Βαφή

Η βαφή ή η μπογιά ή το χρώμα (με την έννοια της βαφής), είναι οποιοδήποτε υγρό, υγροποιήσιμο ή σε συμπυκνωμένη σύνθεση που μετά από εφαρμογή του σε ένα αντικείμενο στερεοποιείται σε στερεό υμένα και προσδίδει στο αντικείμενο τον χρωματισμό του. Χρησιμοποιείται κυρίως για να προστατέψει, να χρωματίσει ή να δώσει υφή σε αντικείμενα. Η βαφή μπορεί να κατασκευαστεί ή να αγοραστεί σε πολλά χρώματα—και σε πολλές διαφορετικές μορφές, όπως ως υδρόχρωμα, τεχνητό, κλπ. Η βαφή συνήθως αποθηκεύεται, πωλείται και εφαρμόζεται ως υγρή, αλλά ξηραίνεται σε στερεή μορφή.

Ιστορικό

Το 2011, Νοτιοαφρικανοί αρχαιολόγοι ανέφεραν ότι βρήκαν ένα μείγμα κατασκευασμένο από ανθρώπους με βάση την ώχρα ηλικίας 100.000 ετών, που μπορεί να είχε χρησιμοποιηθεί ως βαφή.
Η ζωγραφική σπηλαίου έγινε με κόκκινη ή κίτρινη ώχρα, αιματίτη, οξείδιο του μαγγανίου, και κάρβουνο και μπορεί να έχει δημιουργηθεί από πρώιμο Homo sapiens πριν από 40.000 έτη.
Οι αρχαίοι χρωματισμένοι τοίχοι στα Δένδερα της Αιγύπτου, οι οποίοι έχουν εκτεθεί για χρόνια στα στοιχεία της φύσης, έχουν ακόμα το λαμπερό τους χρώμα, εξίσου ζωηρό όπως όταν βάφτηκαν πριν από περίπου 2.000 χρόνια. Οι Αιγύπτιοι ανακάτευαν τα χρώματά τους με μια κολλώδη ουσία και τα εφάρμοζαν ξεχωριστά χωρίς καμιά ανάμειξη. Φαίνεται ότι είχαν χρησιμοποιήσει έξι χρώματα: λευκό, μαύρο, γαλάζιο, κόκκινο, κίτρινο και πράσινο. Πρώτα, κάλυψαν όλη την περιοχή με λευκό, έπειτα σχεδίασαν με μαύρο. Χρησιμοποίησαν τετροξείδιο του μολύβδου (μίνιο) για το κόκκινο και γενικά μια σκούρα χροιά.
Ο Πλίνιος ο Πρεσβύτερος αναφέρει κάποιες βαμμένες οροφές στην εποχή του στην πόλη της Άρντεα (Ardea), πού είχε κατασκευαστεί πριν την ίδρυση της Ρώμης. Εξέφρασε μεγάλη έκπληξη και θαυμασμό για τη φρεσκάδα τους, μετά τη πάροδο τόσων αιώνων.
Η βαφή κατασκευάστηκε με τον κρόκο αβγών και συνεπώς, η ουσία θα γινόταν πιο σκληρή και θα κολλούσε στην επιφάνεια που εφαρμοζόταν. Η χρωστική έγινε από φυτά, άμμο και διάφορα εδάφη. Οι περισσότερες βαφές χρησιμοποιούσαν είτε έλαια είτε νερό ως βάση (το διαλυτικό ή μέσο για τη χρωστική).
Κατά τον Β΄ Παγκόσμιο Πόλεμο δημιουργήθηκε έλλειψη σε λινέλαιο και τότε ανακαλύφθηκαν οι τεχνητές ρητίνες, ή αλκυδικές ενώσεις. Φτηνές και εύκολες στην κατασκευή, με καλή διατήρηση του χρώματος και μεγάλη διάρκεια ζωής.

