اولترامارین، با نام اصلی “آبی ماوراء دریا”، نامی است که هنرمندان اروپایی در قرون وسطی به این پیگمنت باارزش دادند. در آن زمان، اولترامارین از آسیاب سنگ گران‌بهای لاجورد (lapis lazuli) که عمدتاً در افغانستان یافت می‌شد، تولید می‌گردید.این فرآیند نه تنها بسیار پرهزینه و پیچیده بود، بلکه به دلیل نایاب بودن لاجورد، اولترامارین به گران‌بهاترین رنگ آبی موجود تبدیل شده بود. اما امروزه، این رنگدانه به روش مصنوعی و با کیفیتی کنترل‌شده‌تر تولید می‌شود که انقلابی در دسترس‌پذیری و هزینه آن ایجاد کرده است.
ساختار شیمیایی و مکانیسم رنگ اولترامارین
فرمولاسیون و اجزای کلیدی اولترامارین
از نظر شیمیایی، سیلیکات سدیم زرد رنگ با فرمول Na8-10Al6Si6O24S2-4 است. این ماده اساساً یک شبکه آلومینوسیلیکاتی سه‌بعدی با یون‌های سدیم محبوس شده و گروه‌های گوگرد یونی است . ساختار این شبکه از نوع سودالیت (Sodalite) بوده که دارای یک سلول واحد مکعبی است. در اولترامارین مصنوعی، توزیع شبکه‌ای یون‌های سیلیس و آلومینیم نامنظم است، که با ساختار منظم نوع طبیعی آن متفاوت است.
رمزگشایی از رنگ آبی: نقش آنیون S3- باور بر این است که رنگ آبی درخشان اولترامارین توسط آنیون رادیکال S3- تولید می‌شود که دارای یک الکترون جفت‌نشده است. این آنیون رادیکال مسئول رنگ آبی با حداکثر جذب در حدود 600 نانومتر است این مسأله جالب و تا حدی شگفت‌انگیز است که گونه‌هایی مانند S3- که به طور کلی پایداری بالایی ندارند، وقتی درون شبکه اولترامارین محصور می‌شوند، چنین محصولات پایداری ایجاد می‌کنند. علاوه بر S3-، نوع دیگری از گروه گوگردی به نام S2- نیز در اولترامارین آبی وجود دارد که در محدوده بنفش-فرابنفش (حدود 380 نانومتر) نور را جذب می‌کند.
تفاوت در سایه‌های رنگی: بنفش و صورتی
اولترامارین‌های مصنوعی نه تنها در رنگ آبی، بلکه در رنگ‌های بنفش (C.I. Pigment Violet 15:77007) و صورتی (C.I. Pigment Red 259:77007) نیز عرضه می‌شوند. تفاوت انواع بنفش و صورتی با نوع آبی عمدتاً ناشی از حالت اکسایش گروه‌های گوگرد است. این امر در مقدار کمتر سدیم و گوگرد در فرمول شیمیایی آن‌ها منعکس می‌شود. در اولترامارین بنفش و صورتی، ساختار شبکه تغییر می‌کند و کروموفورهای گوگرد نیز اکسید می‌شوند.
تاریخچه و فرآیند تولید اولترامارین
گذشته پرهزینه: استخراج از لاجورد همانطور که پیشتر اشاره شد، در گذشته، اولترامارین با آسیاب سنگ لاجورد تولید می‌شد. این فرآیند نه تنها زمان‌بر و پیچیده بود، بلکه به دلیل کمیاب بودن ماده اولیه، به شدت گران تمام می‌شد. این قیمت بالا استفاده از آن را عمدتاً به هنرمندان و موارد لوکس محدود می‌کرد.
انقلاب صنعتی: تولید مصنوعی و کاهش هزینه
انقلاب واقعی در تولید اولترامارین در سال 1828 رخ داد، زمانی که J.B. Guimet در فرانسه و C. Gmelin در آلمان به طور مستقل فرآیندهای مشابهی را برای ساخت مصنوعی آن ابداع کردند این پیشرفت باعث شد تا مقادیر زیادی از اولترامارین با قیمتی بسیار پایین‌تر تولید شود و این رنگدانه به یک گزینه مقرون‌به‌صرفه برای اهداف عمومی تبدیل گردد. این روش نه تنها هزینه را کاهش داد، بلکه کنترل دقیق‌تری بر کیفیت و رنگ نهایی اولترامارین فراهم آورد.
