Els pigments fan història (I)

El camí des de les primeres pintures rupestres i coloracions de teixits amb pigments d'origen natural fins a l'actual alta tecnologia ha estat llarg i apassionant. La coloració, el significat dels colors així com la història dels avui encara més importants pigments d'alt rendiment són l'objecte d'aquest article, dividit en dues parts. La segona part, Pigments d'alt rendiment - d'ahir a avui es publicarà en el número d'octubre (89) de Plàstics Universals.

Els pigments d'alt rendiment ofereixen excel lents propietats d'autenticitat amb la màxima força de coloració i una molt bona dispersabilitat. El seu perfil de propietats fa que aquests productes d'alt rendiment estiguin predestinats per al seu ús en aplicacions exigents, com la pigmentació de plàstics o pintures.

Els colors no són un invent de l'home sinó que és la pròpia naturalesa la que ofereix una riquíssima gamma de colors. Al costat dels colors d'alguns minerals, és sobretot la flora la qual destaca per la seva riquesa de colors. Mentre que en les plantes hi ha substàncies colorants que, com el colorant verd contingut en la clorofil, són directament imprescindibles per a la supervivència, altres colors són utilitzats específicament per a la intimidació o per l'atracció d'animals.

Al marge de consideracions estètiques, ja entre els homes de l'Edat de Pedra la necessitat d'influir en les possibilitats de supervivència, dins d'un marc d'actuacions rituals, constituïa el centre de l'atenció. Es té constància de pintures rupestres realitzades entre els anys de 40.000 a 10.000 a. C., com ho testifiquen les troballes més importants a les Muntanyes de Suabia a Alemanya, a Lascaux a França i a Altamira a Espanya. En totes les parts del món s'han descobert representacions de l'home, d'animals de caça i del seu entorn i és probable que amb ells es pretengués fer màgia per a la caça. Els colors han assumit una funció similar en totes les cultures i en totes les èpoques, tal com ens demostren encara avui els colorits vitralls de les esglésies, els reliquiaris xinesos i els colorits disfresses de carnestoltes (figura 1).

Un primer apogeu en l'ús i la selecció de colorants adequats es va produir ja en l'antic Egipte. Per aquell temps, la majoria dels pigments autèntics empleats eren inorgànics. No obstant això, peces de vestir d'aquella època revelen que ja l'any 2500 a. C. s'utilitzava el indi blau i el vermell alitzarina, extret aquest últim de la rossa. Durant segles, aquest vermell lluminós, també conegut com vermell turc o rossa tinctorum, va ser l'únic colorant vermell resistent a la llum. Un costós i complicat procés d'assecat, que encara segueix sense ser comprès en tots els seus detalls fisicoquímics, es va utilitzar en tota la regió d'Orient pròxim per a la coloració del cotó. Així, per exemple, aquest colorant era l'utilitzat per donar el seu característic color vermell a l'fes turc o als tapissos cazajos.

També des de l'antiguitat s'utilitza un derivat del indi: el porpra, extret de les secrecions de les glàndules dels cargols porpres provinents de la Mediterrània. Per obtenir un sol gram d'aquest colorant era necessari sacrificar aprox. 10.000 cargols. En conseqüència, aquest colorant era estava reservat als rics i la noblesa. Aquest colorant, d'emperadors i reis i que ja coneixien els fenicis en l'any 1500 a. C., va ser definit el 1909 per P. Friedländer com 6,6 '-dibromo-indi. Igual que el indi (sintetitzat per primera vegada el 1878 per A. v. Bayer) també el porpra és un dels anomenats colorants tina, que mitjançant agents reductors són transformats en una forma soluble i que només en el teixit s'oxiden i formen el colorant.

En el Nou Món es va elaborar a partir de l'indi el primer pigment d'alt rendiment (HPP, en anglès: High Performance Pigment): emmagatzemat en paligorskita, un mineral argilós i fibrós, ric en magnesi, el colorant és ancorat de forma fixa mitjançant la formació de ponts d'hidrogen, transformant-se en una forma especialment estable. El blau turquesa lluminós obtingut d'aquesta manera va ser emprat pels maies, en particular per murals, i va adquirir renom mundial com blau maia. Aquest pigment de l'època precolombina va ser utilitzat a Amèrica Central fins ben entrat el segle XX. Aquest material, d'estructura nano, manté el color estable durant segles fins i tot sota les condicions climatològiques més adverses, és resistent a la biocorrosión, els àcids minerals, els àlcalis, els dissolvents així com a agents oxidants i reductors.

