III Международный конкурс
научно-исследовательских и творческих работ учащихся
«СТАРТ В НАУКЕ»
 
     

КРАСКИ СВОИМИ РУКАМИ
Черепанова П.С.
Автор работы награжден дипломом победителя первой степени
Диплом школьника      Диплом руководителя
Текст научной работы размещён без изображений и формул.
Полная версия научной работы доступна в формате PDF


ВВЕДЕНИЕ

Его мы видели лазурным,

Его мы видели зеленым.

Но миг – и море стало бурным,

И неприветливым и черным.

Вы слышите, как ветер воет?

А море страшное. Живое.

Того гляди, сейчас волна

На нас нахлынет с полотна.

Так Андрей Усачев писал о картине Ивана Айвазовского «Черное море». Действительно, это большое искусство – так реалистично изобразить буйство водной стихии. Мы знаем много великих художников, чьи картины способны вызвать различные эмоции и настроения благодаря своей живой и точной передаче действительности. И такая возможность появилась с момента массового использования масляных красок.

Творчество Айвазовского пришлось на период начала фабричного массового производства красок. Однако множество великих шедевров было создано задолго до этого периода. Где же люди брали краски, когда не было магазинов и их не изготавливали на заводах? Мне захотелось узнать, из чего раньше изготавливали краски? Смогу ли я сама изготовить краски в домашних условиях?

Цель моей работы: проанализировать информацию об известных способах получения красок и изготовить небольшую палитру красок своими руками.

Задачи исследования:

  1. Изучить информационные источники по данной теме.

  2. Подобрать оптимальные методы получения красок.

  3. Изготовить палитру красок и опробовать её в действии.

Гипотеза исследования: краски можно изготовить самостоятельно и они будут не хуже магазинных.

Объект исследования: краски для рисования

Предмет исследования: методики изготовления красок

1.ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. ИСТОРИЯ КРАСОК

Краска– всякое вещество, служащее для крашения, для окраски во все цвета (по словарю Даля).

Краска - состав, придающий тот или иной цвет предметам, которые им покрываются или пропитываются (по словарю Ожегова).

Краски - общее наименование для группы цветных красящих веществ, предназначенных для непосредственного использования в той или иной сфере быта (Википедия).

Интересно, как же появились краски?

Первобытные времена. Страницы истории красителей известны людям с Древнейших времен. Первобытные художники выполняли свои рисунки самым древним красителем - сажей. Первоначально рисунки создавались только с помощью пигментов – мелко истолченных твердых окрашенных веществ. В основном ими являлись охра и различные оксиды металлов. Позднее пигменты стали смешивать со связующими веществами (кровью животных, яичным желтком) – так получили первые краски.

Древний Египет. Египетская синяя — издавна известная синяя краска для живописи, представляет измельченное медное стекло. Для ее приготовления сплавляют песок с мелом, содой и окисью меди. Данная краска получается очень стойкой. В Египте найдены произведения искусства, изготовленные с применением этого красителя, датируемые приблизительно 3000 годом до н. э. Так же для создания белой краски люди использовали известь, которая являлась конечным продуктом сжигания известняковых минералов, устриц, мела и мрамора. Такая краска была одной из самых дешёвых и простых в изготовлении.

Финикия. Самой дорогой краской античности являлась финикийская пурпурная. Для изготовления пурпура требовалось огромное количество секреции двух видов моллюсков. Из одного кг красителя-сырца поле выпаривания оставалось примерно 60 г красящего вещества. А для окраски 1 килограмма шерсти требовалось примерно 200 граммов пурпурной краски, то есть более 3 килограммов красителя-сырца. Чтобы получить такое количество красителя, нужно было добыть не менее 30 тысяч моллюсков.

Древний Китай. Китайцы подарили миру не только бумагу, но и лёгкие акварельные краски. В их состав, помимо красящих веществ и масел, входили мёд, глицерин и сахар. Для создания картин из акварельных красок требовалась только бумага. Это объясняет факт появления акварели именно в Китае.

