顔料
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顔料（がんりょう）は、着色に用いられる色材（しきざい：色の材料の意）のうち水や油に溶解しないもの。水や油に溶けるものは染料と呼ばれる。
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[編集] 顔料の種類
顔料にはその成分から、無機顔料と有機顔料の2種類に分類できる。無機顔料は有史以前から使われていた天然鉱物顔料と、化学的に合成されたものがある。有機顔料は、昔は藍玉のように植物から採った染料を種々の方法で固形化させたものが主体であったが、現在工業的に使われているのは全て石油化学系の合成顔料である。有機顔料は化学構造自体が不溶性の品種（不溶性色素）と、本来水溶性の合成染料を不溶化させたレーキ顔料がある。顔料はその品種ごとにCIナンバーと呼ばれる番号で分類されている。例えばチタン白はPigment White 6であり、カラー印刷に使われる透明黄のベンジジンイエローはPigment Yellow 12と呼ばれている。
[編集] 無機顔料
無機顔料は大別して天然鉱物顔料と合成無機顔料に分類される。有機顔料に比べてはるかに生産量が多いため、日本工業規格（JIS）では特に生産量の多い12品目（別に1節を立てて後述）を統一規格の対象として規定している。
なお陶磁器の着色に使われるセラミック顔料も無機顔料に包括される。
[編集] 天然鉱物顔料
古来、顔料は油脂類を燃やした際の煤を使用した黒色以外は自然の岩や鉱物などをそのまま粉砕したものが主体であった。黒色の煤は現在カーボンブラックと呼ばれ、非常に多様な用途に使用されている。書道で使う墨の高級品は昔ながらの油煙（ランプブラック）を使うが、一般的には天然ガスや石油を不完全燃焼させて作ったファーネスブラックが使用されている。また絵具では植物を燃やしてつくった植物性黒（ピーチブラック、ヴァインブラック）や動物の骨を燃やしてつくった動物性黒（ボーンブラック）も使われている。ラピスラズリを使ったウルトラマリンや孔雀石を使った緑青などは高価であり、高級な絵画や装飾物に使用された。赤色は弁柄（酸化鉄）や辰砂（硫化水銀）が使われた。現在工業的に使用されているものは、アンバーやシェンナといった天然土由来の褐色顔料や、炭酸カルシウム（白または無色）、カオリン（粘土：無色）などが多い。これらの天然鉱物顔料のうち無色顔料は、淡い色を作るときに使われる他、レーキ顔料の素材としても使われる。特殊な例として白色雲母を粉砕して使うパール顔料（真珠様光沢を出す）がある。天然鉱物顔料は今日では顔料工場にて微粉砕されており、使用目的に応じた化学的処理を受けて出荷されている品種も多い。
[編集] 合成無機顔料
純粋に化学的に合成された合成無機顔料は、1704年にドイツで合成された紺青（こんじょう：プルシアンブルーまたはミロリーブルー）以来たくさんの品種がある。そのうち白色顔料は今日では亜鉛華（酸化亜鉛）やチタン白（二酸化チタン）が使われており、古くから白粉に多用され中毒を起こして問題になっていた鉛白は油絵の具以外には使われなくなった。代表的な合成無機顔料としては他に合成弁柄（赤色）、カドミウムイエロー、ニッケルチタンイエロー、ストロンチウムクロメート（以上黄色）、ヴィリジアン、オキサイド・オブ・クロミウム（以上緑色）、コバルトブルー、合成ウルトラマリン（以上青色）等がある。無機顔料は一般的に有機顔料に比べると着色力・透明性・鮮明さに欠けるが、耐光性が良く塗料などに多用される。銀色や金色（銀色を黄色く着色したものが多い）の塗料やインクに使われるアルミニウム粉も無機顔料である。
[編集] 日本工業規格で規定されている顔料
- 白色顔料：亜鉛華、鉛白、リトポン、二酸化チタン
- 体質顔料：沈降性硫酸バリウムおよびバライト粉
- 赤色顔料：鉛丹、弁柄
- 黄色顔料：黄鉛（クロムイエロー）、亜鉛黄（ジンククロメート、ジンクイエロー）
- 青色顔料：群青（ウルトラマリン）、紺青（プルシアンブルー）
- 黒色顔料：カーボンブラック
[編集] セラミック顔料
