Pigment

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Pigment
Das Mineral T√ľrkis
Das Mineralpigment Ultramarin
Chromgelb, Bleichromat

Pigmente (lateinisch pigmentum f√ľr ‚ÄěFarbe‚Äú, ‚ÄěSchminke‚Äú) sind farbgebende Substanzen, die technisch verwendet werden. Im Gegensatz zu Farbstoffen sind Pigmente jedoch im Anwendungsmedium unl√∂slich. Anwendungsmedium bezeichnet dabei den Stoff, in den das Pigment eingearbeitet wird, beispielsweise einen Lack oder einen Kunststoff. Farbstoffe und Pigmente geh√∂ren gemeinsam zu den Farbmitteln und k√∂nnen anorganisch oder organisch, bunt oder unbunt sein.[1] In der Biologie bezeichnet der Begriff Pigment alle in einem lebenden Organismus farbgebenden Substanzen. Technisch gesehen handelt es sich hierbei um Farbmittel.

Ma√ügeblich f√ľr die Eigenschaften der Pigmente sind neben der chemischen Struktur an sich auch Festk√∂rpereigenschaften, wie die Kristallstruktur, die Kristallmodifikation, die Teilchengr√∂√üe und die Teilchengr√∂√üenverteilung, also die spezifische Oberfl√§che. Der Farbreiz selbst entsteht durch Absorption und Remission (Streuung und/oder Reflexion) bestimmter Frequenzanteile des sichtbaren Lichts.

Pigmente werden beispielsweise in Lacken, Dispersionsfarben, Druckfarben (im Drei- oder Vierfarbendruck auf Papier), als Streichpigment (Wei√üpigmente) und F√ľllstoff bei der Herstellung und Veredelung von Papier, bei der Einf√§rbung von Kunststoffen, in K√ľnstlerfarben und Buntstiften, beim Drucken auf Textilien und in Spezialanwendungen wie Kosmetika oder Kerzen verwendet.

Inhaltsverzeichnis

Geschichte

Belege f√ľr die Verwendung von Erdfarben reichen bis weit in die Pr√§historie zur√ľck. In der Fels- und H√∂hlenmalerei sind Erdfarben nachgewiesen. Es ist davon auszugehen, dass sie seit der Fr√ľhzeit der Menschheit der K√∂rperbemalung dienten. Ockergelbe, wei√üe und rostrote bis braune Farbtonabstufungen sind als nat√ľrliche Vorkommen h√§ufiger anzutreffen. Seltener kommen gr√ľnliche Erden vor, ebenso rar sind als Pigment geeignete schwarze Mineralien. Dennoch konnte der pr√§historischen Maler seine Farbpalette leicht mit schwarzer Holz- oder Knochenkohle oder ziegelrot gebrannten Ocker erweitern.

Solche aus dem Lagerfeuer hervorgehenden Produkte k√∂nnen bereits den k√ľnstlichen Pigmenten zugeordnet werden, obwohl Ocker und Holzkohle durch nat√ľrliche Feuer ebenso entstehen k√∂nnen. Unter solchen Umst√§nden hat die in maltechnischer Tradition stehende schematische Gruppierung in nat√ľrliche und k√ľnstliche 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 √ľberlieferter Namen.

Unl√∂sliche Pigmente wurden schon in der Fr√ľhzeit' der Menschheit f√ľr verschiedene Anl√§sse und Einsatzgebiete, wie K√∂rperbemalung, H√∂hlenmalerei und Keramikdekor, verwendet. Wichtige anorganische Farbmittel der Fr√ľhzeit waren ein mit H√§matit (ein rotes Eisenoxid) gef√§rbter Ton (R√∂tel), Ocker (ein gelbes Eisenoxid) und Braunstein. Ein seit Urzeiten verwendetes Farbmittel ist Wei√ü und eines der √§ltesten Wei√üpigmente ist das Calciumoxid (CaO), welches durch Brennen aus Kalkstein gewonnen wird, siehe Kalkfarbe.

In der Antike wurde die Technik der Pigmentverarbeitung schon vielf√§ltig angewendet. Insbesondere bei den keramisch verarbeiteten Pigmenten fanden sich Schwarzpigmente (Eisenoxidschwarz, Manganschwarz), die aus Tonen und Ockern im Brand bei ca. 1000 ¬įC entstanden. Gro√üe Bedeutung hatte Kohlenstoffschwarz, das √ľber Rauchungsverfahren auf den keramischen Gef√§√ük√∂rpern abgeschieden wurde. Rotpigmente, vorrangig Eisenoxidrot, wurden ebenfalls durch Brennen von Ockern oder eisenhaltigen Tonen gewonnen. Ein eher seltenes Rotpigment war kolloiddisperses Kupfer, das beim reduzierenden Brennen aus basischen Kupfercarbonaten (Malachit, Azurit) entstand. Wei√üpigmente wurden auf Basis von Calciumcarbonat und Kaolinit hergestellt. Kalt verarbeitete Pigmente f√ľr Wand-, Stein- und Holzbemalung basieren ebenfalls auf Ockern und Tonen (Schwarz- und Rotpigmente). Gr√ľnpigmente beruhten auf Basis von Kupferverbindungen, wie etwa basisches Kupfercarbonat, Malachit und Kupferhydroxychloriden, die durch Eintauchen von Kupferblechen in Salzl√∂sungen entstanden. Wegen des klaren Farbtons war das ‚Äě√Ągyptisch Blau‚Äú begehrt. Dies ist ein Kupfercalciumsilikat, das vermutlich durch Schmelzen der Rohstoffe basisches Kupfercarbonat, Calciumcarbonat und Quarzsand hergestellt wurde. Ebenfalls schon lange als blaues Pigment war das Cobaltaluminatblau eingesetzt, das erst 1804 als Thenards Blau wiederentdeckt wurde.[2]

