顔料
顔料(がんりょう、pigment)は、着色に用いる粉末で水や油に不溶のものの総称。着色に用いる粉末で水や油に溶けるものは染料と呼ばれる。
特定の波長の光を選択的に吸収することで、反射または透過する色を変化させる。蛍光顔料を除く、ほぼ全ての顔料の呈色プロセスは、自ら光を発する蛍光や燐光などのルミネセンスとは物理的に異なるプロセスである。
顔料は、塗料、インク、合成樹脂、織物、化粧品、食品などの着色に使われている。多くの場合粉末状にして使う。バインダー、ビークルあるいは展色剤と呼ばれる、接着剤や溶剤を主成分とする比較的無色の原料と混合するなどして、塗料やインクといった製品となる。実用的な分類であり、分野・領域によって、顔料として認知されている物質が異なる。
顔料の世界市場規模は2006年時点で740万トンだった。2006年の生産額は176億USドル(130億ユーロ)で、ヨーロッパが首位であり、それに北米とアジアが続いている。生産および需要の中心はアジア(中国とインド)に移りつつある。
顔料は特定の波長の光を選択的に反射または吸収するため、色があるように見える。白色光は可視光スペクトル全体をほぼ均等に含んでいる。この光が顔料に当たると、一部の波長は顔料に吸収され、他の波長は反射される。この反射された光のスペクトルが人の目に入ると色として感じられる。単純に言えば、青い顔料は青い光を反射し、他の光を吸収する。顔料は蛍光物質や燐光物質とは異なり、光源の波長の一部を吸収して除去するだけであり、新たな波長の光を追加することはない。
顔料の見た目の色は、光源の色と密接に関連する。太陽光は色温度が高くスペクトルも均一に近いため、標準的な白色光と見ることができる。人工的な光源にはスペクトルになんらかのピークや谷間がある。そのため、太陽光の下で見たときとは色が違って感じられる。
色を色空間で数値的に表す場合、光源を指定しなければならない。Lab色空間の場合、特に指定がない限り D65 と呼ばれる光源で測定したと仮定される。D65とは "Daylight 6500 K" の略で、ほぼ太陽光の色温度に対応している。
色の濃さや明るさといった属性は、顔料と混ぜ合わせた別の物質によっても変わってくる。顔料に加える展色剤や充填剤もそれぞれに光の波長の反射・吸収のパターンを持ち、最終的なスペクトルに影響を与える。同様に顔料を混ぜる量によっては、個々の光線が顔料粒子に当たらずに反射されることもある。このような光線が色の濃さに影響する。純粋な顔料は白色光をそのまま反射することはほとんどなく、見た目の色は非常に濃いものとなる。しかし大量の白い展色剤などと少量の顔料を混ぜると、色は薄くなる。
色相が鮮明で、着色力が強いものが望ましい。
透明性は屈折率と粒子径に依存する。一般に媒剤との屈折率が近似すれば透明になる。また可視光線波長の半分以下の粒子径では透明になるが、それ以上では小さいほど不透明になる。要求される透明性の度合いは目的によって異なる。塗料に用いるものは不透明性(隠蔽性)を要求されるが、三原色のシアン・マゼンタ・イエローとキーの4色のインキ(CMYK)を重ねるカラー印刷には、透明色が使用される。
顔料が粉体のまま使われることはほとんどなく、塗料・インキ・絵具・クレヨン・クレパス・カラーマーカー等の形で使われる。これらは顔料を水や油・溶剤、樹脂・ワックスなどのバインダーと練り合わせたものである。顔料は使用目的に応じてバインダーに対しての分散性を要求される。分散が損なわれれば、現象として発色が阻害され、鈍い色合いになったり不鮮明に発色する。またバインダーとの相性次第では、粘度が高く扱いにくくなる場合もある。分散性を制御するために顔料の表面を改良し、分散性を向上させる技術が知られている。
有機顔料の化学構造は、太陽光や紫外線に弱く、屋外の直射日光が当たるところでは色が無くなり易い。屋外に長期間掲示されたポスターの写真が青黒くなっているのは黄と紅の色が無くなって藍と黒のみが残った結果である。長期掲示されるポスター類には有機顔料の中でも耐光性の良いものが使われる。無機顔料は一般的に耐光性が良好で、建築物の塗料に多用される。工業的に耐光性は促進試験機で光を曝露して評価される。ブルースケールと呼ばれる褪色度の異なる8種類の染料で染色された標準布を試料と同環境に置き、試料の褪色の程度をブルースケールと比較して8段階の評価を数値化して表示する。
英語ではWeather Fastnessと表示されており、主に塗料塗膜で日光曝露をして褪色の程度をJISグレースケールで5段階評価する。耐光性との違いは屋外で曝露するため、雨、また降雨に含まれる化学物質の影響を受ける。
陶器の着色など焼き付ける場合には最も高い耐熱性が求められる。プラスチックの着色に使う場合はその軟化点以上、レトルトパックの印刷には100℃の沸騰水に耐える顔料が求められる。