Συνδετικό μέσο (ή διαμορφωτής υμένα) (Binder (or film former))

Το συνδετικό μέσο, ή φορέας, είναι το συστατικό της βαφής που σχηματίζει τον υμένα. Είναι το μόνο συστατικό που πρέπει απαραίτητα να είναι παρόν. Τα συστατικά που αναφέρονται παρακάτω περιλαμβάνονται προαιρετικά, ανάλογα με τις επιθυμητές ιδιότητες του σκληρυμένου υμένα.
Το συνδετικό μέσο μεταδίδει συνάφεια και επηρεάζει έντονα ιδιότητες όπως γυαλάδα, διάρκεια, ελαστικότητα και σκληρότητα.
Τα συνδετικά μέσα περιλαμβάνουν συνθετικές ή φυσικές ρητίνες όπως αλκυδικές ενώσεις, ακρυλικές ρητίνες, βινυλακρυλικές, οξικό βινύλιο/αιθυλένιο (VAE), πολυουρεθάνες, πολυεστέρες, ρητίνες μελαμίνης, εποξικές, ή ελαιοχρώματα (λαδομπογιές). Τα συνδετικά μέσα μπορούν να κατηγοριοποιηθούν σύμφωνα με τους μηχανισμούς ξήρανσης ή σκλήρυνσης. Αν και η ξήρανση μπορεί να αναφέρεται στην εξάτμιση του διαλύτη ή του αραιωτικού, αναφέρεται συνήθως σε οξειδωτική διασταύρωση των συνδετικών μέσων και είναι δυσδιάκριτη από τη σκλήρυνση. Κάποιες βαφές σχηματίζονται μόνο με την εξάτμιση του διαλύτη, αλλά οι περισσότερες βασίζονται σε διεργασίες διασταύρωσης.
Οι βαφές που ξηραίνονται με εξάτμιση διαλύτη και περιέχουν το στερεό συνδετικό μέσο διαλυμένο σε έναν διαλύτη είναι γνωστές ως λάκες. Ένας στερεός υμένας σχηματίζεται όταν εξατμίζεται ο διαλύτης και επειδή ο υμένας μπορεί να επαναδιαλυθεί σε διαλύτη, οι λάκες είναι ακατάλληλες για εφαρμογές όπου η χημική αντίσταση είναι σημαντική. Οι κλασικές λάκες νιτροκυτταρίνης εμπίπτουν σε αυτήν την κατηγορία. Η απόδοση ποικίλει με τη σύνθεση, αλλά οι λάκες τείνουν γενικά να έχουν καλύτερη αντίσταση στο υπεριώδες και χαμηλότερη αντίσταση στη διάβρωση από συγκρίσιμα συστήματα που σκληραίνουν με πολυμερισμό ή συνένωση.
Ο τύπος βαφής γνωστός ως γαλάκτωμα ή ελαστικό γαλάκτωμα (Emulsion ή Latex) είναι μια υδατοδιαλυτή διασπορά σωματιδίων πολυμερών μικρότερων του μικρομέτρου. Αυτοί οι όροι καλύπτουν όλες τις βαφές που χρησιμοποιούν συνθετικά πολυμερή όπως ακρυλικά, βινυλακρυλικά, πολυβινυλοοξικά(PVA), ακρυλικό στυρένιο, κλπ. ως συνδετικά μέσα. Ο όρος "latex" στο περιεχόμενο της βαφής στις ΗΠΑ σημαίνει απλά μια υδατική διασπορά· το ελαστικό γαλάκτωμα (latex) από το καουτσουκόδεντρο δεν είναι ένα συστατικό. Αυτές οι διασπορές προετοιμάζονται με πολυμερισμό γαλακτώματος. Τέτοιες βαφές σκληραίνουν με μια διεργασία που λέγεται συνένωση, έτσι ώστε η βαφή δεν μπορεί να επαναδιαλυθεί στο διαλύτη/νερό που αρχικά το έφερε. Τα υπολειπόμενα επιφανειοδραστικά στο χρώμα, καθώς και τα υδρολυτικά φαινόμενα με κάποια πολυμερή προκαλούν ευαισθησία της βαφής σε μαλάκωμα και με την πάροδο του χρόνου, υποβάθμιση με το νερό.
Βαφές που σκληραίνουν με οξειδωτική διασταύρωση είναι γενικά μονά επιχρίσματα. Όταν εφαρμόζονται, η έκθεση στο οξυγόνο του αέρα ξεκινά μια διεργασία που διασταυρώνει και πολυμερίζει το συστατικό του συνδετικού μέσου. Κλασικά αλκυδικά σμάλτα μπορούν να συμπεριληφθούν σε αυτήν την κατηγορία. Οξειδωτικά επιχρίσματα σκλήρυνσης καταλύονται από μεταλλικά σύμπλοκα ξήρανσης όπως το ναφθενικό κοβάλτιο (ΙΙ).
Βαφές που σκληραίνουν με πολυμερισμό είναι γενικά επιχρίσματα ενός ή δύο συστατικών που πολυμερίζονται μέσω μιας χημικής αντίδρασης, και σκληραίνουν σε έναν διασταυρούμενο υμένα. Ανάλογα με τη σύσταση μπορεί να χρειάζονται να ξηραθούν πρώτα, με εξάτμιση του διαλύτη. Τα κλασικά δύο συστατικών εποξικά ή πολυουρεθάνης ανήκουν σε αυτήν την κατηγορία.
Υπάρχουν βαφές που λέγονται πλαστισόλες/οργανοσόλες, οι οποίες κατασκευάζονται με ανάμειξη κόκκων PVC με έναν πλαστικοποιητή. Αυτά θερμαίνονται και το μείγμα συνδυάζεται.
Άλλοι υμένες σχηματίζονται με ψύξη του συνδετικού μέσου. Παραδείγματος χάρη, εγκαυστική  ή βαφές κεριού είναι υγρές όταν είναι ζεστές και σκληραίνουν με ψύξη. Σε πολλές περιπτώσεις, ξαναμαλακώνουν ή υγροποιούνται αν ξαναζεσταθούν.
Πρόσφατες περιβαλλοντικές απαιτήσεις περιορίζουν τη χρήση των πτητικών οργανικών ενώσεων (VOCs) και έχουν αναπτυχθεί εναλλακτικά μέσα σκλήρυνσης, ειδικά για βιομηχανικούς σκοπούς. Σε βαφές που σκληραίνουν με υπεριώδες, ο διαλύτης εξατμίζεται πρώτα και η σκλήρυνση ξεκινά στη συνέχεια με υπεριώδες φως. Σε επιχρίσματα σε σκόνη υπάρχει λίγος ή καθόλου διαλύτης και η ροή και η σκλήρυνση παράγονται με θέρμανση του υποστρώματος μετά από ηλεκτροστατική εφαρμογή της ξηρής σκόνης.