In der Malerei war lange Zeit das Bleiwei√ü (Pb(OH)2 ¬∑ 2 PbCO3) das einzig verf√ľgbare wei√üe Pigment, bis dieses schlie√ülich Anfang des 19. Jahrhunderts durch das Zinkwei√ü (ZnO) ersetzt wurde, welches wegen seiner geringeren Toxizit√§t dem Bleiwei√ü vorgezogen wurde. Heute wird fast ausschlie√ülich das erst im 20. Jahrhundert entwickelte Titanwei√ü (TiO2) verwendet. Wei√üe l√∂sliche Farbstoffe sind jedoch physikalisch unm√∂glich.

Eine der teuersten Farben war bis zum 18. Jahrhundert das Blau, f√ľr das es zum damaligen Zeitpunkt neben den synthetisch hergestellten Smaltepigmenten nur den Halbedelstein Lapislazuli als Rohstoff gab, der nach einem arbeitsintensiven Prozess dann das Ultramarin ergibt.

Das erste industriell hergestellte anorganische Pigment war Berliner Blau im Jahr 1704. Das erste organische Pigment, Pararot, heute C.I. Pigment Red 1, ein Azopigment der ő≤-Naphthol-Gruppe folgte im Jahr 1885.[3] Kupferphthalocyanin folgte 1935 und Chinacridon 1955. Die im Jahre 1986 entdeckte chemische Gruppe Diketo-Pyrrolo-Pyrrol war der letzte Pigmenttyp, der nennenswerte Marktanteile gewinnen konnte.

Heute werden Pigmente in vielen Branchen eingesetzt: Farben, Lacke, Druckfarben und Kunststoffe, aber auch Kosmetik, Papier, Baumaterialien, Keramik und Glas. In der Textilindustrie werden l√∂sliche Farbstoffe zunehmend durch Pigmente, dort als Dispersionsfarbstoffe bezeichnet, ersetzt. Im Jahr 2006 erreichte der weltweite Markt f√ľr anorganische, organische und Spezialpigmente ein Volumen von rund 7,4 Millionen Tonnen. Den mengenm√§√üig gr√∂√üten Anteil hat Asien vor Europa und Nordamerika. Dabei wurde ein Umsatz von rund 17,6 Milliarden US-Dollar (etwa 13 Milliarden Euro) erzielt.[4] Im Jahr 2009 wurden weltweit Pigmente f√ľr rund 20,5 Milliarden US-Dollar verkauft, ca. 1,5 - 2% Wachstum vom letzten Jahr. Der Umsatz wird rund 24,5 Milliarden US Dollar in 2010 und rund 27,5 Milliarden in 2018 erreichen.[5]

Verarbeitung

‚Üí Hauptartikel: Dispergieren in Bindemittel

Pigmente entstehen typischerweise in Form der Prim√§rteilchen. Die Prim√§rteilchen k√∂nnen √ľber ihre Fl√§chen zu Aggregaten zusammenwachsen. Von Agglomeraten spricht man, wenn Prim√§rteilchen und/oder Aggregate √ľber 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 und Prim√§rteilchen. Diese werden, so vorhanden, durch ein Dispergiermedium benetzt. Dabei werden sie idealerweise statistisch √ľber das Anwendungsmedium verteilt.

In fester Form kann das Pigment pur eingesetzt werden (Prim√§rpigment), als festes Gemisch zweier oder mehrerer Pigmente oder als Gemisch mit einem oder mehreren F√ľllstoffen. Durch die Mischung mit F√ľllstoffen wird die Farbst√§rke reduziert, wodurch geringe Einsatzmengen besser dosiert werden k√∂nnen. Diese M√∂glichkeit findet bei Pulverlacken Verwendung. Durch r√§umliche N√§he wirken prim√§re Pigmente intensiver (Simultankontrast).

Bei fl√ľssigen Lacken werden h√§ufig Pigmentpr√§parationen eingesetzt, die entweder Bindemittel enthalten k√∂nnen oder bindemittelfrei sind. Diese Pigmentpr√§parationen sind prinzipiell √§hnlich formuliert wie der Lack selbst, enthalten also Pigment, Additive, L√∂semittel oder Wasser und je nach Formulierung Bindemittel. Der Vorteil von Pigmentpr√§parationen ist die unkomplizierte und exakte Einarbeitung, da das Pigment bereits dispergiert und standardisiert vorliegt und somit Lack und Pigmentpr√§paration nur noch gemischt werden m√ľssen. Nachteilig kann sich die Additivierung auswirken, da die Pigmentpr√§paration unter Umst√§nden nicht mehr mit allen Lacksystemen kompatibel ist. Aus diesem Grund ist die Vertr√§glichkeit eine wichtige anwendungstechnische Eigenschaft von Pigmentpr√§parationen. Als T√∂nsystem (englisch Tinting system) wird die Kombination aus mehreren (meist 12 - 20) Pigmentpr√§parationen, einer automatischen Dosieranlage und einer Rezeptiersoftware bezeichnet. Diese Methode findet bei Bautenfarben Verwendung. Pigmentpr√§parationen k√∂nnen ebenfalls als Mischung mit anderen Pigmenten oder F√ľllstoffen vorliegen. Neben den h√§ufig eingesetzten fl√ľssigen Pigmentpr√§parationen sind aber auch granulierte, mit leicht l√∂slichen Bindemitteln hergestellte Pr√§parationen erh√§ltlich. Sie werden z. B. eingesetzt, wenn in der Lackformulierung zus√§tzliche L√∂semittel unerw√ľnscht sind, haben aber gegen√ľber Pigmentpulvern den Vorteil, nicht mehr dispergiert werden zu m√ľssen und weitgehend staubfrei zu sein.

