- Revista Ingeniería Plástica - Nº 17

Pag. 16 El Arte del Color (Parte 2) Colores básicos y efectos especiales.

El uso de pigmentos se remonta hasta antes de 1900, aunque anteriormente a este año sólo existía la preocupación de crear pigmentos lacados para textiles. En la primera parte del siglo XX se inicia el descubrimiento y desarrollo de pigmentos para plásticos, cada vez con mejores propiedades, contando en la actualidad con una gran gama de pigmentos básicos y de efecto con excelentes propiedades.

El mundo actual se torna cada vez más hacia lo cromático. Estamos en un mundo comercial donde la mercadotecnia busca más el atractivo de los productos, confiriéndolo a través de la novedad de empaques y colores en los productos de consumo. Los plásticos representan un buen volumen en aplicaciones como empaques, consumibles, alimentos, juguetes, entre otros. Existe una gran variedad de pigmentos básicos y de efecto que son usados para lograr una amplia gama de combinaciones de colores y efectos.

Dedicaremos este espacio al tema de colores básicos y de efecto, presentando la clasificación de los pigmentos, sus principales características y como hacer una selección en base a sus propiedades y el efecto deseado.

Clasificación de pigmentos básicos
Los pigmentos o colorantes tienen la propiedad de conferir color a los medios donde se apliquen, y se pueden clasificar por su naturaleza química en orgánicos e inorgánicos. En el caso de la aplicación en plásticos, podemos incluir otros tipos de pigmentos y colorantes:
- Pigmentos de Color
- Orgánicos
- Inorgánicos
- Colorantes
- Otros

Los pigmentos orgánicos desde el punto de vista de su estructura, pertenecen a la química del Carbono y por razones comerciales sólo tienen importancia los pigmentos sintéticos, es decir los pigmentos orgánicos fabricados por vía química. Los pigmentos de origen vegetal o animal, no funcionan en la coloración de plásticos por sus resistencias a la temperatura y químicos.

Los pigmentos orgánicos pueden clasificarse por su familia química en:
- Azoicos
- Policíclicos
- Otros

Los Azoicos se dividen en: Monoazoicos, Disazoicos y Azoicos Precipitados. Los Monoazoicos a su vez se subdividen en Toluidina (Amarillos Hansa y Rojos Hansa), Derivado del Naftol (Rojos y Amarillos), los naranjas Dinitroanilinas, los BON (Ácido â-Oxinaftoico: Ba 48:1,Ca 48:2, Sr 48:3, Mn 48:4, Mg 48:5), y los Rojos Paraclorados.

Los Policíclicos a su vez se dividen en: Pigmentos Antraquinona (Rojo Tioíndigo y Marrón Tioíndigo), Pigmentos Quinacridona (Rojos), Carbaxoles o Dioxazín (Violetas), Ftalocianina (Azul Rojizo, Azul Verdoso y Verde), A la cuba (Amarillos, Naranja y Rojos) y los Derivados del Ácido Tetracarboxílico de Perileno (Amarillos, Naranja y Rojo).
En los otros se incluyen los Derivados del Indantreno, los Azules (Victoria y Álcali), los Violetas de Metileno y por último los Negros de Anilina.

Dentro de los pigmentos inorgánicos se encuentran: EL Dióxido de Titanio, Los Cromatos de Plomo, Cromato Molibdato de Plomo, Óxidos de Hierro, Sulfuros de Cadmio, Ferrocianuros, Azul de Ultramar, Rosa de Ultramar, Violeta de Ultramar, Violeta de Manganeso, Verde Óxido de Cromo, los Metálicos (Bronces y Aluminios), el Negro de Humo, los inorgánicos complejos y los fosforescentes. Los pigmentos metálicos y perlescentes, son inorgánicos y forman parte de los pigmentos de efecto que se comentarán más adelante.

Los colorantes por su naturaleza se disuelven en el medio plástico, en lugar de dispersarse como un pigmento, dando un color transparente. Estos son usados principalmente en resinas transparentes como poliestireno cristal, PET, PC y otros plásticos de ingeniería para mantener un color transparente, pero es muy importante seleccionar los colorantes de alto desempeño por su resistencia a la temperatura ya que estas resinas se someten a temperaturas mayores que una poliolefina y puede degradarse el colorante. Los colorantes no son recomendados para usarse en poliolefinas porque presentan una migración o sangrado.

