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Ingo Klöckl
i.kloeckl@2k-software.de

Nachdem ein Farbmittel für den Lieblingsfarbton hergestellt oder aufgefunden wurde, erhebt sich die Frage, was man denn damit tun solle? Ein einfaches Auflösen in Wasser und Eintauchen des Färbegutes, zum Beispiel ein Stück Stoff, in die hoffentlich entstandene Lösung bringt nur in wenigen Fällen das erwartete Ergebnis ...

Dieser Abschnitt soll diese Frage klären helfen, indem er einen kurzen Überblick über die verschiedenen Methoden liefert, mit denen Färbungen hergesteltt werden, wobei die Natur des Farbstoffes als auch des zu färbenden Materials berücksichtigt werden muß.

Entwicklungsfarbstoffe

Zu der Gruppe der Entwicklungsfarbstoffe gehören die Farbstoffe, die erst beim Färbevorgang aus im allgemeinen farblosen Vorgängern entstehen. Die entstandenen Farbstoffe sind in Wasser unlöslich und gegenüber diesem Medium als Pigmente anzusehen.

Je nach Art der Reaktion, die zum eigentlichen Farbstoff führt, lassen sich die folgenden Varianten unterscheiden:

Der entstandene Farbstoff haftet auf der Faser durch Adsorption, nicht durch eine kovalente Bindung. Die Faser wird mit einem Vorläufer des Farbstoffes oder einem Reagenz, das zur Farbstoffbildung erforderlich ist, getränkt. Durch das Eintauchen der vorbereiteten Faser in eine Lösung einer weiteren Komponente oder eines Reagenzes oder das Einwirkenlassen eines Reagenzes auf die Faser entsteht das Pigment, das in die Faser eingelagert ist.

Küpenfarbstoffe

Küpenfarbstoffe sind ein bereit seit alters her bekanntes Beispiel für Farbstoffe, die erst auf der Faser in Form von Pigmenten entstehen. Sie sind in Zwischenräumen des Färbeguts eingelagert und können dementsprechend leicht ausgewaschen werden. Falls das Färbegut keine Zwischenräume aufweist, die das Pigment aufnehmen können, ist eine Färbung nicht oder nur schwer möglich, so können zum Beispiel glatte Nylon- oder Polyethenfasern mit dem typischen Küpenfarbstoff Indigo nicht gefärbt werden. Papier kann mit Indigo nur deshalb angefärbt werden, weil das feine Pigmentpulver in die Poren des Papiers eingerieben werden kann.

Tatsächlich findet Indigo nur zum Färben von Jeans Anwendung, die dann das typische Blau aufweisen und nach häufigem Waschen das Auswaschen des Pigments deutlich sehen lassen.

Bei der Jeansfärberei wird der Indigo nicht in den Stoff eingerieben, sondern durch Verküpen auf die Fasern aufgezogen. Dieser Vorgang sei hier stellvertretend für alle anderen Küpenfarbstoffe exemplarisch geschildert. Entscheidend für das Verküpen eines Farbstoffes ist ein Gleichgewicht wie das folgende:

Die blaue Form des Farbstoffes, Indigo, steht im Gleichgewicht mit einer farblosen (schwach geblichen) Form, dem Leukoindigo. Die farblose Leukoform geht durch Oxidation (Sauerstoffzufuhr) in die blaue Form über, dieser kann durch Reduktion in Leukoindigo überführt werden.

In der Praxis wird der aus Pflanzen oder synthetisch gewonnene blaue Indigo reduziert, indem er zum Beispiel durch Natriumdithionit Na2S2O4 reduziert wird. Früher hat man den Reduktionseffekt erreicht, indem der Indigo einige Tage in einer gärenden Maische eingeweicht wurde.

In dieser blaßgelben Lösung von Leukoindigo wird der zu färbende Stoff eingetaucht und sodann durch Oxidation die blaue Form des Indigos wieder gewonnen. Dabei entsteht das Pigment in den Hohlräumen des Färbegutes und wird so physikalisch mehr oder minder gut festgehalten. Die Oxidation wurde früher einfach durch Liegenlassen des ausgebreiteten Färbegutes an der Luft erreicht: innerhalb einiger halben Stunden nimmt der Stoff eine blaue Farbe an.

Aus dem Umkreis dieser alten handwerklichen Tätigkeit leitet sich auch das Sprichwort "Blau machen" her: sozusagen mit den Händen in der Tasche konnten die Färber zusehen, wie sich ihr Stoff blau färbt, sie hatten also "blau gemacht" ;-)

Beizenfarbstoffe

Auch die Beizenfarbstoffe werden erst auf der Faser entwickelt, indem sie einen unlöslichen Farblack als Pigment bilden. Das Färbegut wird in der Lösung eines Metallsalzes, zum Beispiel Aluminiumchlorid, eingetaucht und von dieser durchdrungen. Das solchermaßen vorbehandelte Färbegut wird sodann mit der Farbstofflösung versetzt, woraufhin sich der (unlösliche) Farblack auf der Faser bildet.