Eine dritte, vor allem in der Kunststoffindustrie weit verbreitete, M√∂glichkeit besteht in der Verwendung von festen Pigmentpr√§parationen, sogenannten Masterbatches. Dabei werden die Pigmente bei erh√∂hter Verarbeitungstemperatur in eine Bindemittelmatrix einextrudiert oder geknetet. Nach dem Abk√ľhlen werden die wieder festen Masterbatches meist granuliert, so dass sie bei der Einarbeitung in den Kunststoff exaktere und reproduzierbarere Farbt√∂ne erzeugen. Auch Masterbatches k√∂nnen je nach gew√ľnschtem Effekt mehrere Pigmente oder F√ľllstoffe enthalten.

Nomenklatur

Pigmente werden √ľblicherweise mit Trivialnamen, Handelsnamen oder Bezeichnungen aus dem Colour Index (C.I. Generic Name) benannt, da systematische Nomenklaturen gem√§√ü IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) oder nach CAS (Chemical Abstracts Service) zu unhandlichen Namen f√ľhren.

Ein Beispiel

Strukturformel von C. I. Pigment Yellow 151
  • Trivialname: Brillantgelb
  • Handelsnamen: Aureolin, Benzimidazolon-Gelb
  • Gesch√ľtzter Handelsname: Hostaperm (TM) Yellow H4G
  • C. I. Generic Name: C. I. Pigment Yellow 151
  • IUPAC Name: 2-[[1-[[(2,3-Dihydro-2-oxo-1H-benzimidazol-5-yl)amino]carbonyl]-2-oxopropyl]azo]-benzoes√§ure
  • CAS index name: Benzoic acid, 2-[[1-[[(2,3-dihydro-2-oxo-1H-benzimidazol-5-yl)amino]carbonyl]-2-oxopropyl]azo]-

Einteilung nach Eigenschaften

Pigmente mit gemeinsamen Eigenschaften werden zu Gruppen zusammengefasst, die je nach Einsatzzweck zu unterschiedlichen Gliederungen f√ľhrt. Die DIN 55943 unterteilt Farbmittel zun√§chst in organische und anorganische Farbmittel. Jede der beiden Gruppen wird in Farbstoffe und Pigmente eingeteilt. In der n√§chsten Ebene folgt die Einteilung nach der optischen Wirkung. Es wird unterschieden zwischen Wei√üpigmenten, Buntpigmenten und -farbstoffen, Schwarzpigmenten und -farbstoffen, Effektpigmenten sowie Leuchtpigmenten und -farbstoffen. Die Gruppen Wei√üfarbstoffe und Effektfarbstoffe sind physikalisch nicht m√∂glich, da die Wirkung als Pigment ausschlie√ülich auf Streuung (Wei√üpigmente) beziehungsweise Reflexion (Effektpigmente) beruht. Dies setzt eine Grenzfl√§che voraus, die die gel√∂sten Farbstoffe nicht besitzen.[6]

Die anorganischen Farbmittel werden nicht weiter unterteilt, da es sich um eine Norm aus dem Lackbereich handelt und dort keine anorganischen Farbmittel verwendet werden.[6]

Eine nach Farbton geordnete Aufzählung einzelner Pigmente ist unter Liste der Pigmente angegeben.

Anorganische Pigmente

Zinnober, mineralisch - ein Rohstoff f√ľr das zinnoberfarbene Rotpigment Quecksilbersulfid
Eisenoxidrot, gelbstichige Variante

Einteilung in nat√ľrliche und synthetisch hergestellte Pigmente

Bei den anorganischen Pigmenten wird zwischen nat√ľrlichen und synthetisch hergestellten Pigmenten unterschieden. Zur ersten Gruppe geh√∂ren Erden und Mineralien (Erdfarben, Mineralwei√ü), die zu ihrer Anwendung keiner oder nur einer mechanischen Aufbereitung (zumeist Trocknen und Mahlen) bed√ľrfen. Zur zweiten Gruppe geh√∂ren anorganische Pigmente wie etwa Metalleffektpigmente, Ru√ü, Wei√üpigmente, Eisenoxidpigmente oder Zirkonsilikate, also Syntheseprodukte aus unterschiedlichen Herstellungsverfahren.

Industriell werden aufgrund der stabileren Qualität und der höheren Reinheit fast nur noch synthetisch hergestellte anorganische Pigmente hergestellt.[7]

Nicht in jedem Fall l√§sst sich am Material feststellen, ob es nat√ľrlicher oder k√ľnstlicher Herkunft ist. Das gilt beispielsweise f√ľr bestimmte eisenoxidhaltige Farbschichten der pr√§historischen Malerei. Das darin nachweisbare rote Pigment k√∂nnte aus nat√ľrlichem Vorkommen stammen oder gezielt aus gelbem Ocker am Lagerfeuer erzeugt worden sein. Auch die Angabe Zinnober, die rote Modifikation des Quecksilbersulfids, sagt nichts √ľber einen nat√ľrlichen Ursprung aus. Zudem war ‚Äězinnober‚Äú im Altertum ein Synonym f√ľr rot und gleichbedeutend mit Minium, das Mennige ist, Blei(II)/(IV)-Oxid. Die in den 1940er Jahren aufkommende Untergliederung der anorganischen Pigmente in nat√ľrliche und k√ľnstliche l√§sst sich somit nicht auf die chemische Struktur zur√ľckf√ľhren.