顔料は溶媒・溶剤に不溶であることが定義であるが、有機顔料の場合多かれ少なかれ溶媒に対して溶ける。使用用途により条件は様々であるが、温度や溶媒の極性により溶出度は大きく異なる。特定溶剤に規定時間湿潤した後、溶出した色の程度で評価する。
その他、使用目的によって耐水性・耐油性・耐アルカリ性/耐酸性(耐薬品性)等の耐性が求められる。
カーボンブラックをゴムに練り込むと、ゴムの強度が著しく向上する。ゴムタイヤが黒いのはカーボンブラックを大量に練り込んだためで、工業用カーボンブラックの用途の大半はこの目的に使用される。
カーボンブラックの化学構造は黒鉛であり、黒鉛は導電性を有する。例えば黒鉛筆を使用して書いた部分はわずかではあるが電気を通す。このような性質は種々の目的に使用されている。
体質顔料(extender pigment)は白色ないし無色の顔料である。屈折率が1.5 - 1.6程度と低いため、展色剤に混和しても隠蔽性にほとんど影響を与えないことから、増量剤として絵具・塗料・化粧品などのコストダウン、着色力や光沢、強度、使用感などの調整に使われる。また、染付レーキ顔料の原料としても使われる。
近年は粒子の大きさや形状、表面性質が異なる、多様な体質顔料が出現し、製品の加工性、光学的性質、機械的強度などの物性を変化させる機能性材料としてゴムやプラスチック、シーラントなどの化学樹脂や医薬品、食品、肥料などにも利用されている。
体質顔料には炭酸カルシウムや硫酸バリウム、水酸化アルミニウム、タルクなどがあり、分野によって充填剤、フィラー、填料、塗被顔料などと呼ばれている。
黄土や酸化鉄などの天然顔料は先史時代から着色剤として使われてきた。考古学者によれば、先史時代の人類が身体に顔料を塗っていた証拠が見つかっている。顔料とそれを粉末にする器具は35万年から40万年前から使われてきたとみられ、ザンビアのルサカの近くにある洞窟などで見つかっている。
産業革命以前、芸術や装飾に使える色の範囲は技術的に限られていた。顔料の多くは土や鉱物由来のものか、生物由来のものだった。植物、動物の糞、昆虫、軟体動物などに由来する珍しい顔料は貴重なものであり、交易品として広く流通していた。中にはかなり高額で取引される顔料もあり、青や紫はその貴重さから王室と結び付けられるようになった。
生物由来の顔料は抽出が難しいことが多く、その製法は秘密にされていた。貝紫色はアッキガイ科の巻貝の一種の粘液から作られた顔料である。織物の染色のための貝紫色の生産はフェニキア人が紀元前1200年ごろから始め、それをギリシャ人が受け継ぎ、東ローマ帝国が滅亡する1435年まで続いた。この顔料の製造は手間がかかり、その色で着色したものは富と権力の象徴となった。古代ギリシアの歴史家テオポンポスは紀元前4世紀の著作で「染料のための紫は(小アジアの)コロフォンで同じ重さの銀と交換して入手した」と書いている。
鉱物顔料も交易の対象として広く売買された。深い青の顔料ウルトラマリンは宝石に近いラピスラズリからしか作れず、ラピスラズリの産地はヨーロッパからは遠かった。フランドルの15世紀の画家ヤン・ファン・エイクは、高価すぎるため絵に青を使えなかった。ウルトラマリンを使った肖像画を描いてもらうことは大変な贅沢だった。青を使った絵を所望する場合、特別料金を支払う必要があった。ファン・エイクはラピスラズリを使う場合、決して他の色と混ぜなかった。その代わりにほぼ純粋な青を装飾のように絵にのせた。ラピスラズリがあまりに高価だったため、画家たちはもっと安価な代替顔料を捜し求め、鉱物顔料(アズライト)と有機顔料(インディゴ)が誕生した。
16世紀スペインによる新大陸の征服により、西洋では新たな顔料が入手可能になった。中央アメリカと南アメリカで寄生昆虫から抽出した染料と顔料であるコチニール色素が得られ、ヨーロッパで珍重されるようになった。これはコチニールカイガラムシを集め、乾燥して砕いたもので、染料としても顔料としても使え、絵具や化粧品によく利用されている。
ペルーの原住民は紀元700年ごろからコチニール染料を染色に使っていたが、ヨーロッパ人はそのような色を見たことがなかった。スペイン人はアステカを征服すると、新たに入手した色素を交易にさっそく利用した。この地域(現在のメキシコ)の輸出品としては、コチニール色素が銀に次ぐ重要な産物となった。この顔料カーマインで枢機卿のローブを染め、イギリスの軍服も鮮やかに染めるようになった("redcoat" は英国軍人そのものを表す言葉になっている)。この顔料の原料が昆虫であることは18世紀まで秘密にされていたが、生物学者らがその秘密を暴いた。
カーマインによってヨーロッパでは赤の値段が下がったが、依然として青は高価であり、富と権力の象徴になっていた。17世紀オランダのヨハネス・フェルメールは作品にカーマインやインディアンイエローと共にラピスラズリを多用したことで知られている。
