Loading article…
顔料とは、物質や生物に色を与える化学化合物、または人間が色を加えたり変えたり、視覚的な外観を変えたりするために使用する化合物です。顔料は水や他の媒体にほとんどまたは完全に不溶性で化学的に不活性です。対照的に、染料は着色物質で、使用のどこかの段階で溶解するか溶解します。[ 1 ] [ 2 ]染料は有機化合物であることが多いのに対し、顔料は無機化合物であることが多いです。先史時代や歴史的に価値のある顔料には、黄土、木炭、ラピスラズリなどがあります。生物顔料は、生物によって生成され、色を与える化合物です。
2006年には、無機顔料、有機顔料、特殊顔料が世界中で約740 万トン販売されました。 [ 3 ]ブルームバーグ・ビジネスウィークの2018年4月のレポートによると、世界の顔料産業の推定価値は300億ドルです。多くの製品の白色度を高めるために使用される二酸化チタンの価値は年間132億ドルとされ、フェラーリレッドは毎年3億ドルの価値があるとされています。[ 4 ] 有機顔料の主な用途は印刷インクで、次いで塗料、プラスチックや繊維の着色です。[ 5 ]
すべての物質と同様に、顔料の色は、可視光の特定の波長のみを吸収することによって生じます。物質の結合特性によって、光の吸収波長と吸収効率が決まります。[ 6 ]他の波長の光は反射または散乱されます。反射光のスペクトルによって、私たちが観察する色が決まります。
顔料の発色は光源に大きく左右される。太陽光は色温度が高く、スペクトルも比較的均一である。太陽光は白色光の標準とみなされている。人工光源は太陽光ほど均一ではない。
色を数値で表現するために使用される色空間は、光源を指定する必要があります。特に明記されていない限り、実験室での色測定は、D65光源、つまり「昼光色6500K」（太陽光の色温度にほぼ相当）の下で測定されたものとみなされます。
色の彩度や明度といったその他の特性は、顔料に付随する他の物質によって決まる場合がある。結合剤や充填剤は色に影響を与える可能性がある。
鉱物は先史時代から着色剤として使われてきました。[ 7 ]初期の人類は、身体装飾などの美的目的で塗料を使用していました。ザンビアのルサカ近郊のツインリバーズの洞窟では、35万年から40万年前のものとされる顔料と塗料粉砕器具が報告されています。最初の塗料の色は、酸化鉄である黄土でした。[ 8 ]好まれた青色の顔料は、ラピスラズリから作られました。鉱物や粘土を基にした顔料には、最初に採掘された都市や地域の名前が付けられていることがよくあります。ローシェンナとバーントシェンナはイタリアのシエナ産で、ローアンバーとバーントアンバーはウンブリア産です。これらの顔料は合成が最も容易なものの1つであり、化学者は元の顔料を基に現代の色を作り出しました。これらは元の鉱床から採掘された色よりも一貫性がありましたが、地名は残りました。また、旧石器時代や新石器時代の洞窟壁画には、赤色黄土、無水 Fe 2 O 3、水和黄土 (Fe 2 O 3・H 2 O) も数多く見られます。[ 9 ]木炭、またはカーボンブラックも、先史時代から黒色顔料として使用されてきました。[ 9 ]
最初に知られている合成顔料はエジプトブルーで、エジプトのナカダIII期（紀元前3250年頃）のアラバスター製の鉢に初めて確認されています。 [ 10 ] [ 11 ]エジプトブルー（ブルーフリット）は、石英砂、石灰、融剤、マラカイトなどの銅源の混合物を加熱して作られるケイ酸カルシウム銅CaCuSi4O10です。[ 12 ]エジプトの先王朝時代にすでに発明されており、第4王朝までに広く使用されるようになりました。[ 13 ]古代ローマの青顔料の代表格であり、中世にはその芸術的・技術的痕跡は消え去りましたが、エジプト遠征とポンペイおよびヘルクラネウムの発掘の文脈で再発見されました。[ 14 ]後期の近代以前の合成顔料には、白鉛（塩基性炭酸鉛、(PbCO 3 ) 2 Pb(OH) 2）、[ 15 ]朱色、緑青、鉛錫黄などがあります。