ANORGANISCHE FARBPIGMENTE. Von Lisa Horstmann, Dennis Friedag

Transkript

1 ANORGANISCHE FARBPIGMENTE Von Lisa Horstmann, Dennis Friedag

2 ANORGANISCHE FARBPIGMENTE INHALTSANGABE Was sind überhaupt? Was macht ein Pigment zum Pigment? Was sind charakteristische Größen von n? Welche gibt es? Diskussion

3 Was sind überhaupt? Definition (DIN ) Übersicht Geschichte der Farbpigmente

4 WAS SIND ÜBERHAUPT FARBPIGMENTE? DEFINITION PIGMENTE (DIN ) Aus einzelnen Teilchen bestehende Substanz die, je nach Farbeidruck, Teile des sichtbaren Lichtes absorbiert bzw. reflektiert und innerhalb ihres Anwendungsmediums unlöslich ist. Abgrenzung: Farbstoffe: Abgegrenzt von den n, erhalten Farbstoffe ihre Bezeichnung durch die Löslichkeit innerhalb ihres Anwendungsmediums. Füllstoffe: Ähnlich der unlöslich im Anwendungsmedium jedoch unzureichende Farbigkeit und Deckvermögen.

5 WAS SIND ÜBERHAUPT FARBPIGMENTE? ÜBERSICHT Organische Anorganische Effekt- Funktions- Farbige Bunte Unbunte Oxidische/ Oxidhydroxid- Sonstige Weiß- Schwarz-

6 WAS SIND ÜBERHAUPT FARBPIGMENTE? GESCHICHTE DER FARBPIGMENTE LAT.: PIGMENTUM = FARBE, SCHMINKE Seit über Jahren verwenden die Menschen Farbpigmente. Diese bestanden aus verbranntem Holz Ruß und Eisenoxiden sowie Eiweißen iß und Baumharzen. Von China über Indien und Ägypten kamen schließlich auch wie Kupfer-Calciumsilikat und Ultramarin nach Europa. Später wurden Chromgelb, Chromoxid, Kadmiumsulfid, Zinkoxid und div. Eisenoxid- Modifikationen als entdeckt und verwendet.

7 Was macht ein Pigment zum Pigment? Wahrnehmung von Farben Farbmischung Ursachen der Farbigkeit ( Beispiele ) Absorption von Wellenlängen

8 WAS MACHT EIN PIGMENT ZUM PIGMENT? WAHRNEHMUNG VON FARBEN Für den Menschen sichtbares Licht liegt zwischen den Wellenlängen von etwa 380nm bis 770nm Auf der Netzhaut unseres Auges befinden sich Stäbchen und Zapfen. Stäbchen für Helligkeit Zapfen für RGB

9 WAS MACHT EIN PIGMENT ZUM PIGMENT? FARBMISCHUNG Subtraktive: Farbpigmente Additive: Licht

10 WAS MACHT EIN PIGMENT ZUM PIGMENT? EINIGE URSACHEN DER FARBIGKEIT

11 WAS MACHT EIN PIGMENT ZUM PIGMENT? ABSORPTION VON WELLENLÄNGEN Erscheint ein Stoff weiß, absorbiert er kein sichtbares Licht. Erscheint ein Stoff farbig, dann absorbiert er das Licht der komplementären Wellenlänge. Erscheint er schwarz absorbiert der Stoff das gesamte g sichtbare Licht.

12 Was sind charakteristische Größen von n? Teilchengröße / Verteilung Farbtiefe / Farbstärke / Deckvermögen Beständigkeit / Echtheit

13 WAS SIND CHARAKTERISTISCHE GRÖßEN VON PIGMENTEN? TEILCHENGRÖßE / VERTEILUNG Die Teilchengröße bzw. dessen Größenverteilung hat einen hohen Einfluss auf das optische Verhalten von n. Betroffen ist hier die Lichtstreuung und Absorption, aber auch das Deckvermögen.

14 WAS SIND CHARAKTERISTISCHE GRÖßEN VON PIGMENTEN? FARB- TIEFE / STÄRKE / DECKVERMÖGEN Farbtiefe (DIN 53235): Maß für Intensität einer Farbempfindung. Farbstärke (DIN ISO 787): Fähigkeit eines s, einfallendes Licht zu absorbieren und dadurch zu färben oder abzudunkeln. Deckvermögen (DIN 44987): Vermögen, die Farbe bzw. den Farbunterschied des Untergrundes zu Verdecken.