Els colors acompanyen a la humanitat i marquen la vida de l'home de les formes més diverses. Moltes de les idees que en l'antiguitat estaven vinculades a determinats colors s'han conservat fins als nostres dies. Ja els sacerdots egipcis afirmaven que els colors bàsics vermell, groc i blau es corresponien amb el cos, l'ànima i l'esperit de l'home. Durant diversos mil lennis es va acceptar i va complementar aquesta doctrina. Pitàgores, Paracels, Goethe i Steiner estudiar la ciència dels colors així com els efectes dels colors sobre l'home. Encara avui trobem colors com a expressió d'emocions, pertinença i religió en tots els pobles, industrialitzats o primitius. Així, per exemple, el color negre, en la cultura europea occidental, representa el dol.

També el vermell, el color de l'amor, del foc i de la sang, ha estat des de sempre un color de gran simbolisme:

• Ja en l'Edat de Pedra, a l'ocre vermell se li atribuïa un poder vital. Aquesta creença motivava l'ofrena del mineral d'òxid de ferro en els ritus funeraris de l'Edat de Pedra.
• Per als grecs i també posteriorment en el cristianisme, el vermell viu i lluminós simbolitzava la sang. Originàriament aquest color era relacionat amb les deïtats gregues de la guerra com Mart, Febus i Ares. Quan els soldats anaven a la guerra es pintaven de vermell perquè el poder dels déus de la guerra els acompanyés.
• A Rússia, el color vermell es relaciona amb el valuós i car. Així, encara avui, el racó en què s'exposa la icona és anomenat "racó vermell".

També s'aprecia certa influència sobre l'efecte que un objecte té sobre les persones, com demostren els següents exemples:

• Les persones, subjectivament, solen estimar més elevat el pes d'un objecte de color fosc que el d'un objecte de color més clar.
• Un quadrat vermell és percebut com més gran que un quadrat verd de la mateixa superfície. A causa d'aquest efecte és possible que un observador atribueixi major importància al quadrat vermell que al verd.
• Les persones perceben un terròs de sucre de color rosa com més dolç que un de color verd o blau.

Els colors són generats mitjançant substàncies químiques que interactuen amb la llum. Resulta especialment interessant aquell espectre de la llum que pot ser percebut per l'ull humà. Aquesta gamma és l'espectre entre 400 i 800 nm. Mitjançant l'absorció, l'emissió i la reflexió pels colorants de determinats segments de l'espectre de la llum es modifica la impressió del color a la retina, i és així com es veuen els colors.

Si bé en el dia a dia parlem amb simplificada i poca precisió de colors quan realment ens referim a una substància que en nosaltres genera una impressió de color, el químic de colorants utilitza definicions més precises. Utilitza l'expressió "substància colorant" i dins d'aquesta categoria distingeix entre "colorants" i "pigments". El criteri físic de la solubilitat és clau als efectes de tal distinció. Segons DIN 55.944, els pigments són pràcticament insolubles en el seu medi d'aplicació, és a dir, hi ha com vidres. En canvi, els colorants, en el supòsit ideal, estaran dissolts en el medi d'aplicació, és a dir, estaran distribuïts a nivell molecular. També pel que fa a les propietats òptiques hi ha una diferència clau: mentre que en els colorants és en última instància la molècula aïllada la que determina l'absorció de la llum, i d'aquesta forma el color, en els pigments, l'estructura cristalina codefine les propietats òptiques.

Per a una classificació inequívoca dels colors, és a dir, una diferenciació segons el corresponent matís de color o en funció de la seva composició química, s'ha adjudicat a cada substància colorant un Colour Index (CI). A més, es diferencien entre si per la diferent capacitat de coloració i les seves propietats de resistència.