Einteilung nach chemischen Klassen

Chemisch können die industriell wichtigsten Pigmente in acht Stoffklassen eingeteilt werden. Im einzelnen sind dies Titandioxid, Ruß, Bismutpigmente, Oxide und Hydroxide, Eisencyanblau, Ultramarin, Cadmiumpigmente und Chromatpigmente.[7]

Die Gruppe der Oxide und Hydroxide wird weiter unterteilt in Eisenoxidpigmente, Chromoxid und Mischphasenoxidpigmente wie Rinmans-Gr√ľn, (letztere mit den Untergruppen Spinellpigmente, H√§matitpigmente, Inverse Spinellpigmente und Rutilderivate). Die Gruppe der Chromatpigment unterteilt sich weiter in Chromgelb, Chromgr√ľn und Molybdate.[7]

Ruß nimmt hierbei eine Sonderstellung ein. Ruß ist per Definition anorganisch. Es wird aufgrund der geringen Partikelgröße und der daraus resultierenden anwendungstechnischen Eigenschaften oft als organisches Pigment eingeordnet.[7]

Eigenschaften

Die meisten anorganischen Pigmente zeichnen sich dadurch aus, dass sie mit dem Sauerstoff der Luft nicht chemisch reagieren, daher √§u√üerst resistent gegen Alterung sind und ihren Farbton praktisch beliebig lange beibehalten, wobei diese jedoch durch die Alterung eines organischen Malmittels, wie etwa √Ėl, mit der Zeit beeintr√§chtigt werden kann.

Ihre hohe Hitzebest√§ndigkeit macht den Einsatz in der Porzellanmalerei m√∂glich. Hier k√∂nnen nur anorganische Pigmente eingesetzt werden, da organische Pigmente nicht temperaturstabil sind und beim Brennen zerst√∂rt werden. In der industriellen Anwendung ist eine hohe Hitzebest√§ndigkeit f√ľr Kunststoffeinf√§rbung, Pulverlacke oder Coil Coating wichtig, wobei wegen tieferer Temperaturen hitzebest√§ndige organische Pigmente eingesetzt werden k√∂nnen.

Fr√ľhere, heutzutage zumindest in Europa nur noch selten verwendete Pigmente wie Cadmiumsulfid, Bleichromat oder Molybdatrot sind gesundheitlich bedenklich, da es sich um Schwermetallverbindungen handelt.

Der Farbton anorganischer Buntpigmente wird h√§ufig als tr√ľb im Vergleich zu organischen Pigmenten beschrieben. F√ľr Pigmente wie die Eisenoxidpigmente oder Chromoxidgr√ľn trifft dies uneingeschr√§nkt zu, dennoch existieren auch einige anorganische Pigmente mit einem reinen Farbton. Von den heute industriell eingesetzten Pigmenten ist dies im Wesentlichen Bismutvanadat, aber auch die heute in Verruf geratenen Pigmente Cadmiumsulfid, Bleichromat oder Molybdatrot zeigen einen brillanten Farbton bei gleichzeitig gutem Deckverm√∂gen. Dazu kommen vergleichsweise selten eingesetzte Pigmente wie Cobaltblau oder Ultramarin.[8]

Industrielle Verwendung

Pigmentruß

Wegen ihrer industriellen Bedeutung und Verbreitung nehmen die Wei√üpigmente eine Sonderstellung ein. Alleine in der Papierindustrie werden in Europa weit √ľber 10 Millionen Tonnen pro Jahr verwendet, wobei die Wei√üminerale mit Calciumcarbonat mit Abstand den gr√∂√üten Anteil haben.

Im Lackbereich ist Wei√ü von √ľberragender Bedeutung. In Dispersionsfarben ist es die Basisfarbe f√ľr T√∂nsysteme und dar√ľber hinaus der Hauptfarbton. Nach Wert und Produktionsmenge mit etwa 60 % aller Pigmente hat Titandioxid den weitaus gr√∂√üten Anteil. Weltweit wurden 2006 nahezu 4,5 Millionen Tonnen Titandioxid verbraucht. Diese Position hat das Wei√üpigment im Laufe der 1960er Jahre erreicht. Titanwei√ü verdr√§ngte auf Grund seiner Echtheiten das Bleiwei√ü, dazu kommt ein starker Anstieg der Gesamteinsatzmenge in den Industriestaaten.[9] Die leicht zug√§nglichen Eisenoxidpigmente folgen dem Wert nach mit 8 % und nach Produktionsmenge mit 22 % auf Rang 2 der Weltpigmentproduktion, gefolgt von Ru√ü mit wertm√§√üig 9 % und 4 % der Menge. Die anderen anorganischen und organischen Pigmente teilen sich in die verbleibende Menge. Durch das wesentlich h√∂here Preisniveau erreichen diese jedoch fast 30 % nach Wert.[7]

Unter den weiteren anorganischen Pigmenten sind vor allem Chrom(III)-oxid, Ultramarin, Bismutvanadat, Zirkonsilikate und die Gruppe der Mischphasenoxidpigmente bedeutsam.