مواد اولیه و مراحل سنتز اولترامارین
تولید مصنوعی اولترامارین با ترکیب موادی همچون سیلیس، آلومینا، کربنات سدیم بی آب، پودر گوگرد و کربن فعال صورت می‌گیرد. برای تولید پیگمنت‌های آبی، مخلوطی از این عناصر در دمای 50 تا 100 درجه سانتیگراد و به مدت 50 تا 100 ساعت گرم می‌شود. پس از آن، مخلوط واکنش در فضایی اکسیدکننده طی چند روز سرد می‌گردد. این فرآیند امکان تولید اولترامارین را با ویژگی‌های ثابت و کیفیت بالا فراهم می‌آورد.
خواص فیزیکی و شیمیایی برجسته اولترامارین
پایداری رنگ و مقاومت در برابر عوامل محیطی (نور، حرارت) یکی از مهم‌ترین ویژگی‌های اولترامارین، پایداری رنگ و مقاومت بالای آن در برابر نور و حرارت است. این رنگدانه مقاومت بسیار خوبی در برابر نور دارد، به طوری که مقیاس آن در International Blue Wool Scale بین 7 تا 8 گزارش شده است. اولترامارین آبی تا حدود 400 درجه سانتیگراد، اولترامارین بنفش تا 250 درجه سانتیگراد و اولترامارین صورتی تا 200 درجه سانتیگراد پایداری حرارتی دارند. این مقاومت، آن را برای استفاده در محصولاتی که در معرض نور یا حرارت قرار می‌گیرند، ایده‌آل می‌سازد.
ویژگی‌های ذرات: اندازه، قدرت رنگی، شفافیت کیفیت رنگ رنگدانه‌های تجاری اولترامارین با سایش آن‌ها بهبود می‌یابد که منجر به افزایش قدرت رنگ‌کنندگی می‌شود. اندازه ذرات متوسط اولترامارین معمولاً بین 0.7 تا 5 میکرومتر تغییر می‌کند. پیگمنت‌های ریزتر، سایه روشن‌تر و سبزی بیشتری نسبت به انواع درشت‌دانه دارند. اولترامارین با ضریب شکست نزدیک به 1.5، که مشابه ضریب شکست محیط‌های رنگی و پلاستیک است، یک رنگ آبی شفاف در رنگ‌های براق و پلاستیک‌های شفاف ایجاد می‌کند. مات شدن با افزودن مقدار کمی از یک پیگمنت سفید به دست می‌آید، و حتی افزودن مقدار بسیار کمی اولترامارین به سفید، سفیدی و مقبولیت را بهبود می‌بخشد.
واکنش‌پذیری: حساسیت به محیط‌های اسیدی و قلیایی
با وجود پایداری بالا در برابر نور و حرارت، تولیدکنندگان باید توجه داشته باشند که اولترامارین در محیط‌های اسیدی مناسب نیست. در چنین شرایطی، اولترامارین تجزیه شده و رنگ خود را از دست می‌دهد. بی رنگ شدن که به نور یا گرمای ملایم نسبت داده می‌شود، همواره ناشی از حمله اسیدی است. اولترامارین‌ها با همه اسیدها واکنش می‌دهند و اگر اسید کافی وجود داشته باشد، پیگمنت کاملاً به سیلیس، نمک‌های آلومینیم و سدیم، گوگرد و سولفید هیدروژن تجزیه می‌شود. آزاد شدن سولفید هیدروژن توسط اسیدها یک آزمایش مناسب برای تشخیص اولترامارین است. در مقابل، انواع آبی و بنفش اولترامارین در شرایط قلیایی ملایم پایدار هستند، اما رنگ نوع صورتی در این شرایط به یک سایه بنفش تغییر پیدا می‌کند.
جذب رطوبت و وزن مخصوص اولترامارین
اولترامارین‌ها بر روی سطح خارجی و در سطوح داخلی ساختار زئولیتی خود رطوبت جذب می‌کنند. رطوبت سطح خارجی (بسته به اندازه ذرات از 1 تا 2%) در 100 تا 105 درجه سانتیگراد خارج می‌شود، اما 1% رطوبت داخلی برای خروج کامل به دمای 235 درجه سانتیگراد نیاز دارد. ذرات اولترامارین سخت هستند و می‌توانند باعث سایش دستگاه‌های فرآوری شوند. وزن مخصوص آن 2.35 گرم بر سانتی‌متر مکعب است، اما چگالی بالک پودر بسیار کمتر و بین 0.5 تا 0.9 گرم بر سانتی‌متر مکعب تغییر می‌کند. جذب آب نیز با اندازه ذرات (معمولاً 30 تا 40% وزنی) تغییر می‌کند.