硫化水銀である朱色は、もともとは天然辰砂の粉末を粉砕して作られていました。17 世紀以降は、元素から合成されるようになりました。[ 16 ]ティツィアーノなどの巨匠に好まれました。インディアンイエローは、かつてマンゴーの葉だけを与えられた牛の尿を集めて作られていました。[ 17 ] 17 世紀と 18 世紀のオランダとフランドルの画家は、その発光特性を好み、しばしば日光を表現するために使用しました。マンゴーの葉は牛にとって栄養的に不十分であるため、インディアンイエローを採取する行為は最終的に非人道的であると宣言されました。[ 17 ]現代のインディアンイエローの色合いは合成顔料から作られています。バーミリオンは部分的にカドミウムレッドに置き換えられています。
ラピスラズリは高価だったため、代替品がよく使われた。最も古い現代の合成顔料であるプルシアンブルーは、1704年に偶然発見された。 [ 18 ] 19世紀初頭には、合成および金属の青色顔料には、ラピスラズリの合成形態であるフレンチウルトラマリンが含まれていた。ウルトラマリンは、ケイ酸アルミニウムを硫黄で処理することによって製造された。さまざまな形態のコバルトブルーとセルリアンブルーも導入された。20世紀初頭には、合成金属有機顔料であるフタロシアニンブルーが作られた。同時に、かつてラピスラズリから作られた色に付けられた別の名前であるロイヤルブルーは、はるかに明るく鮮やかな色を意味するように進化し、通常はフタロシアニンブルーと二酸化チタン、または安価な合成青色染料から混合される。
1856年に発見された最初のアニリン染料であるモーブインは、アゾ化合物やジアゾ化合物などの数百もの合成染料や顔料の開発の先駆けとなった。これらの染料は、着色剤の体系的な設計を含む有機化学の隆盛をもたらした。有機化学の発展は、無機顔料への依存を減少させた。[ 19 ]
合成顔料の開発や鉱物顔料の抽出技術の改良以前は、顔料の色合いはロットごとにばらつきが大きかった。現代の色彩産業の発展に伴い、製造業者や専門家が協力して、色の識別、製造、測定、試験に関する国際規格を策定してきた。
1905年に初めて発表されたマンセル色体系は、一連の色彩モデルの基礎となり、色の客観的な測定方法を提供しました。マンセル色体系は、色相、明度（明るさ）、彩度（色の純度）の3つの次元で色を表現します。彩度とは、特定の色相と明度における灰色との差のことです。
20世紀半ばまでに、顔料化学の標準化された方法が利用可能になった。これは、産業界におけるこうした標準の策定を目指す国際的な動きの一環である。国際標準化機構（ISO）は、顔料および染料の製造に関する技術規格を策定している。ISO規格は、様々な工業的および化学的特性、そしてそれらの試験方法を規定している。すべての顔料に関連する主なISO規格は以下のとおりである。
その他のISO規格は、ウルトラマリン顔料、二酸化チタン、酸化鉄顔料など、顔料の化学組成に基づいた特定のクラスまたはカテゴリーの顔料に関するものです。
塗料、インク、繊維、プラスチック、着色剤の多くのメーカーは、特定の色を製造する際に使用する顔料を識別するための標準として、カラーインデックスインターナショナル（CII）を自主的に採用しています。1925年に初版が発行され、現在は英国染色・着色協会と米国繊維化学・着色協会が共同でウェブ上で公開しているこのインデックスは、着色剤に関する権威ある参考資料として国際的に認められています。13,000を超える一般的なカラーインデックス名の下に、27,000を超える製品が掲載されています。