Средние века. В средние века большое распространение получили масляные краски. Их преимуществом стали большая стойкость и надёжность, а также малое время высыхания. Основой для таких красок служили натуральные растительные масла: ореховое, маковое, льняное и другие. Но некоторые мастера средневековой живописи создавали свои краски на основе растительных жиров - яичном белке, казеине (одной из производных молока). Но из-за особенностей производства разных красок случались некоторые неприятности. Например, «Тайная вечеря» Леонардо да Винчи начала разрушаться ещё при жизни художника. А все потому, что масляные краски на основе растительных жиров были смешаны с красками на основе разведённого в воде яичного белка. Краски ручной работы вкупе с натуральными материалами были дорогими. Самой дорогой была ляпис-лазурь. Лазурит, доставляемый в Европу из Афганистана, был очень редким и, соответственно, дорогим. Художники использовали эту краски только в том случае, если заказчик сразу ее оплачивал.

Новые открытия. В начале XVIII века химик Дисбах (немец), улучшая качество красной краски, случайно получил краску, похожую на ляпис-лазурь. Ее назвали «берлинской лазурью». Она была дешевле настоящей ляпис-лазури и быстро стала популярной среди художников.

В начале XIX века во Франции появилась «кобальтовая синька» - краска, более чистая и яркая, чем берлинская лазурь, оказавшаяся ещё ближе к натуральной ляпис-лазури.

Изобретен полный аналог ляпис-лазури – «французский ультрамарин». Теперь чистые оттенки синего цвета доступны всем художникам.

Многие искусственные краски содержали смертельно опасные компоненты. Так в 70-х годах 19-го века, особенно опасной была изумрудно-зелёная краска. В её состав входили уксус, мышьяк и окись меди. Существует легенда, что бывший император Наполеон Бонапарт умер, отравившись парами мышьяка. Стены в его доме на о.Святой Елены были покрыты именно зелёной краской.

Массовое производство краски началось менее двух веков назад. Многие вредные вещества – мышьяк и свинец – были заменены на менее опасные компоненты.

1.2.МНОГООБРАЗИЕ СОВРЕМЕННЫХКРАСОК

Благодаря современным технологиям в наше время производится огромное количество различных красок. Одни используются в строительстве, другие – для художественных работ. После применения одна окрашенная поверхность станет глянцевой, а другая матовой. Критериев классификаций красок очень много, рассмотрим 7 из них:

  1. Классификация по составу связующего вещества: масляные (высыхающие растительные масла или олифы); известковые (известь) и силикатные (жидкий калийное стекло-силикат калия); алкидные (алкидные смолы); водоэмульсионные (эмульсия, полученная из воды, пигментов и мельчайших частичек полимеров, выступающих в качестве основы, пребывающих в водной среде во взвешенном состоянии, при этом частицы эмульсии не растворены); акриловые (краски на основе акриловой кислоты, а точнее акриловой полимерной эмульсии (состоит из полиакрилов и полиметакрилов)); силиконовые (силиконовые смолы); полиуретановые (полиэфирные смолы); эпоксидные (эпоксидные смолы).

  2. Классификация по виду разбавителя: разводимые водой (акварельная) и разводимые растворителями (масляные – бензин).

  3. Классификация по области применения: строительные, для художественных работ, для промышленности.

  4. Классификация по виду окрашенной поверхности: матовые - обеспечивают ровное, матовое покрытие, отлично скрывают небольшие дефекты поверхности; полуматовые - немного отличаются от матовых красок, присутствует малозаметный блеск, сравнимый с блеском яичной скорлупы; полуглянцевые – имеют умеренный блеск и обладают средней отражающей способностью; глянцевые - обладают высокой отражающей способностью, подчеркивают малейшие неровности поверхностей.

  5. Классификация по основанию под окраску: дерево, металл, бетон, различные холсты, бумага.

  6. Классификация по укрывистости: кроющие или корпусные (непросвечивающий слой) и лессировочные (прозрачный или полупрозрачный слой)

  7. Классификация по технике живописи: фреска (краски из минерального сырья, растертого на воде, наносят на сырую штукатурку из гашеной извести); энкаустика (краски со связующим веществом из натурального воска растапливают перед работой); темпера (связующие вещества – эмульсии: яичные, казеиновые, клеевые….); масло (связующе из различных высыхающих растительных масел); акварель, гуашь (краски на водной основе, предназначены для рисования на бумаге)

1.3. СОСТАВ КРАСОК

Краски образованы, как минимум, двумя обязательными компонентами – пигментом и связующим.