Αραιωτικό ή διαλύτης

Οι κύριοι σκοποί του αραιωτικού είναι να διαλύσει το πολυμερές και να ρυθμίσει το ιξώδες της βαφής. Είναι πτητικό και δεν γίνεται μέρος του υμένα του χρώματος. Ελέγχει επίσης τις ιδιότητες ροής και εφαρμογής, και σε κάποιες περιπτώσεις μπορεί να επηρεάσει τη σταθερότητα της βαφής ενώ είναι στην υγρή κατάσταση. Η κύρια λειτουργία του είναι ως φορέας των μη πτητικών συστατικών. Για να διασκορπίσει πιο βαριά έλαια (παραδείγματος χάρη, λινέλαιο) όπως σε βαφές εσωτερικού χώρου κατοικιών με βάση το έλαιο, απαιτείται ένα αραιωτικό ελαίου. Αυτές οι πτητικές ουσίες επηρεάζουν τις ιδιότητές τους προσωρινά—μόλις εξατμιστεί ο διαλύτης, η υπολειπόμενη βαφή σταθεροποιείται στην επιφάνεια.
Αυτό το συστατικό είναι προαιρετικό: μερικά χρώματα δεν έχουν αραιωτικό.
Το νερό είναι το κύριο αραιωτικό για τα υδατοδιαλυτά χρώματα, ακόμα και στους τύπους των συνδιαλυτών.
Οι βαφές που διαλύονται σε διαλύτη, μπορούν να έχουν ποικίλους συνδυασμούς οργανικών διαλυτών ως αραιωτικά, συμπεριλαμβανόμενων των αλειφατικών ενώσεων, των αρωματικών ενώσεων, των αλκοολών, των κετονών και ελαφρού πετρελαίου (white spirit). Ειδικά παραδείγματα είναι οργανικοί διαλύτες όπως αποστάγματα πετρελαίου, εστέρες, αιθέρες της 1,2-αιθανοδιόλης και τα παρόμοια. Κάποιες φορές πτητικές συνθετικές ρητίνες με χαμηλή μοριακή μάζα χρησιμεύουν ως αραιωτικά.