CII スキームでは、各顔料には、特許名や歴史的名称に関係なく、化学的に識別する汎用インデックス番号が割り当てられています。たとえば、フタロシアニンブルー BN は、 1930 年代の発見以来、さまざまな汎用名や特許名で知られています。ヨーロッパの多くの地域では、フタロシアニンブルーはヘリオブルー、またはウィンザーブルーなどの特許名でよく知られています。アメリカの塗料メーカーである Grumbacher は、別の綴り (Thanos Blue) を商標として登録しました。Colour Index International は、製造業者と消費者が特定の色製品に使用されている顔料 (または染料) を識別できるように、これらの矛盾する歴史的名称、汎用名、特許名をすべて解決します。CII では、すべてのフタロシアニンブルー顔料は、顔料ブルー 15 と顔料ブルー 16 の略である PB15 または PB16 のいずれかの汎用カラーインデックス番号で指定されます。これらの 2 つの番号は、分子構造のわずかな違いを反映しており、わずかに緑がかった青色または赤みがかった青色を生み出します。
顔料は通常、一次粒子として製造されます。これらの一次粒子は表面で融合して凝集体を形成することがあります。凝集体とは、角や縁で結合した一次粒子や凝集体を指します。分散工程では、顔料が塗布媒体に混入される際にこれらの顔料凝集体が破砕され、より小さな凝集体、凝集体、および一次粒子が生成されます。これらが形成されると、分散媒体によって湿潤され、理想的には塗布媒体全体に均一な統計的分布が得られます。
固体状の顔料は、純粋な状態（原色顔料）として、2種類以上の顔料を混合した固体として、または1種類以上の充填剤と混合した状態で使用できます。充填剤と混合すると色の強度が低下し、少量をより正確に計量できるようになります。これは粉体塗料で一般的に用いられる方法です。原色顔料は空間的に近接しているため、強度が増します（同時コントラスト）。
液体塗料の場合、バインダー入りまたはバインダーフリーのプレディスパージョン顔料製剤がよく使用されます。これらの製剤は塗料自体と同様に配合されており、用途に応じて添加剤、溶剤、水、またはバインダー中に高濃度の顔料がプレディスパージョンされています。顔料製剤の主な利点は、顔料がすでに分散され標準化されているため、簡単かつ正確に配合できることです。ただし、特定の添加剤が特定の塗料システムと適合しない場合は、不利になることがあります。
着色システムは、複数の（通常12～20種類の）顔料製剤、自動計量システム、および配合ソフトウェアの組み合わせで構成されます。この方法は、エマルジョン塗料の標準的な方法です。顔料製剤は、他の顔料や充填剤との混合物として存在する場合があります。一般的な液体製剤に加えて、塗料配合に溶剤を追加したくない用途向けに、溶解性の高いバインダーを使用した顆粒状の製剤も利用可能です。
プラスチック業界で広く用いられている3つ目の選択肢は、マスターバッチまたは液体着色剤と呼ばれる固体または液体の顔料製剤を使用する方法です。マスターバッチの製造工程では、顔料は高温でバインダーマトリックスに押し出しまたは混練されます。冷却後、固体マスターバッチは通常、プラスチックに配合した際に正確で再現性のある色調が得られるように造粒されます。マスターバッチには、目的とする効果に応じて、さまざまな顔料や充填剤が含まれる場合があります。液体顔料製剤は室温でバッチ生産され、配合成分はあらかじめ選択されたバインダーに分散されます。色の濃縮物と機能性プロセス添加剤が効果的に作用し続けるためには、凝集物を最適に分解することが重要です。この目的のために、溶解装置、攪拌ビーズミル、ローラーミルが一般的に使用されます。
顔料が特定の製造工程や用途に適しているかどうかを判断する上で重要な特性をいくつか挙げます。
色見本は、色を正確に伝えるために使用されます。色見本の種類は、印刷、コンピューター、プラスチック、繊維など、媒体によって決まります。一般的に、最も幅広い色調を表現できる媒体が、さまざまな媒体で広く使用されています。
色の基準となるのは、印刷された色見本です。PANTONE 、RAL、Munsellなどは、印刷、プラスチック、繊維など、さまざまな媒体で広く使用されている色情報伝達の標準規格です。
