Pigment - Pigment

Pigmente zum Verkauf an einem Marktstand in Goa , Indien .

Ein Pigment ist ein farbiges Material, das in Wasser vollständig oder nahezu unlöslich ist. Im Gegensatz dazu sind Farbstoffe typischerweise zumindest in einem gewissen Stadium ihrer Verwendung löslich. Im Allgemeinen sind Farbstoffe oft organische Verbindungen, wohingegen Pigmente oft anorganische Verbindungen sind . Pigmente von prähistorischem und historischem Wert sind Ocker , Holzkohle und Lapislazuli .

Ökonomische Auswirkung

Im Jahr 2006 wurden weltweit rund 7,4 Millionen Tonnen anorganische , organische und spezielle Pigmente vermarktet. Geschätzt auf rund 14,86 Milliarden US-Dollar im Jahr 2018 und wird von 2019 bis 2026 um über 4,9% CAGR steigen. Die weltweite Nachfrage nach Pigmenten betrug 2009 etwa 20,5 Milliarden US-Dollar. Laut einem Bericht von Bloomberg Businessweek vom April 2018 ist der geschätzte Wert des Pigments Industrie weltweit beträgt 30 Milliarden US-Dollar. Der Wert von Titandioxid – das zur Verbesserung der Weißhelligkeit vieler Produkte verwendet wird – wurde auf 13,2 Milliarden US-Dollar pro Jahr geschätzt , während die Farbe Ferrari- Rot jedes Jahr auf 300 Millionen US-Dollar geschätzt wird.

Physikalische Prinzipien

Eine Vielzahl von Wellenlängen (Farben) treffen auf ein Pigment. Dieses Pigment absorbiert rotes und grünes Licht, reflektiert aber Blau, was der Substanz ein blaues Aussehen verleiht.

Wie alle Materialien entsteht die Farbe von Pigmenten, weil sie nur bestimmte Wellenlängen des sichtbaren Lichts absorbieren . Die Bindungseigenschaften des Materials bestimmen die Wellenlänge und Effizienz der Lichtabsorption. Licht anderer Wellenlängen wird reflektiert oder gestreut. Das reflektierte Lichtspektrum definiert die Farbe , die wir beobachten.

Das Aussehen von Pigmenten ist empfindlich gegenüber dem Quelllicht. Sonnenlicht hat eine hohe Farbtemperatur und ein ziemlich gleichmäßiges Spektrum. Sonnenlicht gilt als Standard für weißes Licht. Künstliche Lichtquellen sind weniger gleichmäßig.

Farbräume, die zur numerischen Darstellung von Farben verwendet werden, müssen ihre Lichtquelle angeben. Laborfarbmessungen gehen , sofern nicht anders angegeben, davon aus, dass die Messung unter einer D65-Lichtquelle oder "Tageslicht 6500 K" aufgezeichnet wurde, was ungefähr der Farbtemperatur des Sonnenlichts entspricht.

Sonnenlicht trifft auf Rosco R80 "Primary Blue" Pigment. Das Produkt des Quellenspektrums und des Reflexionsspektrums des Pigments ergibt das endgültige Spektrum und das Erscheinen von Blau.

Andere Eigenschaften einer Farbe, wie ihre Sättigung oder Helligkeit, können durch die anderen Substanzen bestimmt werden, die Pigmente begleiten. Bindemittel und Füllstoffe können die Farbe beeinflussen.

Geschichte

Mineralien werden seit prähistorischen Zeiten als Farbstoffe verwendet. Die frühen Menschen verwendeten Farben zu ästhetischen Zwecken wie der Körperdekoration. In einer Höhle in Twin Rivers in der Nähe von Lusaka , Sambia, wurden Pigmente und Farbschleifgeräte gemeldet, von denen angenommen wird, dass sie zwischen 350.000 und 400.000 Jahre alt sind . Ocker , Eisenoxid, war die erste Farbe der Farbe. Ein bevorzugtes blaues Pigment wurde aus Lapislazuli gewonnen . Pigmente auf der Basis von Mineralien und Tonen tragen oft den Namen der Stadt oder Region, in der sie ursprünglich abgebaut wurden. Raw Sienna und Burnt Sienna kamen aus Siena , Italien , während Raw Umber und Burnt Umber aus Umbrien kamen . Diese Pigmente gehörten zu den am einfachsten zu synthetisierenden, und Chemiker schufen moderne Farben basierend auf den Originalen. Diese waren konsistenter als die Farben, die aus den ursprünglichen Erzkörpern abgebaut wurden, aber die Ortsnamen blieben. In vielen paläolithischen und neolithischen Höhlenmalereien finden sich auch Roter Ocker, wasserfreies Fe 2 O 3 und der hydratisierte Gelbe Ocker (Fe 2 O 3 . H 2 O). Holzkohle – oder Ruß – wird seit prähistorischen Zeiten auch als Schwarzpigment verwendet.

