Sie machen nicht nur Künstlerfarben bunt: Pigmente

Welcher Kreative hat nicht schon mal mit dem Gedanken gespielt, seine Malfarben analog zu den alten Meistern selber herzustellen? Denn das individuelle Vermischen von Bindemitteln, Pigmenten, Füllstoffen, Additiven und Löse- bzw. Verdünnungsmitteln im heimischen Atelier gilt auch heute noch als lehrreich, flexibel und inspirierend. Zahlreiche allgemeine Infos und Tipps zu diesem Thema gab es daher bereits im ART&GRAPHICmagazine Nr. 26 (Januar 2009, S. 54 ff.) mit dem Beitrag „Künstlerfarben selbst gemixt“. Vertiefend dazu nun ein Artikel zum „Herzstück“ einer Künstlerfarbe, den Pigmenten. Denn eines wird schon beim ersten Blick auf die im Fachhandel erhältlichen farbgebenden Pulver klar: Es gibt sie in den verschiedensten Farbtönen mit individuellen Eigenschaften unter den unterschiedlichsten Bezeichnungen in diversen Qualitäten.
 

Um eine bessere Orientierung in der bunten Welt der Farbpulver zu erhalten, ist es unabdingbar, ein paar „Vokabeln“ zu lernen bzw. einige in der Farb- und Lackindustrie – und damit auch in der Künstlerfarbenbranche – übliche Begriffe zu klären.

Farbmittel: Als Farbmittel bezeichnet man generell alle farbgebenden Substanzen. Diese werden nun, aufgrund ihrer Löslichkeit im sie umgebenden Medium (gemeint sind hiermit im Falle von Künstlerfarben Bindemittel und Lösemittel bzw. Verdünnungsmittel), weiterhin eingeteilt in Farbstoffe undPigmente.

Farbstoffe: Farbstoffe sind im sie umgebenden Anwendungsmedium löslich. Sie verhalten sich also wie ein Löffel Salz, den man in ein Glas Wasser einrührt. Bei der Herstellung von klassischen Künstlerfarben haben Farbstoffejedoch keine Bedeutung: Ihre Lösungen in z. B. Wasser sind zwar oft äußerst brillant und farbstark, jedoch erzielt man mit ihnen keine deckenden Anstriche. Zudem sind sie – im Vergleich zu Pigmenten – nur bedingt lichtecht.

Pigmente: Diese sind – im Gegensatz zu Farbstoffen – im sie umgebenden Anwendungsmedium unlöslich, verhalten sich also wie ein Löffel Sand in Wasser. Aufgrund ihrer chemischen Zusammensetzung sind sie in der Regel unempfindlicher gegenüber Einflüssen von z. B. Licht und Chemikalien als Farbstoffe und damit das geeignetere Farbmittel zur Produktion von hochwertigen Künstlerfarben.

Füllstoffe: Als Füllstoffe bezeichnet man „Pigmente ohne Eigenfarbe“: Sie sind wie diese im sie umgebenden Medium unlöslich, verfügen jedoch über kein Deck- und Aufhellvermögen. Füllstoffe werden in Künstlerfarben zur Vergrößerung des Volumens eingesetzt, aber auch zur Beeinflussung technischer und optischer Eigenschaften.

Aktuell gibt es auf dem Weltmarkt mehrere Tausend Pigmente in unterschiedlichster Qualität für die verschiedensten Anwendungen. So sind z. B. die Anforderungen an die Farbmittel für einfache Druckfarben in punkto Lichtechtheit geringer als die für hochwertige Druckfarben oder gar Künstlerfarben. Um die Vielzahl von Pigmenten besser in den Griff zu bekommen, werden sie in der Branche üblicherweise erst einmal grob nach folgenden Kriterien vorsortiert.

koloristische Aspekte:

• Weißpigmente
• Buntpigmente
• Schwarzpigmente
• Glanzpigmente
• Leuchtpigmente.

Herkunft:

• natürlich (d. h. tierischen, pflanzlichen oder mineralischen Ursprungs)
• synthetisch (d. h. industriell gefertigt)

Chemische Zusammensetzung:

• organisch(ursprünglich aus belebter, d. h. tierischer oder pflanzlicher Natur)
• anorganisch(ursprünglich aus unbelebter, d. h. mineralischer Natur)

 