プラスチック用カラーマスターバッチや顔料を製造する企業は、射出成形されたカラーチップの形でプラスチック見本を提供しています。これらのカラーチップは、デザイナーや顧客が特定のプラスチック製品に使用する色を選択するために提供されます。
プラスチック製のサンプルは、パール、メタリック、蛍光、スパークル、モザイクなど、さまざまな特殊効果を備えています。しかし、これらの効果は印刷物やコンピューターディスプレイなどの他の媒体では再現が困難です。そこで、さまざまな特殊効果を取り入れたプラスチック製サンプルが3Dモデリングによって作成されました。
自然光下での顔料の色合いをコンピュータのディスプレイで再現するのは困難です。そのため、近似的な表現が必要となります。マンセルカラーシステムは、色相、明度（または明るさ）、彩度の3次元で色を客観的に測定します。コンピュータのディスプレイは一般的に多くの顔料の真の彩度を正確に再現できませんが、色相と明度は比較的正確に再現できます。しかし、コンピュータのディスプレイのガンマ値が基準値からずれると、色相も系統的に偏ってしまいます。
以下の近似値は、 sRGB 色空間を使用するガンマ2.2のディスプレイ デバイスを想定しています。ディスプレイ デバイスがこれらの標準から大きく逸脱するほど、これらのスウォッチの精度は低下します。[ 21 ]スウォッチは、複数のロットの単一顔料水彩絵具の平均測定値に基づいており、コンピュータ ディスプレイで表示するためにLab 色空間からsRGB 色空間に変換されています。顔料の外観は、ブランドやバッチによっても異なる場合があります。さらに、顔料は本質的に複雑な反射スペクトルを持ち、光源照明のスペクトルに応じて色の外観が大きく異なります[ 22 ] 。これはメタメリズムと呼ばれる特性です。顔料サンプルの平均測定値は、特定の光源の下での実際の外観の近似値しか得られません。コンピュータ ディスプレイ システムは、照明光源の相関色温度をエミュレートするために色順応変換[ 23 ]と呼ばれる技術を使用しており、元々見られた複雑なスペクトルの組み合わせを完全に再現することはできません。多くの場合、顔料の知覚される色はコンピューターディスプレイの色域外にあるため、色域マッピングと呼ばれる手法を用いて実際の色を近似的に再現します。色域マッピングでは、変換時のICCレンダリングインテントで選択された優先順位に応じて、明度、色相、彩度のいずれかの精度を犠牲にして画面上に色をレンダリングします。
ポリマーに顔料を使用することは、外観、市場性、実用性などの目的でプラスチックにさまざまな色を与えるなどの用途で関心を集めています。[ 24 ]プラスチックに使用する色を選択する際の主な課題は、製造時の環境問題、製造および取り扱いの安全性、最終製品の毒性および生態毒性、製品中の有害化学物質の痕跡、廃棄時の製品の環境運命、顔料中の重金属およびジクロロベンジジンの使用、顔料の歪み、顔料の廃棄、リサイクル可能性などの問題です。[ 24 ]したがって、プラスチック用着色剤の要件は、使いやすさ、物理的および化学的不活性、添加剤との適合性、意図された用途での満足のいく性能、無毒性、および環境への影響です。[ 24 ]
顔料は、少なくとも商業用途においては、無機顔料と有機顔料に分類されることが多い。従来の顔料は無機顔料であり、多くの場合、遷移金属の酸化物や硫化物である。[ 2 ] これらは、MOM結合やMSM結合を特徴とするポリマー構造のため、本質的に不溶性である。
金属イオンを含む無機顔料の場合、これらの材料はしばしばその金属の種類によって分類される。
アルミニウム粉末は、金属光沢を与える顔料として考えられている場合がある。[ 26 ]
伝統的な顔料の中には、現代では重要性のないものもある。例えば、マラカイト、緑青、アズライトといった酸化銅／水酸化銅系の顔料は不安定である。 カプト・モルトゥウムは不明瞭である。酸化鉄を含む赤チョークであるサングインは美術作品に用いられる。 同じく鉄を主成分とする赤土と黄土は商業的価値がない。 エジプトブルーはローマ時代に用いられた。