Synthetische Pigmente wurden bereits im dritten oder vierten Jahrtausend v. Chr. eingeführt. Das erste synthetische Pigment ist Ägyptisches Blau (blaue Fritte), Calcium-Kupfer-Silikat CaCuSi 4 O 10 , hergestellt durch Erhitzen einer Mischung aus Quarzsand , Kalk , einem Flussmittel und einer Kupferquelle wie Malachit . Bereits in der prädynastischen Zeit Ägyptens erfunden , verbreitete sich seine Verwendung in der 4. Dynastie . Es war das blaue Pigment par excellence der römischen Antike ; seine kunsttechnischen Spuren verschwanden im Laufe des Mittelalters bis zu seiner Wiederentdeckung im Rahmen des Ägyptenfeldzugs und der Ausgrabungen in Pompeji und Herculaneum . Spätere vormoderne synthetische Pigmente umfassen Bleiweiß (basisches Bleikarbonat, (PbCO 3 ) 2 Pb(OH) 2 ), Zinnoberrot , Grünspan und Blei-Zinn-Gelb . Vermilion, ein Quecksilbersulfid , wurde ursprünglich durch Mahlen eines Pulvers aus natürlichen Zinnober . Ab dem 17. Jahrhundert wurde es auch aus den Elementen synthetisiert. Es wurde von alten Meistern wie Tizian bevorzugt . Indisches Gelb wurde einst durch Sammeln des Urins von Rindern hergestellt, die nur mit Mangoblättern gefüttert wurden . Niederländische und flämische Maler des 17. und 18. Jahrhunderts bevorzugten es wegen seiner leuchtenden Eigenschaften und verwendeten es oft, um Sonnenlicht darzustellen . Da Mangoblätter für Rinder ernährungsphysiologisch nicht ausreichend sind, wurde die Ernte von Indian Yellow schließlich als unmenschlich erklärt. Moderne indische Gelbtöne werden aus synthetischen Pigmenten hergestellt. Zinnoberrot wurde teilweise durch Cadmiumrot ersetzt.

Wegen der Kosten von Lapislazuli wurden oft Ersatzstoffe verwendet. Preußisches Blau , das älteste moderne synthetische Pigment, wurde 1704 zufällig entdeckt. Zu Beginn des 19. Jahrhunderts enthielten synthetische und metallisch blaue Pigmente französisches Ultramarin , eine synthetische Form von Lapislazuli . Ultramarin wurde durch Behandlung von Aluminiumsilikat mit Schwefel hergestellt . Verschiedene Formen von Kobalt- und Ceruleanblau wurden ebenfalls eingeführt. Im frühen 20. Jahrhundert wurde Phthalo Blue , ein synthetisches metallorganisches Pigment, hergestellt. Zur gleichen Zeit, Royal Blue , einmal ein anderer Name zu Tönungen von Lapislazuli hergestellt gegeben, hat sich zu einer viel leichter und heller Farbe , um anzuzeigen, und wird in der Regel aus gemischt Phthaloblau und Titandioxid oder aus billigen synthetischen blauen Farbstoffen.

Die Entdeckung von Mauvein im Jahr 1856 , dem ersten Anilinfarbstoff , war ein Vorläufer für die Entwicklung Hunderter synthetischer Farbstoffe und Pigmente wie Azo- und Diazoverbindungen . Diese Farbstoffe leiteten das Aufblühen der organischen Chemie ein, einschließlich der systematischen Gestaltung von Farbstoffen. Die Entwicklung der organischen Chemie verringerte die Abhängigkeit von anorganischen Pigmenten.

Fertigungs- und Industriestandards

Natürliches Ultramarinpigment in Pulverform
Synthetisches Ultramarinpigment ist chemisch identisch mit natürlichem Ultramarin

Vor der Entwicklung synthetischer Pigmente und der Verfeinerung der Techniken zur Extraktion mineralischer Pigmente waren Farbchargen oft uneinheitlich. Mit der Entwicklung einer modernen Farbindustrie haben Hersteller und Fachleute zusammengearbeitet, um internationale Standards für die Identifizierung, Herstellung, Messung und Prüfung von Farben zu schaffen.

