Pigmentin yapısı ve özellikleri

Bütün doğal ve yapay renkleri oluşturan moleküllere “pigment” adı verilir. Pigment molekülleri, belli bir enerji ile harekete geçerler. Renklerin oluşmasındaki tüm aşamalarda ışığın etkisi vardır. Pigmentlerle ışık arasında da ilişki vardır. Güneş ışığı, canlılardaki renk

17 molekülleri veya pigment molekülleri için önemli ve gereklidir. Bir pigment, dalga boyunun seçici absorpsiyonu (emme) sonucu yansıyan veya iletilen ışığın rengini değiştiren bir maddedir. Bu fiziksel süreç, bir maddenin ışık yayan flüoresan ve fosforesans gibi çeşitli parlaklık formlarından farklı bir süreçtir. Birçok malzeme belirli dalga boylarını seçici olarak emer [44].

Pigmentler, kendilerine ulaşan ışığın renk enerjisini elektrik sinyaline çevirirler. Pigmentlerin en önemli eylemi budur. Başka bir ifadeyle; insanın gözünde renk olarak gördüğü her şey aslında gözdeki özel pigment moleküllerinin bir tepkimesidir. Pigment molekülleri, kendilerine gelen ışığın dalga boyunu elektrik sinyaline çevirerek beyne iletir. Beyin de bu sinyallerin renk olarak algılar [45]. Çevremizdeki görünür ışığın sahip olduğu enerji düzeyi, canlıların ciltlerinde, derilerinde, tüylerinde, kürklerinde, pullarında veya yüzeylerinde bulunan pigment moleküllerini harekete geçirmek için gerekli enerji düzeyine eşittir. Belirli renklere karşılık gelen ve görünür ışığın aralığı içinde olan dalga boyları bu pigmentleri harekete geçirerek canlıların üzerindeki renklerin oluşmasını sağlar. Bitkiler ve çiçeklerdeki renk çeşitliliği de, bünyelerindeki pigment moleküllerinin ışığa karşı verdiği tepkinin bir sonucudur [46].

Pigmentler, görünür ışığın belirli dalga boylarını seçici olarak emdikleri ve yansıttıkları için renkler görünür. Beyaz ışık, 375-400 nanometre ile 760-780 nanometre arasındaki bir dalga boyundaki görünür ışığın tüm spektrumunun eşit karışımıdır. Bu ışık bir pigmentle karşılaştığında spektrumun parçaları pigmentin molekülleri veya iyonları tarafından emilir. Diğer dalga boyları veya spektrumun parçaları yansır veya dağılır. Yansıtılan ışık tayfı bir renk görünümü oluşturur. Pigmentlerin görünümü ışık kaynağının rengiyle yakından ilişkilidir. Güneş ışığı yüksek bir renk sıcaklığına ve eşit bir spektruma sahiptir. Bu sebeple gün ışığı, beyaz ışık için standart olarak kabul edilir. Yapay ışık kaynaklarında ise, spektrumlar bazı bölümlerde yüksek ve alçak olarak bulunur. Bu koşullar altında pigmentler de farklı renklerde görünür ve renk aralıkları oluşur [44]. Saf pigment, beyaz ışığın çok azını dışarı bırakır ve çok doygun bir renk üretir. Bununla birlikte çok miktarda beyaz bağlayıcı ile karıştırılan az miktardaki pigment, beyaz ışığın kaçak olması sebebiyle solgun veya doymamış olarak görünür.

18

Şekil 1.6. Renklerin, dalga boyu eksenindeki dizilişleri

Pigmentlerin üretiminde aranan özellikler şunlardır; ultraviyole ışınlara karşı dayanıklılığı, ısı kararlılığı, düşük toksidite, renk verme mukavemeti, boyanması, dağılımı, şeffaflığı veya opaklığı, alkalilere ve asitlere karşı direnci, kimyasal olarak inertlikleri [43].

Pigmentler, küçük partikül büyüklüğüne sahip bir çözücüde veya bir bağlayıcıda çözünmeyen ancak boyanın temel taşlarından biri olup film vermeyen ama filmin içerisinde yer alan organik veya inorganik yapıda olan, renkli veya renksiz kimyasallardır. Değişik tür ve renkte pigmentler Resim 1.3’te verilmiştir.

Resim 1.3. Değişik tür ve renkte pigmentler

20. yüzyılda pigmentler genişleyen, bilimsel bir buluş konusu hâline geldi. Son 50 yıldır yapay renkli pigmentler, kadmiyum kırmızısı, manganez mavisi, molibden kırmızısı ve bizmutla karışık oksitler pazardaki yerini aldı. Anatas ve rutil yapılarıyla titanyum dioksit,

19 çinko oksit yapay beyaz pigmentlerden olup dolgu maddeleri olarak kullanılmaya başlandı. Luster pigmentleri artan bir öneme sahip oldu [47].

Boyanın sürüldüğü yüzeyi örtme gücü doğrudan pigmentlerin özellikleri ile ilgilidir. Örtme gücünü etkileyen iki önemli faktör bulunmaktadır. Bunlar kırılma indisi ve tanecik boyutudur.

