Buscando un nuevo color de mil millones de dólares

Nunca hemos tenido un pigmento rojo realmente seguro, estable y brillante. Su invención puede comenzar con YInMn, el primer pigmento azul creado en dos siglos.

Mas Subramanyan , la estrella más grande en el mundo poco conocido de la investigación de pigmentos, está mirando un grupo de latas de cuello ancho que contienen polvos en todos menos uno de los colores del arcoíris. Hay naranja, amarillo, verde, azul, azul y morado. "Estamos cerca de la meta", dice con optimismo. Y señala un frasco con polvo rojo marrón, ahumado y con un toque que recuerda al pimentón. Bonito color, pero no el que está buscando.

Durante los nueve años de su estadía temporal en el sofisticado mundo de las flores, Subramanyan, profesor de ciencias de los materiales en la Universidad de Oregon en Corvallis, quedó completamente fascinado por el mundo de la química, que él, como muchos de sus colegas, había considerado anteriormente un campo de baja tecnología. Ganó fama debido a la creación accidental de un nuevo pigmento en 2009, una sustancia que puede dar color a otro material. El azul de YInMn (se lee Yinmin ) es una mezcla de itrio, óxido de indio y manganeso, elementos de la tabla periódica que, cuando se juntan, dan lugar a algo único. YInMn es el primer pigmento azul descubierto en más de 200 años.

La industria del color fue impactada no solo por el exótico pigmento azul, sino también por otros tonos que es capaz de ofrecer. Subramanyan pronto se dio cuenta de que agregar cobre podría hacer pigmento verde. Al agregar hierro - naranja. El zinc y el titanio son de color púrpura apagado.

Estudiando sus creaciones esparcidas por el banco de trabajo, como si fuera el testimonio del bingo de Willy Wonk, frunce el ceño. "Hicimos otros colores", dice, "pero no encontramos el rojo".

El mundo carece del color rojo perfecto. Y siempre faltó. Interrumpimos con todo tipo de opciones, desde tóxicas hasta desagradables. Los gladiadores mancharon sus rostros con bermellón, un tinte a base de mercurio. Tiziano dibujó con la ayuda del mineral realgar que contiene arsénico. La forma roja del ejército británico fue creada usando un tinte extraído del escarabajo " cochinilla mexicana ". Durante varias décadas, los cubos rojos de Lego contenían cadmio, que resultó ser un carcinógeno.

Hoy en día, hay más de 200 pigmentos rojos naturales y artificiales, pero cada uno de ellos tiene problemas de seguridad, estabilidad, color y opacidad. El pigmento es rojo 254, también conocido como "Ferrari rojo", por ejemplo, es popular y seguro, pero se basa en carbono, por lo que se atenúa bajo la lluvia o el calor. "Está contraindicado que estemos al sol", dice Narayan Handandekar, director del Centro de Conservación e Investigación Técnica de Harvard Straus y curador de la colección de pigmentos de Forbes. "Lo mismo es cierto para la mayoría de los sistemas orgánicos". Un pigmento rojo es estable, no tóxico y eterno: óxido de hierro u ocre rojo, arcilla rojiza, que se encontró en pinturas rupestres paleolíticas. "Pero no es tan brillante como la gente necesita", dice Handekar.

El nuevo pigmento puede aportar cientos de millones de dólares al año, afectando a todas las categorías de productos, desde plástico y cosméticos hasta maquinaria y construcción. El pigmento azul más exitoso comercialmente, la ftalocianina , se puede encontrar en sombras de ojos, gel para el cabello e incluso en vagones de ferrocarril británicos. El pigmento azul Subramanyan parece ser superior a él, pero esto no significa que haya enriquecido al científico. Lo que comenzó en forma de investigación científica ha revelado una serie de nuevos problemas relacionados con la aprobación de YInMn, su producción y lanzamiento al mercado.

Después de comenzar este proceso, Subramanyan, siendo más un científico que un CEO, ahora está buscando un color rojo inorgánico igualmente seguro que proviene de YInMn, algo que puede dejar un Ferrari rojo, que genera $ 300 millones anuales, muy por detrás. Mark Ryan, gerente de marketing de Shepherd Color Co., una compañía con sede en Cincinnati, dijo que cualquiera que pudiera encontrar un color tan rojo "ya no podría ir a trabajar al día siguiente".

Subramanyan, al enterarse de las promesas de Ryan, sonríe. "Pero todavía iría a trabajar", dice. "Me gusta lo que estoy haciendo".