Va ser la idea de poder generar a partir de colorants solubles, pols de pigments purament orgànics, la que va donar lloc a molts canvis decisius ja que a finals del segle XIX es van aconseguir importants coneixements sobre la química orgànica. Si inicialment s'intentava aconseguir l'objectiu buscat mitjançant substàncies portadores o mitjançant precipitació amb àcids orgànics o, si s'escau, amb àcids inorgànics complexos, el vermell alitzarina, sintetitzat per primera vegada el 1868, també representa el primer exemple d'un treball sistematitzat en el desenvolupament de pigments. C. Graeber i DT Liebermann retrotrajeron l'alitzarina, l'element colorant de la rossa, l'antracè present en el quitrà d'hulla. Juntament amb H. Car desenvolupar en BASF, a partir d'aquesta base, un procés tècnic per colorants de mordentat. La síntesi del colorant de la rossa va tenir com a conseqüència que entorn de l'any 1880 la rossa es deixés de conrear pràcticament a tot el món.

Parlant en termes químics, en el cas d'aquest colorant resistent a la llum es tracta d'un dihidroxi-antraquinona (figura 2). A partir de l'estructura bàsica de l'alitzarina es genera la pintura en qüestió, a través de la precipitació amb sals d'alumini. Per a això s'utilitza l'hidrat d'alúmina com a substrat de precipitació. Una altra possibilitat és la precipitació amb sals d'estany, de crom, de coure, de ferro o de calci. No obstant això, en funció del catió s'obtenen colors amb matisos diferenciats.

La síntesi de l'alitzarina va marcar una fita important en el camí cap a la producció de pigments moderns, d'elevat rendiment. El treball sistemàtic en els laboratoris de colors va tenir com a conseqüència que pocs anys més tard s'aconsegueix la producció sintètica dels primers colorants azo: el vermell litol, sintetitzat el 1889 per P. Julius (figura 3), va suposar l'inici definitiu de la producció industrial de pigments orgànics. En un lapse de temps de tan sols uns pocs anys es van fer descobriments decisius que van permetre la coloració amb pigments sintètics amb una profunditat de color sempre excel lent.

Encara que la lluminositat dels nous pigments sintètics generava molt entusiasme, les característiques d'autenticitat, generalment insuficients, eren decebedores, especialment en comparació dels seus competidors inorgànics. Tot i això, alguns d'aquests veterans resistir en els mercats i segueixen servint per pigmentar els colors per a impressió i la pintura per a edificis

Figura 1: Els colors han acompanyat la humanitat a través dels segles en totes les cultures

Figura 2: Estructura del vermell d'alitzarina.

Figura 3. Els primers pigments sintètics produïts

---

Un començament més aviat casual

Durant la primera meitat del segle XIX es van descobrir colorants orgànics artificials d'una manera més aviat casual. El fonament decisiu per al desenvolupament de la química moderna de colorants va ser el descobriment del fenol i de l'anilina en el quitrà d'hulla pel químic alemany Friedlieb Ferdinand Runge l'any 1834. Va aconseguir aïllar l'anilina i mitjançant l'oxidació va extreure d'aquesta el negre anilina. Aprox. 20 anys més tard, un estudiant de 18 anys d'edat, William Henry Perkin, va fer a Londres un altre descobriment casual. En realitat pretenia obtenir quinina mitjançant l'oxidació d'anilina, una substància molt difosa per aquella època i que s'utilitzava per baixar la febre i sobretot per combatre la malària. El 1856 va obtenir, durant l'oxidació d'anilina impura, un massa negre-violeta a partir de la qual va poder aïllar mitjançant l'extracció amb alcohol un colorant violeta, al que va denominar mauveína o anilina porpra.

La mauveína de Perkin va ser el primer colorant industrial generat de forma sintètica i que després de la coloració proporcionava teixits lluminosos i acolorits de forma duradora. Molt aviat, la mauveína va arribar a ser molt popular. I és que a partir d'aquest moment la moda ja no depenia únicament de les matèries primeres proporcionades per la naturalesa. Persones de referència en qüestions d'estil com l'Emperadriu Eugènia de França es van exhibir en públic amb peces de vestir acolorides amb l'anilina porpra i fins i tot la Reina Victòria d'Anglaterra es va presentar el 1862 a la Royal Exhibition amb un vestit de seda de color violeta. No obstant això, en l'actualitat, la mauveína ja no té cap importància per la seva insuficient resistència als àcids i els àlcalis.

---