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Unterscheidung Farbmittel - Pigmente - Farbstoffe
- Farbmittel: alle farbgebenden Stoffe
o Unterteilung in organische und anorganische Verbindungen
§ Anorganische Farbmittel = Pigmente
§ Organische Farbmittel = Pigmente oder Farbstoffe
- Pigmente: Farbmittel, die im Anwendungsmedium (Bindemittel, Verdünnungsmittel) nicht löslich sind (Bildung von Pigmentteilchen nach Auftragen)
o Liegen in Endanwendung als fein verteilte Feststoffe vor (kristallin, je kleiner die Kristalle, desto höher die Farbstärke)
o Unterteilung in:
§ Erdpigmente: Grünerde, gelber Ocker, Umbra
è Können aus farbigen Erden gewonnen werden
§ Mineralpigmente: Lapislazuli, Malachit, Zinnober, Eisenoxide
è Können durch das Mahlen von Mineralien gewonnen werden
§ Synthetische Pigmente: Smalte, Titanoxid, Cobaltpigmente
è Nur künstlich herstellbar
- Farbstoffe: Farbmittel, die im Anwendungsmedium löslich sind
o Haben die Eigenschaft andere Materialien zu färben
o Unterteilung in synthetische und natürliche Farbstoffe
§ Synthetische Farbstoffe: Azofarbstoffe ( R-N=N-R', z.B. Kongorot)
§ Natürliche Farbstoffe: tierisch (Hämoglobin, Purpur) oder pflanzlich (Indigo, Chlorophyll, Carotin)
Geschichte der Farbstoffe
- bis heute ist es unbekannt, wann der Mensch das erste Mal Farben zur Differenzierung, Dokumentation und Verschönerung seiner Unwelt benutzt hat
o Höhlenmalereien aus vorgeschichtlicher Zeit (älteste, ca. 30.000 Jahre alt) zeigen bereits eine differenzierte Anwendung von Farben (Benutzung von Erdfarben)
- Funde zeigen gewisse Perfektion in der Auswahl und Anwendung der Farben
o Vermutung: nicht die ersten Anfänge der Verwendung von Farben
- Älteste Funde von Farbstoffen auf Textilgeweben: 3.000 v. Chr.
o In germanischen Siedlungen der jüngeren Steinzeit: Reste von Samen und Pflanzen gefunden, die zum Färben geeignet sind
- Pflanzliche Farbstoffe (z.B. Krapp, Indigo, Safran) auf Mumienbändern und Textilresten in altägyptischen Gräbern gefunden
- zunächst Mineralfarben (anorganische Verbindungen) zur Darstellung der Umwelt benutzt und in Natur gefunden
o Venetianischrot, Pompejanischrot Fe2O3
o Chromgrün Cr2O3
o Chromgelb PbCrO4
o Zinnober HgS
- Später: Entdeckung von Farbstoffen in Tieren und Pflanzen (organische Verbindungen, Naturfarbstoffe)
è Färben von Gewändern und Kleidern
è Sehr kostbar, da in aufwendiger Arbeit aus beträchtlichem Pflanzen- und Tiermaterial nur in geringen Mengen gewinnbar
o Antiker Purpur ("Königspurpur"): 1 Gramm Farbstoff gewonnen aus ca. 8000-9000 Purpurschnecken benötigt, um aus Drüsensekret Purpur zu gewinnen (Dibromindigo)
o Dunkelroter Karmin aus der getrockneten Cochenillelaus
o Türkischrot aus der hellblutroten Wurzel der Krapp-Pflanze
§ Naturfarbstoffe erhalten Farbcharakter häufig erst im Zusammenspiel mit der Luft
- Durch Handel mit anderen Völkern, die Entdeckung Amerikas 1492 und des ostindischen Seeweges 1498, sowie die Eroberung Mexikos 1532 kamen neue Farbstoffe nach Europa
- Nachteile der Naturfarbstoffe:
o Gaben durch beschränkte Anzahl nur einen kleinen Teil des Farbenbereiches wieder
o Infolge des Rohstoffangebotes sehr teuer und in ihrer Anwendung nur eng begrenzten Bevölkerungsschichten zugänglich
- 1818: Entdeckung der Teerfarbstoffe durch Jassmügger
è keine Nachteile durch Naturfarbstoffe mehr, da durch reichlich vorhandene Rohprodukte und Herstellungsverfahren eine preisgünstige Produktion ermöglicht wurde
- 1834: entscheidende Grundlage für die Entwicklung der modernen Farbstoffchemie durch die Entdeckung des Phenols und des Anilins im Steinkohleteer durch den deutschen Chemiker Friedlieb Ferdinand Runge gegeben
- 1856: der 18-jährige Student William Perkin macht in London eine zufällige Entdeckung
o wollte durch Oxidation von Anilin Chinin (fiebersenkendes Mittel) herstellen, erhielt aber eine schwarzviolette Masse, aus der er durch Extraktion mit Alkohol einen violetten Farbstoff gewinnen isolieren konnte (Mauvein)