無機顔料は、天然か合成かによって区別されます。最初のグループは、乾燥や粉砕などの最小限または純粋に機械的な処理を必要とする土や鉱物（土色、白色鉱物）で構成されます。2番目のグループは、金属効果顔料、カーボンブラック、白色顔料、酸化鉄顔料、ジルコニウムケイ酸塩などの合成無機顔料で構成され、さまざまな工業的製造プロセスによって製造されます。合成無機顔料は、その優れた純度と安定した品質のため、工業的に好まれています。[ 27 ]
天然由来か人工由来かを明確に分類したり判定したりすることは、必ずしも必要ではありません。例えば、先史時代の絵画に見られる酸化鉄層には、このような分類が用いられています。しかし、物質を辰砂（硫化水銀の赤色変種）と特定したからといって、必ずしも天然由来であるとは限りません。さらに、古代においては、「辰砂」はしばしばあらゆる赤色顔料の同義語として用いられ、鉛丹と同義語であることも少なくありませんでした。無機顔料を天然と人工のカテゴリーに正式に分類するようになったのは1940年代になってからのことであり、化学構造を反映したものではありません。
化学的には、最も重要な工業用顔料は、二酸化チタン、カーボンブラック、バナジン酸ビスマス、金属酸化物および水酸化物、ベルリンブルー、ウルトラマリン、カドミウム顔料、クロム酸塩の8 つの物質クラスに分類されます。[ 27 ]
酸化物および水酸化物グループは、さらに酸化鉄顔料、酸化クロム、およびリンマンの緑などの混合相酸化物顔料に分類されます（後者には、スピネル顔料、ヘマタイト顔料、逆スピネル顔料、およびルチル誘導体などのサブグループが含まれます）。クロム酸塩顔料グループは、クロム酸鉛、クロム緑、およびモリブデン酸塩に細分化されます。[ 27 ]
カーボンブラックは独特な位置を占めています。化学的には無機物ですが、その微細な粒子サイズとそれに伴う用途特性から、実際には有機顔料として分類されることがよくあります。[ 27 ]
ほとんどの無機顔料は、大気中の酸素に対して化学的に不活性であるという特徴を持ち、そのため非常に耐老化性に優れています。色は永久的に保持されますが、油などの有機結合剤が時間の経過とともに劣化することで、外観が影響を受ける場合があります。
高い耐熱性を持つため、磁器絵付けには欠かせない。有機顔料は焼成工程の高温に耐えられないからだ。工業用途では、この耐熱性はプラスチックの着色、粉体塗装、コイルコーティングに不可欠である。ただし、耐熱性の高い有機顔料は、より低い温度が要求される工程で使用される場合もある。
硫化カドミウム、クロム酸鉛、モリブデン酸赤などの一部の伝統的な顔料は、重金属含有量に伴う健康リスクのため、現代（特にヨーロッパ）ではほとんど使用されていない。
無機顔料の色調は、有機顔料に比べてくすんでいる、あるいは「曇っている」と表現されることが多い。これは一般的に酸化鉄顔料や酸化クロム緑などの顔料に当てはまるが、一部の無機顔料は純粋で鮮やかな色調を示す。工業的に重要な例としては、バナジン酸ビスマスのほか、高輝度と優れた隠蔽力を持つ制限顔料である硫化カドミウム、クロム酸鉛、モリブデン酸赤などが挙げられる。その他の注目すべき例としては、ザッファーやウルトラマリンなどがある。[ 28 ]
白色顔料は、その膨大な工業規模と流通網ゆえに、他に類を見ない地位を占めている。ヨーロッパの製紙業界だけでも、年間1000万トン以上が消費されており、その中でも白色鉱物（主に炭酸カルシウム）が最大の割合を占めている。
塗料分野では、白が最も重要です。エマルジョン塗料では、着色システムのベースカラーとして使用され、最も一般的な色調となっています。価値と生産量の両面で、二酸化チタンが主要な顔料であり、市場全体の約60%を占めています。二酸化チタンの世界消費量は、2006年に約450万トンに達しました。チタンホワイトは、1960年代に鉛白に取って代わり、その優れた堅牢性と工業化された国々での需要の全般的な増加により、注目を集めるようになりました。[ 29 ]入手可能な酸化鉄顔料は、世界生産量で2位となり、量で22%、金額で8%を占め、カーボンブラックが量で4%、金額で9%でそれに続きます。残りの無機顔料と有機顔料は残りの量を占めていますが、価格がかなり高いため、金額で市場の約30%を占めています。[ 27 ]
