Farben für die Farben für die EwigkeitEwigkeit

Anorganische PigmenteAnorganische Pigmente

Melanie Barthel, Josef Breu

Südliches Afrika, Buschleute, -25000

Altamira,Spanien,-15000

Grab des Tut-ench-Amun, Ägypten, -3130

Kloster Moldoviţa, Rumänien, 1532

Kloster Voroneţ, Rumänien, 1547

Aboriginal,Australien,

heute

OvaHimba, Namibia, heute

1. Definition und Geschichte der Pigmente2. Wirtschaftliche Bedeutung3. Eigenschaften4. Grundlagen der Farbigkeit5. Beispiele

Übersicht

Pigmente sind unlöslich in Löse- und Bindemitteln.

1. Definition

• Oxide• Oxidhydrate• Sulfide• Sulfate• Carbonate• Silicate• Cyanide…

Verbindungsklassen:

•Weißpigmente (z.B. TiO2)

•Schwarzpigmente (z.B. Ruße)

•Buntpigmente (z.B. Fe-Oxide)

•Spezialpigmente

Phosphore (Neonröhren, LED) Perlglanz (TiO2 auf Glimmer) Interferenz (Geldscheine)

Einteilung

Weltjahresproduktion (2000): 5.900.000 Tonnen (96% anorganisch)

Umsatz (2002): 10.000.000.000 $

50 % der Fe-Pigmente kommen aus Deutschland!

z.B.: Schwan-STABILO Cosmetics, Heroldsberg

2. Wirtschaftliche Bedeutung

• Druckfarben• Lacke• Anstrich- u. Färbemittel• Färben von Papier, Keramik, Glas

• Kosmetika

Verwendung

•30.000 v. Chr.: Ocker, Manganbraun

• 3.000 v. Chr.: Zinnober, Lapis Lazuli, Malachit• 18. Jhd.: Beginn der Pigment-Industrie (Berliner Blau)

•19. Jhd.: Ultramarin, Co-, Fe- & Cd-Pigmente

Aus der Geschichte

• Deckfähigkeit–Teilchengröße Streuung–Teilchengestalt

• Farbechtheit• Färbe- / Aufhellmögen

3. Eigenschaften

• Benetzbarkeit• Beständigkeit• Dispergierbarkeit

Verarbeitung

Streuung und Absorption

Abhängigkeit von der Teilchengröße

Canaletto, 1743 mit Glauconit gemaltCanaletto, 1743 mit Glauconit gemalt

Seladonit

K(MgFe3+)2Si4O10(OH)2

GlauconitK0.85(Fe3+Al)1.34(MgFe2+)0.66(Si3.76Al0.24)O10(OH)2

Canaletto, 1747 mit Seladonit gemalt

Farbechtheit

Selektive Selektive Lichtab-Lichtab-

sorption u.sorption u.-streuung-streuung

Nicht – Nicht – selektive selektive

Licht-Licht-absorptionabsorption

Nicht – Nicht – selektive selektive

Licht- Licht- streuungstreuung

4. Grundlagen der Farbigkeit

Sichtbarer Spektralbereich: 400 – 700 nm

Grundlagen der Farbigkeit

Farbe entstehtdurch:•Lichtabsorption•Lichtemission (Neonröhren, LED)

Das Pigment zeigt die Komplimentärfarbe

Grundlagen der Farbigkeit

Erzeugung von Farbe durch ungepaartes Elektron („Elektron im Kasten“)

CaFCaF22 (Fluorit)

5. Beispiele: Farbigkeit durch Farbzentren

Rubin: Al2O3 „verunreinigt“ mit Cr3+

Farbigkeit durch d-d-Übergänge

Rinmans Grün: ZnZnOO „verunreinigt“ mit Co2+

d-d-Übergänge: wir stellen her…

http://ruby.chemie.uni-freiburg.de/Vorlesung/pigmente_0.html

Ultramarin / Lapislazuli:• schwefelhaltiges Alumosilikat

Na4[Al3Si3O12]Sx (Sodalith)

• Farbigkeit durch radikalische Sulfidanionen:S3

- (blau)

Farbigkeit durch Radikalanionen

Farbigkeit durch RadikalanionenTotenmaske des Tut-Ench-Amun(bei dem blauen Mineral handelt es sich um "Lapis Lazuli")

Grüne Ultramarine: S2-

radikalische Disulfidanionen

Rote Ultramarine: S4-

radikalische Tetrasulfidanionen

Farbigkeit durch RadikalanionenTotenmaske des Tut-Ench-Amun(bei dem blauen Mineral handelt es sich um "Lapis Lazuli")

Berliner Blau Fe4III[FeII(CN)6]3 • 14 H2O

Farbigkeit durch Charge-Transfer

C

N

Fe2+

Fe3+

Fe2+

fehltH2O

Berliner Blau Fe4III[FeII(CN)6]3 • 14 H2O

Fe2+ oktaedrisch von CN- koordiniert, Fe3+ über N-Seite

Elektronenaustausch zwischen Fe2+ und Fe3+:

Farbigkeit durch Charge-Transfer

Mit anwachsender Teilchengröße von ca. 2 auf 5 nm geht die Farbe allmählich von Grün in Rot über → bandgap wird kleiner

CdTeEinstellen einer Farbe

• Verbesserung bekannter Pigmente• Ersatz toxikologisch bedenklicher Pigmente

z.B. durch Oxonitride

Ausblick

LaTaON2 Ersatz

für Cadmiumrot

Ausblick• Ersatz umweltschädlicher Herstellungsverfahren• Funktionspigmente• Farbpigmente mit neuen Effekten

Rinmans Grün ZnxCo1-xO

Eisenoxidgelb α-FeOOH Goethit

Eisenoxidrot γ-Fe2O3 Maghemit

Berliner Blau Fe4III[FeII(CN)6]3•14 H2O

Barytweiß BaSO4 Schwerspat

• Nassau, K.; Spektrum der Wissenschaft; 12, 65-81, 1980.• http://www.seilnacht.tuttlingen.com/lexikon• http://ruby.chemie.uni-freiburg.de/Vorlesung/pigmente_0.html• http://www.2k-software.de/ingo/farbe/farbursache.html• Pfaff, G.; Chemie in unserer Zeit; 31, 6-16, 1997.• Buxbaum, G. und Pfaff, G.; „Industrial Inorganic Pigments, 3.

Auflage, Wiley-VCH, 2005.• http://www.chemie.uni-hamburg.de/pc/Weller/abb1.html

Literatur