Пигмент (лат. pigmentum - краска) - нерастворимый в дисперсионных средах компонент наполненных композиционных материалов, способный образовывать с плёнкообразователями декоративно-защитные покрытия, придающий материалам непрозрачность, цвет, противокоррозийные и другие свойства. Нередко используется как синоним для неорганического красителя. Растворимые вещества, способные окрашивать другие материалы, называют красителями.

От типа пигмента зависят цвет покрытия, его укрывистость, а также устойчивость к действию атмосферных факторов (химических реагентов и высоких температур).

Пигменты обладают определённым цветом благодаря способности избирательно отражать лучи видимого света. Свет, попадая на поверхность краски, проходит через прозрачное для них связующее, частично отражаясь от поверхности пленки по всему диапазону спектра и создавая эффект зеркальной, блестящей поверхности (блик). Пигмент поглощает лучи избирательно: одна часть лучей, составляющих спектр дневного света, поглощается, а другая — отражается от поверхности пигмента, создавая в наших глазах определенное цветоощущение. Например, если пигмент поглощает фиолетовые, синие, зелёные, жёлтые лучи и отражает красные, то и поверхность воспринимается как окрашенная в красный цвет. Пигмент, отражающий почти весь падающий на него свет, кажется белым, а пигмент, поглощающий падающие на него световые лучи по всему спектру — чёрным. Основными цветами следует считать три — красный, синий и жёлтый. При смешивании пигментов мы получим равномерно окрашивающую краску только тогда, когда показатели плотности пигментов близки.

Пигменты разделяют по происхождению, химическому составу и строению на две основные группы: минеральные и органические.

Минеральные пигменты в свою очередь делятся на: 1. минеральные пигменты натурального происхождения (нерастворимы в связующих и если растереть окрашивают только поверхность материала); 2. искусственные минеральные пигменты. Данные пигменты получают искусственным путём при прокаливании или осаждении оксидов тяжёлых металлов, солей и др.

Органические пигменты подразделяют на: 1. натуральные органические пигменты (представляют собой экстракты растительных и животных красящих начал); 2. искусственные органические пигменты (преимущественно изготавливаются из каменноугольного дёгтя).

В живописи применяются преимущественно минеральные пигменты.

Так же пигменты подразделяют на: хроматические пигменты - определяют белую и черную окраски, а также всю лежащую между ними серую цветовую гамму и хромофоры – определяют остальной цветовой спектр.

Зачастую хромофорами красок служат оксиды металлов. Например: массикот - РbО (оранжево-желтого цвета), свинцовый сурик - Pb2PbO4 (Рb3O4) (красный), красная охра - Fe2O3 в смеси с SiO2 и А12О3 (красный), синий кобальт - СоО • А12О3 (зеленовато-синего цвета), зеленая хромовая - Сг2О3 (оливково-зелёный), цинковые белила – ZnO (белого цвета) и др.

Многие соли металлов, так же как и оксиды, являются пиг­ментами художественных красок. Некоторые соли, использующиеся для изго­товления красок и грунтов: гипс - CaSO4•2Н2О (белого цвета), свинцовые белила - 2РbСО3•Рb(ОН)2 (белого цвета), бланфикс (баритовые постоянные белила) - BaSO4 (белого цвета), баритовая желтая - ВаСгО4 (желтого цвета), берлинская лазурь (прусская синяя, милори) - Fe4[Fe(CN)6]3 (тёмно-синего цвета), Малахит (горная зелень) - (CuOH)2CO3 (нежно-бирюзового цвета), темный (фиолетовый) кобальт - Co3(PO4)2 (фиолетовый).

