Pigment
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(Blei-II,IV-oxid)]]
Unter Pigmenten (lat. pigmentum, ?Farbe?, ?Schminke?) versteht man anorganische oder organische, bunte oder unbunte Farbmittel, die (im Gegensatz zu den Farbstoffen) im Anwendungsmedium (praktisch) unlöslich sindvergl. DIN 55943:2001-10 Farbmittel - Begriffe.
Grundlagen
Pigmente entstehen typischerweise in Form der Primärteilchen. Die Primärteilchen können über ihre Flächen zu Aggregaten zusammenwachsen. Von Agglomeraten spricht man, wenn Primärteilchen und/oder Aggregate über ihre Ecken/Kanten verbunden sind. Durch den Dispergierprozess (Dispergierung) beim Einarbeiten der Pigmente in ein Anwendungsmedium werden die Pigment-Agglomerate zerkleinert ? es entstehen kleinere Agglomerate, Aggregate oder auch Primärteilchen ? und ? in der Regel, so vorhanden - durch ein Dispergiermedium benetzt. Dabei werden sie idealerweise statistisch über das Anwendungsmedium verteilt.
Maßgeblich für die Eigenschaften der Pigmente sind daher neben der chemischen_Struktur für sich genommen insbesondere auch Festkörpereigenschaften, wie die Kristallstruktur, die Kristallmodifikation, die Teilchengröße und die Teilchengrößenverteilung oder die spezifische Oberfläche. Der Farbeindruck selbst entsteht durch Absorption und Remission (Streuung und/oder Reflexion) bestimmter Frequenzanteile des sichtbaren_Lichts.
Speziell spricht man von Pigmenten
* in der Biologie als Farbträger so gut wie aller pflanzlichen oder tierischen Zellen und Oberflächenbildungen wie Haaren oder Federn. Ein Pigmentmangel führt bei Tieren und Menschen zum Albinismus. Hinsichtlich ihrer technischen Verwendung sind natürlich vorkommende Pigmente im Vergleich zu den synthetisch hergestellten Pigmenten bedeutungslos.
Technische Verwendung finden Pigmente
* in Lacken und Anstrichfarben (Autolacke, Gebäudeanstriche, etc.)
* in Druckfarben (z.B. im Drei- oder Vierfarbendruck auf Papier)
* bei der Einfärbung von Kunststoffen
* in Künstlerfarben und Buntstiften
* beim Drucken auf Textilien
* in Spezialanwendungen wie Kosmetika, Kerzen, etc.
Pigmente werden gemischt oder als Primärpigmente verwendet
* durch räumliche Nähe wirken primäre Pigmente intensiver (Simultankontrast)
Nomenklatur
Zur Nomenklatur der Pigmente ist zu sagen, dass man zur deren Bezeichnung üblicherweise Trivialnamen, Handelsnamen bzw. Colour-Index-Namen (generic names) verwendet, da allgemeingültige, systematische Nomenklaturen z. B. gemäß IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) bzw. CAS (Chemical Abstracts Service) mitunter zu sehr unhandlichen Namen führen.
:Beispiel: Trivialname: ?Brilliantgelb?; Handelsname: ?Aureolin modern?, ?Benzimidazolon-Gelb?; geschützter Handelsname: ?Hostaperm (TM) Yellow H4G?; Generic Name: ?Pigment Yellow 151?; CAS index name: ?Benzoic acid, 2-
Da_verschiedene_Pigmente_gemeinsame_Eigenschaften_aufweisen,_lassen_sie_sich_zu_Gruppen_zusammenfassen._Je_nach_Fachrichtung_([[Chemie/'>1-[[(2,3-dihydro-2-oxo-1H-benzimidazol-5-yl)amino]carbonyl]-2-oxopropyl]azo]-?.
Da verschiedene Pigmente gemeinsame Eigenschaften aufweisen, lassen sie sich zu Gruppen zusammenfassen. Je nach Fachrichtung ([[Chemie, Maltechnik/'>Malerei/'>Maltechnik) fällt eine solche Einteilung unterschiedlich aus.
:Siehe auch: Chrom-, Blei- und Cadmiumpigmente).