Χρωστικές (πιγμέντα-pigments) και πληρωτικά (fillers)

Οι χρωστικές είναι κοκκώδη στερεά ενσωματωμένα στη βαφή για να συνεισφέρουν στο χρώμα. Τα πληρωτικά είναι κοκκώδη ενσωματωμένα στερεά για να επιδράσουν στην σκληρότητα, υφή, να δώσουν στη βαφή ειδικές ιδιότητες, ή να μειώσουν το κόστος της βαφής. Εναλλακτικά, μερικές βαφές περιέχουν διαλυτές χρωστικές αντί για στερεές χρωστικές ή σε συνδυασμό με αυτές.
Οι χρωστικές μπορούν να ταξινομηθούν είτε ως φυσικές είτε ως συνθετικές. Οι φυσικές συνθετικές περιλαμβάνουν ποικίλα υλικά αργίλους, ανθρακικό ασβέστιο, μαρμαρυγίες, διοξείδιο του πυριτίου και τάλκη. Οι συνθετικές περιλαμβάνουν επεξεργασμένα μόρια, πυρωμένους αργίλους, χημικά καταβυθισμένο θειικό βάριο, καταβυθισμένο ανθρακικό ασβέστιο και συνθετικά πυρογενή διοξείδια του πυριτίου.
Η απόκρυψη των χρωστικών, για την παρασκευή αδιαφανών χρωμάτων, προστατεύει επίσης το υπόστρωμα από τις βλαβερές επιδράσεις της υπεριώδους ακτινοβολίας. Η απόκρυψη χρωστικών περιλαμβάνει τα: διοξείδια του τιτανίου, φθαλικό γαλάζιο, τριοξείδιο του σιδήρου και πολλά άλλα.
Τα πληρωτικά είναι ένας ειδικός τύπος χρωστικής που εξυπηρετεί στην πάχυνση του υμένα, υποστηρίζουν τη δομή του και αυξάνουν τον όγκο της βαφής. Τα πληρωτικά είναι συνήθως φτηνά και αδρανή υλικά, όπως γη διατόμων, τάλκης, ασβέστης, βαρύτης, άργιλος, κλπ. Οι βαφές δαπέδου που πρέπει να αντιστέκονται στη διάβρωση μπορούν να περιέχουν λεπτή άμμο χαλαζία ως πληρωτικό. Δεν περιλαμβάνουν όλες οι βαφές πληρωτικά, ενώ υπάρχουν βαφές που περιλαμβάνουν μεγάλες ποσότητες από χρωστικές/πληρωτικά και συνδετικά μέσα.
Κάποιες χρωστικές είναι τοξικές, όπως οι χρωστικές μολύβδου που χρησιμοποιούνται σε βαφές μολύβδου. Οι κατασκευαστές βαφών άρχισαν την αντικατάσταση των λευκών χρωστικών μολύβδου με λευκό τιτάνιο (διοξείδιο του τιτανίου), πριν απαγορευτεί ο μόλυβδος στις βαφές για την οικιακή χρήση το 1978 στις ΗΠΑ. Το διοξείδιο του τιτανίου που χρησιμοποιείται στις περισσότερες βαφές καλύπτεται συχνά με διοξείδιο του πυριτίου/οξείδιο του αργιλίου/ζιρκόνιο για διάφορους λόγους, όπως καλύτερη εξωτερική διάρκεια, ή καλύτερη κάλυψη (αδιαφάνεια) που προάγεται από περισσότερο βέλτιστη απόσταση μέσα στον υμένα της βαφής.