ПИГМЕНТЫ

МИНЕРАЛЬНЫЕ

ОРГАНИЧЕСКИЕ

МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ

ПРИРОДНЫЕ

ИСКУСТВЕННЫЕ

Мел

Белила цинковые

Пигмент жёлтый

Пудра алюминиевая

Известь

Белила титановые

Пигмент алый

Пыль цинковая

Каолин

Белила свинцовые

Пигмент красный

Бронза золотистая

Охра

Литопон сухой

Пигмент голубой

 

Мумие

Крон цинковый

Киноварь искусственная

 

Умбра

Умбра жжёная

   

Сурик железный

Сажа малярная

   

Перекись марганца

Зелень цинковая

   

Графит

Оксид хрома

   
       

Связующие

Связующими веществами в живописи (кроме техники фрески и силикатной живописи) являются растворённые, эмульгированные или суспендированные в воде или ином растворителе клеи животного или растительного происхождения, смолы, углеводороды, растворимые в воде или в маслах, твердеющие масла, полимеры. Связующие служат в красках пленкообразователями — веществами, создающими при отверждении твердую, прочную пленку, удерживающую в своем составе пигменты и наполнители. При добавлении уксуса, краски становятся более прозрачными. При добавлении соды - более плотными, напоминают гуашь.

Для каждой техники живописи нужна своя краска, поэтому техники живописи определяются по типу связующего: темперная (эмульсионная), масляная, восковая (энкаустическая) и др.

Из тех техник, о которых говорилось ранее, я решила изготовить краску для темперной живописи. Темпера – это водоразбавляемая краска, приготовляемая на основе сухих порошковых пигментов. Но почему я выбрала именно темперную краску?

Главная причина в том, что связующим веществом темперных красок служат эмульсии — натуральные (разбавленный водой желток куриного яйца или цельное яйцо) или искусственные (высыхающие масла в водном растворе клея, полимеры). Т.е. связующее вещество для такой краски – яйцо, клей или различные масла – можно без проблем приобрести в магазинах нашего города.

Темперные краски — одни из самых древних, зародившихся ещё до I века нашей эры. Так, знаменитые росписи саркофагов древнеегипетских фараонов выполнены темперными красками. Темперной в основном была станковая живопись византийских мастеров. В России техника темперного письма преобладает и сегодня. После изобретения масляных красок XV интерес к темпере упал, хотя до этого времени она была основным материалом станковой живописи. Но вскоре после спада интереса к масляной живописи, темперная живопись снова заняла прочную позицию среди красочных материалов, только уже в изменённом виде.

И в данное время темпера так же остается на лидирующих местах, так как она многообразна по приёмам и фактуре, что удовлетворяет запросам современных художников.

Выделяют следующие виды темперы: 1) казеиново-масляная (связующее - эмульсия льняного масла с водным раствором казеина); 2) поливинилацетатная или ПВА-темпера (связующее — водная дисперсия на основе поливинилацетата или ПВА); 3) яичная (связующее - цельное яйцо, белок или желток).

Яичный желток – естественная эмульсия, отличающаяся особой прочностью и стабильностью. При высыхании темпера изменяет тон и цвет — некоторые краски темнеют, другие высветляются. Окрашенная поверхность становится матовой, бархатистой. Для защиты от влияния окружающей среды (например, копоти от горящих свечей) поверхность картин (икон) покрывали масляным лаком или олифой. Яичная (желтковая) темпера из-за медленно твердеющих яичных масел (которым требуется постоянный контакт с кислородом воздуха для полимеризации) лаком покрывается не сразу после окончания произведения.

2. ЭКСПЕРЕМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

2.1. МЕТОДИКИ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕМПЕРНЫХ КРАСОК

Методика получения темперных красок на основе яичного желтка, воды и цветных мелков: растираем по 5г цветных мелков в порошок при помощи ступки и пестика до получения порошка без крупинок. Раскладываем полученный цветной порошок в заранее подготовленные емкости, каждый цвет отдельно. Аккуратно разбиваем яйцо и отделяем желток от яичного белка. Кладем желток в чашку и смешиваем его с 2 чайными ложками воды. Взбиваем вилкой или венчиком до получения пенистой массы. Добавляем полученную смесь к порошкообразному мелу и тщательно перемешиваем.

Методика получения темперных красок на основе клея ПВА из цветных осадков: получаем осадки:

ГОЛУБОЙ, СИНИЙ. К 100 мл насыщенного раствора жёлтой кровяной соли приливаем раствор сульфата железа (III). Выпадает осадок интенсивно синего цвета. Его отфильтровываем и высушиваем.