lässt sich mit Blei-II-salzen zum Pigment Bleigelb (Bleichromat) umsetzen
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(Blei-II,IV-oxid)]]
Nicht in jeden Fall lässt sich am Material feststellen, ob es natürlicher oder künstlicher Herkunft ist. Das gilt beispielsweise für bestimmte eisenoxidhaltige Farbschichten der prähistorischen Malerei. Das darin nachweisbare rote Pigment könnte aus natürlichem Vorkommen stammen oder gezielt aus gelbem Ocker am Lagerfeuer erzeugt worden sein. Ähnliche Schwierigkeiten ergeben sich im Falle von Zinnober. Der Name des Pigments Zinnober (Quecksilber
Organische Pigmente
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Organische Pigmente kommen in der Natur vor (?Tier-? oder ?Pflanzenfarben?) und lassen sich teilweise mit einfachen Mitteln produzieren, z. B. das Rebschwarz. Manche haben ihre Bedeutung verloren, wie das einst aus dem Urin von Kühen hergestellte Indischgelb. Auch das Hämoglobin (der Farbstoff des Blutes) zählt zu den Pigmenten. Durch Aufnahme und Abgabe von Sauerstoff kann die Struktur und somit die Farbe des Eisen-Hämoglobin-Komplexes von rot bis rotviolett variieren (vgl. Abbildung und unter Komplexchemie, Reduktion und Oxidation). Ähnlich kann auch der Farbstoff Indigo von einer farblosen in eine farbige Form umgewandelt werden, indem er mit Sauerstoff reagiert.
des Farbstoffes Indigo im Kalottenmodell]]
Die Gruppe der synthetischen organischen Pigmente wird nach ihrem chemischen Aufbau in die Gruppe der sog. Azopigmente und der sog. "Nichtazopigmente" oder "Polycyclischen Pigmente" eingeteilt. W. Herbst, K. Hunger, Industrial Organic Pigments, 2nd edn., Wiley-VCH, Weinheim 1997 Wichtige Azopigment-Klassen sind die beta-Naphthol-Pigmente, die Naphthol AS-Pigmente, die Pyrazolon-Pigmente, die N-Acetessigsäureanilid-Pigmente, die Azometallkomplex-Pigmente und die Diaryl-Gelb-Pigmente. Wichtige Polycyclische Pigmentklassen sind die Chinacridon-Pigmente, die Diketopyrrolo-pyrrol-Pigmente, die Dioxazin-Pigmente, die Perylen-Pigmente, die Isoindolinon-Pigmente und die Kupfer-Phthalocyanin-Pigmente.
Kommerziell erhältliche synthetische organische Pigmente sind z. B. die Permanentgelbs oder Heliogenblaus (Sortimentsbezeichnungen / registrierte Marken von Clariant International Ltd, Muttenz, CH bzw. BASF AG, Ludwigshafen, DE), die zur Gruppe der sog. Teerfarben zählen. Im Handel erhältliche Pigmente dieser Art sind in der Regel mit anderen Substanzen gemischt, um bestimmte anwendungstechnische Eigenschaften zu erzielen bzw. zu bewahren und um die Weiterverarbeitung zu erleichtern.
Unlösliche Farbstoffe finden auch in der Textilfärberrei Anwendung: Von Farblacken spricht man in diesem Sinne, wenn lösliche Farbstoffe als (Färbemitteln) auf der Faser durch Umsetzung mit Metallsalzen oder auch Tannin fixiert werden (sog.Verlackung).
Indikatoren sind Farbstoffe, deren Farbe sich mit dem pH-Wert der Lösung ändert: Sie zeigen bei Zugabe von Säuren oder Basen einen Farbumschlag (siehe unter Indikator (Chemie) und Titration).
Substratfarben bestehen aus einer farbtongebenden Komponente und einem mehr oder weniger farblosen Pigment, dem Substrat. Beide Komponenten werden in einem Umwandlungsprozess wasser- und bindemittelunlöslich aneinander gebunden. In der Antike und im Mittelalter wurden meist Pflanzenfarbstoffe (Färberpflanze) auf ein weißes Substrat wie Kreide oder Bleiweiß aufgezogen; dabei wurden Beizstoffe wie Alaun und Soda zugesetzt, die die Verbindung zwischen Farbstoff und Substrat verbesserten und fixierten.
Hinsichtlich der Toxikologie von organischen Pigmenten kann man zusammenfassend sagen, dass diese Pigmente für sich genommen aufgrund ihrer schweren Löslichkeit physiologisch gesehen als praktisch inert gelten, d. h. gesundheitliche Bedenken ergeben sich vornehmlich aus ihrem Staubcharakter (Feinstaub). Organische Pigmente gelten als biologisch praktisch nicht abbaubar. Da Pigmente im Zwischen- oder Endprodukt allerdings unter Verwendung von Dispergiermitteln, Bindemitteln, Lösemitteln und/oder dergleichen eingesetzt werden, ist gegebenenfalls die toxikologische Wirkung dieser Stoffe zu berücksichtigen.
F. Leuschner, Toxicology Letters,2, 253-260, 1978
R. Anliker, E.A. Clarke, Chemosphere, 9, 595-609, 1980
W. Herbst, K. Hunger, Industrial Organic Pigments, 2nd edn., Wiley-VCH, Weinheim 1997
Effektpigmente
Aluminiumbronzen
Es sind mit Abstand die wichtigsten Metall-Effektpigmente.
Die Bronzen bestehen generell aus extrem dünnen Plättchen reinen Aluminiums. Die Qualität des Pigmentes wird von der Teilchengröße und von der Regelmäßigkeit der Teilchenform bestimmt.
