Conference in Spanish about the hybrid pigments (based on nano-clays and organic dyes) and its industrial challenges and applications

1. Feria del Conocimiento. Materiales Avanzados y su aplicación industrial.
Nanopigmentos
y
tintes industriales
Francisco Miguel Martínez Verdú
Grupo de Visión y Color, Universidad de Alicante
verdu@ua.es
Alicante, 22 Noviembre 2011 http://web.ua.es/gvc

2. Sumario
 Contexto y Misión
 GVC-UA: grupo, intereses y oferta tecnológica
 Colorantes naturales reforzados para
aplicaciones industriales
 Nanopigmentos naturales
 Diseño y síntesis
 Listado de colorantes naturales
 Caracterización físico-química y colorimétrica
 Debate
 Aplicaciones industriales y sus retos
 Conclusiones

3. GVC-UA
Descrip. El Grupo de Visión y Color
 Ciencia y Tecnología del Color:
 Luz,Materia, Ojo y Cerebro
 Medida, apariencia y reproducción del color
 5 doctores
 4 Física
 1 Ing. Industrial
 3 doctorandos
 1 Ing. Quím. (UA)
 1 Ing. Textil (UPV)
 1 Ing. Materiales
(UdA-Colombia)

4. GVC-UA
Misión Misión
 Descripción:
 Grupo joven inter y multidisciplinar
 Involucrado en la búsqueda de soluciones
científico-tecnológicas donde la visión humana
juegue un papel importante en:
 Optimización y desarrollo de procesos industriales,
incluso prototipos
 Seguridad y confort visual en actividades laborales y de
ocio
 Líneas básicas de investigación:
 Cienciay Tecnología del Color
 Percepción y Ergonomía Visual

5. Ciencia y Tecnología del Color
 Tecnología del Color:
 Estudio de las teorías y técnicas que sirven
para diseñar, fabricar y medir objetos
coloreados
 Sectores industriales implicados:
 Química de colorantes para fibras textiles,
plásticos, pinturas, cosmética, etc
 Artes Gráficas
 Impresión tradicional y digital
 Multimedia
 Displays, videojuegos, etc

6. GVC-UA
Oferta Nuestra capacidad y oferta (I)
 Equipamiento:
 Tele-espectro-radiómetro
 Medidas radiométricas, fotométricas y
colorimétricas sin contacto, y ajustable al
tamaño de la muestra
 Espectrofluorímetro
 Multi-gonio-espectrofotómetros
 Medida de la apariencia del color de objetos
metalizados y perlados (cambio de color
según la dirección de mirada)

7. GVC-UA
Oferta Nuestra capacidad y oferta (II)
 Ofertas:
 Caracterización espectral y colorimétrica de:
 Objetos metalizados, iridiscentes y fluorescentes
 Fuentes de luz (wLED, OLED, etc)
 Formulación óptica de colorantes y pigmentos
 Software a medida para control de calidad de color
 Coloración de materiales
 Nuevos materiales, nano-pigmentos, etc
 Tecnología multimedia del color
 Reproducción digital del color: captura, visualización
 Apariencia de color: diferencias imágenes, objetos 3D
 Psicología de la iluminación y el color, etc

8. Enfoques Escalado nano ↔ macro
Top-down
y de las propiedades del color
viceversa
Parámetros de
colorantes, Colorimetría
diferencias-color,
gamas-colores, etc Reflexión ρ(λ)
Transmisión τ(λ)
ENFOQUE EXPERIMENTAL
Teoría
ENFOQUE TEÓRICO
Kubelka-Munk
Coeficientes:
Absorción K
Scattering S
Interacción
entre partículas Secciones
eficaces:
Propiedades físicas QA(D, λ)
partículas: Modelos QS(D, λ)
tamaño (D), forma, corpusculares D tamaño
índice refracción,
coef. extinción, interacción
polarizabilidad, etc luz-materia