- Entwicklung von über 100.000 verschiedenen Farbstoffen bis zum heutigen Tage
o Aber: nur ca. 4.000-5.000 entsprechen den Bedingungen, die man sowohl produktions- als auch anwendungstechnisch an einen Farbstoff stellt
- Anfängliches Suchen nach neuen Farbstoffen zunächst zufallsbedingt
o Heute: systematische Erforschung der Zusammenhänge zwischen Konstitution und Farbe einer chemischen Verbindung
Bedeutung der Farbstoffe
- Denkbar: Einsatz von Symbolen aus Farbe viel früher vollzogen als die eigentliche Sprache
o Steinzeit: rot mit lebenserhaltender Kraft was zur Beigabe von Ocker bei steinzeitlichen Bestattungen führte
è Erklärung für Funde von ganz in Ockerpuder eingebetteten Skeletten
- Auch im Altertum: symbolische Wirkung der Farben
o Tiere, Bäume und Gegenstände mit roter Farbe bestrichen, da man glaubte, die schütze vor Gefahren
o Bei den Ägyptern: rot als zerstörerisches Symbol
o Bei den Römern: rot bewusst getragen
§ Flammeum (feuerroter Schleier römischer Bräute) galt das Sinnbild für Liebe und Fruchtbarkeit
- Zugehörigkeit und Religion bei den Naturvölkern Amazoniens, Neuguineas, Afrikas
- Auffinden von künstlerisch bearbeiteten Kultgegenständen wie Zähne und Knochen und die Tatsache, dass sich viele Höhlenbilder an Stellen mit besonders guter Akustik befinden, lässt auf kultische und religiöse Bedeutung der Höhlenkunst schließen
o Beispiele heute:
§ Ureinwohner Australiens: haben Kultur bis heute behalten
è Gibt Aufschluss über religiöse Bedeutungen der Höhlenkunst
è In Felsenbildern: Seelen der dargestellten Wesen enthalten
è Können durch Malen, Berühren und Abhalten von Kulthandlungen in den Höhlen zu neuer Verkörperung und Fruchtbarkeit angeregt werden
§ Schamanismus: älteste fassbare Religion der Menschheit
è Entstanden zur Zeit, als Jagd von zentraler Bedeutung
è Auf manchen Höhlenbildern: Darstellung von Menschen, die in Tierfelle eingehüllt sind oder als Kopfaufsatz Geweihe oder Tierkappen trugen
è Wahrscheinlich Darstellung von Schamanen, da man sich vorstellte, dass Schamanen zu den Tierseelen und Naturkräften eine besonders enge Beziehung besaßen
è Durch Malen von Felsbildern oder Schlagen von Trommeln in Trance: Einwirken auf Geister Tierseelen, Anregung zur Fruchtbarkeit oder Anwendung von Naturkräften zur Heilung
- Sozial-differenzierte Anwendung von Farben
è Nur Cäsar durfte Purpurgewänder tragen, Senatoren mussten sich mit einem roten Streifen auf der Schulter begnügen
è Heute: Kardinalspurpur
è Ähnlich wie Purpur auch das imperiale Gelb ("Kaisergelb") der Mandaringewänder in China (angefärbt mit Rutin aus Gelbbeeren): nur bestimmten Gesellschaftsschichten vorbehalten
- Bedeutung heute: Ausdrücken bestimmter Gefühle und Emotionen durch das Tragen von bestimmten Farben und Assoziation von Begriffen mit bestimmten Farben (schwarz = Trauer, weiß = Unschuld, gelb = Eifersucht, grün = Hoffnung)
Gebrauch von Farbstoffen und Pigmenten
Medizin:
- eng verbunden in ihrer Entwicklung waren Farbstoff- und Pharmazeutische Industrie:
o Erfolge in Genforschung:
§ Mit Anilinfarben: Nukleinsäuren im Zellkern entdeckt und Sichtbarmachen der Chromosomen
o Robert Koch: Existenz und Wirkung des winzigen stäbchenförmigen Bazillus im Gewebe von Tuberkulosekranken nachweisbar (gelang ihm auch später im Fall der Cholera)
o 19. Jhdt.: Molekularstrukturen vieler Farbstoffe noch nicht exakt ergründet
è Experimente an Gewebe und Zellen
§ Paul Ehrlich: Methylenblau nicht nur zur bakteriologischen Diagnose, sondern selbst auch mit nützlichen medizinischen Eigenschaften
è Wirkt keimtötend
è Verwandelt Hämoglobin in Methämoglobin (Fe oxidiert, keine Rolle mehr für Sauerstofftransport): Behandlung von Cyanidvergiftungen
§ Andere Farben mit medizinischer Wirkung