Calciumcarbonat wird auf Grund seines Brechungsindex vorzugsweise in der Lackindustrie nicht als Pigment, sondern als F√ľllstoff eingesetzt.[7]

Organische Pigmente

Formel einer Azo-Verbindung - Grundstruktur der Azofarbstoffe

Nat√ľrliche organische Pigmente

Organische Pigmente kommen in der Natur als ‚ÄěTier-‚Äú oder ‚ÄěPflanzenfarben‚Äú vor. Einige solcher Pigmente lassen sich einfach herstellen. Rebschwarz ist ein unvollst√§ndig verbranntes Weinholz. Manche historisch wichtige Pigmente, wie das farbkr√§ftige Indischgelb aus Urin von K√ľhen, verloren ihre Exklusivit√§t durch die breite Palette von synthetischen Pigmenten.

Die lösliche, nahezu farblose Leukoform von Indigo, das Leukoindigo oder Indigoweiß wird durch Oxidation mit Luftsauerstoff zum farbigen unlöslichen Pigment Indigo.

Synthetische organische Pigmente

Synthetischen organische Pigmente werden nach ihrem chemischen Aufbau unterteilt. Die vielf√§ltigste und zugleich gr√∂√üte Gruppe sind die Azopigmente. Diese Pigmente machen √ľber 50% der verkauften Menge organischer Pigmente aus. Die andere Gruppe wird zu den Polycyclischen Pigmenten oder umgangssprachlich auch Nichtazopigmenten zusammengefasst.[8]

Azopigmente

Azopigmente sind Pigmente, deren Eigenschaft als Chromophor im Wesentlichen durch die Delokalisierung von Elektronen ausgehend von einer Azogruppe (-N=N-) ausgeht. Azopigmente sind also Pigmente, die mindestens eine Azo-Gruppe enthalten.

Die Azopigmente werden weiter in Klassen unterteilt, deren Chemie eine grobe Aussage √ľber die Echtheit der Pigmente erlaubt. Die tats√§chliche Echtheit h√§ngt im Wesentlichen von den verwendeten Substituenten, aber auch von der Partikelgr√∂√üe ab. Es wird nach der Anzahl der enthaltenen Azo-Bindungen zwischen Monoazo- und Disazopigmenten unterschieden. Weiter wird nach den jeweiligen Substituenten unterschieden.[8]

Zu den Monoazopigmenten geh√∂ren die einfachen Monoazopigmente, wie die beta-Naphthol-Pigmente sowie die Naphthol AS-Pigmente und die verlackten Azofarbstoffe. Einige der wichtigsten heute eingesetzten organischen Pigmente geh√∂ren dieser Gruppe an, gleichzeitig ist es die √§lteste industriell verf√ľgbare Gruppe. Beispiele sind C.I. Pigment Yellow 1, 3 und 74, C.I. Pigment Orange 5 oder C.I. Pigment Red 112.[8]

Ein Sonderfall sind die Benzimidazolonpigmente, die ihrerseits Monoazopigmente sind und polycyclische Substituenten besitzen. Diese f√ľhren zu einer sehr guten Wetterechtheit, so dass diese Pigmente die h√∂chsten Echtheiten innerhalb der Azopigmente erreichen. Beispiele sind C.I. Pigment Yellow 154 oder C.I. Pigment Orange 36. [8]

Verlackte Pigmente, also mit Metallen in Salze √ľberf√ľhrte, urspr√ľnglich l√∂sliche Farbstoffe, finden in der Textilf√§rberei Anwendung. Farblacken bedeutet, dass l√∂sliche Farbstoffe als (F√§rbemittel) auf der Faser durch Umsetzung mit Metallsalzen oder Tannin fixiert werden.

Zu den Disazopigmenten gehören die Diarylgelb-Pigmente (C.I. Pigment Yellow 83), die Disazo-Kondensationspigmente (C.I. Pigment Yellow 128) oder die Acetessigsäureanilid-Pigmente (C.I. Pigment Yellow 155).[8]

Azo-Metallkomplex-Pigmente sind ein Sonderfall, da sie streng genommen keine echte Azo-Gruppe enthalten.[8]

Polycyclische Pigmente

Kupferphthalocyanin, ein polycyclisches Blaupigment

Polycyclische Pigmente sind Verbindungen, deren Eigenschaft als Chromophor durch eine Delokalisation von Elektronen √ľber ein mehr oder weniger ausgedehntes Ringsystem erzeugt wird.

Den Hauptanteil der polycyclischen Pigmente stellen die Kupferphthalocyaninpigmente, die etwa die H√§lfte der polycyclischen Pigmente ausmachen. Die wichtigsten Vertreter dieser Gruppe sind die verschiedenen Typen des Phthalocyaninblaus sowie die halogenierten Typen (Phthalocyaningr√ľn). Weitere wichtige polycyclische Pigmentklassen sind Chinacridone, Diketopyrrolopyrrol-Pigmente, Dioxazine, Perylene, Isoindoline und Inthanthrone.[8]

Weitere Gruppen

Neben diesen beiden Substanzgruppen existieren noch eine Reihe organischer Pigmente unterschiedlicher Zusammensetzung. Sie besitzen oft einen speziellen Anwendungsbereich. Aus ökonomischen Überlegungen oder Anforderungen an die Echtheit ist oft nur eine chemische Verbindung dieser Struktur als Pigment geeignet.[8] Vertreter dieser Gruppe sind verlackte Farbstoffe, die als Salze von Schwermetallen ihre Löslichkeit verloren haben und somit Pigmente sind.