Das Munsell-Farbsystem wurde erstmals 1905 veröffentlicht und bildete die Grundlage für eine Reihe von Farbmodellen, die objektive Methoden zur Messung von Farben lieferten. Das Munsell-System beschreibt eine Farbe in drei Dimensionen, Farbton , Wert (Helligkeit) und Chroma (Farbreinheit), wobei Chroma der Unterschied zu Grau bei einem gegebenen Farbton und Wert ist.

Mitte des 20. Jahrhunderts standen standardisierte Methoden für die Pigmentchemie zur Verfügung, die Teil einer internationalen Bewegung waren, um solche Standards in der Industrie zu schaffen. Die International Organization for Standardization (ISO) entwickelt technische Standards für die Herstellung von Pigmenten und Farbstoffen. ISO-Normen definieren verschiedene industrielle und chemische Eigenschaften und wie man sie testet. Die wichtigsten ISO-Normen, die sich auf alle Pigmente beziehen, lauten wie folgt:

  • ISO-787 Allgemeine Testverfahren für Pigmente und Füllstoffe.
  • ISO-8780 Dispergierverfahren zur Beurteilung der Dispergiereigenschaften.

Andere ISO-Normen beziehen sich auf bestimmte Klassen oder Kategorien von Pigmenten, basierend auf ihrer chemischen Zusammensetzung, wie Ultramarinpigmente , Titandioxid , Eisenoxidpigmente und so weiter.

Viele Hersteller von Farben, Tinten, Textilien, Kunststoffen und Farben haben den Color Index International (CII) freiwillig als Standard zur Identifizierung der Pigmente übernommen, die sie bei der Herstellung bestimmter Farben verwenden. Dieser Index wurde erstmals 1925 veröffentlicht und jetzt gemeinsam im Internet von der Society of Dyers and Colourists ( Großbritannien ) und der American Association of Textile Chemists and Colorists (USA) veröffentlicht. Dieser Index ist international als maßgebliche Referenz für Farbmittel anerkannt. Es umfasst mehr als 27.000 Produkte unter mehr als 13.000 generischen Farbindexnamen.

Im CII-Schema hat jedes Pigment eine generische Indexnummer, die es chemisch identifiziert, unabhängig von proprietären und historischen Namen. Zum Beispiel ist Phthalocyanine Blue BN seit seiner Entdeckung in den 1930er Jahren unter einer Vielzahl von generischen und geschützten Namen bekannt. In weiten Teilen Europas ist Phthalocyaninblau besser bekannt als Helio Blue oder unter einem geschützten Namen wie Winsor Blue. Ein amerikanischer Farbenhersteller, Grumbacher, hat eine alternative Schreibweise (Thanos Blue) als Marke eingetragen. Color Index International löst all diese widersprüchlichen historischen, generischen und geschützten Namen auf, damit Hersteller und Verbraucher das in einem bestimmten Farbprodukt verwendete Pigment (oder Farbstoff) identifizieren können. In der CII werden alle Phthalocyaninblaupigmente durch eine generische Farbindexnummer entweder als PB15 oder PB16 bezeichnet, kurz für Pigment Blue 15 und Pigment Blue 16; diese beiden Zahlen spiegeln leichte Variationen in der Molekülstruktur wider, die ein etwas mehr grünliches oder rötliches Blau erzeugen.

Leistungsmerkmale

Im Folgenden sind einige der Eigenschaften von Pigmenten aufgeführt, die ihre Eignung für bestimmte Herstellungsverfahren und Anwendungen bestimmen:

Farbfelder

Farbfelder werden verwendet, um Farben genau zu kommunizieren. Die Arten der Muster werden von den Medien diktiert, dh Druck, Computer, Kunststoffe und Textilien. Im Allgemeinen wird das Medium, das den breitesten Farbraum bietet, in verschiedenen Medien häufig verwendet.

Gedruckte Muster

Referenzstandards werden durch gedruckte Muster von Farbtönen bereitgestellt. PANTONE , RAL , Munsell usw. sind weit verbreitete Standards für die Farbkommunikation in verschiedenen Medien wie Druck, Kunststoff und Textilien .

Plastikmuster

Fertigungsunternehmen Farbmasterbatches und Pigmente für Kunststoffe bieten Kunststoff - Stoffproben in Spritzgussfarbchips. Diese Farbchips werden dem Designer oder Kunden zur Verfügung gestellt, um die Farbe für seine spezifischen Kunststoffprodukte auszuwählen.

Kunststoffmuster sind in verschiedenen Spezialeffekten wie Perlmutt, Metallic, Fluoreszierend, Funkeln, Mosaik usw. erhältlich. Diese Effekte sind jedoch auf anderen Medien wie Druck- und Computerdisplays schwer zu reproduzieren. Kunststoff-Farbfelder wurden durch 3D-Modellierung erstellt, um verschiedene Spezialeffekte einzuschließen.