Perlglanzpigmente
Sie bestehen aus plättchenförmigen Trägersubstraten, meist natürlicher Glimmer oder sehr dünnen Glasplättchen, die in speziellen Prozessen mit einer oder mehreren äußerst dünnen und sehr gleichmäßigen Oxidschichten Beschichtet werden. Die Schichten können beispielsweise aus Siliciumdioxid, Titandioxid, Eisen(III)-oxid oder Zirkoniumdioxid bestehen. Als Beschichtungsverfahren werden im wesentlichen Sol-Gel-, CVD oder PVD-Verfahren eingesetzt. Die erzeugten Schichtstärken liegen dabei im Bereich von ca. 100 nm. Durch die geschickte Wahl des Beschichtungparameter, wobei v.a. die Brechzahl, Schichtstärke und Schichtfolge wichtig sind, können durch den Effekt der Interferenz nahzu beliebige Farben und Farbtöne realisiert werden. Man spricht daher auch von Interferenzpigmenten.
Beim Herstellungsverfahren ist die präzise Kontrolle der Beschichtungsstärke (auf ca. ± 3 nm) und deren Homogenität entscheidend.
Unter bestimmten Bedingungen können auch blickwinkelabhängige Farben ("Farb-Flop") erzeugt werden. D.h. je nach Betrachtungswinkel des mit dem Interferenzpigment beschichteten Gegenstandes, nimmt der Betrachter einen anderen Farbton war.
Die Perlglanzpigmente sind gesundheitlich bedenkenlos. Sie sind von der FDA zum Einfärben von Lebensmitteln zugelassen.
Leuchtpigmente
Leuchtpigmente für Leuchtfarben lassen sich in Phosphoreszierende Stoffe für Tagesleuchtfarben (?Neonfarben?) und Fluoreszenzpigmente für Nachleuchtfarben (Luminova-Pigmente) unterscheiden. Radioaktive Leuchtmittel sind keine Pigmente, sondern Stoffgemische.
Geschichte
Belege für die Verwendung von Erdfarben reichen bis weit in die Prähistorie zurück. In der Fels- und Höhlenmalerei sind Erdfarben nachgewiesen. Es ist davon auszugehen, dass sie seit der Frühzeit der Menschheit auch der Körperbemalung dienten. Ockergelbe, weiße und rostrote bis braune Farbtonabstufungen sind als natürliche Vorkommen häufiger anzutreffen. Seltener kommen grünliche Erden vor, ebenso rar sind als Pigment geeignete schwarze Mineralien. Dennoch konnte der prähistorischen Maler seine Farbpalette leicht mit schwarzer Holz- oder Knochenkohle erweitern.
Solche aus dem Lagerfeuer hervorgehenden Produkte können bereits den künstlichen Farbstoffen zugeordnet werden. Das gilt auch für ziegelrot gebrannten Ocker. Er und ebenso Holzkohle können allerdings auch durch natürliche Feuer entstehen. Unter solchen Umständen hat die in maltechnischer Tradition stehende schematische Gruppierung in natürliche und künstliche Pigmente unter geschichtlichen Aspekten wenig Sinn. Die Geschichte der Herstellung und Verwendung von Pigmenten ist deshalb im einzelnen zu betrachten. Erschwerend ist dabei die Bestimmung der Pigmente anhand überlieferter Namen.
Siehe auch
Melanin, Hämoglobin, Chlorophyll, Flavonoide, Carotinoide, Glasläufer, Colour Index, Hautaufhellung
Quellen
Literatur
* DIN Deutsches Institut für Normung e.V. (Hrsg.): DIN-Taschenbuch 157: Farbmittel 2. Pigmente, Füllstoffe, Farbstoffe. Beuth Verlag GmbH, Berlin, Wien, Zürich. 3. Aufl., 1997.
* Herbst, W.; Hunger, K.: Industrial Organic Pigments - Production, Properties, Applications; 3., vollst. überarb. Auflage, Wiley-VCH, Weinheim, 2004.
* Smith, H. (Hrsg.): High Performance Pigments, Wiley-VCH, Weinheim 2002.
* Buxbaum, G.; Pfaff, G. (Hrsg.): Industrial Inorganic Pigments, 3., vollst. überarb. u. erw. Auflage, Wiley-VCH, Weinheim, 2005
Weblinks
*Volkert Emrath: [http://www.emrath.de/ordnen.htm Differenzierung von Farbmitteln]
*Thomas Seilnacht: [http://www.seilnacht.com/Lexikon/FLexikon.htm Lexikon der Pigmente und Farbstoffe]
*Bruce MacEvoy: [http://www.handprint.com/HP/WCL/color1.html Paints. How watercolor paints are made]. In: [http://www.handprint.com/HP/WCL/pigmt1.html#pigmenttypes Handprint. Watercolors]. (englisch)
