科學解讀,到底啥才是真正的「塑料藍」_風聞
中科院物理所-中科院物理所官方账号-2020-10-26 13:11
這貨看着,真的太像塑料了……
要不我們一起來玩找茬遊戲吧
你能一眼看出來哪張圖裏的藍色
是 iPhone 12 嗎?
圖片來自龍二 Pro 微博
最近各家新款手機都在陸續發佈上市,畢竟現在陪伴大家時間最長的除了牀,應該就是手機了,關心和吐槽也是在所難免的。比如像 iPhone 一個藍色就能被大家噴上天。
雖然有很多人説從各個方面試圖去解釋,網傳的藍色照片為啥和官網的渲染圖差別那麼大[1],但是這又怎麼樣呢?因為這個 iPhone 12,它看上去真的很塑料啊(
#塑料藍
話不多説我們直接進入正題。
不知道你有沒有仔細觀察過你生活中遇到的塑料製品,只要是藍色的,大多都是深藍色的,什麼天之藍海之藍這類淺淺的藍色都特別少見。大部分你能看到的塑料,上面真的差不多都列出來了。
這主要是因為給那些工程塑料提供顏色的,基本都是同一種顏料[2]——酞菁蘭。
Credit: Giphy, nomalles
塑料製品用着色劑[3]一般都是極細微的顆粒狀有色顏料,把它均勻地調和在樹脂或油中,使塑料製品得到需要的色澤。因為塑料在現在應用的場景十分廣泛,所以選用塑料製品着色劑也有很多注意事項,比如一般來説着色劑應當耐高温,在較高温度下仍然具有較好的熱穩定性;具有較好的分散性,顏料的顆粒要足夠地小,看起來才比較均勻,遮蓋率才好。同時也要有較好的光穩定性,一般要求耐光級在 5 級以上。
雖然理論上利用黃色和藍色進行混合,可以得到我們日常生活中更喜歡的湖藍色,不過配色其實也不是一件容易的事情,有的配出來不均勻,或者顏色不純。而且工程上,能用就行,哪來那麼多講究呢(
Credit: Giphy, PhyllisMa
現在使用的藍色顏料還挺多的,不過不同的顏料應用場景不盡相同,除了用於塑料以外,也有應用於塗料,搪瓷,陶瓷等。比如有鈷藍,採用鈷和氧化鋁與磷酸結合的方法。還有像諸如普魯士藍 (Prussian blue),
,這一類藍色顏料着色能力強,色彩透明且寒冷,耐光級很高,也有很廣泛的應用[5]。著名畫作《神奈川衝浪裏》[6],日本浮世繪畫家葛飾北齋創作的木版畫,裏面的藍色就是普魯士藍。他特別喜歡用普魯士藍來創作。

神奈川衝浪裏
最新發現的釔銦錳藍[4]也是一種十分鮮豔的藍色顏料,它也是200年以來第一種被人們發現的無機藍色顏料,上一個鈷藍還是 1802 年發現的。
當然,一切都打敗不了今天我們的主角——「塑料藍」。
#主角誕生記
酞菁分子結構圖,其分子式為
,其中藍色小球為氮原子,黑色小球為碳原子,白色小球為氫原子
説起酞菁銅,要從酞菁[7]的發現開始説起。
酞菁的發現其實是一個偶然,怎麼感覺科學發現裏好多偶然…… 1907年兩位化學家 Braun 和 Tehemiac 兩人當時在研究鄰氰基苯甲酰胺。在他們將這個原本無色的物質加熱以後,竟然得到了微量的藍色物質,不過當時並沒有把這個事情放在心上,後來才知道那是酞菁。在大約 16 年以後,Diesbach 和 Weid 在實驗過程中將鄰苯二腈與溴化銅在一起加熱,陰差陽錯地卻合成了一堆深藍色物質——而這個物質就是現在「塑料藍」的主角,酞菁銅。一般可以簡寫為
,
代表酞菁環。銅原子塞在上面酞菁分子的中間,替換掉兩個氫原子。
雖然現在調侃,「好姐妹的感情就像塑料花」,但塑料藍這個材料真的一點都不「塑料」。它之所以引起現在社會中的廣泛應用,最大的原因就是它真的太耐操了,不管你怎麼折騰都很穩定,耐強酸,耐強鹼,耐光耐熱耐輻射,就是一塊寶。如果你生物學的比較好的話,其實一眼就能看出來,酞菁銅的結構和人體血液血紅蛋白中的血紅素,植物光合作用必須的葉綠素十分相近,而這些相似結構的發光起源都是來自分子結構中所具有的共軛
鍵,這也被稱為髮色團[8]。
血紅素和葉綠素
簡單來説,髮色團指的就是分子中直接和顏色相關的部分,嚴格地講,分子軌道發生躍遷的能量差對應一定顏色範圍,而這就是發光的關鍵。而往環上增加不同的官能團,往環的中心插入不一樣的金屬原子,則是進一步導致上述幾個分子顏色出現區別的原因。比如葉綠素中間是鎂離子,而血紅素中間是鐵離子,酞菁銅則是銅離子。