Subramanyan tiene 64 años; es bajo, un poco gordo y usa un bigote oscuro, que se dobla hacia abajo en las comisuras de sus labios. Creció en la ciudad de Chennai [ex. Madras / aprox. trans.], ubicado en la costa sureste de la India, y su pasión por lo que están hechos los objetos nació del estudio de las hermosas conchas que el mar arrojó a tierra. "¿Cómo hace la naturaleza tales cosas?" Se hizo una pregunta. Y solo mucho después comenzó a hacer preguntas sobre cómo las conchas encuentran su color.

Técnicamente hablando, los colores son la percepción visual de un color que se refracta y dispersa, o se refleja de la composición atómica de un objeto. Las computadoras modernas son capaces de mostrar 16,8 millones de colores diferentes, esto es mucho más de lo que la gente puede ver o imprimir impresoras. Para convertir un color digital o inventado en algo tangible, se requiere pigmento. "Digamos que se te ocurrió un hermoso color azul", dice Lori Presman, vicepresidenta del Pantone Color Institute, que ayuda a las empresas a desarrollar estrategias de color para marcas y productos. "¿Pero puedes realmente hacer ese color y aplicarlo en terciopelo, seda, algodón, viscosa o papel recubierto?"

"No se trata solo de color", agrega. - El punto es la composición química del color. ¿Es posible realizar esta composición en el material en el que desea aplicarla?

Estas características limitan la gama de pigmentos disponibles para ropa, construcción, tecnología y otras industrias. Un solo óxido de titanio ocupa casi dos tercios del mercado internacional de pigmentos; Tiene un valor de $ 13,2 mil millones y es responsable de la blancura crujiente de las líneas de señalización vial, pasta de dientes y donas en polvo. Históricamente, la producción de otros colores se ha asociado con la inclusión de elementos o sustancias inorgánicas peligrosas: plomo, cobalto o incluso cianuro. En los últimos años, las reglas relacionadas con la salud y el medio ambiente han generado un cambio activo hacia pigmentos orgánicos más favorables, como resultado de lo cual los investigadores descubren muchos nuevos colores negro, amarillo y verde. Pero el azul es un asunto completamente diferente.



Subramanyan entró en los anales de la investigación de pigmentos, aunque él mismo no buscó pigmento y ni siquiera mezcló ingredientes que pudieran dar lugar a un color en particular. Él y sus colegas estaban involucrados en la electrónica, específicamente, multiferroicos , materiales que estaban polarizados simultáneamente tanto magnética como eléctricamente, lo que podría ser útil para crear computadoras. El itrio parece blanco opaco, el óxido de indio es negro y el manganeso es de color amarillo amarillento. Andrew Smith, uno de los estudiantes graduados bajo el liderazgo de Subramanyan, los molió a gris, colocó la mezcla en un plato y la puso en el horno a una temperatura de 1200 ° C. Doce horas más tarde, un azul intenso, enérgico y embriagador fue sacado de la estufa. Era tan brillante, tan sorprendente que parecía casi extraterrestre: el arándano Venusiano más fresco, pelado, pulido y brillante desde el interior.

"¿Qué demonios pasó?" Subramanyan preguntó cuando lo vio.

"¡Hice exactamente lo que me pediste!"

"¿Estás seguro de que preparaste todo bien?"

"Sí".

"Vamos a intentarlo de nuevo".

Subramanyan sabía algo sobre los descubrimientos. Después de recibir su doctorado en química del Instituto Indio de Tecnología de Madrás, pasó tres décadas investigando la química de los materiales sólidos en DuPont Co., esencialmente estudiando la composición de todo lo que no era líquido. Registró 54 patentes, principalmente relacionadas con superconductores, materiales termoeléctricos y otros temas esotéricos de interés solo para un círculo estrecho de químicos involucrados en electrónica. Nada colorido Pero Subramanyan se dio cuenta de que algo interesante había sucedido.

Se contactó con colegas de la Universidad de California, Santa Bárbara. "Debes ver esto para creer", dijo. No compartieron sus delicias opcionales.


Diferentes concentraciones de manganeso dan diferentes tonos y densidades de color.

"Nunca había visto ese color en mi vida", recuerda. "Hice tantos óxidos". Los superconductores son siempre negros, marrones, a veces amarillos. Nunca he hecho tal cosa ". Es como si cruzara tomates con cebollas y obtuviera un melón. "Estaba constantemente preocupado, ¿es real o estoy soñando?"