Diese Einteilung sagt jedoch noch nichts über die Eigenschaften eines Pigmentes aus. So ist ein recht preiswertes, synthetisch hergestelltes, anorganisches Ultramarinblau-Pigment in seinen Eigenschaften durchaus vergleichbar mit einem sehr kostenintensiven, da aufwändig aus dem Halbedelstein Lapis lazuli gewonnenen natürlichen Ultramarin. Das natürliche, anorganische Rotpigment Zinnober hingegen ist bedeutend weniger lichtecht als ein äußerst brillantes, synthetisches, organisches, rotesDiketopyrrolopyrrol-Pigment. Ein farbstarkes organisches, synthetisch hergestelltes Monoazogelb-Pigment hingegen hat deutlich geringere Lichtechtheiten als das farblich sehr ähnliche synthetische, anorganische Cadmiumgelb. Ein weiterer Unterschied zwischen diesen beiden Gelbpigmenten: Malfarben mit dem Monoazogelb sind eher lasierend, solche mit dem Cadmium-Pigmenthingegen deutlich deckender!Zudem ist das Einarbeiten der beiden gelben Pulver unterschiedlicher Herkunft sehr verschieden: Das Cadmiumgelb lässt sich eigentlich problemlos sowohl in wässerige Bindemittel als auch in Öl eindispergieren, wo hingegen das Monoazogelb bei beiden Systemen Ungeübten oft arge Probleme bereitet.

 

Aus all diesen Beispielen lässt sich schon erahnen, dass man vor dem Verarbeiten von Pigmenten nicht umhinkommt, detailliertere Materialkenntnisse einzuholen. Ein erstes Problem ergibt sich hier jedoch schon bei der Bezeichnung der Pigmente: Der korrekte chemische Name der Substanzen ist oftmals sehr komplex und eigentlich nur absoluten Fachleuten verständlich. Selbst der stark vereinfachte, an die chemische Verbindungsklasse des Pigmentes angelehnte Trivialname wie z. B. beim oben kurz erwähnten Diketopyrrolopyrrol-Pigment ist für Pigmentlaien häufig noch stark gewöhnungsbedürftig und gleicht eher einem Zungenbrecher. Ebenfalls nicht aussagekräftig, wenn auch phantasievoll, sind die von den Herstellern gewählten Handelsnamen. So wie im Supermarkt Nussnougatcreme einmal als „Nutella“, ein anderes Mal als „Nusspli“ verkauft wird oder aber Papiertaschentücher je nach Hersteller als „Tempo“ oder „Softis“ gehandelt werden, gibt es in der chemischen Industrie auch für das selbe Pigment je nach Hersteller unterschiedliche Handelsnamen. So wird z. B. eine grünstichige Monoazogelb-Pigmenttype von einem Produzenten unter dem Handelsnamen „Hansagelb 10 G“, von einem anderen unter der Bezeichnung „Monolite Yellow 100300“ vertrieben. In der Künstlerfarbenbranche hat es sich bewährt, als Handelsnamen für Pigmente klassische Künstlerfarbtöne zugrunde zu legen. Aber auch hier gibt es keine Normierung der Handelsnamen oder der Farbtöne, so dass man z. B. das oben erwähnte grünstichige Monoazogelb beim Künstlerfarbenfachhändler einmal unter der Bezeichnung „Primaire-Gelb“ finden kann, ein anderes Mal als „Echtgelb grünlich“ oder aber „Zitronengelb“.

 

Einfacher zu handhaben ist da schon das innerhalb der gesamten Farb- und Lackindustrie international verständliche System des Colour-Index.

Colour-Index: Der Colour-Index (Abk.: C.I.) ist ein mehrbändiges Verzeichnis in englischer Sprache, in dem u. a. auch alle handelsüblichen Farbmittel eindeutig charakterisiert werden. Wichtig für die Praxis ist der Gattungsbegriff C.I. 1, eine für alle verständliche und aussprechbare Kombination aus Buchstaben und Zahlen: Der erste Buchstabe bezeichnet dabei die Farbmittelart. So steht z. B. „S“ (solvent) für lösliche Farbstoffe, „P“ (pigment) für unlösliche Pigmente. Die zweite Buchstabengruppe gibt den Farbton (in englischer Sprache) an (s. a. Tabelle 1). Im Anschluss an diese Buchstabenkombination folgt eine 1 – 3-stellige Zahl, die sich aus der fortlaufenden Anmeldung beim C.I.-System ergibt.

