creatieve ontwikkeling in de moderne industriële organische chemie gaat echter onverminderd door, dus de kans is groot dat we deze nieuwe verbindingen in toekomstige verflijnen vaker zullen zien.
De gezaghebbende bron over synthetische organische pigmenten is Industrial organic pigments van Willy Herbst en Klaus Hunger (Wiley, 1997), dat wordt aangeprezen als "alles wat er te weten valt over organische pigmenten". Een samenvatting van dezelfde informatie (van dezelfde auteurs) is te vinden in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry (Wiley, 2000), verkrijgbaar bij elke goede chemiebibliotheek. (Ftalocyaninepigmenten worden in een apart hoofdstuk behandeld; Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry bevat ook een hoofdstuk over "Kunstenaarskleuren".) Historische informatie over natuurlijke organische pigmenten is verspreid over verschillende bronnen. Een uitstekend startpunt is de vierdelige serie Artists' Pigments: A Handbook of Their History and Characteristics, geredigeerd door Robert Feller (deel 1), Roy Ashok (deel 2), Elisabeth West Fitzhugh (deel 3) en Barbara Berrie (deel 4) (Oxford University Press, 1994-2001). U kunt ook deze interessante website over pigmenten in schilderijen bekijken .