9. Contexto
&
Misión
Contexto y Misión
 ISEND 2011: 3ª ola de biotecnología
 Biotecnología industrial: explota los sistemas
biológicos para la producción industrial de
productos químicos, materiales y energía
 Objetivo: reforzar los colorantes naturales
para que sean nanomateriales colorantes
 Nano Today (2010) 5, 165-168 , VSSA ≥ 60 m2/cm3
 Requiere coordinación y esfuerzo inter y
multidisciplinar
 Universidad & Empresa, Gobierno de España, etc

10. Nano-
Pigmentos
Naturales
Nanopigmentos naturales
 Nano-pigmentos
 Materialeshíbridos de un colorante orgánico
absorbido en un material “huésped” inorgánico
 Variaciones del “huésped” inorgánico:
 Tipos:nanoarcillas, zeolitas, hidrotalcitas, etc
 Origen: sintético o natural
 Morfología: laminar, acicular, no cristalina
 Variaciones del colorante:
 Origen: sintético o natural (vegetal o animal)
 Tipo: aniónico o catiónico
 Comportamiento especial: electrocrómico, etc.

11. Diseño
Síntesis Diseño y síntesis
Control
Variables
Intercambio iónico entre
colorante orgánico y
huésped inorgánico
(arcilla)

12. Diseño
Síntesis Lista de componentes
Control
Variables
 Colorantes:
 Tipos aniónicos y catiónicos (Colour Index )
 Nano-arcillas
 Seguras para uso humano
 Applied Clay Science 36 (2007) 51-63
 Capacidad de intercambio iónico (CEC)
 Laminar: esmectitas
 Natural: Montmorillonita, Clinoptilolita (zeolita), etc
 Sintética: Laponita
 Acicular:
 Sepiolita, etc

13. Diseño
Síntesis
Nano-arcillas
Control
Variables

14. Diseño
Síntesis Colorantes naturales
Control
Variables
 Ejemplos de nano-pigmentos naturales
hechos en nuestro laboratorio:
 Hidrotalcita(laminar) o zeolita (acicular),
ambas de tipo aniónico
 Primario Cian: índigo? Azul Maya?
 Soluble en agua o en base solvente
 Magenta o Rojo: Natural Red 4, CI 75470
 Amarillo Natural Yellow 3, CI 75300
 Gris o Negro?

15. Caracteriz.
físico
Caracterización de
química
y nano-pigmentos
colorimétrica
 Interacción colorante – nanoarcilla
 Influencia de los factores de síntesis
 Concentración relativa de componentes, CEC,
temperatura, pH, etc
 Colorimetría y reproducibilidad
 Rendimiento
 Resistencia físico-química, estabilidad color

16. Aplicac. Aplicaciones industriales
industr.
de los nanopigmentos
 Nuevas oportunidades estratégicas para los
colorantes naturales reforzados con
nanotecnologías
 Plásticos: nanocompuestos
 Pinturas
 Tintas impresión
 Cosméticos
 Textiles
 Tintes funcionales

17. Aplicac. Debate:
industr.
Ventajas competitivas iniciales
 A partir de nanocompuestos poliméricos
 Bio-nanocompuestos
 Varias propiedades térmicas y mecánicas
 Biodegradabilidad, reciclabilidad
 Impacto ambiental reducido
 Baja presencia de impurezas metálicas
 Seguras en uso humano, biocompatibilidad
 Estabilidad: UV-VIS-IR, oxígeno, etc
 Coloración uniforme en diversos sustratos
 Gamas amplias de colores

18. Aplicac. Debate:
industr.
aplicabilidad industrial
 Aplicaciones potenciales
 Balance del rendimiento técnico – coste
 Viabilidad técnica
 Reciclabilidad + Biocompatibilidad
 Estímulo para un crecimiento económico sostenible
 Proveedores de arcillas y colorantes
naturales
 Reproducibilidad de los lotes de producción
 Retos a superar
 Escalado industrial, producción
 Rendimiento
 Coste, incluso a lo largo de todo el ciclo de vida