 

Tabelle 2 beinhaltet als Kaufhilfe zur Orientierung eine Aufstellung von gängigen klassischen Künstlerpigmenten. Sie enthält folgende Informationen:

-          Farbtonbezeichnung (angelehnt an klassische Künstlerfarbtonbezeichnungen)

-          chemische Pigmentbezeichnung (Trivialname, angelehnt an Verbindungsklassen)

-          chemische Zusammensetzung (organisch/anorganisch)

-          Herkunft (natürlich/synthetisch)

-          Colour-Index (Gattungsbegriff C.I. 1)

-          Lichtechtheit (nach international gültiger 8-stufiger Wollskala)

-          Deckfähigkeit (eingeteilt nach lasierend, halbdeckend, deckend)

 

Aber aufgepasst: Nicht immer ist die „Chemie“ der Pigmente allein dafür verantwortlich, wie ein Pigment letztendlich farblich aussieht oder wie es sich verarbeiten lässt. So fasst der Colour-Index lediglich Pigmente gleicher Art unter der gleichen Bezeichnung zusammen. Sie haben somit zwar ähnliche Grundeigenschaften, können sich aber unter Umständen in Einzelheiten – auch im Farbton! – deutlich unterscheiden! Hier zwei Beispiele aus der Künstlerfarbenpraxis: Ein schwefelhaltiges Natriumaluminiumsilikat – das ist die chemische Bezeichnung für ein Ultramarinblau-Pigment – hat den Colour-Index „PB29“. Je nach Herstellungsprozess kann es jedoch entweder rotstichig oder grünstichig sein, entweder heller oder aber dunkler. Auch Eisenoxidrot-Pigmente – alle unter dem Colour-Index „PR101“ zusammengefasst – gibt es in Orangerot („Englischrot“) oder aber eher Rotviolett („Caput mortuum“).

 

Grund dazu ist in vielen Fällen eine unterschiedliche „Physik“ der Pigmente, die sich meist – ähnlich zum Geschmack der sich auf dem Markt befindlichen Nussnougatcremes – aus dem individuellen Herstellungsprozess der einzelnen Produzenten ergibt. Sie beeinflusst letztendlich zusammen mit der „Chemie“ den genauen Farbton eines Pigmentes, seine Farbstärke, sein Deckvermögen, seine Brillanz und seine Dispergierbarkeit.

Von großem Interesse in diesem Zusammenhang sind z. B. die folgenden physikalischen Kenngrößen von Pigmenten:

·        Teilchenform: Die kleinste Teilcheneinheit eines Pigmentes ist fast immer ein Kristall. Mehrere von ihnen schließen sich aufgrund von physikalischen Wechselwirkungen in der Regel zu größeren Teilchenverbänden zusammen, den Primärkörnern (s. a. Abbildung 2a). Idealformen hierfür sind z. B.

-          Kugeln

-          Würfel

-          Plättchen und

-          Nadeln.

Aufgrund von Wechselwirkungen innerhalb dieser Primärkörner entstehen jedoch beim Lagern Zusammenballungen. Hier unterscheidet man zwei Arten:

-          Aggregate: Bei ihnen sind die Primärteilchen relativ fest über ihre Flächen aneinandergelagert (s. a. Abbildung 2b)

-          Agglomerate: So nennt man die recht lockeren, über Kanten und Ecken brückenartig miteinander verbundenen Primärteilchen (s. a. Abbildung 2c).

Vorteil dieser Zusammenschlüsse: Das so zusammengeballte Pigmentpulver ist staubärmer als die Einzelteilchen. Ihr eindeutiger Nachteil: Aggregate und Agglomerate sind schwerer zu dispergieren, d. h. sie lassen sich schlechter gleichmäßig ins Bindemittel einarbeiten als Primärkörner. Zudem ist gerade bei Aggregatendie Gesamtoberfläche deutlich kleiner als die aller Einzelteilchen, was wiederum einen negativen Effekt auf die Farbstärke einer Formulierung hat.

·        Teilchengröße: Für die Größe der Pigmentteilchen betrachtet man ihren mittleren Partikeldurchmesser. Die kleinsten Teilchen findet man z. B. bei Pigmentrußen mit einem mittleren Teilchendurchmesser zwischen 10^-9 und 10^-7 m. Bei organischen Pigmenten liegt man in einem Bereich von 10^-8 bis 10^-6 m, bei anorganischen von 10^-7 bis 10^-5 m. Zur besseren Einschätzung: 1 Millimeter (mm) = 10^-3 m = 1/1000 Meter; 1 Mikrometer (µm) = 10^-6 m = 1/1000 Millimeter; 1 Nanometer (nm) = 10^-9 m = 1/100000 Millimeter!

