Block 8: Pigmente - Chemie und ihre Didaktik, Universität Wuppertal

Pigmente
Natürlich vorkommende mineralische Pigmente
1

Pigmente
• unlöslich (dispergiert)
im Bindemittel
• kristalline Teilchen
• weiß, bunt oder
schwarz
• transparent oder
deckend
Farbmittel
Farbstoffe
• löslich in der
Färbelösung
• molekular gelöst
• farbig (bunt)
• transparente
Lösungen
Pigmente sind in Bindemittel und Lösemittel unlösliche, bunte oder unbunte Farbmittel
2

Bei transparenten Pigmenten streut der Untergrund, bei deckenden Pigmenten
streuen die Pigmentteilchen selbst.
Faktoren, die das Deckvermögen von Pigmenten beeinflussen:
• Die Teilchengröße der Pigmente und ihre Verteilung im Bindemittel
• Der Unterschied in den Brechungszahlen von Bindemittel und Pigment
3

• elektromagnetische Strahlung breitet
sich in Wellen aus.
• Nur elektromagnetische Strahlung mit
Wellenlängen zwischen 380 und
780 Nanometer (nm) kann vom Auge als
Licht (Vis.) wahrgenommen werden.
4

Elektromagnetische Strahlung ist eine Energieform
energiereiches,
kurzwelliges, Licht
Moleküle bzw. Stoffe nehmen durch Absorption von elektromagnetischer
Strahlung Energie auf.
Die aufgenommene Energie kann auf unterschiedliche Weise wieder an die
Umgebung abgegeben werden:
• Zerstörung von Molekülen oder Oberflächen (Vorsicht bei Laserpointern)
• Aufheizen von Oberflächen (Umwandlung der Energie in Wärme)
• Abstrahlen von Licht (Leuchten, Phosphoreszenz, Fluoreszenz)
• Umwandlung in elektrische Energie (Solarzellen)
• Umwandlung in biochemischer Energie (Photosynthese)
energiearmes,
langwelliges, Licht
5

Wie entsteht Licht?
• „Heiße“ (angeregte) Atome und
Moleküle senden Licht aus.
• Verbrennungsvorgänge liefern
angeregte Atome und Moleküle.
• Erhitzen von Werkzeugstahl (Glühfarben);
Leuchtende Glühdrähte aus Wolfram (ca. 2000 0 C);
Oberfächentemperatur der Sonne ca. 5600 0 C.
6

Wechselwirkung von Lichtwellen mit Oberflächen
• Reflexion
a) diffuse Reflexion b) Spiegelung c) diffus mit Anteil von
(Remission) (gerichtete Reflexion) Spiegelung
• Nicht selbstleuchtende Körper werden erst sichtbar, wenn Licht darauf fällt;
• Werden mehr als 98 % des Lichts zurückgeworfen, erscheint der Körper weiß;
• Werden mehr als 95 % des Lichts verschluckt, erscheint der Körper schwarz.
• Glatte Oberflächen erscheinen glänzend, wenn ca. 10 % des Lichtes direkt an
der Oberfläche gerichtet reflektiert wird.
7

Wechselwirkung von Lichtwellen mit transparenten
Körpern oder transparenten Flüssigkeiten
• Transmission: Dringen Lichtwellen ohne Absorption oder Streuung
durch einen Körper hindurch erscheint er durchsichtig wie Fensterglas.
• Brechung: Ein schräg in ein optisch
dichteres Medium (Wasser, Glas etc.)
eintretender Lichtstrahl ändert seine
Richtung, da er sich im optisch
dichteren Medium mit geringerer
Geschwindigkeit fortbewegt.
• Die Richtungsänderung ist um so
größer, je größer die Brechungszahl n2 des optisch dichteren Mediums ist
(n = 1,0 (Luft), 1,5 (Quarz), 2,7 (Titandioxid)
und je kleiner die Wellenlänge
des Lichtstrahls ist.
8

• Dispersion (Zerlegung) des Lichts
• Stahlung verschiedener Wellenlänge wird unterschiedlich stark gebrochen,
die kurzwellige am stärksten, die langwellige am schwächsten.
• Weißes Licht läßt sich daher z. B. mit einem Prisma in die Spektralfarben
zerlegen (siehe Regenbogen).
9

• Absorption von Licht
Rote Farbmittel absorbieren
die grünen und blauen Anteile
• Wird ein Teil des sichtbaren Lichts von einem Farbmittel absorbiert (verschluckt)
erscheint der betreffende Körper farbig.
• Der resultierende Farbeindruck entsteht durch additive Farbmischung der nicht
absorbierten Spektralfarben.
• Die resultierende „Farbe“ ist komplementär zu den absorbierten Spektralfarben.
Komplementärfarben ergänzen sich zum vollen Spektrum des sichtbaren Lichts. 10

Subtraktive Farbmischung (Durchlaßkurven)
Transmission
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0 400 500 600 700 nm
Eine Lösung mit gelben und blauen Farbstoffen läßt nur Strahlung der
Spektrumsmitte hindurch, so dass die Kombination grün erscheint.
Gelb
Cyan Komb.
11

Teilchengröße und Farbstärke bei Pigmenten
Links: Mikroskopische schwarz-weiß
Aufnahme eines Pigments;
Rechts: Vom Pigment erzeugter
Farbeindruck.
12

Teilchengrößenvergleich
verschiedener Pigmente
Die Teilchengröße der Pigmente beeinflusst das Deck- und Färbevermögen.
Günstig sind Pigmentgrößen von ca. 0,4 - 5 m (Haardurchmesser ca. 100 m).
Pigmente unter 0,4 m lasieren und decken kaum (Schutz vor UV-Strahlen).
13