Kırılma indisi birimsiz bir değer olup ışığın boşluktaki hızının maddenin içindeki hızına oranıdır. Işık en yüksek hızına boşlukta ulaştığından kırınım indisi her zaman birden büyük bir sayıdır. Pigmentler kendi içinden geçen ışık ile ne kadar çok etkileşimde bulunursa ışığın yolunu da o kadar çok saptırır [49].

Pigmentin kullanılacağı yapı içerisindeki (özellikle boya formülasyonlarında) örtücülük özelliklerinin tasarlanmasında kullanılacak pigmentin kırılma indis değerinin bilinmesi ve değerlendirilmesi önem arzeder. Pigmentin kırılma indis değerinin değerlendirilmesinde değişik yöntemler vardır [50].

Örtme gücünün üzerinde önemli diğer bir özellik de ışığın pigment tarafından saçılmasıdır. Işığın dalga boyu ile tanecik boyutu, ışığın saçılmasında önemli iki parametredir.

Taneciğin boyutu ışığın dalga boyu ile uyumlu değilse renkli boyalarda bulunan beyaz pigmentler renkte kaymalara neden olmaktadır. Büyük boyutlu tanecik rengi kırmızıya, olması gerekenden daha küçük boyutlu olan tanecik ise rengi maviye kaydırır. Beyaz boyalarda ise bu durum örtme gücünü azaltır. Pigment taneciklerinin geometrik şekilleri de boyaların özelliklerini etkilemektedir [51].

İğne yapılı pigmentler (çinko oksit) boyanın mekanik özelliklerini artırır. Yapraksı pigmentler de boyanın mekaniksel özeliklerini artırmaktadır. Yapraksı pigmentler sürülen boyada balık pulu gibi üst üste yığılarak yapının sağlamlaşmasına neden olur. Bu tür boya uygulamaları rutubet ve gaz geçirgenliğini en aza indirmektedir. Bu nedenle korozyona karşı boyalarda yapraksı pigmentler kullanılır [52].

Pigmentlerin önemli olan diğer bir özelliği de toplam yüzey alanıdır. Yüzey alanının büyük olması yüzey aktif maddelerin ve reçinenin iyi yapışmasına neden olmaktadır.

Pigmentlerin kalite unsurlarının belirlenmesinde aşağıdaki parametreler göz önünde bulundurulmaktadır;

20

 Kütle tonu: Pigmentlerin tek başına bir vernik içinde dispers edilmesi neticesinde meydana gelen renktir. Kütle tonu, standart bir pastaya göre mukayese edilir. Kullanılan verniğin, standart pastada kullanılan vernikle aynı özellikleri göstermesi gerekir. Standart ve numune cam plaka üzerine zemini kaplayacak şekilde sürülür ve karşılaştırma yapılır.

 Alt ton: Pigmentlerin diğer pigmentlerle karıştırıldıklarında meydana getirdikleri renk tonlarıdır.

 Renk verme kuvveti: Renkli pigmentlerde renk verme kuvveti tayini, belirli oranlarda beyaz bir pigmentle karıştırılarak, beyaz pigmentlerde ise renk verme kuvveti tayini belirli oranlarda siyah pigmentlerle karıştırılarak yapılır. Renk verme kuvveti standart pasta miktarı oranının 100 ile çarpılmasıyla % olarak bulunur. Aynı kütle tonuna sahip pigmentlerin renk verme tonları farklı olabilir. Örneğin, aynı kütle tonunda olan iki kırmızı pigment, beyazla karıştırıldığında birisi sarımsı, birisi pembe, diğeri mavimsi pembe verebilir.

 Örtme gücü: Boya içindeki her kg pigmentin örtebileceği m2 _{yüzey olarak tanımlanır.}

Örtme gücü; pigmentin boya içindeki konsantrasyonuna, dispersiyon 10 derecesine, tane iriliğine, rengine ve pigmentin özelliğine, pigmentle verniğin kırılma indisleri arasındaki farka bağlıdır.

 Yağ absorbsiyonu: Belirli deney şartlarında 100 g pigmenti bağlamak için kullanılan minimum yağ miktarının mL ya da g olarak ifadesidir. Bu yağ genellikle asidi giderilmiş keten tohum yağıdır.

 Kusma: Bazı pigmentler bağlayıcı ve solventlerin bazılarında az miktarda çözünür. Bu pigmentlere kusan pigmentler denir.

 Dayanıklılık: İyi bir pigmentin ısıya, ışığa ve kimyasal maddelere karşı dayanıklı olması beklenir.

Pigmentlerin en önemli işlevi boyaya örtücülük kazandırmasıdır. Örtücülük pigmentin ışığı kırma indisi ile verniğin kırma indisi arasındaki farka doğrudan bağlıdır. Yani pigmentin kırma indisi büyüdükçe örtücülüğü de güçlenir. Örneğin rutil TiO2 nin kırma indisi 2,76 ve

anatas TiO2 nin ise 2,55 olduğu için beyaz pigment olarak en çok tercih edilen pigment rutil

TiO2 dir.

21 dispersiyon derecesine bağlıdır. İyi bir dispersiyon sağlanmadan kaliteli ve örtücü bir boya ve düzgün bir renk elde edilemez [53].