釉薬の着色の目的で発見・開発されてきた顔料をセラミック顔料（陶磁器顔料）と呼ぶ。セラミック顔料は無機顔料に包括されるが、高い耐熱性と釉薬に対する安定性を持つという点において他の無機顔料とは著しく異なっており、一般の無機顔料とは全く別の一群を形成している。セラミック顔料の歴史は他の無機顔料とは無関係である。以下にセラミック顔料と一般の無機顔料の違いをあげる。
- 組成：一般の無機顔料は酸化物、炭酸塩、硫酸塩、硫化物、アルミニウム粉末、炭素等多種多様だが、セラミック顔料は酸化物、複合酸化物、ケイ酸塩が用いられる
- クロム：一般の無機顔料ではオキサイド・オブ・クロミウム、ヴィリジアン、コバルトターコイズを除き6価だが、セラミック顔料では殆どが3価で6価のものはない
- 鉛：一般の無機顔料では黄色・橙色顔料の重要成分だが、セラミック顔料では顔料そのものではなく釉薬の重要成分
代表的なセラミック顔料としてジルコングレー（灰色）、プラセオジムイエロー、クロムチタンイエロー（以上黄色）、クロムグリーン、ピーコック、ビクトリアグリーン（以上緑色）、紺青（プルシアンブルーとは無関係）、ターコイズブルー（以上青色）、クロムスズピンク、サーモンピンク（以上桃色）等がある。セラミック顔料は耐熱性・耐候性・耐薬品性に優れているため、一般の無機顔料が使用されている分野での利用が積極的に検討されているが、一般の無機顔料より粉末の状態での色調は鈍く着色力が小さいためその利用の拡大を妨げている。そのため黒色・褐色・青色のスピネル系顔料や二酸化チタンを母格子とする褐色顔料では焼成温度を低くして粒を小さくすることにより一般の無機顔料の分野でも利用が拡大している。また、クロムチタンイエローとプラセオジムイエローは黄色の絵の具にも使用されている。
[編集] 有機顔料
有機化合物を主成分とする顔料を有機顔料と総称する。かつては植物や動物等から採取した染料を不溶化した顔料もあったが（例・コチニールレーキ、インジゴレーキ）、今日使われている有機顔料は石油系原料を使って合成したものである。無機顔料が天然由来の鉱物から精製されて工業生産するのに対比されている。有機顔料はその化学構造から大きくアゾ系顔料と多環式系顔料に類別されるのが普通であるが、色相によっても区分することもあり、不溶性色素とレーキ顔料に分類されることもある。有機顔料は構造中に不飽和二重結合をもち、共鳴エネルギーを光から吸収して安定する。この特定吸収波長域が可視光域の一部にあると（380-780nm）、顔料を通過または結晶中で反射した光は、それ以外の波長で構成される色の着いた光となる。
[編集] 不溶性色素
主に多環式系、アゾ系の2種類がある。多環式系の代表的なものにフタロシアニン系顔料があり、フタロシアニンブルーは銅を含んだ有機化合物で、鮮明な青色を呈し、耐光性も良好。緑色のフタロシアニングリーンも同系統の化合物。アゾ系顔料は色相から見ると、色環の赤から黄色を発色する。一般にアゾ結合は他の発色団に比べて、可視光域の特定吸収波長を強く吸収し強い発色をする。透明黄色のベンジジンイエロー、紅色のカーミン6B等着色力が高く鮮明で且つ透明性の良いのが特徴で印刷インキに多用されるが、耐光性に難点がある。分子構造に水素結合を引き起こす官能基を配置することで、結晶力を構造的に強化することが可能であり、難点とされている耐光性・耐候性を向上させたアゾ顔料もある。これらは主に塗料の着色剤として用いられている。
[編集] アゾ系顔料
芳香族アミンとカップリング成分の反応によって水中で合成される。色相は黄色からオレンジ、赤、赤紫に発色し、その着色力は一般に無機顔料に比べて強い。構造別に区分すると以下のものがある。
- アゾ発色基を一つ分子構造中に有するモノアゾ顔料。モノアゾ顔料に金属を配向したレーキ顔料もモノアゾ系に分類される。
- アゾ発色基を二つ構造中に有し中心を軸にシンメトリックなジスアゾ顔料
- 縮合反応により中心部に配向構造を持ちアゾ基を二つ持つ縮合アゾ顔料
アゾ顔料は分子内に分極による水素結合を持ち、その力で結晶の結びつく力を強化している。結果として耐侯（光）性やその他の堅牢度が向上する。そのほか単一分子の大きさが大きいほど堅牢度は向上するといわれており、モノアゾ＜ジスアゾ＜縮合アゾの順で堅牢度が向上している。