·        spezifische Teilchenoberfläche: Die spezifische Oberfläche ist die auf ein Gramm bezogene Oberfläche eines Pigmentes. Sie ist umgekehrt proportional zur Teilchengröße. Anders ausgedrückt: Je größer das Pigmentteilchen, desto kleiner seine spezifische Oberfläche. Hier eine Größenordnung für die spezifische Oberfläche von Pigmenten verschiedener chemischer Herkunft: Bei anorganischen Pigmenten findet man spezifische Oberflächen von 2 bis 20 m²/g, bei organischen von 10 bis 80 m²/g. Ein Gramm Pigmentruß kommt nicht selten auf eine spezifische Teilchenoberfläche von bis zu 700 m²/g. (Anmerkung zur besseren Einschätzung: Die spezifische Oberfläche von 10 g Ruß entspricht ungefähr der Fläche eines Fußballplatzes in einem Stadion!) Von praktischem Wert ist diese Zahl, wenn es darum geht, den Bindemittelbedarf eines Pigmentes abzuschätzen. Denn: Große Pigmentoberflächen benötigen viel Bindemittel bei der Farbherstellung! Direkt umgesetzt wird dieses bei der Ölzahl, einer Kenngröße, die oft in technischen Merkblättern der Pigmenthersteller zu finden ist. Die Ölzahl gibt die Menge Lackleinöl (ein speziell nach einer bestimmten Norm gereinigtes Leinöl) an, die benötigt wird, um 100 g Pigment (oder Füllstoff) unter festgelegten Bedingungen zu einer zähfließenden Paste zu verarbeiten. Zur groben Orientierung: Die Ölzahl für anorganische Füllstoffe liegt bei weniger als 5 g/100 g, die für Pigmentruße meist bei 100 g/100 g!

 

All diese physikalischen Größen haben nun mehr oder weniger Einfluss auf die folgenden Pigmenteigenschaften:

·        Farbstärke: Die Farbstärke bezeichnet die Fähigkeit eines Farbmittels, farbgebend auf ein bestimmtes Medium – z. B. eine weiße Farbmasse – zu wirken. Sie ist stets ein Vergleich zwischen zwei oder mehreren Substanzen. Von Farbstärke spricht man jedoch nur bei Bunt- und Schwarzpigmenten. Bei Weißpigmenten spricht man von Aufhellvermögen.

·        Aufhellvermögen: Als Aufhellvermögen bezeichnet man die Fähigkeit eines Weißpigmentes, die Helligkeit einer grauen, schwarzen oder bunten Malfarbe zu erhöhen. Wie die Farbstärke von Bunt- und Schwarzpigmenten ist auch sie immer nur ein relativer Vergleich in einem definierten Bezugssystem.

·        Deckvermögen: Das Deckvermögen eines Beschichtungsstoffes beschreibt seine Fähigkeit, die Farbe oder die Farbunterschiede eines Untergrundes zu überdecken.

·        Brillanz: Unter Brillanz im Zusammenhang mit Pigmenten versteht man oft einen „reinen“, „strahlenden“ und „leuchtenden“ Farbton.

·        Dispergierbarkeit: Die Dispergierbarkeit von Pigmenten ist eine Abschätzung, wie leicht oder schwer ein Pigment in ein bestimmtes Medium einzuarbeiten ist.

 

Tabelle 3 zeigt einen allgemeinen Vergleich der Eigenschaften von anorganischen und organischen Pigmenten.

 

Übrigens: Bei vielen Pigmenten erlaubt der Stand der Technik inzwischen eine Veredlung der Pigmente durch eine Nachbehandlung der Pigmentoberfläche. Durch diverse Prozesse – allgemein als Coaten („ummanteln“) bezeichnet – lässt sich z. B. die Dispergierbarkeit eines Pigmentes verbessern – oft erstrebenswert beim Verarbeiten von organischen Pigmenten in wässerigen Bindemitteln. Auch kann man mittels Coaten bei einigen Pigmenten eine bessere Chemikalienbeständigkeit erreichen. Galt bislang ein Ultramarinblau-Pigment zwar als kalkecht, aber nur bedingt als zementecht, so findet man heute schon Ultramarinblau-Typen, die ohne weiteres auch zum Einfärben von Zementputz verwendet werden können.

 

Wie in der heimischen Küche kommt es also auch bei den Pigmenten nicht nur auf die richtigen Zutaten an, sondern auch auf den Koch! Im Klartext: Die Qualität und die Einsatzmöglichkeit eines bestimmten Pigmentes sind nicht allein von seiner chemischen Zusammensetzung abhängig, sondern auch vom Produktionsprozess des jeweiligen Herstellers!

 

 

Dr. Annette Kleine, Leiterin des Labors und der Produktentwicklung bei Dr. Fr. Schoenfeld GmbH & Co., LUKAS Künstlerfarben- und Maltuchfabrik; Veröffentlichung u. a.:Farben, Pinsel und Co. – Praxiswissen für das künstlerische Malen in Freizeit und Beruf (gemeinsam mit M. Metzner); Erstauflage 2004 im Knaur-Verlag; ab September 2008 Neuauflage im Anaconda-Verlag; Kontakt: annette.kleine@lukas.eu; graphische Darstellung Abbildung 3: Anne Horstmann.