کاربردهای گسترده اولترامارین در صنایع مختلف
کاربرد اصلی اولترامارین در لوازم آرایشی و بهداشتی
اولترامارین به دلیل پایداری رنگ، مقاومت بالا و از همه مهم‌تر، پروفایل ایمنی عالی، کاربرد گسترده‌ای در محصولات آرایشی و بهداشتی دارد.این رنگدانه به عنوان یک انتخاب ایده‌آل برای تولیدکنندگان محصولات آرایشی و بهداشتی شناخته می‌شود.
- سایه چشم، خط چشم، رژ لب و موارد دیگر: اولترامارین در محصولات مختلفی از جمله سایه چشم، خط چشم و رژ لب به کار می‌رود. همچنین، در فرمولاسیون‌های دیگر مانند رژگونه، زیرسازی و پودرها برای دستیابی به طیف وسیعی از سایه‌ها استفاده می‌شود. حضور آن در لوازم آرایشی، امکان خلق رنگ‌های پر جنب و جوش و با ماندگاری بالا را فراهم می‌کند.
- اهمیت ایمنی و عدم ایجاد لکه: یکی از مهم‌ترین مزایای اولترامارین در لوازم آرایشی، بی‌خطر بودن کامل و عدم ایجاد لکه است. این رنگدانه خواص مهاجرتی کمی دارد و خطر آلرژی پایینی را به همراه دارد. این ویژگی‌ها آن را به انتخابی مطمئن برای تماس مستقیم با پوست، به ویژه در محصولات لب و چشم که جزو محصولات پرخطر از نظر سازمان غذا و دارو محسوب می‌شوند، تبدیل می‌کند.
سایر صنایع: پلاستیک، رنگ، جوهر چاپ و شوینده‌ها پایداری و بی‌خطر بودن پیگمنت‌های اولترامارین دلیل اصلی کاربردهای متنوع آن‌ها در صنایع مختلف است.
- بهبود سفیدی پارچه‌ها در شوینده‌ها: پیگمنت‌های اولترامارین برای افزایش اثر عوامل روشن‌کننده نوری در سفید کردن پارچه‌ها به کار می‌روند. آن‌ها نه لکه ایجاد می‌کنند و نه در صورت استفاده مکرر بر روی پارچه انباشته می‌شوند.
- استفاده در اسباب‌بازی‌ها و وسایل آموزشی: رنگدانه‌های اولترامارین کاربرد زیادی در پلاستیک‌ها و پوشش‌های سطحی اسباب‌بازی‌ها، رنگ‌های کودکان و رنگ‌های انگشتی، ترکیبات مدل‌سازی، کاغذ رنگی، مداد شمعی و غیره دارند. این رنگ‌ها دارای شرایط بر شمرده در بیشتر قوانین و استانداردها می‌باشند.
- سایر کاربردها: اولترامارین آبی را می‌توان در هر پلیمری به کار برد و در پلاستیک‌هایی که در تماس با مواد غذایی هستند، مجاز است. این رنگدانه‌ها در رنگ‌های تزئینی، لاک‌های شفاف، رنگ‌های صنعتی و پوشش‌های پودری استفاده می‌شوند. همچنین، در جوهرهای مختلف چاپ از جمله مهرزنی با فویل داغ، فلکسوگرافی و گراوور به کار می‌روند. در صنعت کاغذ، برای افزایش سفیدی کاغذ و یا برای کاغذهای رنگی استفاده می‌شوند.