ЖЕЛТЫЙ. 100мл раствора бихромата калия К2СrO4 нагреваем до 80С. Добавляем 100 мл раствора хлорида бария ВаСl2. Осадок отфильтровываем и высушиваем.

ЗЕЛЕНЫЙ.10г бихромата калия смешиваем с активированным углём, тщательно перемешиваем, а затем сильно нагреваем в фарфоровой чашке. Смесь охлаждаем, несколько раз промываем водой и отфильтровываем. Оставшийся на фильтре темно-зелёный осадок оксида хрома (III) высушиваем.

КРАСНЫЙ. К 50 мл 0,5 % раствора жёлтой кровяной соли добавляем 100 мл 20% раствора медного купороса. Выпавший осадок красного цвета отфильтровываем и высушиваем.

БЕЛЫЙ. 100мл раствора хлорида бария ВаСl2 нагреваем в стакане до 80С и добавляем 100 мл раствора сульфата натрия Na2SO4.После отстаивания сливаем жидкость с осадка и отфильтровываем оставшийся в стакане сульфат бария.

Раскладываем полученные цветные осадки в заранее подготовленные емкости, каждый цвет отдельно. Добавляем к порошкообразным осадкам клей ПВА и тщательно перемешиваем.

2.2. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ТЕМПЕРНЫХ КРАСОК

Изготовление красок состояло из нескольких этапов:

1. Получение пигмента.

2. Изготовление «связующего вещества».

3. Смешивание связующего вещества с пигментом.

Оборудование: ступка с пестиком, химический стакан, шпатель, пробирка, штатив для пробирок, емкости для красок, лоток, штатив, воронка, фильтровальная бумага, кисти, напечатанные картинки, магазинные краски.

Реактивы: цветные мелки, клей ПВА, куриное яйцо (желток), дистиллированная вода, желтая кровяная соль - K4[Fe(CN)6], медный купорос - CuSO4, хлорид железа (III) - FeCl3,роданид калия - KSCN, сульфат железа (III) - Fe2(SO4)3,сульфат цинка - ZnSO4, хлорид бария - BaCl2, дихромат калия - K2Cr2O7, хромовая зелень - Cr2O3.

Ход работы:

  1. Темпера из цветных мелков и яичного желтка. Сначала с помощью листа бумаги и молотка я измельчила мел на более мелкие кусочки (для каждого из пяти цветов отдельный лист). Далее аккуратно пересыпала крупинки мела в разные ступки и измельчила их до порошка с помощью пестиков. Затем я разбила 2 яйца и отделила желток от белка – белок в один подготовленный химический стакан, желток – в другой. К двум желткам добавила 4 ч.л. дистиллированной воды, перемешала. Далее добавила к измельченным мелкам по 1,5 ч.л. смеси желтка и воды и тщательно перемешала будущую краску шпателем. Готовые смеси перелила в баночки. Краски получились яркими за счет желтка, однако, по этой же причине, белый цвет приобрел немного бежевый оттенок.

  2. Темпера из цветных осадков и клея ПВА. Т.к. в школьной лаборатории не очень много реактивов, было решено отмерять нужный объем с помощью пробирок и не отфильтровывать смеси с целью получения осадка. Весь осадок остался бы в фильтровальной бумаге.

Красный цвет был получен по методике. (K4[Fe(CN)6] + 2CuSO4 = Cu2[Fe(CN)6]↓ + 2K2SO4). Получился красивый коричневый цвет, но не красный. Тогда для красного цвета было решено изготовить «киношную кровь». Для этого я смешала хлорид железа (III) с роданидом калия в пропорции 1:3 и получила раствор роданида железа (III) и хлорида калия. (FeCl3 + 3KSCN = FeSCN + 3KCl↓). Выпал осадок кроваво-красного цвета.

Синий цвет был получен по методике. (3K4[Fe(CN)6] + 2Fe2(SO4)3 = Fe4[Fe(CN)6]3 ↓+ 6K2SO4).

