Farbstoffe | ||
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Einteilung der Farbstoffe | |||||||||||||
Zu
den natürlichen Farbstoffen zählen pflanzliche Produkte wie Blauholz,
Curcuma, Indigo, Krappwurzel,
Reseda, Safran, das
aus Läusen gewonnene Cochenille oder der
kostbare Purpur, der aus der Drüse der Purpurschnecke
gewonnen wird. Die meisten heutigen synthetischen Farbstoffe werden künstlich
aus Erdölprodukten hergestellt. Farbstoffe
können nach der Art der Färbemethode unterschieden werden:
Farbstoffe kann man auch
nach dem chemischen Aufbau unterteilen. Da sich diese Gruppierungen enorm
vielfältig und kompliziert darstellen, soll hier nur eine Auswahl
genannt werden:
Skelettformel β-Carotin Bei farbigen organischen Stoffen sind deren Moleküle fähig, aus dem Spektrum des Lichts
bestimmte Anteile zu absorbieren. Sie
enthalten funktionelle Gruppen mit Mehrfachbindungen. Nach Paulings Hybridorbitalmodell enthält die Doppelbindung eine π-Bindung und eine σ-Bindung. Einfallendes Licht führt den delokalisierten Elektronen in der π-Bindung
Energie zu und das Energieniveau der Elektronen wird angehoben. Das
dabei vom Stoff remittierte Licht erzeugt im System
Auge-Gehirn den Farbeindruck. Atomgruppierungen mit Mehrfachbindungen,
die Farbigkeit verursachen, werden als Chromophore bezeichnet. Funktionelle Gruppen, die Elektronen zur Verfügung stellen und die Mesomerie bei der chromophoren Gruppe erhöhen, wirken als Auxochrome: Bei Stoffen mit Chromophoren, die zusätzlich Auxochrome enthalten, wird die Farbigkeit noch verstärkt. Antiauxochrome wirken dagegen als Elektronenakzeptoren und vermindern die Farbigkeit. Hier einige Beispiele:
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Geschichte der Farbstoffe | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
Die
ältesten Funde von Farbstoffen auf Textilgeweben stammen aus der Zeit
um 3000 vor Christus. In germanischen Siedlungen aus der jüngeren
Steinzeit wurden Reste von Samen und Pflanzen gefunden, die für das
Färben geeignet sind. Spuren von pflanzlichen Farbstoffen wie Krapp,
Indigo oder Safran ließen
sich auch auf Mumienbändern und Textilresten in den altägyptischen
Gräbern nachweisen. Auch in der Türkei weisen zahlreiche Wandmalereien
aus der Steinzeit auf das Tragen von farbiger Kleidung und auf die Tradition
des Teppichwebens und des Färberhandwerks hin.
Schon im Altertum glaubte man an die symbolische Wirkung der Farben. Tiere, Bäume und Gegenstände bestrich man mit roter Farbe, im Glauben sie schütze vor Gefahren. Während bei den Ägyptern die Farbe Rot als zerstörerisches Symbol galt, trugen es die Römer ganz bewusst. Der feuerrote Schleier der römischen Bräute, das Flammeum, galt als Sinnbild für Liebe und Fruchtbarkeit. Die Farbe Rot war in Rom auch die Farbe der Kaiser und des Adels. Ein feuriges Rot konnte damals nicht aus Pflanzen erhalten werden. Man verwendete einen Saft aus der Drüse von Purpurschnecken, der beim Färben einen violetten Farbstoff lieferte. Um ein Gramm Purpur zu gewinnen, mussten 8000 Schnecken getötet werden! Dies erklärt, warum nur der römische Cäsar Purpurgewänder tragen durfte. Ein römischer Senator musste sich dagegen mit einem roten Streifen auf der Schulter begnügen. Ein roter Farbstoff (Orseille) konnte auch aus der Färberflechte Rocella tinctoria gewonnen werden, die heute noch in Kreta und im Mittelmeer häufig zu finden ist. Theophrastus (371–287 vor Christus), ein griechischer Philosoph und Naturforscher, berichtete über das Färben mit dieser Flechte, die „in ihrer Färbung viel schöner als die des Purpurs ist.