Identificación de los pigmentos

Los pigmentos son identificados de dos formas:
- Color Index
- Nombre Comercial

Existe una amplia gama de pigmentos donde cada uno es identificado por un Color Index compuesto de dos partes, el nombre genérico y el número de constitución. El nombre genérico explica tres conceptos, el primero indica la clase de material colorante en relación con la aplicación. Ejem. ácido, básico o pigmento. El segundo concepto denomina el matiz: rojo, azul, etc. y el tercer concepto es el número que se ha dado cronológicamente por el orden de inscripción. Ejem. verde 7 amarillo 13, etc. La segunda parte No. Constitución: siempre comprendido por 5 dígitos entre 10000 y 78000. Y éstos están subdivididos en 30 grupos químicos, y como ejemplo Nitroso 10000 al 10299, nitro 10300 a 10999, monoazo, 11000, 19999, dizaso 20000, 20999. Corresponden a la composición química y a otras indicaciones sobre patentes y literatura.

Otra identificación del pigmento es el nombre comercial asignado por cada casa manufacturera de pigmentos y es la forma que se representan.

También cada pigmento está identificado por un número CAS que es el número de producto químico y lo representa internacionalmente por su naturaleza química y es usado para referirse a sus características de toxixidad.

Clasificación de los Pigmentos de efecto

Los pigmentos de efecto son combinaciones de origen inorgánico para lograr efectos basados en propiedades ópticas individuales de cada uno de los pigmentos. Dentro de los pigmentos de efecto encontramos la siguiente clasificación:
- Metálicos (Aluminios y Bronces)
- Perlescentes
- Iridiscentes

Pigmentos Metálicos

Los pigmentos metálicos se clasifican en colores plata, oros y bronces, debido a su tonalidad por su composición química. Un pigmento metálico Plata, esta compuesto por un 65 a 80% de Aluminio y el resto un medio dispersante como Solvente, Nafta o DOP principalmente. Los Oros y Bronces son mezclas de Cobre y Fierro ó Cobre-Zinc –Fierro dando la tonalidad rojiza o dorada. Estos pigmentos resisten temperaturas mayores a 250°C en el caso de los Plateados, y de 180-200°C los Oros y Bronces, por la tendencia a la oxidación, aunque existen los recubiertos de sílica pudiendo alcanzar 260°C.

Son de buena resistencia a la luz y son tóxicos. Sus partículas son de tamaño grande, pudiendo variar según el efecto deseado de 7 a 225u. Son pigmentos con baja resistencia a los ácidos y oxidantes. Las partículas de estos pigmentos, son pequeñas hojuelas que tienen un alto brillo en su cara plana y un tono oscuro en sus caras laterales, por lo que la orientación de éstas pueden dar un efecto brillante por la reflexión de la luz y se alcanza el máximo efecto cuando éstas quedan orientadas en forma perpendicular al eje de visión.

Estos pigmentos metálicos se pueden mezclar con pigmentos orgánicos dando un efecto brillante, por el propio metálico, y un efecto de color aumentando así la gama de posibilidades. Es recomendable el uso de pigmentos transparentes para no reducir el efecto metálico, los pigmentos inorgánicos como el dióxido de titanio o cargas minerales, podrían dar un efecto opalescente reduciendo la brillantez.

Dentro de los principales problemas que se pueden presentar son: líneas de flujo si las partículas son alineadas de canto a la superficie visual, desviación del color, problemas de humedad, dispersión, disminución de brillo por fractura de las partículas durante el proceso y el diseño del molde por la orientación de las partículas al entrar a las cavidades del molde, obstrucción de boquillas o canales por el tamaño de partícula.

Pigmentos Perlados

Los pigmentos perlados actuales, son la tercera generación de las perlas, y han probado cumplir altos requerimientos de la sociedad moderna. Consisten en hojuelas de mica natural recubiertas con una delgada capa de Dióxido de Titanio. Insoluble en agua y solventes orgánicos y tiene excelente estabilidad térmica. Las perlas tienen una pureza y cumplen con estándares de seguridad requeridos en el empaque para alimentos y cosméticos.