ایمنی و جنبه‌های سم‌شناختی اولترامارین
پروفایل ایمنی: غیر سمی و غیر حساسیت‌زا
بررسی‌ها نشان می‌دهد که اولترامارین‌ها در هنگام ساخت و استفاده بسیار ایمن و بی‌خطر هستند. این رنگدانه باعث تغییرات ژنتیک نمی‌شود و خارش‌آور و حساسیت‌زا برای پوست نیست. موسسات معتبری مانند سازمان غذا و داروی آمریکا (FDA) و بهداشت کانادا رهنمودهایی برای غلظت فلزات سنگین در مواد آرایشی ارائه داده‌اند، که غلظت فلزات سنگین در محصولات رژ لب و رنگ مو توزیع شده در شهر سنندج در سال 1394، کمتر از این رهنمودها گزارش شده است. در حالی که مواجهه انسان با فلزات سنگین می‌تواند خطرات بهداشتی برای مصرف‌کنندگان داشته باشد، اولترامارین در مقابل، به عنوان یک رنگدانه ایمن شناخته می‌شود.
مقایسه با فلزات سنگین مضر در لوازم آرایشی
برخی فلزات سنگین مانند سرب و کادمیوم از آلاینده‌های رایج در مواد آرایشی هستند که نگرانی‌های بهداشتی قابل توجهی را به دنبال دارند. سرب می‌تواند در دوران بارداری از جفت عبور کرده و با مرگ داخل رحمی برای جنین، زایمان زودرس و وزن کم هنگام تولد نوزاد مرتبط باشد. کادمیوم نیز بافت‌های قلبی، عروق، کلیه‌ها، ریه و مغز را مورد هدف قرار می‌دهد و می‌تواند منجر به بیماری‌های قلبی، فشار خون، آسیب کبدی و تضعیف سیستم ایمنی بدن شود. این در حالی است که اولترامارین هیچ‌یک از این خطرات را ندارد و آزمایش‌های انجام شده بر روی موش‌های صحرایی و خانگی نشان می‌دهد که LD50 آن بیشتر از 1000 میلی‌گرم بر کیلوگرم است. این آمار نشان‌دهنده سمیت بسیار پایین اولترامارین است.
احتیاط‌های لازم: تولید سولفید هیدروژن در مواجهه با اسید
تنها خطر شناخته‌شده اولترامارین، تولید سولفید هیدروژن در هنگام تماس با اسید است. این نکته‌ای است که تولیدکنندگان باید در فرمولاسیون محصولات خود، به ویژه آن‌هایی که در محیط‌های اسیدی قرار می‌گیرند، مد نظر قرار دهند.
دفع پسماند و ملاحظات زیست‌محیطی
فرآیند تولید اولترامارین می‌تواند منجر به آزاد شدن دی اکسید گوگرد و سولفوکسیدهای سدیم محلول در آب شود که باید به نحو مقتضی دفع گردند. با این حال، اگر نمک‌های محلول به طور کامل اکسید شوند، می‌توان آن‌ها را بدون هیچ خطری در آب‌های غیر ساکن تخلیه کرد.
نکات کلیدی برای تولیدکنندگان محصولات آرایشی و بهداشتی
انتخاب و فرمولاسیون مناسب
برای تولیدکنندگان محصولات صابون، آرایشی و بهداشتی، اولترامارین یک گزینه عالی برای ایجاد رنگ‌های آبی، بنفش و حتی صورتی است. اما برای اطمینان از عملکرد بهینه و حفظ پایداری رنگ، توجه به محیط pH فرمولاسیون ضروری است، زیرا همانطور که گفته شد، اولترامارین در محیط‌های اسیدی تجزیه می‌شود.
اهمیت کنترل کیفیت
با توجه به اینکه محصولات آرایشی و بهداشتی به‌طور مستقیم با پوست انسان در تماس هستند و فلزات سنگین می‌توانند از طریق پوست و حتی بلع وارد بدن شوند، کنترل کیفیت مواد اولیه از اهمیت بالایی برخوردار است. سازمان غذا و داروی وزارت بهداشت ایران، ایمنی محصولات آرایشی بهداشتی را بر اساس قوانین اتحادیه اروپا بررسی و ارزیابی می‌کند. هرچند غلظت فلزات سنگین در محصولات مورد بررسی در شهر سنندج کمتر از رهنمودهای پیشنهادی سازمان غذا و داروی آمریکا و بهداشت کانادا بوده است، اما با توجه به خاصیت تجمع‌پذیری این فلزات و مصرف روزافزون مواد آرایشی، پایش و کنترل سالانه این محصولات ضروری به نظر می‌رسد. در این زمینه، اولترامارین با پروفایل ایمنی برجسته خود، یک انتخاب مطمئن است و تولیدکنندگان می‌توانند با اطمینان خاطر از آن در فرمولاسیون‌های خود استفاده کنند.