“ Die Kunst des Färbens dürfte eines der ältesten Kunsthandwerke der Menschheitsgeschichte sein. Die Phönizier betrieben in Tunis, Sidon (heute Saida in Libanon) und Tyros zahlreiche Färbebetriebe, die das Purpurfärben beherrschten. Im Reich Karls des Großen (747–814 nach Christus) besaß der Anbau und Handel mit Färberwaid, Krapp und Reseda große wirtschaftliche Bedeutung. Der Purpur wurde allmählich durch das Cochenille der Kermeslaus verdrängt. Diesen Farbstoff gewann man aus getrockneten weiblichen Kermesschildläusen, die als Saftsauger die Scharlacheichen des Mittelmeergebietes besiedeln. Durch die Kreuzzüge im Mittelalter gelangte die Färberkunst des Orients nach Mitteleuropa, und neue Farbstoffe wie Safran, Sandelholz oder Indigo bereicherten das Spektrum der pflanzlichen Farbstoffe. Das Beispiel zeigt, dass der Handel und der Verkehr mit anderen Völkern schon seit jeher eine Bereicherung für eine Kultur darstellten. Schon vor Beginn unserer Zeitrechnung gelangten Handelsgüter aus Indien und China über die Karawanenstraßen Zentralasiens nach Europa (Seidenstraße). Die Produktion von Seide entstand in China bereits um 2600 vor Christus.
Die Entdeckung Amerikas
1492 und des ostindischen Seeweges 1498 brachten wiederum zahlreiche neue
Farbstoffe nach Europa. Die Handelshäfen in Holland und England wurden
zu großen Umschlagsplätzen von tropischen Hölzern wie Blauholz
und des Farbstoffes aus Indigo. Obwohl die einheimischen
Waidbauern sich heftig gegen die Einführung des indischen Indigos
wehrten, setzte sich dieser allmählich durch.
Die Eroberung Mexikos 1532 durch die Spanier brachte einen neuen roten Farbstoff nach Europa. Mit dem Cochenillerot aus getrockneten Läusen, die auf dem mexikanischen Feigenkaktus Opuntia coccinelliferia saugen, konnte eine intensiv wirkende Färbung auf Textilien erreicht werden. Es verdrängte das Purpurrot und das Kermesrot vollständig. Ab 1824 wurde die amerikanische Cochenille-Laus auf den Kanarischen Inseln angesiedelt. Sie ist bis heute dort anzutreffen. Durch das Aufblühen der Zünfte im Mittelalter und durch die Öffnung der Seewege hatte das Färberhandwerk einen neuen, vorläufigen Höhepunkt erreicht. Mit dem Beginn des Industriezeitalters entstanden aber Manufakturen und Betriebe, welche mit technischen Maschinen arbeiteten und das traditionelle Handwerk verdrängten. Die entscheidende Grundlage für die Entwicklung der modernen Farbstoffchemie bildete die Entdeckung des Phenols und des Anilins im Steinkohleteer durch den deutschen Chemiker Friedlieb Ferdinand Runge im Jahre 1834. Zwanzig Jahre später, im Jahre 1856, machte der 18jährige Student William Perkin in London eine zufällige Entdeckung. Eigentlich wollte er durch die Oxidation von Anilin Chinin, ein fiebersenkendes Mittel, herstellen. Er erhielt eine schwarzviolette Masse, aus der er durch Extraktion mit Alkohol einen violetten Farbstoff isolieren konnte, den er Mauvein nannte. Perkins Farbstoff war der erste künstlich hergestellte Anilinfarbstoff und vermochte Seide zu färben. Die Lyoner Seidefärber prägten eine neue Modefarbe (mauve, malvenfarbig), die im 19. Jahrhundert sehr beliebt war. Perkin gründete mit Vater und Bruder eine Fabrik für synthetische Farbstoffe und verdiente sehr viel Geld mit seiner Entdeckung.
In der Folgezeit verdrängten
die aufkommenden, auf chemischem Wege hergestellten Farbstoffe die ehemaligen
Naturfarbstoffe fast vollständig vom Markt. Die synthetischen Farbstoffe
zeichneten sich vor allem durch einen günstigen Preis und durch bessere
Beständigkeit aus.