初期の顔料には天然の鉱物が使われていた。天然の酸化鉄は様々な色を発色するもので、旧石器時代および新石器時代の洞窟壁画によく使われている。例えば、無水のFe2O3のレッドオーカー、含水のFe2O3.H2Oのイエローオーカーがある。炭またはカーボンブラックも先史時代以来ずっと黒色の顔料として使われている。
最初期の合成顔料として、鉛白(エンパク。炭酸鉛の一種。(PbCO3)2Pb(OH)2)と青フリット(エジプシャンブルー)がある。鉛白は鉛と食酢(酢酸、CH3COOH)を混ぜ、そこにCO2を加えて作る。青フリットはカルシウム銅珪酸塩であり、孔雀石などの銅鉱石で着色したガラスを砕いて作る。これらの顔料は紀元前2千年紀には使われ始めている。
産業革命と科学革命により、合成顔料は大きく発展することになった。合成した顔料や天然素材から抽出した顔料が製造業にも芸術にも使われるようになっていった。ラピスラズリが高価だったことから、特に青の顔料をより安価に製造する努力がなされた。
最初の青の合成顔料として登場したのが紺青で、1704年のことである。19世紀初めごろには青の合成顔料や金属顔料がさらに登場した。合成ウルトラマリンやコバルト青、セルリアンブルーなどである。20世紀には有機合成顔料のフタロブルーが登場した。
顔料の多色化は新たな産業を生み出し、ファッションにも影響を与えた。1856年には初のアニリン染料であるモーブが発見され、それをきっかけとして多数の合成染料や合成顔料が生み出されることになった。モーブを発見したのは18歳の化学者ウィリアム・パーキンで、この発見を事業化して富を得た。この成功にあやかろうと多くの追随者が出てきた。金持ちになることを夢見た若い科学者が有機化学分野に集中するようになった。数年後、アカネ色素の代替としてアリザリンの合成顔料が工業生産され始めた。19世紀末には織物や塗料などの日用品に赤、青、紫といった色を安価に使えるようになった。
合成顔料や染料の開発は、ドイツを中心とする北ヨーロッパ各国の産業の繁栄に寄与したが、同時に天然顔料の産地は打撃を受けた。スペインはメキシコで数千人の低賃金労働者を雇ってコチニール色素の生産を行っていた。コチニール色素の生産はスペインが独占してそこから富を得ていたが、1810年に始まったメキシコ独立革命と市場の変化によって生産量が低下した。これにとどめを指したのが有機化学である。化学者がカーマインの安価な代替品の開発に成功すると、コチニール色素生産量は急激に低下していった。
産業革命以前、顔料はそれを産する地名と結び付けられていた。鉱物や土を原料とする顔料は、その採掘が行われている地方や都市の名で呼ばれることが多かった。シェンナはイタリアのシエーナに由来し、アンバーはウンブリアに由来する。これらの顔料は合成も容易だったため、化学者が天然のものより純度の高い顔料を合成するようになった。それでも地名に由来する名称はそのまま使われている。
歴史的かつ文化的な天然顔料の名称はそのままで、多くの天然顔料が合成顔料で代替されている。場合によっては色の名称が表す色そのものが変化したケースもある。一般に天然顔料を代替する合成顔料は「色相」を維持するが、製造業者が色相の維持に特に気をつけているわけではない。以下に歴史的な顔料の名称が現す色が変化した例を示す。
かつては、マンゴーの葉のみを与えられた牛の尿を集めて作られていた。17世紀から18世紀のオランダやフランドルの画家はこれを太陽光を表すのに好んで用いた。フェルメールに『真珠の耳飾りの少女』の制作を依頼した客は、彼が「牛の尿」を使って妻を描いたと述べている。マンゴーの葉は栄養的に牛に適していないため、このような製造方法は非人道的だとされるようになった。現在は同じ色相を合成顔料で代替している。
水銀化合物であり、その深い朱色を好んで使ったのがティツィアーノである。今では様々な合成顔料で代替されており、カドミウムレッドなどがある。本来のバーミリオンは今でも入手可能だが、多くの絵具メーカーはその毒性による法的責任を避けるため販売していない。現在朱色ないしバーミリオンという名称の絵具やインクやマーカーなどの多くは本来のバーミリオンとは異なる。
ラピスラズリから作られていたが、安価な合成顔料(合成ウルトラマリン)で代替されるようになった。合成ウルトラマリンの原料はカオリナイトや硫黄などである。ウルトラマリンの別名だったロイヤルブルーはより明るい青を指すようになり、フタロブルーと二酸化チタンを混合するか、安価な青の合成染料から作るのが一般的である。合成ウルトラマリン自体は化学組成がラピスラズリと同一である。ウルトラマリンのもう1つの別名だったフレンチブルーは1990年代に色名として業界の注目を浴びるようになり、本来のウルトラマリンとは全く異なる青色の名称として使われるようになった。