نتیجه‌گیری
اولترامارین به عنوان یک رنگدانه ایمن، بادوام و باکیفیت، انتخابی ایده‌آل برای صنعت آرایشی و بهداشتی به شمار می‌آید. تاریخچه غنی آن، از یک ماده کمیاب و گران‌بها به یک رنگدانه مصنوعی مقرون‌به‌صرفه و با کنترل کیفیت بالا، گواهی بر اهمیت و انطباق‌پذیری آن با نیازهای روزافزون صنعت است. توانایی آن در ارائه رنگ‌های زنده و پایدار، همراه با پروفایل ایمنی قوی و عدم ایجاد حساسیت پوستی، آن را به گزینه‌ای بی‌رقیب تبدیل می‌کند. با رعایت نکات فرمولاسیون مرتبط با pH و ادامه پایش کیفیت، تولیدکنندگان صابون و محصولات آرایشی و بهداشتی می‌توانند با استفاده از اولترامارین به نتایج زیبا، ماندگار و باکیفیت در محصولات خود دست یابند. آینده اولترامارین در صنعت زیبایی به درخشندگی همان آبی است که به محصولات می‌بخشد، نشانه‌ای از تعهد به کیفیت، ایمنی و نوآوری.
سوالات متداول در مورد اولترامارین
اولترامارین چیست و چه کاربردهایی دارد؟
اولترامارین یک رنگدانه معدنی است که در گذشته از سنگ لاجورد استخراج می‌شد و امروزه به روش مصنوعی تولید می‌شود. فرمول شیمیایی آن شامل سیلیکات سدیم و گروه‌های گوگرد است. به دلیل پایداری رنگ و مقاومت بالا در برابر نور و حرارت، در صنایع مختلفی از جمله لوازم آرایشی (مانند سایه چشم، خط چشم، رژ لب)، پلاستیک‌ها، رنگ‌ها، جوهرهای چاپ، شوینده‌ها و حتی اسباب‌بازی‌ها کاربرد دارد.
آیا اولترامارین برای پوست ایمن است؟
بله، اولترامارین به عنوان یک رنگدانه ایمن و غیر سمی شناخته شده است. مطالعات سم‌شناختی نشان داده‌اند که این ماده باعث تغییرات ژنتیک نمی‌شود و خارش‌آور یا حساسیت‌زا برای پوست نیست. در مقایسه با برخی فلزات سنگین که می‌توانند به عنوان آلاینده در محصولات آرایشی وجود داشته باشند و خطرات بهداشتی ایجاد کنند، اولترامارین پروفایل ایمنی بسیار بالایی دارد.
تفاوت اولترامارین طبیعی و مصنوعی در چیست؟
اولترامارین طبیعی از آسیاب سنگ گران‌بهای لاجورد به دست می‌آمد که فرآیندی پرهزینه و پیچیده بود. اما اولترامارین مصنوعی، که از سال 1828 به روش صنعتی تولید می‌شود، از ترکیب موادی مانند سیلیس، آلومینا، کربنات سدیم، گوگرد و کربن فعال ساخته می‌شود. روش مصنوعی نه تنها هزینه را به شدت کاهش داده، بلکه کنترل دقیق‌تری بر کیفیت و رنگ اولترامارین فراهم می‌آورد.
چرا اولترامارین در محیط‌های اسیدی مناسب نیست؟
با وجود پایداری بالا در برابر نور و حرارت، اولترامارین در محیط‌های اسیدی تجزیه شده و رنگ خود را از دست می‌دهد. این تجزیه منجر به آزاد شدن گاز سولفید هیدروژن می‌شود. بنابراین، در فرمولاسیون محصولاتی که محیط اسیدی دارند، باید از این رنگدانه با احتیاط استفاده شود یا از انواع مقاوم در برابر اسید بهره گرفت.
اولترامارین چه رنگ‌هایی تولید می‌کند؟
اولترامارین‌های مصنوعی عمدتاً در سه رنگ اصلی عرضه می‌شوند: آبی مایل به قرمز (آبی اولترامارین)، بنفش و صورتی. تفاوت در این رنگ‌ها عمدتاً به دلیل حالت اکسایش گروه‌های گوگرد در ساختار شیمیایی آن است.