La mica proporciona el brillo a la partícula y el Dióxido de Titanio da el color. Cuando un rayo de luz blanca es parcialmente reflejado, es refractado y transmitido a través de la partícula. Esto es causado por la transparencia de la partícula de pigmento y por la gran diferencia en los índices de refracción de la mica y del Dióxido de Titanio. La transparencia de las partículas de pigmento son debidas a la microcristalinidad natural de los cristales de Dióxido de Titanio (ver fig. nº 1).

Fig. nº 1 - Efecto de la luz atravéz de una partícula

La porción de luz refractada y transmitida, es reflejada y el efecto de refracción y transmisión causado varias veces en las otras partículas de pigmento, proporciona un efecto de brillo multidimensional a diferentes pro- fundidades en el sustrato que se conoce como lustre perlescente (ver fig. nº 2).

El fenómeno de descomposición de la luz en el pigmento perlescente, se ha usado para dar diferentes tonalidades. El color reflejado es determinado por el espesor del recubrimiento de Dióxido de Titanio. Debido a esto, cuando el espesor del recubrimiento se va haciendo más grueso, la longitud de onda es también incrementada. Este fenómeno es conocido como interferencia de la luz y la incidencia de la luz blanca es cambiada a colores (ver Fig. nº3).

Variando el tamaño de partícula de estos pigmentos se puede obtener; desde efectos tersos como seda con partículas muy pequeñas, hasta efectos de brillo intenso con partículas grandes. Las partículas pequeñas proporcionan más opacidad a diferencia de las grandes que dan menos opacidad pero más brillo. Pueden hacerse combinaciones para dar efectos tersos y brillantes y mediar la opacidad. Estos pigmentos pueden mezclarse con pigmentos orgánicos transparentes para ampliar la gama de opciones y efectos de color. Lo mismo que los pigmentos metálicos, el Dióxido de Titanio y las cargas minerales, así como otros pigmentos opacos pueden disminuir el efecto perlado.

El Dióxido de Titanio usado en el recubrimiento puede ser rutílico o anatásico o un rutílico modificado, pudiendo usarse en plásticos estos tres.

Pigmentos Iridiscentes

Los pigmentos iridiscentes muestran en dependencia con el ángulo de visión, un cambio de color pasando hasta por dos o tres tonos diferentes. Este pigmento de efecto multicolor se basa en laminillas de Dióxido de Silicio (SiO2) recubiertas con Dióxido de Titanio. Estas laminillas de SiO2 se obtienen sintéticamente y disponen de superficies exactamente planoparalelas con tolerancias en el orden de nanómetros. Junto con el Dióxido de Titanio, altamente refractante, se consiguen colores de interferencia brillantes, muy puros, con propiedades goniométricas, lo que quiere decir que el color va cambiando según el ángulo de visión. El efecto cristalino se aprecia de forma sorprendente con luz diurna o con luz artificial fuerte. Las estilizaciones en las aplicaciones manifiestan un cambio y viveza del color. Son pigmentos de alta resistencia a intemperie y son de buen rendimiento. Pueden ser utilizados en mezclas con pigmentos orgánicos y al igual que los perlados y metálicos pueden disminuir sus efectos con la presencia de pigmentos opacos o cargas minerales.

Selección de los pigmentos

En caso de los plásticos, un pigmento debe seleccionarse considerando los siguientes factores principales: que sea un pigmento recomendado para plásticos, la resina o medio plástico donde se va a aplicar, tipo de proceso y temperatura de proceso a la que se va a someter, tiempos de residencia en el proceso, moldes, color requerido, resistencia a la luz, resistencia a la intemperie, la reducción del tono, así como las regulaciones especificas de cada país o internacionales que tiene que cumplir el producto terminado referente a la migración, resistencia y pureza cuando es usado en artículos consumibles, empaque para alimentos y juguetes. Otro punto muy importante para la selección de pigmentos es el costo, actualmente existen varias alternativas de pigmentos y se debe buscar el balance del precio con la calidad, rendimiento o poder tintoreo, y la consistencia lote a lote.

Sólo algunas de las propiedades de los pigmentos se pueden medir cuantitativamente y en forma absoluta. Esto es una gran ayuda, pero no siempre nos da las respuestas a las aplicaciones de ciertos procesos, efectos requeridos, combinaciones con otros pigmentos, aditivos y/o polímero utilizado.