酞菁蘭
故事説到這裏,大家都覺得,是不是覺得常規套路,應該是發現酞菁銅的這麼優秀的顏料的科學家,第一件事應該是註冊專利,然後開公司辦工廠,一夜暴富,走向人生巔峯,就像苯胺紫的發明者威廉·珀金[9]在他 18 歲時乾的事情那樣。一開始我也是這麼想的,不過歷史卻喜歡和人開玩笑[10]。發現酞菁銅的兩位科學家並沒有在這基礎之上繼續解析結構和研究,在這之後是英國倫敦大學 Linstead 詳細分析了酞菁銅的物理化學性質。而真正將這份人類智慧的結晶投入生產,則要等到 1935 年英國的 ICI (帝國化學工業)公司和 1937 年美國杜邦公司建立成熟的合成生產線。
#想要點藍,為啥這麼難
雖然酞菁銅很好用,但也不至於天天用是吧,怎麼就抱着這麼一個顏料當成寶了呢?其實在因為在整個人類的歷史上,「藍色」的來源都很奢侈……

《聖母像》,又名《紡車邊的聖母》,達芬奇
在西方的古典油畫裏,藍色的使用真的是比黃金還要貴。早期人造藍色顏料埃及藍的製作工藝當時已經失傳,畫家們的藍色的來源大多都是羣青,利用青金石製作而成。比如像達芬奇的畫作裏,藍色顏料基本上都是隻有用在聖母的衣服上,你看那慘白的天空[11],畫家們也是沒啥辦法,因為真的藍色不夠用。
不乏有些畫作,比如米開朗基羅《耶穌下葬》因為委託人給不起藍色顏料,就此爛尾[12]……

戴珍珠耳環的少女,維米爾
當然,也有一些特殊的畫家,在那個藍色不易得的年代,卻依舊十分偏愛藍色。就比如維米爾畫的《戴珍珠耳環的少女》,少女的頭巾就是藍色的。

如有雷同,純屬巧合
維米爾的大部分畫作都很小[13],而且和絕大多數畫家不同,維米爾近乎奢侈地使用羣青作畫,幾乎每張畫作上都有大片的藍色,突出一個任性,更突出一個敗家。不過他妻子家境殷實,據傳他曾經花光家裏積蓄買了一鏟子羣青來霍霍[14],可能這也是他畫作都很小的原因之一吧…… 再大真的用不起藍色顏料了。
羣青顏料的製作方法為把青金石搗碎後,將其與核桃油混合研磨,形成粘稠的膏體用以作為原料。當然現代工業所需的羣青顏料早已是人工合成的了。當時世界上唯一一處青金石的產地是阿富汗的東北部,開採以後運送到歐洲,真的要跨越千山萬水,根本不夠分。從羣青的拉丁名 ultramarinus 也可以看出來,真的是「超越海洋」。
因為青金石為人稱道的藍色源於內部晶格網狀結構中的
粒子,對於礦物的含硫量有一定要求[15]。但是硫多了以後,又容易和鐵形成黃鐵礦伴生在青金石中,金斑點點。所以為了純淨的藍色,開採青金石以後還要精挑細選。一直到近代,才被各種合成的顏料所取代。