Eigenschaften

Organische Pigmente unterscheiden sich von anorganischen Pigmenten meist durch die höhere Farbstärke, das geringere Deckvermögen, höhere Buntheit (Chroma) und geringere Wetterechtheit. Zudem sind organische Pigmente häufig teurer.

Organische Pigmente sind nachbehandelt, um bestimmte anwendungstechnische Eigenschaften wie die Dispergierbarkeit oder das Deckverm√∂gen zu verbessern. Durch die Nachbehandlung wird zudem die Partikelgr√∂√üe eingestellt, die verantwortlich f√ľr Echtheitsniveau, Farbst√§rke und die Feineinstellung der Koloristik ist.

Toxikologie

Hinsichtlich der Toxikologie von organischen Pigmenten gilt zusammenfassend, dass diese Pigmente f√ľr sich genommen aufgrund ihrer schweren L√∂slichkeit physiologisch gesehen als praktisch inert gelten. Gesundheitliche Bedenken ergeben sich vornehmlich aus ihrem Staubcharakter (Feinstaub). Organische Pigmente gelten als biologisch praktisch nicht abbaubar. Da Pigmente im Zwischen- oder Endprodukt unter Verwendung von Dispergiermitteln, Bindemitteln, L√∂semitteln und/oder dergleichen eingesetzt werden, ist gegebenenfalls die toxikologische Wirkung dieser Stoffe zu ber√ľcksichtigen. [10] [11] [12] Toxikologisch bedenklich k√∂nnen Abbauprodukte von Pigmenten sein. Solche Abbauprodukte von Pigmenten treten beim Bestrahlen mit Laserlicht auf. Diese Anwendung findet statt, um Farbpigmente aus T√§towierungen zu entfernen. Bei der Spaltung des T√§towierungspigments C.I. Pigment Red 22 durch Laserlicht entsteht das giftige und krebseregende 2-Methyl-5-nitroanilin. [13]

Abgrenzung

Nicht zu den Pigmenten zählen Säure-Base-Indikatoren: Es 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.

Effektpigmente

‚Üí Hauptartikel: Effektpigment

Metalleffektpigmente

Messing und Aluminium sind mit Abstand die wichtigsten Pigmente zur Erzeugung eines Metall-Effektes. Farben erhalten durch Messingpartikel einen goldenen Anschein, w√§hrend Aluminium einen silbrigen erzeugt. Fr√ľher gebr√§uchliche Bezeichnungen sind auch Silberbronze f√ľr Aluminiumpigmente und Goldbronze, Bleichgold, Reichbleichgold und Reichgold f√ľr Messingpigmente. Die genaue Bezeichnung war abh√§ngig vom Farbton, also letztendlich von der Zusammensetzung der Legierung.

Der optische Eindruck ist winkelabhängig. In der Draufsicht (nahezu lotrecht) ist das heller erscheinende Metalleffektpigment zusehen, während unter einem flachen Winkel der meist dunkel eingestellten Basisfarbton zu sehen ist. Dieser Effekt wird als Flop oder Flip-Flop bezeichnet. Er wird durch die plättchenförmige Form der Teilchen erzielt. Aluminiumblättchen in einer pigmentgeeigneten Partikelgröße ergeben Silberglanz, bei nahezu kugeligen Teilchen gleicher Teilchengröße ist die Oberfläche einheitlich grau. Die Farbtiefe steht mit der Korngröße in Beziehung.

Das genaue Erscheinungsbild des Pigmentes wird im Wesentlichen von der Teilchengr√∂√üe und der Regelm√§√üigkeit der Teilchenform bestimmt. Grobe Partikel erzeugen dabei einen glitzernden Eindruck, der als Sparkle bezeichnet wird. Feinteilige Partikel erzeugen einen sanfteren Flop, also einen weicheren √úbergang bei √Ąnderung des Betrachtungswinkels. Zur Erzielung des gew√ľnschten Effekts werden oft beide Typen zugleich verwendet.

Da unbehandelte Aluminiumpigmente insbesondere in wässrigen Systemen und unter Bewitterungseinfluss nur mäßig stabil sind, wurden oberflächenbehandelte Marken entwickelt, die diesen Nachteil ausgleichen.

Perlglanzpigmente

Wirkweise eines Effektpigmentes mit mehrfarbigem Perlmuttglanz
Farbflop eines Effektlackes von Blau nach Gold
Interferenzpigment blau-gold

Sie bestehen aus pl√§ttchenf√∂rmigen Tr√§gersubstraten mit niedriger Brechzahl, meist nat√ľrlicher Glimmer, Siliciumdioxid oder sehr d√ľnnen Glaspl√§ttchen, die in speziellen Prozessen mit einer oder mehreren √§u√üerst d√ľnnen und sehr gleichm√§√üigen Oxidschichten beschichtet werden. Wichtig ist, dass die aufgetragenen Schichten eine hohe Brechzahl haben. Bevorzugt werden deshalb Titandioxid, Eisen(III)-oxid oder Zirkoniumdioxid verwendet. Auch Mischoxide der genannten Verbindungen kommen zum Einsatz. Als Beschichtungsverfahren werden im Wesentlichen Sol-Gel-, CVD oder PVD-Verfahren eingesetzt. Die erzeugten Schichtst√§rken liegen dabei im Bereich von etwa 100 nm. Beim Herstellungsverfahren ist die pr√§zise Kontrolle der Beschichtungsst√§rke (auf etwa ¬Ī 3 nm) und deren Homogenit√§t entscheidend.