Πρόσθετα

Πέρα από τις τρεις κύριες κατηγορίες συστατικών, οι βαφές μπορούν να έχουν μια πλατιά ποικιλία από διάφορα πρόσθετα, που συνήθως προστίθενται σε μικρές ποσότητες, αλλά δίνουν ένα σημαντικό αποτέλεσμα στο προϊόν. Κάποια παραδείγματα περιλαμβάνουν πρόσθετα που τροποποιούν την επιφανειακή τάση, βελτιώνουν τις ιδιότητες ροής, βελτιώνουν την τελική εμφάνιση, αυξάνουν την υγρή άκρη, βελτιώνουν τη σταθερότητά της χρωστικής, επιδρούν στις αντιπηκτικές ιδιότητες, ελέγχουν τον αφρισμό, ελέγχουν  το πέτσιασμα, κλπ. Άλλοι τύποι προσθέτων περιλαμβάνουν καταλύτες, παχυντές, σταθεροποιητές, γαλακτωματοποιητές, δημιουργούς υφής, υποκινητές προσκόλλησης, σταθεροποιητές υπεριώδους, ισοπεδωτές, βιοκτόνα για να καταπολεμήσουν την ανάπτυξη βακτηρίων και παρόμοια.
Τα πρόσθετα , κανονικά, δεν μεταβάλλουν σημαντικά τα ποσοστά των μεμονωμένων συστατικών σε έναν τύπο.

Βαφές αλλαγής χρώματος

Υπάρχουν διάφορες τεχνολογίες για την κατασκευή βαφών που αλλάζουν χρώμα. Θερμοχρωμικές βαφές περιέχουν υλικά που αλλάζουν διαμόρφωση όταν εφαρμόζεται θερμότητα και έτσι αλλάζουν χρώμα. Έχουν χρησιμοποιηθεί υγροί κρύσταλλοι σε τέτοιες βαφές, όπως στις ταινίες θερμομέτρου και στις ταινίες που χρησιμοποιούνται στα ενυδρεία και στα προωθητικά θερμικά κύπελλα και καλαμάκια. Φωτοχρωμικές βαφές και στρώσεις περιέχουν διαλυτές χρωστικές που αλλάζουν διαμόρφωση όταν ο υμένας εκτίθεται σε υπεριώδες φως και έτσι αλλάζουν χρώμα. Αυτά τα υλικά χρησιμοποιούνται για να κάνουν φακούς.
Οι βαφές που αλλάζουν χρώμα μπορούν επίσης να παρασκευαστούν με προσθήκη ενώσεων που αλλάζουν χρώμα με το pH ή άλλων οργανικών χρωστικών. Μια ευρεσιτεχνία αναφέρει χρήση αυτών των δεικτών για εφαρμογές επιχρισμάτων τοίχου με βαφές ανοιχτού χρώματος. Όταν η βαφή είναι υγρή έχει ροζ χρώμα, αλλά κατά τη διάρκεια της ξήρανσης ξαναπαίρνει το αρχικό της λευκό χρώμα. Όπως αναφέρεται στην ευρεσιτεχνία, αυτή η ιδιότητα ενεργοποιείται με κατάλληλη και ομοιόμορφη βαφή δύο ή τριών στρώσεων σε έναν τοίχο. Οι προηγούμενες στρώσεις που έχουν ξηραθεί θα είναι λευκές, ενώ η νέα στρώση θα είναι σαφώς ροζ. Η Ashland Inc. εισήγαγε πυρίμαχες επιχρίσεις χυτηρίων με παρόμοια αρχή το 2005 για χρήση σε χυτήρια.
Οι ηλεκτροχρωμικές βαφές αλλάζουν χρώμα ως απάντηση σε ένα εφαρμοζόμενο ηλεκτρικό ρεύμα. Ο κατασκευαστής οχημάτων Nissan έχει αναφέρει ότι εργάζεται σε μια ηλεκτροχρωμική βαφή, με βάση σωματίδια του παραμαγνητικού οξειδίου του σιδήρου. Όταν βρεθούν σε ένα ηλεκτρομαγνητικό πεδίο τα παραμαγνητικά σωματίδια αλλάζουν την απόσταση, τροποποιώντας το χρώμα τους και τις ανακλαστικές τους ιδιότητες. Το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο μπορεί να σχηματιστεί χρησιμοποιώντας το αγώγιμο μέταλλο του σώματος του οχήματος.  Οι ηλεκτροχρωμικές βαφές μπορούν να εφαρμοστούν σε πλαστικά υποστρώματα επίσης, χρησιμοποιώντας μια διαφορετική χημεία επικάλυψης. Η τεχνολογία περιλαμβάνει τη χρήση ειδικών διαλυτών χρωστικών που αλλάζουν διαμόρφωση όταν εφαρμόζεται ηλεκτρικό ρεύμα μέσα στον ίδιο τον υμένα. Πρόσφατα, αυτή η νέα τεχνολογία έχει χρησιμοποιηθεί για την επίτευξη προστασίας από τη λάμψη με το άγγιγμα ενός πλήκτρου στα παράθυρα επιβατικού αεροπλάνου.