El azul es una de las flores más comunes en la naturaleza, pero resultó que es muy difícil de crear para una persona. Cuando los antiguos egipcios intentaron reproducir el tono profundo y oceánico del ultramar para decorar tumbas, papiros y pintura, recibieron un color turquesa. En el Renacimiento, el ultramarino podría valer más que el oro, porque el lapislázuli del que se hizo este pigmento se extrajo en el lejano Afganistán. (Y, sin embargo, Miguel Ángel logró obtenerlo lo suficiente como para pintar el techo de la Capilla Sixtina.) El primer pigmento sintético moderno, el azul de Prusia , una mezcla de hexacianoferratos, fue descubierto a principios del siglo XVIII por un químico alemán que intentó crear un color rojo. Desde entonces, muchos pigmentos azules comunes (azul, medianoche, aguamarina, smalt) contienen trazas de cobalto, que probablemente sea cancerígeno.

Subramanyan y Smith comenzaron a probar su mezcla sumergiéndola en ácido. Les gustó el hecho de que ella no se disolvió. También se ha encontrado que YInMn es inerte, no opaco y no tóxico. Era más confiable que el azul ultramarino y prusiano, más seguro que el azul cobalto , más claro que el azul de ftalocianina, más oscuro que el azul victoriano. Reflejaba bien el calor, lo que probablemente permitiría que un objeto cubierto con ese tinte permanezca frío bajo el sol. Subramanyan colocó dos pajareras de madera debajo de un par de lámparas en una mesa en la oficina. El techo de uno de ellos estaba pintado a la mitad con óxido de cromo negro y azul cobalto; el otro es negro mezclado con azul YInMn. Una caja de anidación manchada con YInMn permaneció a 55 grados [° F; aproximadamente 11 ° C / aprox. trans.] más frío que el otro.

Subramanyan escribió un artículo científico que describe su pigmento azul, y lo publicó en el Journal of the American Chemical Society, y luego solicitó una patente (No. 8,282,728, octubre de 2012). El hecho de que se convirtiera en el padre de un nuevo tipo de pigmento azul atrajo la atención de los medios y luego de las corporaciones. Subramanyan quedó sorprendido por el interés y rápidamente solicitó nuevas subvenciones del gobierno. "Pensé que todo ya se sabía en esta área", dice. "¿Quién me daría dinero para investigar pigmentos?"


Mezcla de itrio, indio y manganeso para obtener YInMn

Pero había más en juego de lo que pensaba. La compañía de investigación Ceresana estima la industria de pigmentos en $ 30 mil millones, liderada por importantes compañías químicas como Lanxess, BASF, Venator (una sucursal de Huntsman) y Chemours (una sucursal de DuPont). Los mejores pigmentos, los más brillantes, más estables y más confiables, representan un segmento de rápido crecimiento del mercado y fueron responsables de una sexta parte de su volumen en 2016, según un estudio de Smithers Rapra Ltd. La demanda de pigmentos está creciendo a medida que los tintes a base de plomo están desapareciendo gradualmente, y los nuevos mercados están utilizando tintes para fines industriales y de construcción.

Un pigmento azul seguro, confiable y ecológico debe ser extremadamente rentable. Es, por un amplio margen, el color favorito de los estadounidenses, según Presman del Pantone Color Institute. "El azul es un concepto de esperanza, promesa, fiabilidad, estabilidad, calma y confianza", dice ella. - Creemos que este es el color de la constancia y la verdad. Este es uno de los colores más atractivos y cómodos ". El azul es el centro principal de marcas como Ikea, Ford, Walmart y Facebook. Se encuentra en los estantes de los refrigeradores, en las paredes y en la ropa. Dos tercios de los equipos de Grandes Ligas usan uniformes azules. El color azul se puede encontrar en todas partes.

Las compañías que llamaban a Subramanyan tenían muchas ideas sobre YInMn. HP quería saber si se podía hacer tinta con ella. Chanel estaba interesado en su uso en cosméticos. Merck: sobre el cuidado de la piel. Nike se preguntó si podría usarse para teñir el cuero de los zapatos deportivos para mantener sus pies frescos. Los subcontratistas de las empresas que trabajan en automóviles robot creen que las capacidades reflexivas de YInMn podrían mejorar el rendimiento del sensor.

Los distribuidores de pigmentos también están interesados. Shepherd color Co. envió representantes a la Universidad de Oregon una semana después de la publicación del trabajo, y luego pasó dos años revisando YInMn por impacto ambiental, cumplimiento normativo y costo. El siguiente paso es la licencia. La patente pertenecía a Subramanyan, pero la universidad tenía derecho a regalías, ya que el descubrimiento se realizó en un laboratorio de su propiedad. Shepherd recibió una licencia exclusiva en 2015, e inmediatamente comenzó a prepararse para la producción de lotes de media tonelada para el mercado, que, desde su punto de vista, era lo más valioso: revestimiento industrial y cubiertas de techos. En septiembre pasado, ocho años después de la apertura de Subramanyan, la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos finalmente aprobó YInMn para uso comercial para recubrimientos industriales y plásticos. Shepherd entró rápidamente en el mercado.