15 WAS SIND CHARAKTERISTISCHE GRÖßEN VON PIGMENTEN? BESTÄNDIGKEIT / ECHTHEIT Unter Beständigkeit von n versteht man allgemein das Vermögen gegen bestimmte Angriffsfaktoren beständig zu sein. (Beispiel: Chemikalienbeständigkeit, Wetterbeständigkeit) Unter Echtheit von n versteht man allgemein das beibehalten von Eigenschaften unter äußeren Einflüssen wie z.b. Lichteinstrahlung. (Beispiel: Farbechtheit auch Lichtechtheit)

16 Welche gibt es? Unbunte Weißpigmente Schwarzpigmente Buntpigmente Oxidische bzw. Oxidhyroxidische Sonstige

17 WELCHE PIGMENTE GIBT ES? UNBUNTE FARBPIGMENTE WEIß Unbunte Carbonate 2PbCO3*Pb(OH) ( )2 (Bleiweiß) WeißWeiß SchwarzSchwarz Oxide TiO2 Z O (Zinkweiß) ZnO (Zi k iß) SnO2 Sulfide 2 PbSO4 * Pb(OH)2 Sulfate ZnS ZnS + BaSO4 (Lithopone)

18 WELCHE PIGMENTE GIBT ES? WEIßPIGMENTE ALLGEMEINES Weißpigmente haben allgemein die Eigenschaft zur geringen Lichtabsorption unselektiven Lichtstreuung Dabei ist die Brechzahl die wohl wichtigste Kenngröße der Weißpigmente Lithopone 1,84 bis 2,08 Zinkoxid 2,01 bis 2,09 Zinksulfid 2,37 Titandioxid 2,55 / 2,75

19 WELCHE PIGMENTE GIBT ES? TITANDIOXID ALLGEMEINES Titandioxid ist das in der Praxis und am Markt bedeutendste d t Weißpigment. i Rutil Unterteilt werden allgemein 3 Arten des TiO 2 : Rutil Anatas Brookit Weltweit werden pro Jahr ca. 4*10 6 t Titandioxid- Pigment hergestellt Sulfatverfahren (zu 50%) Chloridverfahren (zu 50%)

20 WELCHE PIGMENTE GIBT ES? HERSTELLUNG SULFATVERFAHREN FeTiO H 2 SO 4 TiOSO H 2 O + FeSO 4 TiOSO H 2 O TiO(OH) H 2 SO 4 TiO(OH) 2 TiO 2 + H 2 O

21 WELCHE PIGMENTE GIBT ES? HERSTELLUNG CHLORIDVERFAHREN TiO 2 + C + 2 Cl 2 TiCl 4 + CO 2 TiCl 4 + O 2 TiO Cl 2

22 WELCHE PIGMENTE GIBT ES? TITANDIOXID EIGENSCHAFTEN TiO 2 ist in der Industrie als weißes Pulver (ähnlich Mehl) und in der Natur als farbige Kristalle (Färbung durch Dotierung) bekannt. Ilmenit Rutil Anatas Titandioxid gilt als chemisch inert sowie nicht toxisch.

23 WELCHE PIGMENTE GIBT ES? TITANDIOXID EIGENSCHAFTEN Schmelzpunkt > C Hohe Dichte Rutil: 4,2 g/cm³ Anatas: 3,9 g/cm³ Rutil Hohe Brechzahl Rutil: 2,75 Anatas: 2,55 Lichtabsorption Rutil: <= 415 nm ( E = 3,05 ev) Anatas: <= 385 nm ( E = 3,29 ev) Anatas Mohs sche Härte Rutil: 6,5 bis 7 Anatas: 5,5 (zum Vgl. Stahl: 4)

24 WELCHE PIGMENTE GIBT ES? UNBUNTE FARBPIGMENTE SCHWARZ Unbunte Schwarz- Weiß- Pig t Pig t Pigment- Eisenoxid- R ß Ruße S h Schwarz Spinellschwarz p

25 WELCHE PIGMENTE GIBT ES? SCHWARZPIGMENTE ALLGEMEINES Schwarzpigmente haben die Eigenschaft der hh hohen Lichtabsorption Lihtb ti geringen Lichtstreuung Die Farbstärke und die Deckkraft sind abhängig von der Teilchengröße e und der Teilchengrößenverteilung e g dem Absorptionskoeffizienten Die häufigsten Schwarzpigmente Pigmentruße Eisenoxidschwarz

26 WELCHE PIGMENTE GIBT ES? PIGMENTRUßE ALLGEMEINES Pigmentruße sind die wichtigsten Schwarzpigmente. Pro Jahr werden über 4 Mio. t Ruß hergestellt: Davon werden etwa 5% als verwendet. Die größten Rußproduzenten in Europa sind Deutschland, Frankreich, Italien und Großbritannien. Herstellung : Flammruß-Verfahren Furnanceruß-Verfahren Gasruß-Verfahren

27 WELCHE PIGMENTE GIBT ES? PIGMENTRUßE HERSTELLUNG

28 WELCHE PIGMENTE GIBT ES? PIGMENTRUßE HERSTELLUNG Die Teilchengröße bzw. Teilchengrößenverteilung ist für Pigmentruße die wichtigste Kenngröße. Sie nimmt Einfluss auf die Absorption.