Τέχνη

Από την εποχή της Αναγέννησης, βαφές από στεγνωτικά ξηραινόμενα έλαια, κυρίως λινέλαιο, είναι το πιο χρησιμοποιούμενο είδος βαφών στις καλές τέχνες·  οι ελαιοβαφές είναι ακόμα συνηθισμένες σήμερα. Όμως, τον 20ο αιώνα, υδροχρώματα και ακρυλικές βαφές, έγιναν πολύ δημοφιλείς με την ανάπτυξη των ακρυλικών ομάδων και άλλων βαφών ελαστικού γαλακτώματος (λάτεξ). 
Οι βαφές από γάλα (που περιέχει καζεΐνη), όπου το μέσο παράγεται από το φυσικό γαλάκτωμα του γάλακτος, ήταν δημοφιλείς τον 19ο αιώνα και είναι ακόμα και σήμερα διαθέσιμες. 
Η τέμπερα (όπου το μέσο είναι ένα γαλάκτωμα ακατέργαστου κρόκου αυγού αναμειγμένου με έλαιο) είναι ακόμα σε χρήση, όπως είναι οι εγκαυστικές βαφές με βάση το κερί. Η υδροκομμιογραφία είναι μια παραλλαγή του αδιαφανούς υδροχρώματος που χρησιμοποιήθηκε επίσης τον Μεσαίωνα και στην Αναγέννηση για διακόσμηση χειρογράφων. Η χρωστική κατασκευαζόταν συχνά από ημιπολύτιμους λίθους όπως λάπις λάζουλι και το συνδετικό μέσο κατασκευαζόταν είτε από αραβικό κόμμι ή από ασπράδι αβγού.

Υποβάθμιση

Ο μύκητας Aureobasidium pullulans είναι ένα από τα σημαντικά είδη που βλάπτουν τις βαφές των τοίχων.

Κίνδυνοι

Οι πτητικές οργανικές ενώσεις (VOCs) στις βαφές θεωρούνται επιβλαβείς στο περιβάλλον και ιδιαίτερα στους ανθρώπους που εργάζονται με τις βαφές σε τακτική βάση. Η έκθεση σε VOCs έχει συσχετιστεί με το σύνδρομο των οργανικών διαλυτών, αν και αυτή η συσχέτιση είναι κάπως αμφιλεγόμενη. Ο αμφιλεγόμενος διαλύτης 2-βουτοξυαιθανόλη χρησιμοποιείται επίσης στην παραγωγή βαφών.
Στις ΗΠΑ, οι περιβαλλοντικοί κανονισμοί, οι απαιτήσεις των καταναλωτών και οι πρόοδοι στην τεχνολογία οδήγησαν στην ανάπτυξη βαφών με χαμηλές (ή μηδενικές) VOC. Αυτές οι νέες βαφές είναι ευρέως διαθέσιμες και καλύπτουν ή υπερκαλύπτουν τα πιο παλιά προϊόντα με υψηλή περιεκτικότητα σε  VOC στην απόδοση και στο κόστος, ενώ έχουν σημαντικά πιο χαμηλή επίπτωση στην υγεία του ανθρώπου και του περιβάλλοντος.