El siguiente paso natural para la compañía fue solicitar la inclusión en la lista de control de sustancias tóxicas, lo que permitiría el uso de colorantes en todas partes, potencialmente en aquellos casos que eran de interés para Nike y otros. Pero hasta ahora, Shepherd no ha presentado dicha solicitud. Hasta ahora, YInMn ha hecho otras entradas al mercado con Crayola LLC, cuyo primer lápiz nuevo en una década, Bluetiful supuestamente ha sido "inspirado" por YInMn - Shepherd no sabe si la compañía paga regalías - y Derivan, la compañía de pintura australiana que convirtió esto pigmento en pintura acrílica, que ofrece para probar a artistas en varias tiendas minoristas.

El mercado disponible para Shepherd está limitado por el alto costo del pigmento, debido al costo del indio, un metal utilizado principalmente en la producción de capas transparentes, delgadas y conductoras de teléfonos inteligentes con pantalla táctil. Para estos fines, debe ser extremadamente limpio, lo que, junto con una alta demanda, significa que su costo es de $ 720 por kg a fines de 2017 (el manganeso cuesta $ 1.74). Como resultado, el YInMn de Shepherd cuesta $ 1,000 por kg y es el pigmento más caro. Ryan, gerente de marketing de Shepherd, bromea diciendo que a menos que el meteorito de la India caiga en algún lugar del suroeste de Ohio, el costo seguirá siendo alto.

Pero esto no significa que no pueda ganar dinero con eso. Jeffrey Peak, gerente de investigación y desarrollo de Shepherd, dijo que YInMn y otros pigmentos inorgánicos complejos son las posiciones más confiables entre los productos de la compañía. Como pintura, se les puede dar una garantía de hasta 50 años, y esto vale la inversión en un techo de metal o fachadas para rascacielos. Otras aplicaciones y precios más bajos no aparecerán antes de que los investigadores de Shepherd o la Universidad de Oregon puedan reemplazar al indio sin comprometer el azul.

El lento progreso de las inspecciones y la aprobación de los reguladores, las regalías a los abogados y otros costos de licencia significan que casi nueve años después de la apertura, Subramanyan aún no ha visto ninguna regalía. Y, sin embargo, YInMn revivió su carrera y le dio una nueva dirección. "Si podemos crear un hermoso pigmento rojo, estable y no tóxico, será un gran éxito", dice. "Eso espero".

La patente número 8.282.728 es, en principio, algo mucho más valioso que el propio YInMn. Solo menciona brevemente el "rico color azul". La verdadera invención de Subramanian es la estructura cristalina (organización de los átomos) de un material llamado coordinación trigonal bipiramidal. El manganeso le da un color azul, y al ajustar su proporción en la mezcla, puede hacer que el tono sea más claro o más oscuro. Pero, como demuestran las latas Subramanyan con púrpura y verde pantanoso, esta estructura es capaz de absorber (y reflejar) otros colores. Este descubrimiento fue como encontrar una puerta secreta en una estantería.

June Lee, investigadora junior en el laboratorio de Subramanyan, dice que primero pensaron que solo reduciendo la cantidad de indio podrían enrojecerse. Pero no fue tan simple. La mayoría de los tintes rojos son semiconductores, y se requieren diferentes trucos para mantener su conductividad. Un enfoque es ajustar la distancia entre los átomos de la mezcla, lo que cambia la energía de absorción de los electrones sobre los que cae la luz, por lo que la composición absorbe el azul y refleja el rojo. Pero este enfoque podría devolver el material a su color gris claro original. "Puede intentar predecir el resultado", dice ella. "Pero ciertamente no lo harás".

Reducir la proporción o reemplazar el indio haría que el nuevo tinte rojo fuera más barato (y potencialmente conduciría a la versión YInMn del azul sin indio). La incapacidad de comparar el costo y la demanda fue ahogada por el tinte rojo más prometedor de las últimas décadas, un tono rico descubierto a fines de la década de 1990 por dos investigadores alemanes. Buscaban un sustituto del cadmio, el metal pesado natural presente en la corteza terrestre. En pinturas, el cadmio siempre se ha considerado seguro y confiable;Su brillo animó el trabajo de Monet, Van Gogh y Munch. Pero ganó notoriedad debido a su capacidad para filtrarse en el medio ambiente desde la producción y contaminar los suministros de alimentos. Un estudio de 1997 encontró rastros de cadmio en las mochilas, juguetes y auriculares de los niños. (Después de eso, este metal se encontró en joyas de marca de Miley Cyrus y en los asientos del Highbury Stadium, el antiguo estadio del Arsenal).