[編集] 多環式系顔料
キノン構造をもつ染料を不溶化して顔料にした歴史があり、構造分類すると多岐にわたる種類が工業化されている。アゾ顔料に比べて堅牢度が高い顔料が多い。色相別に見ると
- 黄色：キノフタロン、イソインドリン、イソインドリノン
- オレンジ色：ジケトピロロピロール、キナクリドン、ペリノン、アンタンスロン
- 赤色：キナクリドン、ペリレン、ジケトピロロピロール
- 紫色：ジオキサジン
- 青色：フタロシアニンブルー、インダンスレンブルー
- 緑色：フタロシアニングリーン
[編集] レーキ顔料
もともと水溶性の染料を固体化した顔料で、赤色のレーキレッドC、ウォチュングレッドなど、濃度が高く鮮明な色相のものが多い。これらの顔料は印刷インキに使用される。かつて使われていた動植物由来の染料を不溶化して顔料とした天然有機顔料もレーキ顔料に含まれる。
[編集] 顔料に要求される性能
[編集] 発色
色相が鮮明で、着色力が高いものが望ましい。透明性は目的によって異なる。塗料に用いるものは不透明性を要求されるが、三原色のシアン・マゼンタ・黄と黒の4色のインキを重ねるカラー印刷には、透明色が使用される。
[編集] 耐性
- 耐光性：有機顔料の化学構造は、太陽光や紫外線に弱く、屋外の直射日光が当たるところでは色が無くなり易い。屋外に長期間掲示されたポスターの写真が青黒くなっているのは黄と紅の色が無くなって藍と黒のみが残った結果である。長期掲示されるポスター類には有機顔料の中でも耐光性の良いものが使われる。無機顔料は一般的に耐光性が良好で、建築物の塗料に多用される。工業的に耐光性は促進試験機で光を曝露して評価される。ブルースケールと呼ばれる褪色度の異なる8種類の染料で染色された標準布を試料と同環境に置き、試料の褪色の程度をブルースケールと比較して8段階の評価を数値化して表示する。
- 耐候性：英語ではWeather Fastnessと表示されており、主に塗料塗膜で日光曝露をして褪色の程度をJISグレースケールで5段階評価する。耐光性との違いは屋外で曝露するため、雨、また降雨に含まれる化学物質の影響を受ける。
- 耐熱性：陶器の着色など焼き付ける場合には最も高い耐熱性が求められる。プラスチックの着色に使う場合はその軟化点以上、レトルトパックの印刷には100℃の沸騰水に耐える顔料が求められる。
- 耐溶剤性：顔料は溶媒・溶剤に不溶であることが定義であるが、有機顔料の場合多かれ少なかれ溶媒に対して溶ける。使用用途により条件は様々であるが、温度や溶媒の極性により溶出度は大きく異なる。特定溶剤に規定時間湿潤した後、溶出した色の程度で評価する。
その他、使用目的によって耐水性・耐油性・耐アルカリ性・耐酸性等の耐性が求められる。
[編集] 親和性
顔料が粉体のまま使われることはほとんどなく、塗料・インキ・絵具・クレヨン・クレパス・カラーマーカー等の形で使われる。これらは顔料を水や油・溶剤、樹脂・ワックスなどの混合物（ビヒクルと呼ばれる）に練り込んだものである。顔料は使用目的に応じたビヒクルに対しての親和性を要求される。親和性が損なわれれば、現象として発色が阻害され鈍い色相になったり、不鮮明に発色する。また混合物の物性においては、粘度が高く扱いにくくなる場合もある。親和性を制御するために顔料の表面を改質し、ビヒクルの吸着を上げる技術が知られている。 （ビヒクル＝ビークル(荷車)からきた造語）
[編集] 顔料の特殊な使い方
[編集] 強度向上
カーボンブラックをゴムに練り込むと、ゴムの強度が著しく向上する。ゴムタイヤが黒いのはカーボンブラックを大量に練り込んだためで、工業用カーボンブラックの用途の大半はこの目的に使用される。
[編集] 導電性
カーボンブラックの化学構造は黒鉛であり、黒鉛は導電性を有する。例えば黒鉛筆を使用して書いた部分はわずかではあるが電気を通す。このような性質は種々の目的に使用されている。
[編集] 関連項目
[編集] 外部リンク
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