29 WELCHE PIGMENTE GIBT ES? PIGMENTRUßE EIGENSCHAFTEN Primärteilchengröße 10 bis 100nm Spezifische Oberfläche 10 bis m²/g Dichte ca. 1,86 g/cm³ Lichtabsorption max. 99,8 % (auch im UV- und IR-Bereich)

30 WELCHE PIGMENTE GIBT ES? BUNTE FARBPIGMENTE Bunte Oxidische/ Oxidhydroxid- Sonstige Eisenoxid- Chromoxid- Mischphasen- Eisenoxid-Gelb Eisenoxid-Rot Eisenoxid- Schwarz Chromoxid-Grün CoAlO 4 (Cobalt-Blau) (Ti,Ni,Sb)O 2 Nickeltitan-Gelb Bismutvanadat Cadmium- Chromat- Eisenblau- Ultramarin-

31 WELCHE PIGMENTE GIBT ES? BUNTPIGMENTE ALLGEMEINES Buntpigmente unterscheiden sich von den unbunten n durch die selektive Lichtabsorbtion sowie dessen Streuung. Nach den Titandioxid-n sind die anorganischen Bundpigmente die mengenmäßig wichtigste Pigmentproduktgruppe.

32 WELCHE PIGMENTE GIBT ES? EISENOXIDPIGMENTE ALLGEMEINES Eisenoxidpigmente stellen in der Gruppe der oxidischen den bedeutendsten Teil dar. Ihr Farbspektrum reicht von gelb über rot, zu schwarz sowie orange und braun als zusammengesetzte Mischfarben. Eisenoxide sind relativ farbstark, licht- sowie wetter- und chemikalienbeständig, besitzen ein hervorragendes Deckvermögen und sind in den meisten Medien unlöslich.

33 WELCHE PIGMENTE GIBT ES? EISENOXIDPIGMENTE MODIFIKATIONEN Eisenoxid-Schwarz -Fe 3 O 4 [Magnetit] Eisenoxid-Rot -Fe 2 O 3 [Hämatit] Eisenoxid-Gelbid G -FeO(OH) F [Goethit]

34 WELCHE PIGMENTE GIBT ES? CHROMOXID PIGMENTE ALLGEMEINES Das wichtigste Chromoxid Pigment ist das Chromoxid-Grün Cr 2 O 3. Das gut deckende Pigment besitzt eine hervorragende Farbechtheit, ist chemikalienbeständig und reflektiert neben den nötigen Wellenlängen des grünen Bereiches auch den infraroten Bereich. A ffälli i t d di h h M h ` h Hä t (8 9) Auffällig ist zudem die hohe Mohs`sche Härte (8-9) die auf der isometrischen Partikelstruktur beruht.

35 BUNTPIGMENTE MISCHPHASENPIGMENTE ALLGEMEINES Die Mischphasenpigmente leiten sich von anderen Oxidpigmenten (z.b. TO 2, Fe 2 O 3 ) ab. Art und Menge der jeweilig eingebauten Fremd-Ionen bestimmen die Farbe der Mischphasenpigmente.

36 Diskussion Noch Fragen?

37 QUELLENQ Lehrbuch h der Lacktechnologie 2.Auflage (Brock/Groteklaes/Mischke) kl /Mi Lackiertechnik (Goldschmidt/Streitberger) BASF Handbuch gif&imgrefurl= chemie.de/sinnesorgane.htm&h=338&w=510&sz=9&hl=de&start=7&um=1&tbnid=vfirf- Wf_HqPoM:&tbnh=87&tbnw=131&prev=/images%3Fq%3Dst%25C3%25A4bchen%2Bzapfen%26u m%3d1%26hl%3dde%26client%3dfirefox-a%26rls%3dorg.mozilla:de:official%26sa%3dn g g g g p p muenchen.de/ac/kluefers/homepage/l/ac1/rutile.gif&imgrefurl= bnid=btrmrq9llqrqum:&tbnh=109&tbnw=66&prev=/images%3fq%3drutil%26start%3d18%26n dsp%3d18%26um%3d1%26hl%3dde%26client%3dfirefox- a%26rls%3dorg.mozilla:de:official%26sa%3dn