その他の無機顔料の中では、酸化クロム(III)、ウルトラマリン、バナジン酸ビスマス、ケイ酸ジルコニウム、および混合相酸化物顔料が特に重要である。炭酸カルシウムは屈折率が高いため、塗料業界では顔料としてではなく、主に充填剤として利用されている。 [ 27 ]
有機顔料は通常、石油化学製品から得られます。これらは、拡張された共役二重結合、多くの場合芳香環を特徴としています。溶解度が低いのは、水素結合やπ-π相互作用などの分子間力によるものです。経済的な観点から最も重要な有機顔料はフタロシアニン（例：フタロブルー）ですが、最も数が多いのはアゾ系顔料です。[ 5 ]
有機顔料は、動物や植物由来の着色料として自然界に存在します。これらの顔料の中には、容易に製造できるものもあります。例えば、ブドウの黒は、部分的に炭化したブドウの木からできています。牛の尿から抽出される鮮やかなインディアンイエローなど、歴史的に重要な顔料のいくつかは、入手可能な合成顔料の種類の多さのために、その重要性を失っています。水溶性でほぼ無色のロイコ型インディゴ（ロイコインディゴまたはインディゴホワイト）は、大気中の酸素による酸化によって、不溶性の顔料インディゴに変換されます。
合成有機顔料は、その化学構造に基づいて分類されます。最も多様で広範なグループはアゾ顔料で、販売されている有機顔料の50%以上を占めています。残りのグループは、多環式顔料、または一般的に非アゾ顔料に分類されます。[ 28 ]
アゾ顔料は、発色団としての性質が主にアゾ基（-N=N-）由来の電子の非局在化に起因する化合物です。したがって、すべてのアゾ顔料は少なくとも1つのアゾ基を含んでいます。これらの顔料はさらに、化学構造が色堅牢度の大まかな指標となるクラスに細分化されます。実際の堅牢度は、特定の置換基と粒子サイズによって決まります。モノアゾ顔料とジサゾ顔料は、存在するアゾ結合の数に基づいて区別され、さらにそれぞれの置換基に基づいて分類されます。[ 28 ]
モノアゾ顔料には、β-ナフトール顔料、ナフトールAS顔料、レーキアゾ染料などの単純な種類が含まれます。このグループには、最も広く使用されている有機顔料の一部が含まれており、工業的に利用可能な最も古いカテゴリーです。例としては、アリリド黄色顔料のCI Pigment Yellow 1、3、74、CI Pigment Orange 5、CI Pigment Red 112などがあります。 [ 28 ]
注目すべきサブクラスはベンズイミダゾロン顔料です。これらは多環置換基を含むモノアゾ顔料で、優れた耐候性を持ち、アゾ顔料カテゴリー内で最高の堅牢度レベルを達成できます。例としては、CI Pigment Yellow 154 と CI Pigment Orange 36 があります。[ 28 ]ジサゾ顔料には、ジアリルイエロー顔料 (CI Pigment Yellow 83 )、ジサゾ縮合顔料 (CI Pigment Yellow 128)、アセト酢酸アニリド顔料 (CI Pigment Yellow 155) があります。[ 28 ]アゾ金属錯体顔料は、厳密には真のアゾ基を含まないため、特殊なケースです。[ 28 ]
レーキ顔料（もともとは水溶性染料を金属との反応によって不溶性塩に変換したもの）は、繊維染色に利用される。「レーキ化」とは、水溶性染料を金属塩やタンニンとの反応によって繊維に固定し、着色剤として定着させる工程を指す。
多環式顔料とは、拡張された環状系全体にわたる電子の非局在化によって発色団の特性が生じる化合物である。