Durch die geschickte Wahl des Beschichtungparameter, wobei v. a. die Brechzahl, Schichtst√§rke und Schichtfolge wichtig sind, k√∂nnen durch den Effekt der Interferenz nahezu beliebige Farben und Farbt√∂ne realisiert werden. Unter bestimmten Bedingungen k√∂nnen blickwinkelabh√§ngige Farben (Farb-Flop) erzeugt werden. Je nach Betrachtungswinkel nimmt der Betrachter einen anderen Farbton war. Diese Pigmente werden als Interferenzpigmente bezeichnet.

Im Bild ist ein mit einem Interferenzpigment beschichtetes Blech gezeigt, bei dem ein Farb-Flop von Blau nach Gold zu sehen ist. Der Effekt ist erst nach Ausrichtung der Pigmentteilchen zu sehen, wie ein Vergleich mit dem pulverförmigen Pigment beweist.

Perlglanzpigmente sind gesundheitlich unbedenklich. Sie sind von der FDA zum Einfärben von Lebensmitteln zugelassen.

Leuchtpigmente

Leuchtpigmente lassen sich in Fluoreszenzpigmente f√ľr Tagesleuchtfarben (‚ÄěNeonfarben‚Äú) und phosphoreszierende Stoffe f√ľr Nachleuchtfarben unterscheiden. Sie werden in sogenannten Leuchtfarben eingesetzt. √úblicherweise bestehen Fluoreszenzpigmente aus in eine Matrix eingearbeiteten Fluoreszenzfarbstoffen, die dadurch Pigmenteigenschaften erhalten. Als Nachleuchtpigmente werden dotierte anorganische Stoffe mit Phosphoreszenz genutzt. Hierzu geh√∂ren zum Beispiel die gr√ľnen Leuchtpigmente auf Zinksulfidbasis, mit denen unter Anderem Fluchtwege markiert werden.

Radioaktive Leuchtmittel sind dagegen Selbstleuchter. Sie werden daher nicht zu den Pigmenten gezählt, obwohl sie unlöslich sind.

Normen

  • EN ISO 4618 Beschichtungsstoffe: Begriffe
  • DIN 55943 Farbmittel: Begriffe
  • DIN 55944 Farbmittel: Einteilung nach koloristischen und chemischen Gesichtspunkten

Literatur

  • G. Buxbaum, G. Pfaff (Hrsg.): Industrial Inorganic Pigments, 3. Auflage, Wiley-VCH, Weinheim 2005
  • DIN Deutsches Institut f√ľr Normung e.V. (Hrsg.): DIN-Taschenbuch 157: Farbmittel 2. Pigmente, F√ľllstoffe, Farbstoffe. Beuth Verlag GmbH, Berlin/Wien/Z√ľrich, 3. Aufl. 1997
  • W. Herbst, K. Hunger: Industrial Organic Pigments ‚Äď Production, Properties, Applications. 3. Auflage, Wiley-VCH, Weinheim 2004
  • Karin Lutzenberger: K√ľnstlerfarben im Wandel ‚Äď Synthetische organische Pigmente des 20. Jahrhunderts und M√∂glichkeiten ihrer zerst√∂rungsarmen, analytischen Identifizierung, Herbert Utz Verlag, M√ľnchen 2009, ISBN 978-3-8316-0903-1
  • Gerhard Pfaff: Perlglanzpigmente, Chemie in unserer Zeit, VCH Verlagsgesellschaft mbH, Januar 1997
  • H. Smith (Hrsg.): High Performance Pigments. Wiley-VCH, Weinheim 2002
  • Temple C. Patton (Hrsg.): Pigment Handbook in 3 B√§nden. A Wiley-Interscience Publication, New York London Sydney Toronto 1993
  • Kurt Wehlte: Werkstoffe und Techniken der Malerei, Otto Maier Verlag, Ravensburg 1967, ISBN 3-473-48359-1
  • Gewerbemuseum Winterthur und Stefan Muntwyler (Hrsg.): Farbpigmente ¬∑ Farbstoffe ¬∑ Farbgeschichten. Das Buch √ľber Pigmente und Farbstoffe. Ihre Herkunft, Herstellung und Anwendung, 2010, Winterthur: Alata, ISBN: 978-3-033-02349-9

Weblinks

 Commons: Pigment ‚Äď Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
Wiktionary Wiktionary: Pigment ‚Äď Bedeutungserkl√§rungen, Wortherkunft, Synonyme, √úbersetzungen

