Farben für die Ewigkeit Anorganische Pigmente Melanie Barthel, Josef Breu.
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Farben für die Farben für die EwigkeitEwigkeit
Anorganische PigmenteAnorganische Pigmente
Melanie Barthel, Josef Breu
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Südliches Afrika, Buschleute, -25000
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Altamira,Spanien,-15000
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Grab des Tut-ench-Amun, Ägypten, -3130
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Kloster Moldoviţa, Rumänien, 1532
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Kloster Voroneţ, Rumänien, 1547
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Aboriginal,Australien,
heute
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OvaHimba, Namibia, heute
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1. Definition und Geschichte der Pigmente2. Wirtschaftliche Bedeutung3. Eigenschaften4. Grundlagen der Farbigkeit5. Beispiele
Übersicht
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Pigmente sind unlöslich in Löse- und Bindemitteln.
1. Definition
• Oxide• Oxidhydrate• Sulfide• Sulfate• Carbonate• Silicate• Cyanide…
Verbindungsklassen:
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•Weißpigmente (z.B. TiO2)
•Schwarzpigmente (z.B. Ruße)
•Buntpigmente (z.B. Fe-Oxide)
•Spezialpigmente
Phosphore (Neonröhren, LED) Perlglanz (TiO2 auf Glimmer) Interferenz (Geldscheine)
Einteilung
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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
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• Druckfarben• Lacke• Anstrich- u. Färbemittel• Färben von Papier, Keramik, Glas
• Kosmetika
Verwendung
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•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
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• Deckfähigkeit–Teilchengröße Streuung–Teilchengestalt
• Farbechtheit• Färbe- / Aufhellmögen
3. Eigenschaften
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• Benetzbarkeit• Beständigkeit• Dispergierbarkeit
Verarbeitung
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Streuung und Absorption
Abhängigkeit von der Teilchengröße
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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
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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
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Sichtbarer Spektralbereich: 400 – 700 nm
Grundlagen der Farbigkeit
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Farbe entstehtdurch:•Lichtabsorption•Lichtemission (Neonröhren, LED)
Das Pigment zeigt die Komplimentärfarbe
Grundlagen der Farbigkeit
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Erzeugung von Farbe durch ungepaartes Elektron („Elektron im Kasten“)
CaFCaF22 (Fluorit)
5. Beispiele: Farbigkeit durch Farbzentren
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Rubin: Al2O3 „verunreinigt“ mit Cr3+
Farbigkeit durch d-d-Übergänge
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Rinmans Grün: ZnZnOO „verunreinigt“ mit Co2+
d-d-Übergänge: wir stellen her…
http://ruby.chemie.uni-freiburg.de/Vorlesung/pigmente_0.html
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Ultramarin / Lapislazuli:• schwefelhaltiges Alumosilikat
Na4[Al3Si3O12]Sx (Sodalith)
• Farbigkeit durch radikalische Sulfidanionen:S3
- (blau)
Farbigkeit durch Radikalanionen
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Farbigkeit durch RadikalanionenTotenmaske des Tut-Ench-Amun(bei dem blauen Mineral handelt es sich um "Lapis Lazuli")
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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")
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Berliner Blau Fe4III[FeII(CN)6]3 • 14 H2O
Farbigkeit durch Charge-Transfer
C
N
Fe2+
Fe3+
Fe2+
fehltH2O
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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
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Mit anwachsender Teilchengröße von ca. 2 auf 5 nm geht die Farbe allmählich von Grün in Rot über → bandgap wird kleiner
CdTeEinstellen einer Farbe
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• Verbesserung bekannter Pigmente• Ersatz toxikologisch bedenklicher Pigmente
z.B. durch Oxonitride
Ausblick
LaTaON2 Ersatz
für Cadmiumrot
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Ausblick• Ersatz umweltschädlicher Herstellungsverfahren• Funktionspigmente• Farbpigmente mit neuen Effekten
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Rinmans Grün ZnxCo1-xO
Eisenoxidgelb α-FeOOH Goethit
Eisenoxidrot γ-Fe2O3 Maghemit
Berliner Blau Fe4III[FeII(CN)6]3•14 H2O
Barytweiß BaSO4 Schwerspat
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• 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