フタロシアニン銅顔料は、多環式顔料全体の約半分を占め、このカテゴリーで最も重要な部分を占めています。主な代表例としては、フタロシアニンブルーやフタロシアニングリーンなどのハロゲン化誘導体の様々な種類が挙げられます。その他の重要な多環式顔料のクラスには、キナクリドン、ジケトピロロピロール顔料、ジオキサジン着色剤、ペリレン、イソインドリン、インタントロンなどがあります。[ 28 ]
2つの主要なグループに加えて、さまざまな有機顔料が存在し、それぞれ独自の組成を持ち、多くの場合、特殊な用途に合わせて調整されています。経済的な要因や特定の堅牢度要件により、特定の構造内の単一の化学化合物のみが顔料として使用できることがよくあります。[ 28 ]このグループには、重金属塩として溶解性を失い、顔料として機能するレーキ染料が含まれます。
有機顔料は一般的に無機顔料と比べて、発色力が高く、隠蔽力が低く、彩度が高く、耐候性が低いという特徴があります。さらに、有機顔料は通常、価格も高くなります。分散性や隠蔽力といった特定の用途特性を向上させるために、後処理が施されることがよくあります。この後処理によって粒子径の調整も可能になり、これは耐光性、発色力、そして色の精密な調整に不可欠です。
有機顔料の毒性に関しては、一般的に溶解度が低いため生理学的に不活性であると考えられています。健康上の懸念は主に粒子状物質としての性質に関連しています。有機顔料は基本的に生分解されないと考えられています。顔料は分散剤、結合剤、溶剤とともに中間製品または最終製品に組み込まれるため、これらの補助物質の毒性影響も評価する必要があるかもしれません。[ 28 ] [ 30 ] [ 31 ]
タトゥーの色素除去時など、レーザー照射によって生じる分解生成物は、毒性リスクをもたらす可能性がある。例えば、タトゥー色素CIピグメントレッド22（CAS番号6448-95-9 Q27269269 ）のレーザー誘起切断により、毒性および発がん性のある化合物2-メチル-5-ニトロアニリンが生成されることが示されている。[ 32 ]同様に、フタロシアニン銅の照射によりシアン化水素酸が生成される可能性がある。[ 33 ]
酸塩基指示薬は顔料には分類されません。これらは溶液のpHに応じて色が変化する染料です。
レーキ顔料は、着色成分と大部分が無色の基材から構成されています。これらの成分は変換プロセスによって結合され、水や結合剤に不溶性となります。歴史的には、植物染料はチョークや鉛白などの白色基材に塗布され、染料と基材の結合を強化するためにミョウバンや炭酸ナトリウムなどの媒染剤が添加されていました。
生物学において、色素とは植物細胞または動物細胞に含まれるあらゆる着色物質を指します。皮膚、目、毛皮、毛髪など、多くの生物学的構造には色素（メラニンなど）が含まれています。 動物の皮膚の色は、色素胞と呼ばれる特殊な細胞によって生じることが多く、タコやカメレオンなどの動物は、色素胞を制御することで体色を変化させることができます。植物、動物、一部の原生生物、または真菌の細胞における色素の量や性質は、様々な要因によって影響を受けます。例えば、アルビニズムと呼ばれる疾患は、動物のメラニン生成量に影響を与えます。
生物の色素沈着は、カモフラージュ、擬態、警告色（警告）、性的選択やその他のシグナル伝達、光合成（植物の場合）、日焼けからの保護などの基本的な物理的目的など、多くの生物学的目的を果たしている。
色素の色は構造色とは異なり、どの角度から見ても同じ色であるのに対し、構造色は選択的な反射や虹色光沢によって生じ、通常は多層構造が原因です。例えば、蝶の羽には一般的に構造色が見られますが、多くの蝶は色素を含む細胞も持っています。
重要な有機顔料のいくつかは、混合物または精製された化合物として、最初は天然資源から得られました。これらの顔料のほぼすべては、 19 世紀に急速に発展した有機合成技術を使用してより効率的に生産できます。劇的な例としては、石炭タール(現在の石油)から始まった方法によって大規模なプランテーションが閉鎖されたインディゴとアリザリンがあります。 [ 34 ]
