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Absorption

Absorption des Lichtes

Die im Objekt vorhandenen farbgebenden Substanzen, wie z.B. die Farbstoffe, sind eben deswegen Farbstoffe, weil sie bestimmte Wellenlängenbereiche des eingestrahlten Lichtes absorbieren, d.h. "schlucken", indem sie die Lichtenergie in molekulare Schwingungsenergie verwandeln. Das sogenannte chromophore (d.h. "farbtragende") System der Elektronen im Farbmolekül schwingt "im Takt" der Lichtwelle. Die Schwingungsenergie wird durch "Reibung" am umgebenden Medium in Wärme umgewandelt oder Bindungen reißen und der Farbstoff wird zerstört.
● Die Art der absorbierten Lichtwellen bestimmt den Buntton und die koloristische Reinheit des Farbmittels,
● der Grad des absorbierten Lichtes seine Farbstärke.

Farbstärke von Farbstoffen

Bei einem löslichen Farbstoff gegebener chemischer Konstitution hängt die Farbstärke nur von seiner chemischen Reinheit ab, d.h. das Färbevermögen der Mengeneinheit einer Handelsware ist nur von der chemischen Formel und vom Gehalt an evtl. nicht färbenden Bestandteilen - wie z.B. optisch inerte Verschnittmittel oder auch Fabrikationssalzen - bestimmt.

Farbstärke von Pigmenten

Bei Pigmenten besagt die chemische Formel, über die der sogenannte Colour Index Auskunft gibt, hinsichtlich Farbstärke nicht sehr viel. Zwei Pigmente gleicher chemischer Konstitution und gleicher chemischer Reinheit können sogar im gleichen Anwendungsmedium sehr unterschiedliche Farbstärke entfalten, je nach Teilchengröße bzw. Teilchengrößenverteilung, die nach der Dispergierung des Pigmentes im Medium erreicht wurde und nun optisch wirksam wird.
Die folgende Abbildung liefert für die Abhängigkeit des Licht-Absorptionsvermögens von der aktuellen Teilchengröße eine anschauliche Erklärung.

Im oberen Bildteil werden fünf kleine Teilchen durch ein schematisch angedeutetes Lichtstrahlenbündel aus 5 Strahlen getroffen. Jedes Teilchen wird optisch voll wirksam, indem es einen Wellenlängenbereich des Spektrums absorbiert und den Rest durchlässt. Lassen wir das Lichtstrahlenbündel unverändert und vereinigen die Teilchen zu einem großen (zum Beispiel durch mangelnde Dispergierung), dann gehen 2 Strahlen ungenutzt vorbei.
Ein Strahl trifft das große Teilchen in der Mitte, wo es so dick ist, dass überhaupt kein Licht durchgelassen wird. Nur die Randzonen des großen Teilchens werden wirksam.

Verschenkte Farbstärke!

In diesem Beispiel werden also insgesamt 60% der Farbstärke verschenkt, die aber als stille Reserven im Kern der Teilchen vorhanden sind. Gleicht man diesen Farbstärkeverlust durch eine höhere Pigmentkonzentration aus, so dass im Endeffekt doch die gewünschte Farbtiefe erzielt wird, sind für jede Farbstärkeeinheit 2,5 Einheiten latent in Reserve. Werden nun die Teilchen durch Lichteinfluß von den Randzonen her zerstört, kommen die brachliegenden Kerne optisch zur Wirkung. Diese - bezogen auf die Masse- zunächst farbschwächeren Teilchen entfalten eine gewisse Farbstärke-Depotwirkung und machen eine Farbe lichtechter. Weil eben zur Erzielung einer bestimmten Farbwirkung oder Farbtiefe mehr färbende Substanz vorhanden ist, hält sie dem zerstörenden Lichteinfluss auch länger stand.

Kleine Teilchen entfalten eine größere Farbstärke

Zusammenhang zwischen Teilchengröße und Farbstärke
Aus der Mie-Theorie ergibt sich für den Zusammenhang zwischen Lichtabsorptionsvermögen und Teilchengröße ein relativ komplizierter Zusammenhang. Nur bei kleinen Brechzahlen um nP = 1 würde das Lichtabsorptionsvermögen eindeutig mit steigender mittlerer Teilchengröße abnehmen. Bei Brechzahlen um 1,5 und darüber erreichen Teilchen bestimmter Größe ein Maximum des Absorptionsvermögens. In der Praxis, d.h. bei praktischen Farbstärkemessungen an Proben organischer Pigmente mit gezielt eingestellten unterschiedlichen Teilchengrößen, wird indessen kein ausgeprägtes Farbstärkemaximum beobachtet. Vielmehr erreicht man beim Übergang von großen zu kleinen Teilchen ab einer bestimmten Teilchengröße eine maximale Farbstärke, die bei weiterer Zerkleinerung der Teilchen nicht mehr unterschritten wird. Zumindest wurde dieser Rückgang noch nicht beobachtet!

Nachteil zu kleiner Pigmentteilchen

Die Farbstärke nimmt mit steigender Teilchengröße ab. Es nützt aber nichts, einen bestimmten Teilchendurchmesser zu unterschreiten. Wenn die Teilchen voll durchstrahlbar sind, bringt eine weitere Zerkleinerung keinen Farbstärkegewinn, wohl aber Lichtechtheitsverluste und rheologische Nachteile. An "Druckfarben", meist Pigment-haltige Pasten (Offset-Druck) oder dünnflüssige, Lösemittel-haltige "Druckfarben" und bestimmte Inkjet-Tinten werden hohe Anforderungen an die "Fließfähigkeit" gestellt.

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