Белый и желтый цвета пришлось получать не по методике, т.к. в школьной лаборатории не оказалось некоторых реагентов. Они были получены по следующим реакциям:

ZnSO4 + BaCl2 = ZnCl2 + BaSO4; K2Cr2O7 + BaCl2 = 2KCl + BaCr2O7↓.

Все растворы были смешаны в маленьких химических стаканах.

Зеленый же цвет было решено не изготавливать вовсе, а воспользоваться ранее полученной на уроках химии хромовой зеленью. Крупинки Cr2O3 я размельчила до порошка с помощью ступки и пестика и пересыпала с химический стакан.

Затем к каждому цветному раствору и порошку я добавила по 2 ч.л. клея ПВА и тщательно перемешала шпателем. Полученные краски переложила в подготовленные емкости. Все краски по цвету соответствуют своим первоначальным, кроме одной – красной. «Киношная кровь» после смешивания с клеем стала персиковой, а не красной.

3.ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Изучив информационные источники и подобрав оптимальные методы, мне удалось изготовить палитру красок из 11 цветов и опробовать ее в действии.

Результаты следующие:

Параметры для сравнения

Магазинная

краска

Яичная темпера и цветной мелок

Клеевая темпера и цветной осадок

Время высыхания

3 минуты

1 минута

Более 20 минут (зеленая – 10 минут)

Растрескивание

-

-

-

Однородность

+

-

+

Консистенция (густота)

+ + +

+ - -

+ + -

Укрывистость

Хорошая (1 слой)

Средняя (1слой)

Плохая (1 толстый слой)

Светоустойчивость

+

+

+

Яркость

+ + + + +

+ + + + -

+ + + - -

Соответствие цвета краски на рисунки цвету в емкости

Полностью соответствует

Не соответствует

Частично соответствует

Время изготовления

_

35 минут

1 час 10 минут

Все полученные краски перекрывают цвет закрашиваемой поверхности, однако яичная темпера оказалась более укрывистой, чем клеевая. Т.е. для перекрытия поверхности бумаги понадобился тонкий слой яичной темперы, а клеевой – тоже один слой, но очень толстый.

Полученные пигменты имеют интенсивную окраску, которая сохранилась при выполнении и хранении композиции в течение месяца. Можно заметить, что яичная темпера не изменила своего цвета при высыхании. Клеевая же краска стала более яркой после высыхания.

Полученные краски имеют разную структуру. Краски на основе цветных осадков и клея получились однородными, кроме той, пигментом которой является порошок Cr2O3. Этому есть объяснение: во время эксперимента большие крупинки Cr2O3 были плохо растерты в ступке. Такая же причина неоднородности яичной темперы из цветных мелков: плохо растертые мелки.

Атмосферостойкость оценить на данный момент невозможно, так как это проверяется временем, однако в течение месяца цвета не изменились, краска не осыпалась.

Полученные краски можно использовать для смешения цветов с целью получения новых оттенков, потому что все пигменты являются нерастворимыми в воде солями и оксидами металлов, которые между собой не взаимодействуют. То есть краски, которые мы получили, совместимы между собой.

Таким образом, на основании проведённых исследований можно сделать следующие выводы:

  • История красок созвучна с историей развития химии.

  • Краски – химические соединения: в основном оксиды и соли металлов.

  • Краски можно изготовить в школьной химической лаборатории и в домашних условиях.

  • В ходе исследования подтвердили выдвинутую ранее гипотезу о том, что краски можно изготовить самостоятельно (однако лучше магазинных они не оказались).

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ИЛИТЕРАТУРЫ

  1. Жилин, Д. М. «Юный химик. 145 опытов с веществами» [Текст] / Д.М. Жилин. – М.: Ювента, 2012.

  2. Титова, И. М. «Химия и искусство: 10-11 классы: учебное пособие для учащихся общеобразовательных учреждений» [Текст] / И. М. Титова. – Вентана-Граф, 2007.

  3. http://lkmprom.ru/analitika/istoriya-vozniknoveniya-krasok/

  4. http://quibbll.com/37438-krasitel-iz-drevnego-egipta-pomozhet-sovremennym-kriminalistam/

  5. https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D1%80%D0%B0%D1%81%D0%BA%D0%B8