19. Aplicac.
industr. Debate: NA2COLOR
 Empresa de base tecnológica – UA:
 Gestión integral I+D+i de nanopigmentos
naturales y sus aplicaciones industriales
 Clientes/ Socios: fabricantes de pigmentos y/o
colorantes, y aplicadores finales de color
 Servicios: inteligencia competitiva, análisis de
viabilidad, apertura de mercados, propiedad
intelectual, etc
 Producción a escala industrial??
 Buscamos colaboraciones I+D+i

20. Conclusiones
 Nanopigmento = colorante + nano-arcilla
 Nanomaterial colorante que mejora
características físico-químicas del sustrato y el
rendimiento colorimétrico
 Primeras muestras de nanopigmentos naturales
 Nanopigmentos y sus retos
 Mercado emergente para las próximas décadas
 Demandas sobre su competitividad real
 Reproducibilidad de lotes colorantes naturales
 Escalado industrial
 Impacto medioambiental, biodegradabilidad
 Rendimiento
 Coste, incluso a lo largo de todo el ciclo de vida

21. Agradecimientos
 Esta línea de investigación está
financiada por el Ministerio de Ciencia
e Innovación (MICINN) a través del
proyecto DPI2008-06455-C02-02, y,
más recientemente con el nuevo
proyecto de investigación fundamental
DPI2011-30090-C02-02, para el periodo
2012-2014 .

22. Referencias
 M. Calabi Floody, et al., “Natural nanoclays: applications and future
trends – a Chilean perspective”, Clay Minerals, 44, 161-176 (2009).
 M.I. Carretero, C.S.F. Gomes and F. Tateo, “Clays and human health”,
in F. Bergaya, B.K.G. Theng and G. Lagaly (eds.) Handbook of Clay
Science, chap. 11.5, Amsterdam: Elsevier, 2006.
 L. A. Polette-Niewold, et al., “Organic/inorganic complex pigments:
Ancient colors Maya Blue”, Journal of Inorganic Biochemistry, 101,
1958-1973 (2007).
 S. Pavlidou, C.D. Papaspyrides, “A review on polymer-layered silicate
nanocomposites”, Progress in Polymer Science, 33, 1119-1198
(2008).
 J. Bujdák, “Effect of the layer charge of clay minerals on optical
properties of organic dyes. A review”. Applied Clay Science, 34, 1-4,
58-73 (2006).
 Y. El Mouzdahir, et al., “Equilibrium modeling for the adsorption of
methylene blue from aqueous solutions on activated clay minerals”.
Desalination, 250, 1, 335-338 (2010).

23. Referencias
 A. Roquero, Tintes y tintoreros de América. Catálogo de materias
primas y registro etnográfico de México, Centroamérica, Andes
Centrales y Selva Amazónica. Ministerio de Cultura, Madrid, 2006.
 R. Siva, “Status of natural dyes and dye-yielding plants in India”,
Current Science, 92, 7, 916-925 (2007).
 P.S. Vankar, Handbook on Natural Dyes for Industrial Applications,
New Delhi: National Institute of Industrial Research, 2007.
 T. Bechtold, R. Mussak (eds.), Handbook of Natural Colorants, New
York: John Wiley & Sons, 2009.
 A. R. Lang (ed.), Dyes and Pigments: new research, New York: Nova
Science Publishers, 2009.
 F. Delgado-Vargas, O. Paredes-López, Natural Colorants for Food and
Nutraceutical Uses, Boca Raton: CRC Press, 2003.
 R.W. Sabnis, Handbook of biological dyes and stains, New York:
John Wiley & Sons, 2010.
 W. Soetaert & E.J. Vandamme, Industrial Biotechnology, Wienheim:
Wiley-VCH, 2010.

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