Los pigmentos hacen historia (I)

El camino desde las primeras pinturas rupestres y coloraciones de tejidos con pigmentos de origen natural hasta la actual alta tecnología ha sido largo y apasionante. La coloración, el significado de los colores así como la historia de los hoy aun más importantes pigmentos de alto rendimiento son el objeto del presente artículo, dividido en dos partes. La segunda parte, Pigmentos de alto rendimiento – de ayer a hoy se publicará en el número de octubre (89) de Plásticos Universales.

Los pigmentos de alto rendimiento ofrecen excelentes propiedades de autenticidad con la máxima fuerza de coloración y una muy buena dispersabilidad. Su perfil de propiedades hace que estos productos de alto rendimiento estén predestinados para su uso en aplicaciones exigentes, como la pigmentación de plásticos o pinturas.

Los colores no son un invento del hombre sino que es la propia naturaleza la que ofrece una riquísima gama de colores. Al lado de los colores de algunos minerales, es sobre todo la flora la que destaca por su riqueza de colores. Mientras que en las plantas hay sustancias colorantes que, como el colorante verde contenido en la clorofila, son directamente imprescindibles para la supervivencia, otros colores son utilizados específicamente para la intimidación o para la atracción de animales.

Al margen de consideraciones estéticas, ya entre los hombres de la Edad de Piedra la necesidad de influir en las posibilidades de supervivencia, dentro de un marco de actuaciones rituales, constituía el centro de la atención. Se tiene constancia de pinturas rupestres realizadas entre los años de 40.000 a 10.000 a. C., como lo atestiguan los hallazgos más importantes en los Montes de Suabia en Alemania, en Lascaux en Francia y en Altamira en España. En todas las partes del mundo se han descubierto representaciones del hombre, de animales de caza y de su entorno y es probable que con ellos se pretendiera hacer magia para la caza. Los colores han asumido una función similar en todas las culturas y en todas las épocas, tal y como nos demuestran aún hoy los coloridos vitrales de las iglesias, los relicarios chinos y los coloridos disfraces de carnaval (figura 1).

Un primer apogeo en el uso y la selección de colorantes adecuados se produjo ya en el antiguo Egipto. En aquel entonces, la mayoría de los pigmentos auténticos empleados eran inorgánicos. Sin embargo, prendas de vestir de aquella época revelan que ya en el año 2.500 a. C. se utilizaba el índigo azul y el rojo alizarina, extraído este último de la rubia. Durante siglos, este rojo luminoso, también conocido como rojo turco o rubia tinctorum, fue el único colorante rojo resistente a la luz. Un costoso y complicado proceso de secado, que aún sigue sin ser comprendido en todos sus detalles fisicoquímicos, se utilizó en toda la región de Oriente próximo para la coloración del algodón. Así, por ejemplo, este colorante era el utilizado para dar su característico color rojo al fez turco o a los tapices cazajos.

También desde la antigüedad se utiliza un derivado del índigo: el púrpura, extraído de las secreciones de las glándulas de los caracoles púrpuras provenientes del Mediterráneo. Para obtener un sólo gramo de este colorante era necesario sacrificar aprox. 10.000 caracoles. En consecuencia, este colorante era estaba reservado a los ricos y a la nobleza. Este colorante, de emperadores y reyes y que ya conocían los fenicios en el año 1.500 a. C., fue definido en 1909 por P. Friedländer como 6,6´-dibromo-índigo. Al igual que el índigo (sintetizado por primera vez en 1878 por A. v. Bayer) también el púrpura es uno de los llamados colorantes tina, que mediante agentes reductores son transformados en una forma soluble y que sólo en el tejido oxidan y forman el colorante.

En el Nuevo Mundo se elaboró a partir del índigo el primer pigmento de alto rendimiento (HPP, en inglés: High Performance Pigment): almacenado en paligorskita, un mineral arcilloso y fibroso, rico en magnesio, el colorante es anclado de forma fija mediante la formación de puentes de hidrógeno, transformándose en una forma especialmente estable. El azul turquesa luminoso obtenido de esta forma fue empleado por los mayas, en particular para murales, y adquirió renombre mundial como azul maya. Este pigmento de la época precolombina fue utilizado en Centroamérica hasta bien entrado el siglo XX. Este material, de estructura nano, mantiene el color estable durante siglos incluso bajo las condiciones climatológicas más adversas, es resistente a la biocorrosión, los ácidos minerales, los álcalis, los disolventes así como a agentes oxidantes y reductores.

Los colores acompañan a la humanidad y marcan la vida del hombre de las formas más diversas. Muchas de las ideas que en la antigüedad estaban vinculadas a determinados colores se han conservado hasta nuestros días. Ya los sacerdotes egipcios afirmaban que los colores básicos rojo, amarillo y azul se correspondían con el cuerpo, el alma y el espíritu del hombre. Durante varios milenios se aceptó y complementó esta doctrina. Pitágoras, Paracelso, Goethe y Steiner estudiaron la ciencia de los colores así como los efectos de los colores sobre el hombre. Aún hoy encontramos colores como expresión de emociones, pertenencia y religión en todos los pueblos, industrializados o primitivos. Así, por ejemplo, el color negro, en la cultura europea occidental, representa el luto.

También el rojo, el color del amor, del fuego y de la sangre, ha sido desde siempre un color de gran simbolismo:

• Ya en la Edad de Piedra, al ocre rojo se le atribuía un poder vital. Esta creencia motivaba la ofrenda del mineral de óxido de hierro en los ritos funerarios de la Edad de Piedra.
• Para los griegos y también posteriormente en el cristianismo, el rojo vivo y luminoso simbolizaba la sangre. Originariamente este color era relacionado con las deidades griegas de la guerra como Marte, Febo y Ares. Cuando los soldados iban a la guerra se pintaban de rojo para que el poder de los dioses de la guerra les acompañara.
• En Rusia, el color rojo se relaciona con lo valioso y caro. Así, aún hoy, el rincón en el que se expone el icono es denominado "rincón rojo".

También se aprecia cierta influencia sobre el efecto que un objeto tiene sobre las personas, como demuestran los siguientes ejemplos:

• Las personas, subjetivamente, suelen estimar más elevado el peso de un objeto de color oscuro que el de un objeto de color más claro.
• Un cuadrado rojo es percibido como más grande que un cuadrado verde de la misma superficie. Debido a este efecto es posible que un observador atribuya mayor importancia al cuadrado rojo que al verde.
• Las personas perciben un terrón de azúcar de color rosa como más dulce que uno de color verde o azul.

Los colores son generados mediante sustancias químicas que interactúan con la luz. Resulta especialmente interesante aquel espectro de la luz que puede ser percibido por el ojo humano. Esta gama es el espectro entre 400 y 800 nm. Mediante la absorción, la emisión y la reflexión por los colorantes de determinados segmentos del espectro de la luz se modifica la impresión del color en la retina, y es así como se ven los colores.

Si bien en el día a día hablamos con simplificada y poca precisión de colores cuando realmente nos referimos a una sustancia que en nosotros genera una impresión de color, el químico de colorantes utiliza definiciones más precisas. Utiliza la expresión "sustancia colorante" y dentro de esta categoría distingue entre "colorantes“ y "pigmentos“. El criterio físico de la solubilidad resulta clave a los efectos de tal distinción. Según DIN 55944, los pigmentos son prácticamente insolubles en su medio de aplicación, es decir, existen como cristales. En cambio, los colorantes, en el supuesto ideal, estarán disueltos en el medio de aplicación, es decir, estarán distribuidos a nivel molecular. También en cuanto a las propiedades ópticas existe una diferencia clave: mientras que en los colorantes es en ultima instancia la molécula aislada la que determina la absorción de la luz, y de esta forma el color, en los pigmentos, la estructura cristalina codefine las propiedades ópticas.

Para una clasificación inequívoca de los colores, es decir, una diferenciación según el correspondiente matiz de color o en función de su composición química, se ha adjudicado a cada sustancia colorante un Colour Index (C.I.). Además, se diferencian entre si por la diferente capacidad de coloración y sus propiedades de resistencia.

Fue la idea de poder generar a partir de colorantes solubles, polvos de pigmentos puramente orgánicos, la que dio lugar a muchos cambios decisivos ya que a finales del siglo XIX se lograron importantes conocimientos sobre la química orgánica. Si inicialmente se intentaba lograr el objetivo buscado mediante sustancias portadoras o mediante precipitación con ácidos orgánicos o, en su caso, con ácidos inorgánicos complejos, el rojo alizarina, sintetizado por primera vez en 1868, también representa el primer ejemplo de un trabajo sistematizado en el desarrollo de pigmentos. C. Graebe y D.T. Liebermann retrotrajeron la alizarina, el elemento colorante de la rubia, al antraceno presente en el alquitrán de hulla. Junto con H. Caro desarrollaron en BASF, a partir de esta base, un proceso técnico para colorantes de mordentado. La síntesis del colorante de la rubia tuvo como consecuencia que en torno al año 1880 la rubia se dejara de cultivar prácticamente en todo el mundo.

Hablando en términos químicos, en el caso de este colorante resistente a la luz se trata de un dihidroxi-antraquinona (figura 2). A partir de la estructura básica de la alizarina se genera la pintura en cuestión, a través de la precipitación con sales de aluminio. Para ello se utiliza el hidrato de alúmina como sustrato de precipitación. Otra posibilidad es la precipitación con sales de estaño, de cromo, de cobre, de hierro o de calcio. Sin embargo, en función del catión se obtienen colores con matices diferenciados.

La sintetización de la alizarina marcó un hito importante en el camino hacia la producción de pigmentos modernos, de elevado rendimiento. El trabajo sistemático en los laboratorios de colores tuvo como consecuencia que pocos años más tarde se lograra la producción sintética de los primeros colorantes azo: el rojo litol, sintetizado en 1889 por P. Julius (figura 3), supuso el inicio definitivo de la producción industrial de pigmentos orgánicos. En un lapso de tiempo de tan sólo unos pocos años se hicieron descubrimientos decisivos que permitieron la coloración con pigmentos sintéticos con una profundidad de color siempre excelente.

Aunque la luminosidad de los nuevos pigmentos sintéticos generaba mucho entusiasmo, las características de autenticidad, generalmente insuficientes, eran decepcionantes, especialmente en comparación con sus competidores inorgánicos. Aún así, algunos de estos veteranos resistieron en los mercados y siguen sirviendo para pigmentar los colores para impresión y la pintura para edificios

Figura 1: Los colores han acompañado a la humanidad a través de los siglos en todas las culturas

Figura 2: Estructura del rojo de alizarina.

Figura 3. Los primeros pigmentos sintéticos producidos

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Un comienzo más bien casual

Durante la primera mitad del siglo XIX se descubrieron colorantes orgánicos artificiales de una manera más bien casual. El fundamento decisivo para el desarrollo de la química moderna de colorantes fue el descubrimiento del fenol y de la anilina en el alquitrán de hulla por el químico alemán Friedlieb Ferdinand Runge en el año 1834. Logró aislar la anilina y mediante la oxidación extrajo de ésta el negro anilina. Aprox. 20 años más tarde, un estudiante de 18 años de edad, William Henry Perkin, hizo en Londres otro descubrimiento casual. En realidad pretendía obtener quinina mediante la oxidación de anilina, una sustancia muy difundida por aquella época y que se utilizaba para bajar la fiebre y sobre todo para combatir la malaria. En 1856 obtuvo, durante la oxidación de anilina impura, un masa negro-violeta a partir de la cual pudo aislar mediante la extracción con alcohol un colorante violeta, al que denominó mauveína o anilina púrpura.

La mauveína de Perkin fue el primer colorante industrial generado de forma sintética y que tras la coloración proporcionaba tejidos luminosos y coloreados de forma duradera. Muy pronto, la mauveína llegó a ser muy popular. Y es que a partir de ese momento la moda ya no dependía únicamente de las materias primas proporcionadas por la naturaleza. Personas de referencia en cuestiones de estilo como la Emperatriz Eugenia de Francia se exhibieron en público con prendas de vestir coloreadas con la anilina púrpura e incluso la Reina Victoria de Inglaterra se presentó en 1862 en la Royal Exhibition con un vestido de seda de color violeta. Sin embargo, en la actualidad, la mauveína ya no tiene importancia alguna debido a su insuficiente resistencia a los ácidos y los álcalis.

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