提香,《酒神巴庫斯與阿里阿德涅》. 只有壕們才能使用的藍色畫畫方案. National Gallery, London.
在東方,因為畫作主要以水墨畫為主,和油畫使用的溶解顏料的溶劑並不相同,所以中國人都是用「石青」來作為藍色的來源。比如北宋時期王希孟 18 歲時所做絹本設色畫《千里江山圖》,真把人給看傻了。相信你只要看過那山河之上的藍色,一定就會在你心裏留下深刻的印象。因為每展開展出一次,都有顏料可能因此脱落,對於用絲綢製作的《千里江山圖》更是如此,所以這個畫作展出的次數非常少。不過故宮博物院也製作了高清數字版[16],可以直接點擊鏈接看完整大圖,連畫作上的小人都看得清。

千里江山圖,局部,現藏於故宮博物院
石青來自藍銅礦,化學成分為
,經常和孔雀石伴生,在我國古代常被稱作「丹青」,「青」指的就是石青。作為礦物原料,製作石青的過程需要工匠對藍銅礦進行仔細的研磨,為了研磨出顏色均勻的石青,需要把顆粒打磨一致[17],這真的很考驗技術。根據最後成品質量,石青在中國畫中也分為頭青、二青等。
#什麼樣的藍色最好看
雖然上面介紹了很多藍色,不過我在最後最好還是迴歸一下正題。
就像 iPhone 一樣,很多人拿到新手機以後看到網上大家曬圖,什麼 iPhone 12 的藍色不好看,明明是便宜的這款才不好看。
為了給大家洗洗眼睛,在這裏我也給大家推薦一款小編非常喜歡的藍色。
這款藍色來自一種哺乳動物
它叫洛馬米長尾猴,2007 年才被發現[18]

洛馬米長尾猴近照
一個大臉盤子,長得有點像貓頭鷹
安詳而又普通
不過它的屁屁,卻是藍色的。
奪 人 心 魄

雖然生物裏面藍色的也有很多
但這抹妖豔的藍色
哪個男孩/女孩看了不愛呢?
狗頭保命,大家評論區見參考資料
[1]
Navis-MDT 微博: https://weibo.com/3513171522/JqFMZsf71
[2]
酞菁蘭, Chemicalbook: https://www.chemicalbook.com/NewsInfo_948.htm
[3]
如何選用着色劑,要怎麼識別?: http://www.yaosuliao.com/cms/show-1014.html
[4]
YInMn Blue, wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/YInMn_Blue
[5]
普魯士藍:顏料歷史的關鍵,趙慶宗,知乎: https://zhuanlan.zhihu.com/p/30632629
[6]
鈷藍、埃及藍、普魯士藍分別長怎樣?淺談藍色的歷史: https://everylittled.com/article/117373
[7]
酞菁, Pathalocyanine, wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Phthalocyanine
[8]
髮色團, wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Chromophore
[9]
William Henry Perkin: https://en.wikipedia.org/wiki/William_Henry_Perkin
[10]
Löbbert, Gerd (2000). Phthalocyanines. Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry. Weinheim: Wiley-VCH: https://doi.org/10.1002/14356007.a20_213
[11]
油畫顏料的成分是什麼?: https://m.antpedia.com/news/1472938.html
[12]
維米爾的羣青:比黃金更奢侈,知乎專欄《咕咕的藝術八卦》,槿年: https://zhuanlan.zhihu.com/p/40562190
[13]
維米爾的 12 件軼事,Google 藝術與文化: https://artsandculture.google.com/story/kAKCQGC0Am3YLw?hl=zh-CN
[14]
藍色,Itsumademo: https://zhuanlan.zhihu.com/p/85217273
[15]
關於藍色的故事,知乎,未名er: https://zhuanlan.zhihu.com/p/24598287
[16]
千里江山圖: https://www.dpm.org.cn/collection/paint/228354.html
[17]
羣青, wikipedia: https://zh.wikipedia.org/wiki/%E8%93%9D%E9%93%9C%E7%9F%BF
[18]
Hart, John A., et al. Lesula: a new species of Cercopithecus monkey endemic to the Democratic Republic of Congo and implications for conservation of Congo’s central basin. PloS one 7.9 (2012): e44271.: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3440422/