一、概要

有機顔料は鮮やかな色と優れた着色性能を持つ有機化合物であり、その高い着色力、鮮やかな色、全クロマトグラフィーと低相対密度などの特徴で人気を集めている。しかし、耐熱性、耐候性、カバー力の点では、一般的にはやや不足している。化学構造から見ると、有機顔料は主にアゾ類、フタロシアニン類、複素環類に分けられる。堅牢度の強弱に応じて、有機顔料は古典的な有機顔料と高性能な有機顔料に分けることができる。古典的な有機顔料には主にアゾ系顔料の大部分が含まれているが、高性能有機顔料にはベンゾイミダゾロン顔料、アゾ縮合顔料、キナクリドン類、ピロリジピロリジノン類（DPP）、アントラキノン複素環類などが含まれる。

二、有機顔料結晶型

有機顔料の分子構造と物理的特徴（粒径の大きさ及び分布、結晶の構造など）は有機顔料の色性能と応用性能を決定した。例えば、着色強度と色光の鮮やかさは分子構造、粒子径の大きさと分布と関係がある、結晶安定性、顔料色光は結晶構造と関係がある。

多くの有機顔料は他の結晶物質と同様に、同質多結晶現象、すなわち同一分子が異なる環境で異なる構造結晶を形成する能力を持っている。結晶の幾何学的形態特徴を結晶型と呼び、結晶の格子には分子配列が異なるため、複数の結晶型を構成することができ、各種結晶型のX線回折パターンはそれぞれ特徴があり、このパターンを通じて各種結晶型を区別することができる。

有機顔料の色は、実際には顔料分子の色だけでなく結晶粒子の色であるため、可視光吸収スペクトルでは表現できず、可視スペクトルの反射曲線で表現すべきである。分子構造が同じ顔料は、結晶型が異なるため、結晶面間隔と配列方式が異なり、光の吸収と反射が異なり、異なる色光をもたらす。

例えば、一般的な顔料レッド254にも2種類の結晶型が図1に示されており、その中でα結晶型は中等度のマイクロブルーライトレッドで熱安定であり、β結晶型はイエローライトレッドである。一般的な市販のピグメントレッド254の結晶型はα結晶型であり、Svetlana N.Ivashevskayadはピグメントレッド254のβ結晶型の結晶構造を深く研究した。

図1.ピグメントレッド254の2種類の結晶形[3]（α、β）

三、有機顔料の結晶型分析におけるX線回折法の応用

X線回折法は有機顔料の結晶型を研究する重要な方法であり、その応用は以下の通りである：

1）定性同質異結晶性同定：典型的な例えばα−型CuPc及びβ−型CuPc結晶性同定。

2）異なる結晶型（混晶）のそれぞれの含有量を測定する：有機顔料試料中に2種類以上の異なる結晶型が存在する場合、しかも異なる結晶型成分の機械的混合、すなわち固体溶液または共融体を呈しない場合、X線回折法を用いて各種結晶型の対応する百分率含有量を測定することができる。

3）結晶試料微結晶の粒子サイズを測定する：謝楽公式により結晶粒サイズを計算し、例えば顔料結晶面が溶媒処理後に結晶成長し、顔料結晶粒サイズと色光、物性の関係を研究することができる。

4）顔料製品の品質を制御する：有機顔料製品は定性鑑定により、製品の結晶型の単一性を検出することができ、すなわち他の結晶型製品の存在の相対割合を確定することができ、あるいは生産過程中に持ち込まれた不純物成分（例えば無機充填剤、いくつかの原料など）を検出することができる。フタロシアニンブルー製品に硫酸バリウムなどの少量の充填剤を添加すると、そのX線粉末回折図に充填剤の特徴的なピークを示すことができる。

5）顔料試料の結晶性の比較試験：顔料の結晶性もその色光特性に影響を与え、例えばα−型CuPcは溶媒処理を経て、結晶性が増加し、回折ピークはより明らかであるが、顔料の結晶性が低い場合、或いは非晶質に近い場合、特徴を示す回折ピークは現れない。結晶性が低いほど、耐光性も低くなります。

四、実験部分

本実験は蘇州浪声科学器械有限公司のFRINGE EVデスクトップ式X線回折計を用いて、ある会社が提供した有機顔料を測定した。

（1）サンプル展示

図2.ピグメントレッド254（PR 254）粉末サンプル

左）混練前（PR 254と表記）、右）混練後（PR 254混練後と表記）

混練法は顔料の改質の一般的な方法の一つであり、混練機は混練法を用いて顔料を改質する際に必要な機械であり、その作用原理は有機溶媒の存在下で機械的な混練によって含水顔料にエネルギーを加え、顔料の格子を変化させたり、表面形状を変化させたり、顔料中の水分を除去したりする（押出水転相）。

混練法とは、粗顔料と塩を溶媒の存在下で、混練混練力を利用して塩を押し出して顔料を粉砕すると同時に、顔料を溶媒中で成長させる方法であり、混練法で生産された顔料の結晶は均一であり、耐光、耐熱、耐候、耐移動性などの応用性能の面でより優れている。

（2）分析条件

（3）結果と結論

図3.PR 254の回折パターン及び定性解析

図4.PR 254混練後の回折パターン及び定性分析

図5.PR 254混練前後の重畳回折パターン

表1.ピグメントレッド254混練前後の分析結果

（4）分析結果

1、図3、図4はピグメントレッド254の回折パターンと定性結果を示し、この2つの有機顔料サンプルの結晶度は比較的に良く、それらの回折パターンはCrystalXソフトウェア中の有機顔料データベース中の標準PDFカード00-055-1984と一致し、α結晶型に属し、化学式C 18 H 10 Cl 2 N 2 O 2、2θ=28.24°における回折ピークは強いピークに属する。

2、図5は混練処理前後の顔料赤254の重畳回折パターンを示し、2θ=28.24°における回折ピーク強度の差が大きく、混練後の回折強度は混練前より明らかに高く、3 ~ 60°の範囲の他の回折ピークは基本的に重合でき、すなわちピーク強度の差が小さいことがわかる。同時に、表3は混練前後の顔料赤254の角度範囲22.5 ~ 34°における回折ピークのフィッティングピーク面積及び2θが28.24°での結晶面方向の結晶粒サイズを示した。混練後、ピグメントレッド254結晶は成長を続け、その結晶度がより良く、結晶粒サイズが大きくなることを説明する。

五、結論

波音科学のデスクトップ型X線回折計FRINGEVを通じて有機顔料の回折スペクトルを採取し、混練前後の顔料赤254の結晶状態の違いと結晶粒サイズの違いを分析し、有機顔料の研究開発、生産プロセスの迅速な調整、効率的な生産の確保などに強力なデータサポートと保障を提供することができる。