Je nach der Natur des Färbegutes kann das Metallsalz mit sauren Gruppen des Färbegutes reagieren und ebenso mit solchen des Farblackbildners. Dies ist am Beispiel der Anthrachinon-Beizenfarbstoffe sehr klar zu sehen, etwa dem Alizarin, das mit Aluminiumsalzen einen roten Farblack bildet:

Dieser Farblack ist das unlösliche, in den Fasern eingelagerte Pigment.

In diesem Falle ist der Farblack fest mit der Faser verknüpft. Es kann jedoch auch sein, daß das Färbegut nicht mit der Beize (der Metallsalzlösung) reagiert und nur der Farblack entsteht. Ähnlich wie beim Indigo, haftet dieser Farblack ohne direkte chemische Bindung auf der Faser.

Zweikomponentenfarbstoffe

Die Zweikomponentenfarbstoffe stellen die eigentlichen Entwicklungsfarbstoffe dar. Sie sind chemisch betrachtet Azofarbstoffe, wobei die Kupplungskomponente auf der Faser aufgezogen ist. Das heißt, die Faser wird mit der Kupplungskomponente getränkt und hernach in eine kalte Lösung des Diazoniumsalzes getaucht. Der Azofarbstoff bildet sich daraufhin in der Faser.

Als Kupplungskomponente wird häufig Naphthol AS (2-Naphthol-3-carbonsäure) eingesetzt. Ein Beispiel für einen Entwicklungsfarbstoff mit dieser Kupplungskomponente ist das Variaminblau:

Direktfarbstoffe

Ein vollkommen anderes Färbeprinzip verfolgen die Direktfarbstoffe, die chemisch mit der Faser des Färbegutes verbunden sind und sich ohne Hilfe weiterer Chemikalien an die Faser anlagern. Sie sind wasserlöslich und weisen funktionelle Gruppen auf, die eine kovalente Bindung mit funktionellen Gruppen des Färbegutes ausbilden können. Besonders gut für Direktfarbstoffe geeignet sind daher Fasern aus Wolle und Seide, da diese aus Proteinen bestehen. Proteine weisen zahlreiche saure und basische funktionelle Gruppen auf, die mit einem Farbstoff reagieren können.

Man kann drei Gruppen von Direktfarbstoffen unterscheiden:

  • Kationische Direktfarbstoffe stellen kationische organische Farbstoffe dar, die mit Halogenid-, Acetat-, Oxalat- oder Sulfatanionen Salze bilden. Sie können Seide, Wolle, Leder, Papier, anionische Polyester- und Polyacrylfasern färben. Da ihre Lichechtheit meist gering ist, werden sie häufig für Tinten und Stempelfarben verwendet.
  • Anionische Direktfarbstoffe stellen anionische Farbstoffe dar, die meist ein Grundgerüst auf Azo- oder Anthrachinonbasis enthalten. Sie färben Polyamide, Wolle, Seide, basisch modifizierte Polyacrylnitrile, Papier sowie Leder.
  • Substantive Direktfarbstoffe sind Farbstoffe, die Zellulose direkt anzufärben vermögen. Sie gehören zur Stoffklasse der Azo- und Anthrachinonfarbstoffe mit hydrophilen Gruppen und haften auf der Faser des Färbegutes durch Dipol-Dipol- oder Van der Waals-Wechselwirkung.

Ein Beispiel für einen kationischen Direktfarbstoff, der mit sauren Gruppen des Färbegutes reagieren kann, ist das Mauvein:

Ein Beispiel für einen anionischen Direktfarbstoff, der mit basischen Gruppen im Färbegut reagiert, ist das Benzopurpurin 4B:

Das Kongorot ist ein Vertreter der Substantivfarbstoffe:

Reaktivfarbstoffe

Reaktivfarbstoffe sind Farbstoffe, die eine kovalente Bindung mit den Bestandteilen der Faser des Färbegutes ausbilden. Sie sind somit fest am Färbegut fixiert, entsprechend weisen sie eine sehr hohe Haftung und Waschechtheit auf.

Die Reaktivfarbstoffe weisen einen relativ komplizierten Aufbau auf, da sie neben einem farbgebenden Anteil eine Möglichkeit bieten müssen, mit der Faser zu reagieren sowie zur bequemen Handhabung Lösungen bilden müssen. Ein allgemeines Schema für ihren Aufbau kann folgendes sein:


Lösliche Gruppen - Farbstoff - reaktiver Anker

Für die löslichen Gruppen verwendet man häufig Sulfonsäurereste -SO3H. Diese Gruppe ist wichtig, um den Farbstoff in Form einer Färbelösung einsetzen zu können.

Als farbgebende Gruppe werden meistens Azofarbstoffe, Anthrachinon- oder Phthalocyaninfarbstoffe verwendet. Ein Beispiel für einen sauren Azofarbstoff, der mit basischen Gruppen des Färbeguts reagiert, ist das Benzopurpurein 4B:

Für die Verankerung auf der Faser des Farbstoffes auf der Faser werden chlorierte Triazine oder Vinylsulfonsäuren eingesetzt.Der Triazinanker reagiert unter Abspaltung von HCl mit Hydroxylgruppen des Färbegutes und Ausbildung einer Etherbindung, die Vinylsulfonsäuren addieren sich unter Bildung einer C-C-Bindung an das Färbegut: