• Redaktion

Nachhaltige Farben: Wie können sie unser Leben verändern?

Farbstoffe sind heutzutage von großer Bedeutung, da sie fast allem im täglichen Leben Farbe geben. Die chemischen und physikalischen Vorgänge, die die Farbstoffe selbst farbig machen sind komplex, genauso wie ihre Namen. Mit der Herstellung und Verwendung von Farbstoffen wird man deshalb außerhalb des Chemie-Unterricht der Oberstufe kaum konfrontiert.

Wir (Yannis und Mattes aus der 12. Klasse) haben uns im Rahmen von Jugend forscht mit Farbstoffen auseinandergesetzt. Wir hatten zum Ziel, vielseitige Farbstoffe aus natürlichen Rohstoffen herzustellen und zu untersuchen, wie sie die Welt verändern könnten. In diesem Artikel wollen wir es ermöglichen, einem Farbstoff durch die Herstellung über die Untersuchungen bis zur Anwendung zu folgen und dabei Probleme und Lösungen aufdecken.

Wie werden Farbstoffe hergestellt?

Die Farbmittel, die den Menschen am längsten begleiten, sind natürlicher Herkunft. Bereits in der Steinzeit wurden aus Mineralien gewonnene Pigmente verwendet, um Höhlenwände zu färben. Vom antiken Rom bis zum Beginn der Neuzeit waren seltene natürliche Farbstoffe wie Purpur oder Indigo heiß begehrt.

Heutzutage wird die Mehrheit der Farbstoffe aber nicht mehr aus Muscheln oder Pflanzen extrahiert, sondern gezielt im Labor hergestellt – und das im großen Maßstab. Da fast alle Farbstoffe zu großen Teilen aus Kohlenstoff und Wasserstoff bestehen, muss auch bei der Synthese von entsprechenden Stoffen ausgegangen werden. Ganz klar und deutlich heißt das: Erdöl- und Kohlerückstände. Diese werden je nach Farbstoff mit verschiedenen Substanzen versetzt und verändern sich Schritt für Schritt hin zum gewünschten Ergebnis.

Bei einem Ausstieg aus Erdöl- und Kohleverwendung müsste sich also auch die chemische Industrie verändern. Aber wie? Bei der Verarbeitung von Holz zu Papier oder auch bei der Herstellung von Getreideprodukten fallen auch organische Stoffe, d.h. Kohlenwasserstoff-basierte Chemikalien an. Wenn man diese nicht verbrennen würde, sondern für die Farbstoffe nutzen könnte, würden Müllentsorgung und Erdölverwendung begrenzt werden. Für unser Projekt haben wir Vanillin verwendet, dass aus Holzrückständen gewonnen werden kann. Durch eine Azokupplung konnten wir so einen rotbraunen Farbstoff gewinnen.

Worauf untersucht man Farbstoffe?

Nach einer erfolgreichen Herstellung und Reinigung des Farbstoffes eröffnen sich quasi unendliche Möglichkeiten. Wenn der Farbstoff ein völlig neuartiges Molekül ist, wie es bei uns der Fall war, können natürlich die Eigenschaften wie Löslichkeit und Schmelzpunkt untersucht werden. Spannend wird es aber vor allem, wenn man zur Anwendung kommt.

Viele Farbstoffe können als Indikatoren dienen. Sie wirken dann ähnlich wie der Universalindikator aus dem Chemie-Unterricht. Allerdings verändern die meisten ihre Farbe nicht bei allen pH-Werten. Dennoch können sie nützlich sein, wenn bei einer Reaktion ein ganz bestimmter pH-Wert nötig ist. Die Bestimmung findet mit einer Titration statt, bei der man den pH-Wert langsam verändert und die Farbe beobachtet.

Außerdem kann der eine oder andere Farbstoff aufgrund seiner Struktur andere Stoffe nachweisen. Die Tests hierfür sind aber sehr individuell und recht komplex.

Von der Gruppe der Azofarbstoffe, zu denen unser Farbstoff gehört, sind zwar viele positive Eigenschaften wie Färbewirkung (Annahme durch die Fasern) und Lichtechtheit (Widerstandsfähigkeit bei Kontakt mit Sonnenlicht) bekannt, allerdings sind einige auch giftig, krebserregend oder verursachen andere genetische Veränderungen. Deshalb haben wir mehrere Versuche mit Hefe- und Bakterien- und sogar mit menschlichen Leberzellen durchgeführt. Die Ergebnisse waren erfreulich, weil der Farbstoff keine negativen Auswirkungen auf die Zellen zeigte. Nur so kann man eine sichere Verwendung garantieren.

Wie kann man Farbstoffe verwenden?

Die Textilfärbung ist sicherlich das bekannteste Anwendungsgebiet der Farbstoffe. Für jeden Stoff und jeden Farbstoff gibt es bestimmte Voraussetzungen: Seide ist besonders empfindlich, Baumwolle ist eher widerstandsfähig; einige Farbstoffe sind nicht in Wasser löslich, andere nur, wenn sie kurzzeitig chemisch verändert werden, so wie Indigo.

In Lebensmitteln finden sie auch Anwendung: von Bonbons bis zur bunten Käserinde sind sie vertreten. Hier ist die Sicherheit besonders entscheidend, weshalb die EU bereits einige Farbstoffe in diesem Gebiet verboten hat.

Maler sind heutzutage selten für die Farbherstellung verantwortlich und mischen ihre Farbe kaum selbst, wie sie es früher getan haben. Neue Farbstoffe, die sich bei Lichteinstrahlung besser erhalten, noch kräftiger färben oder dem Hersteller Einsparung ermöglichen sind aber nach wie vor interessant.

Außerdem können Werkteile aus Kunststoff gefärbt werden. Unser Farbstoff könnte für Prothesen nützlich sein, weil er je nach Konzentration Farben zwischen braun und beige erzeugt.

Was ändert sich dank eines umweltfreundlichen Farbstoffs?

Im besten Fall ändert sich nicht viel. Der Konsument sollte den Unterschied zwischen dem alten Produkt und dem neuen mit einem anderen Farbstoff natürlich kaum merken. Der Unterschied bei der Herstellung kann aber einiges verändern. Sicher ist der Effekt nicht derselbe wie der, der durch emissionsfreie Autos oder Flugzeuge erreicht werden kann, Innovation bringt aber immer neue Innovationen mit sich. Ein Wandel in der chemischen Industrie weg von Erdöl-basierten Produkten ist ein gutes Ziel. Wir allein können dies zwar nicht verwirklichen, aber unsere Untersuchungen zeigen, dass eine nachhaltige Alternative hergestellt werden kann. Daher wollen wir auf die momentane Lage aufmerksam machen, um langfristig gesehen einen Wandel zu erzielen und die Gesellschaft aufzuklären. Vielleicht können wir auch Begeisterung für Naturwissenschaft wecken und zur Motivation für neue Projekte beitragen.


Falls du Lust auf Forschungsprojekte im NaWi-Bereich hast, sprich auf jeden Fall eine Lehrerin oder einen Lehrer aus dem Gebiet an. Sie sind bei den Wettbewerben Jugend forscht und Schüler experimentieren erfahren und mit Begeisterung dabei. Die Arbeit an einem Projekt ist nicht nur für das MINT-Zertifikat nützlich, man lernt durch die geplante Arbeit (eventuell zu zweit oder zu dritt) nicht nur für die Schule, denn die Fähigkeiten im Bereich Planung, Teamarbeit und eigener Motivation sind für das Leben nach der Schule essenziell.













Abb.: pH-Indikatorwirkung und Untersuschung auf Eisen(III)-Ionen-Indikatorwirkung


155 Ansichten0 Kommentare

Aktuelle Beiträge

Alle ansehen