Einzelnachweise

  1. ‚ÜĎ vergl. DIN 55943:2001-10 Farbmittel - Begriffe
  2. ‚ÜĎ Walter Noll: Chemie vor unserer Zeit: Antike Pigmente. In: Chemie in unserer Zeit. 14. Jahrg., Verlag Chemie, Weinheim 1980, Nr.2, S. 37
  3. ‚ÜĎ F. Tragor; StoArk 02/2006, S. 52
  4. ‚ÜĎ Marktstudie Pigmente von Ceresana Research
  5. ‚ÜĎ Market Report: World Pigment Market. Acmite Market Intelligence. Abgerufen am 11. Dezember 2010.
  6. ‚ÜĎ a b DIN 55943
  7. ‚ÜĎ a b c d e f G. Pfaff: Industrial Inorganic Pigments. Wiley VCH
  8. ‚ÜĎ a b c d e f g h i W. Herbst, K. Hunger, Industrial Organic Pigments, 2nd edn., Wiley-VCH, Weinheim 1997
  9. ‚ÜĎ Temple C. Patton: Pigment Handbook. Volume I: Economics. John Wiley & Sons, New York
  10. ‚ÜĎ F. Leuschner, Toxicology Letters,2, S.253-260, 1978
  11. ‚ÜĎ R. Anliker, E.A. Clarke, Chemosphere, 9, S.595-609, 1980
  12. ‚ÜĎ W. Herbst, K. Hunger, Industrial Organic Pigments, 2nd edn., Wiley-VCH, Weinheim 1997
  13. ‚ÜĎ E. Engel, R. Vasold, W. B√§umler, T√§towierungspigmente im Fokus der Forschung, in Nachrichten aus der Chemie,55, S.847‚Äď849, 2007

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  • pigment ‚ÄĒ [ pigm…ĎŐÉ ] n. m. ‚ÄĘ 1813; ¬ę √©pice ¬Ľ 1130; lat. pigmentum;cf. piment 1 ‚ô¶ Biochim. Mati√®re color√©e, de structure vari√©e, pr√©sente dans divers tissus et organes v√©g√©taux ou animaux auxquels elle donne une coloration particuli√®re. Pigments v√©g√©taux. ‚áí ‚Ä¶   Encyclop√©die Universelle

  • pigment ‚ÄĒ PIGM√ČNT, pigmenŇ£i, s.m. 1. SubstanŇ£ńÉ coloratńÉ naturalńÉ produsńÉ de celulele plantelor Ňüi animalelor Ňüi care coloreazńÉ √ģn mod specific Ň£esuturile sau lichidele organice ale acestora. 2. ParticulńÉ solidńÉ, coloratńÉ, insolubilńÉ √ģn mediul √ģn care este… ‚Ķ   Dic»õionar Rom√Ęn

  • Pigment ‚ÄĒ Sn (Farbstoff) erw. fach. (18. Jh.) Entlehnung. Entlehnt aus l. pńęgmentum F√§rbestoff, Farbe , zu l. pingere (pictum) malen, bestreichen . ¬†¬†¬†Ebenso nndl. pigment, ne. pigment, nfrz. pigment, nschw. pigment, nnorw. pigment; Pinte, pittoresk. ‚úé DF… ‚Ķ   Etymologisches W√∂rterbuch der deutschen sprache

  • Pigment ‚ÄĒ Pig ment, n. [L. pigmentum, fr. the root of pingere to paint: cf. F. pigment. See {Paint}, and cf. {Pimento}, {Orpiment}.] 1. Any material from which a dye, a paint, or the like, may be prepared; particularly, the refined and purified coloring… ‚Ķ   The Collaborative International Dictionary of English

  • pigment ‚ÄĒ p√¨gment (pigm»Önt) m <G mn nńĀtńĀ> DEFINICIJA 1. fiziol. tvar Ň°to je u tkivima sintetiziraju Ňĺiva bińáa i koja tkivima daje boju 2. kem. mineralna supstanca (obińćno u obliku praha) koja sluŇĺi kao sredstvo za bojenje ETIMOLOGIJA njem. Pigment ‚Üź… ‚Ķ   Hrvatski jezińćni portal

  • pigment ‚ÄĒ (n.) late 14c., from L. pigmentum coloring matter, pigment, paint, from root of pingere to color, paint (see PAINT (Cf. paint)). Variants of this word may have been known in Old English (e.g. 12c. pyhmentum) ‚Ķ   Etymology dictionary

  • pigment ‚ÄĒ ‚Ėļ NOUN 1) the natural colouring matter of animal or plant tissue. 2) a substance used for colouring or painting. ‚Ėļ VERB ‚Ė™ colour with or as if with pigment. DERIVATIVES pigmentary adjective pigmentation noun. ORIGIN ‚Ķ   English terms dictionary

  • pigment ‚ÄĒ vi. pigmentized, pigmentizing [pig‚Ä≤m…ônt] n. [ME < L pigmentum < base of pingere, to PAINT] 1. coloring matter, usually in the form of an insoluble powder, mixed with oil, water, etc. to make paints 2. any coloring matter in the cells and… ‚Ķ   English World dictionary

  • Pigment ‚ÄĒ Pigment, so v.w. Farbestoff (s.d.). Schwarzes P., 1) der Augen, so v.w. Melanin, vgl. Auge 1) A) e); 2) verschiedener Gewebe des K√∂rpers, so v.w. Melanose. Daher Pigmentkrebs, s. u. Krebs a) ‚Ķ   Pierer's Universal-Lexikon

  • Pigm√©nt ‚ÄĒ (lat.), soviel wie Farbstoff (s. Farbstoffe), besonders die im menschlichen K√∂rper auftretenden Farbstoffe. Die F√§rbung der Regenbogenhaut und der Aderhaut des Auges, der Haut der Neger, der Sommersprossen und gewisser Hautflecke sind abh√§ngig… ‚Ķ   Meyers Gro√ües Konversations-Lexikon

  • Pigm√©nt ‚ÄĒ (lat.), Farbstoff (s.d.), besonders der des tierischen und pflanzlichen K√∂rpers ‚Ķ   Kleines Konversations-Lexikon


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