è Kongorot: Behandlung von rheumatischem Fieber und als Gegengift bei Diphtherie
è Acringelb: antibakterieller Wirkstoff
è Orangerot fluoreszierendes Mercurochrom als Desinfektionsmittel bei kleineren Wunden
è Gentianaviolett: gegen Bakterien und Pilze
è Deutscher Biochemiker Gerhard Domagk: orangeroter Farbstoff Prontosil heilsam gegen Streptokokkeninfektionen (bakterielle Infektionen) und später daraus Entwicklung von Sulfonamiden (gegen Kindbettfieber, Lungenentzündung, Lepra)
§ Entwicklung der Sulfonamide durch Entdeckung, dass Prontosil selbst nicht bakterienabtötend wirkt, sondern das daraus entstehende Stoffwechselprodukt (Sulfanilamid)
Lebensmittelfarbstoffe:
- Kennzeichnung nach EU-Norm mit einer E-Nummer
- Gründe für die Anwendung:
o Verlust der Farbe des Nahrungsmittels durch Zubereitung
o Aufwertung von Nahrungsmitteln von schlechterer Qualität
- Unterteilung in natürliche (Chlorophyll, Carotin (notwendig für das Sehen beim Menschen, da das Folgeprodukt Retinal für den Sehvorgang notwendig ist)) und synthetische (Gold, Aluminium, Silber oder die gesundheitlich bedenklichen Azofarbstoffe (können Hyperaktivität oder Allergien auslösen)) Farbstoffe
- Heutige Situation:
o Mehr zurück zu den Farbstoffen, die aus Naturprodukten gewonnen werden
§ Stark färbende Farbextrakte: Rote Beete, Paprika, Hibiscus, Spinat
§ Nachteil: Farbstabilität gering und Geschmack womöglich unerwünscht verändert
o Wenn Naturfarbstoffe in einem zu färbendem Produkt gegenüber Licht, Temperatur und pH-Wert nicht stabil erfolgt der Einsatz von künstlichen Lebensmittelfarbstoffen
Textilfärbung:
- nicht alle Farbstoffe geeignet zur Textilfärbung
o müssen wasch- und lichtecht sein (dürfen sich beim Waschen nicht ablösen)
o müssen alkali- und säurefest sein, da sie ansonsten beim Waschen in der alkalischen Waschlauge die Farbe ändern
o nicht jeder Farbstoff für jede Faser gleich gut geeignet, da Fasern mit unterschiedlichen Eigenschaften
- Unterteilung der Fasern in Naturfasern (Wolle, Seide), halbsynthetische (Viscose) und vollsynthetische (Nylon, Dralon) Fasern
o Naturfasern: pflanzlich (Cellulose), tierisch (Proteine)
Kunst:
- Anstrichmittel/-stoffe: v.a. Azofarbstoffe, die als Pigmente verwendet werden und zu sehr lichtechten und beständigen Malerfarben verarbeitet werden
- Beispiele für verschiedene Künstlerfarben:
o Aquarellfarben: wasserlöslich, nicht deckend
§ Bestehend aus: lasierende Farben aus Bindemittel und Farbpigmenten, die zur Verwendung mit Wasser verdünnt werden
§ Mehrteiliges Bindemittel aus einem komplexen Gemisch an verschiedenen Polysacchariden (aus den Pflanzen Gummiarabicum oder Traganath)
§ Beim Trocknen bildet sich ein wasserunlöslicher Film, der die Pigmente einbindet
o Acrylfarben: wasserverdünnbare Kunststoffdispersionen, die zu wasserfestem Film austrocknen
§ Lösung von Polyacrylsäuremolekülen (Akrylharz, entstehend durch die Polymerisation von Acrylsäuren, einem Erdölprodukt), bei denen beim Trocknen des Bildes, der Wasseranteil aus dem Bindemittel verdunstet
§ Beim Trocknen verknäulen sich die langen Polyacrylsäuremoleküle zu einem festen wasserunlöslichen Film, in dem die Pigmentteilchen mit eingebunden sind
o Ölfarben: zu verwendeten trocknenden und halbtrocknenden Ölen (Leinöl, Mohnöl, Walnussöl, Hanföl, Rizinusöl) werden Pigmente beigegeben, um die gewünschten Farben zu erhalten
§ Beispiel: Ölfarbe aus Leinöl (am häufigsten benutzt)
è Hoher Prozentsatz der ungesättigten Fettsäuren Linolsäure (C17H31COOH) und Linolensäure (C17H29COOH), die mit Luftsauerstoff leicht oxidiert werden können
è Entstandene Oxidationsprodukte reagieren mit noch ungesättigten Fettsäuren und es bilden sich nach und nach vernetzte Strukturen
è Zunächst elastisch, später versprödeter, fester Stoff (Linoxyn), in dem die Pigmentteilchen eingebunden sind und der fest am Untergrund haftet
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