Los investigadores alemanes usaron el pigmento rojo en lugar de las perovskitas de cadmio (CaTaO ₂ N y LaTaON ₂) En un artículo en la revista Nature en 2000, declararon que el tinte inorgánico parece ser un "reemplazo prometedor" para los colores a base de cadmio. Pero la mezcla resultó ser demasiado cara para la venta al por mayor (y su producción requería gas de amoníaco tóxico), por lo que nunca ingresó al mercado comercial.

La Unión Europea estaba pensando en prohibir la venta de tintes a base de cadmio, pero antes de que la presión de grupos de artistas decidiera no hacerlo. Al igual que la Comisión de Seguridad de Productos para el Consumidor de EE. UU., Que recomendó el "consumo diario aceptable" de cadmio después de las peticiones de abogar por su regulación. El cadmio está ahora en el séptimo lugar en la lista de 275 sustancias peligrosas compiladas por la Agencia de Sustancias Tóxicas y Enfermedades (cobalto en la 51ª).

Para Subramanyan, el éxito significaría el descubrimiento de un pigmento rojo que podría reemplazar no solo el cadmio, sino también los colorantes sintéticos. Entre ellos se encuentra el "rojo natural 4", seguro para el consumo desde el punto de vista de la Administración de Drogas y Alimentos de los EE. UU., Pero de corta duración en forma de pintura y carmín , un pigmento liberado de insectos que ha llamado la atención de PETA (People for Ethical) actitud hacia los animales). Pensarás dos veces antes de comprar lápiz labial hecho sobre la base.

El rojo puede no ser el color favorito de los estadounidenses, pero es el color del coraje y la seducción, la alegría y la revolución, y sigue siendo importante para todo el mundo en términos de cultura y comercio. Presman dice que este es el color más audaz, excepto el negro, proyecta poder y autoridad (buenas cualidades para las señales de alto). Los automóviles rojos representan solo el 8% de la población de automóviles, pero se puede ganar suficiente dinero para esto, especialmente teniendo en cuenta la prevalencia de este color entre los automóviles deportivos brillantes y caros.

Subramanyan quiere hacer rojo, lo que reemplazará a los existentes, pero será tan seguro que puede estar en las tiendas sin ningún tipo de disfraz. "Voy a una ferretería y veo solo números de flores", dice. - Nadie sabe qué hay en términos de química. Asombroso Lo damos por sentado. Vemos el color y decimos: "Está bien, probablemente esté formado por pigmento". Pero nadie sabe qué hay realmente detrás de este color ".

En una cena en un pub en la calle donde se encuentra su laboratorio, Subramanian menciona un viaje reciente que hizo con su esposa, una artista, a Nueva York. "Fuimos al Museo GuggenheimEl dice. "Solía ​​odiar ir a museos". Le pediría que fuera sola e iría a la universidad más cercana para visitar el departamento de química ”. Pero en este viaje, se detuvo delante de " Blue Mountain " de Wassily Kandinsky , y durante mucho tiempo mirando a ultramar, que se utiliza para una imagen atrae la atención de las montañas. "Es sorprendente cuánto cambió mi vida", dice Subramanian sobre YInMn.

Las paredes del pub son de color rojo apagado y oxidado. Él expertamente echa una mirada alrededor, diciendo que no está impresionado. "Óxido de hierro", dice. "Definitivamente".


Cuatro discos con YInMn después de hornear. El disco en el centro contiene la mezcla prensada antes de hornear.

Nuevamente admite que no le preocupa la falta de pagos en efectivo de YInMn. Está orgulloso de que su 57ª patente en su carrera, aunque no sea particularmente tangible, sea al menos aproximadamente entendida por la persona promedio. Un extraño se le acercó recientemente en el aeropuerto, quien lo reconoció como el inventor de un nuevo color y le preguntó: “Es un color azul muy hermoso. ¿Cómo te topaste con él?

La dificultad en el estudio de los tintes radica en el hecho de que incluso después de una planificación muy cuidadosa y estrategias de construcción, aún no puede estar seguro de lo que hizo hasta que abra la puerta de la estufa. Subramanyan buscaba productos electrónicos y encontró un nuevo azul. Tal vez, en busca de un nuevo rojo, bromea, tropezará con algunos nuevos dispositivos electrónicos.

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