Computermuster

Das Aussehen von Pigmenten bei natürlichem Licht ist auf einem Computerbildschirm schwer nachzubilden . Annäherungen sind erforderlich. Das Munsell-Farbsystem bietet ein objektives Maß für Farbe in drei Dimensionen: Farbton, Wert (oder Helligkeit) und Chroma. Computerbildschirme zeigen im Allgemeinen nicht das wahre Chroma vieler Pigmente, aber der Farbton und die Helligkeit können mit relativer Genauigkeit reproduziert werden. Wenn jedoch das Gamma eines Computerbildschirms vom Referenzwert abweicht, wird auch der Farbton systematisch verzerrt.

Die folgenden Näherungen gehen von einem Anzeigegerät mit Gamma 2,2 aus, das den sRGB-Farbraum verwendet . Je weiter ein Anzeigegerät von diesen Standards abweicht, desto ungenauer werden diese Muster. Farbfelder basieren auf den durchschnittlichen Messungen mehrerer Chargen von Einzelpigment-Aquarellfarben, konvertiert vom Lab-Farbraum in den sRGB-Farbraum zur Anzeige auf einem Computerbildschirm. Das Aussehen eines Pigments kann von der Marke und sogar von der Charge abhängen. Darüber hinaus haben Pigmente von Natur aus komplexe Reflexionsspektren , die ihr Farberscheinungsbild je nach Spektrum der Lichtquellenbeleuchtung stark unterschiedlich erscheinen lassen , eine Eigenschaft, die als Metamerie bezeichnet wird . Gemittelte Messungen von Pigmentproben liefern nur Näherungen ihres wahren Aussehens unter einer bestimmten Beleuchtungsquelle. Computeranzeigesysteme verwenden eine Technik, die als chromatische Anpassungstransformation bezeichnet wird, um die korrelierte Farbtemperatur von Beleuchtungsquellen zu emulieren , und können die ursprünglich gesehenen komplizierten Spektralkombinationen nicht perfekt reproduzieren. In vielen Fällen liegt die wahrgenommene Farbe eines Pigments außerhalb des Farbumfangs von Computerbildschirmen und eine Methode namens Farbraumzuordnung wird verwendet, um das wahre Erscheinungsbild anzunähern. Bei der Farbraumzuordnung werden Helligkeits- , Farbton- oder Sättigungsgenauigkeit abgeglichen, um die Farbe auf dem Bildschirm wiederzugeben, abhängig von der Priorität, die im ICC- Rendering-Intent der Konvertierung ausgewählt wurde .

PR106 – #E34234
Zinnober (echt)
#FFB02E
PB29 – #003BAF
PB27 – #0B3E66

Biologische Pigmente

In der Biologie ist ein Pigment jedes farbige Material von Pflanzen- oder Tierzellen. Viele biologische Strukturen wie Haut , Augen , Fell und Haare enthalten Pigmente (wie Melanin ). Die Färbung der Tierhaut entsteht oft durch spezialisierte Zellen, die Chromatophoren genannt werden , die Tiere wie der Oktopus und das Chamäleon kontrollieren können, um die Farbe des Tieres zu variieren. Viele Bedingungen beeinflussen das Niveau oder die Art der Pigmente in Pflanzen, Tieren, einige Protisten oder Pilzzellen. Zum Beispiel beeinflusst die Albinismus genannte Störung die Melaninproduktion bei Tieren.

Pigmentierung in Organismen dient vielen biologischen Zwecken, einschließlich Tarnung , Mimikry , Aposematismus (Warnung), sexuelle Selektion und andere Formen der Signalgebung , Photosynthese (in Pflanzen) sowie grundlegenden physikalischen Zwecken wie dem Schutz vor Sonnenbrand .

Die Pigmentfarbe unterscheidet sich von der Strukturfarbe dadurch, dass die Pigmentfarbe für alle Betrachtungswinkel gleich ist, wohingegen die Strukturfarbe das Ergebnis einer selektiven Reflexion oder eines Schillerns ist , normalerweise aufgrund von Mehrschichtstrukturen. Schmetterlingsflügel enthalten zum Beispiel normalerweise Strukturfarbe, obwohl viele Schmetterlinge auch Zellen haben, die Pigmente enthalten.

Pigmente nach elementarer Zusammensetzung


Bio und Bio

Siehe auch

Anmerkungen

Verweise

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Externe Links