顔料として使用できるポリマーの製造にも関心が寄せられています。[ 35 ] [ 36 ]現代の顔料の中には、塗料との適合性に問題があるものがあります。例えば、二酸化チタン、方解石、硫化亜鉛、酸化亜鉛などの白色顔料は、凝集する可能性のある無機化合物であるため、塗料との適合性に問題がある場合があります。[ 35 ]ポリマーと雲母から作られたさまざまな色の有機/無機ハイブリッド顔料が合成されており、化粧品やコーティング用途での使用が期待されています。[ 36 ]
真鍮とアルミニウムは、金属感を出すために用いられる主要な顔料です。真鍮の粒子は金色を、アルミニウムの板状粒子は銀色を呈します。かつては、アルミニウム顔料はシルバーブロンズ、真鍮顔料は合金の種類や色合いによって、ゴールドブロンズ、ペールゴールド、リッチペールゴールド、リッチゴールドなどと呼ばれていました。
視覚的な印象は角度に依存します。ほぼ垂直の角度（正面）から見ると、より明るい金属効果顔料が見えます。一方、浅い角度で見ると、通常はより暗いベースカラーが現れます。この現象は、粒子が板状であることに起因し、「フロップ」として知られています。適切な粒径のアルミニウムフレークは銀色の光沢を生み出し、同じ粒径の球状粒子は均一な灰色の表面を生み出します。未処理のアルミニウム顔料は、特に水系や風化条件下では安定性が限られているため、これらの欠点を軽減するために表面処理されたバリエーションが開発されています。
色の深みは粒子の大きさと密接に関係しています。顔料の正確な外観は、粒子の大きさとその形状の規則性によって決まります。粗い粒子は「きらめき」と呼ばれる輝きを生み出し、細かい粒子は見る角度の変化に応じてより滑らかなグラデーションと柔らかな変化を生み出します。両方のタイプの顔料は、望ましい視覚効果を得るためにしばしば組み合わせて使用されます。
これらは干渉顔料に分類されます。低屈折率の板状キャリア基板（一般的には天然雲母、二酸化ケイ素、または薄いガラス板）に、高屈折率の極めて薄く均一な酸化物層を1層以上コーティングしたものです。好ましいコーティング材料としては、二酸化チタン、酸化鉄(III)、二酸化ジルコニウム、およびそれらの混合酸化物が挙げられます。主なコーティング方法としては、ゾルゲル法、化学気相成長法（CVD）、物理気相成長法（PVD）などがあります。得られる層の厚さは約100 nmです。製造工程では、コーティングの厚さ（±3 nm以内）とその均一性を 精密に制御することが不可欠です。
屈折率、層の厚さ、層の順序といった特定のコーティングパラメータを選択することで、干渉色効果を利用してほぼあらゆる色や濃淡を実現できます。特定の条件下では、観察者の視線角度に応じて色調が変化する、角度依存型の「色反転」効果を生み出すことも可能です。
特定の真珠光沢顔料（例えば、塩化ビスマス酸化物）は無毒であり[ 38 ] 、米国食品医薬品局によって食品着色料としての使用が承認されている[ 39 ] 。
発光顔料には、昼光蛍光塗料（「ネオンカラー」）に使用されるカラフルな蛍光顔料や、燐光を利用した残光塗料などがあります。これらは蛍光塗料に利用されます。蛍光顔料は一般的に、顔料の特性を付与するためにマトリックスに組み込まれた蛍光染料で構成されています。燐光を発するようにドーピングされた無機物質は、残光顔料として使用されます。硫化亜鉛をベースとした緑色の発光顔料は、避難経路のマーキングに広く使用されています。
放射性発光体は、不溶性であるにもかかわらず、顔料には分類されません。これらは、紫外線や日光ではなく、放射性励起によって発光する自発光性物質です。
塗布工程中に溶解または溶解し、光の選択的吸収によって色を付ける着色物質です。顔料は、着色、無色、または蛍光性の微粒子状の有機または無機物で、通常は混合される媒体に不溶性であり、化学的にもほとんど影響を受けません。
{{citation}}: CS1 maint: 複数の名前: 著者リスト (リンク)