Mit dem Aufkommen der
synthetischen Farbstoffe erlangte die Baumwollindustrie einen enormen Aufschwung.
Die gängigen Pflanzenfarbstoffe färben zwar gut Wolle,
Leinen und Seide,
doch auf Baumwolle lassen sie sich
nur schwer aufbringen. Die Entdeckung des künstlichen Indigos
1878 verhalf den aufkommenden Jeans einen neuen Aufschwung. Die um 1850
von dem Amerikaner Levi-Strauß erfundenen Hosen bestanden aus einem
besonders strapazierfähigen Baumwollstoff und wurden mit dem blauen
Küpenfarbstoff eingefärbt. Besonders gut auf Baumwolle haften
jedoch die Direktfarbstoffe, die durch einen komplizierten chemischen Vorgang
in die Baumwollfaser eindringen. Synthetische Textilien wie Polyamid
oder Polyester lassen sich nicht von Naturfarbstoffen,
sondern nur von bestimmten synthetischen Farbstoffen anfärben. Dazu
gehören zum Beispiel die Reaktivfarbstoffe. Heute existieren tausende
von künstlichen Farbstoffen. Fast alle werden wie die Synthetikfasern
aus Erdölprodukten gewonnen.
Einige der synthetischen
Farbstoffe standen in der Diskussion, ob sie für die Umwelt verträglich
sind. Bei deren Herstellung fallen zahlreiche giftige Zwischenprodukte
an, die unter Umständen nicht ausreichend verarbeitet werden können
und als Abfälle in die Umwelt gelangen. Betroffen sind die Abwässer
der Farbenbetriebe und die Arbeiter, die die chemischen Reaktionsprozesse
beaufsichtigen. Nach Angaben des Öko-Test-Magazins fielen beispielsweise
bei der Herstellung von 100 kg des heute nicht mehr verwendeten Farbstoffes
„Benzopurpurin 4B“ 82 kg zum Teil krebserzeugende Nebenprodukte wie Anilin
oder Nitrobenzol und 668 kg Abfälle wie Schwefelsäure
oder quecksilberhaltiges Natriumamalgam an. Diese Giftstoffe landen dann
auf Deponien.
Ein weiteres Problem
entsteht dadurch, dass sich viele Farbstoffe durch Schweiß oder beim
Waschen auswaschen und damit Farbstoffreste auf die Haut oder in das Abwasser
gelangen. Viele Menschen reagieren mit Allergien und Hautkrankheiten, wenn
sie mit bestimmten Farbstoffen in Kontakt kommen. Eine Aufnahme von allergieauslösenden
Farbstoffen kann auch über Lebensmittelfarbstoffe erfolgen.
Aufgrund dieser Probleme diskutierten gegen Ende des 20. Jahrhunderts einige Chemiker wie Hermann Fischer, ob Naturfarbstoffe im Sinne einer Sanften Chemie, die nur nachwachsende Rohstoffe verwendet und sämtliche Abfälle in den Produktions- und Stoffkreislauf zurückführt, wieder zunehmend eingesetzt werden sollten. Diese Überlegungen führten zu einer Neuorientierung der gesamten chemischen Industrie, so dass viele neue Entwicklungen vorangetrieben wurden. Ob diese Technologien komplett die anderen ersetzen können, ist fraglich, vor allem da derart große Anbauflächen zur Erzeugung pflanzlicher Rohstoffe bei einer globalen Gesamtversorgung nicht zur Verfügung stehen werden. Der Import von Produkten aus dem Ausland ist jedoch nichts Neues. So produziert China heute als weltweit größter Textilfarbstoffhersteller etwa ein Fünftel aller Textilfarbstoffe. Da aber die fossilen Rohstoffe wie Erdöl allmählich zur Neige gehen werden, müssen in naher Zukunft neue Möglichkeiten überlegt werden. |
Infos/Rezepte |
Arbeitsblätter:
Färben von Textilien
Farbenprojekt: Das Färben mit Beizenfarbstoffen Farbenprojekt: Das Färben mit Indigo Farbenprojekt: Herstellung eines Pigments aus Farbstoffen |