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Institut Dr. Flad
Berufskolleg für Chemie, Pharmazie und Umwelt

Ausbildung mit Markenzeichen. Seit 1951.

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"Färben mit Naturfarbstoffen"

von Andrea Grotzky und Dörte Lösch (Schuljahr 2003/04)

  Einleitung  

Grundlagen und Ergebnisse unserer Projektarbeit
Grundlagen und Ergebnisse unserer Projektarbeit

Woher kommt die Farbe?
Woher kommt die Farbe?

1 Ein Blick in die Geschichte der natürlichen Farbstoffe
2 Praktisches Färben
2-1 Sammeln der Färbepflanzen
2-2 Einrichten einer Färbeküche
2-3 Färbebeispiele in alphabetischer Reihenfolge
2-4 Licht- und Waschechtheitsüberprüfung an Beispielen
3 Vergleiche beim Färben
3-1 Vergleich verschiedener Vorbeizen
3-2 Vergleich verschiedener natürlicher Fasern
3-3 Vergleich verschiedener Farbstoffe
3-4 Vergleiche beim Färben auf vorgefärbten und naturbelassenen Fasern
3-5 Vergleiche bei der Indigofärbung
4 Chemische Hintergründe
4-1 Quantenchemische Betrachtung
4-2 Absorptionsspektren der Grundfarben aus Naturfarben
4-3 Farbstoffe
4-4 Der Färbevorgang
4-5 Eigenschaften der Farbstoffe
  Zusammenfassung, Quellenangabe, Danksagungen
 

 

1. Einleitung zum Seitenanfang nach oben zum Seitenanfang

"Ein großer Geist muss eine starke Begabung zur Geduld besitzen. Auf die Naturwissenschaft bezogen, bedeutet Geduld: die Natur zu belauschen, unaufhörlich gründlich zu forschen und sich stetig auf neue Wege zu wagen, bis sich eine Tür öffnet und die Natur uns in ihre erhabenen, göttlichen Gesetzmäßigkeit einen charakteristischen Zug ihres Seins offenbart."

Diese berühmten Worte von Georges Buffon (1707 - 1788), dem großen Pionier der Naturwissenschaft, zitiert Sir William Henry Perkin (1838 - 1907). Er entdeckte das Mauvein, die erste Anilinfarbe. Zitat aus [12, S. 13]

Aber ehe man mit synthetischen Farbstoffen färben konnte, mussten sich die Menschen der natürlichen Farbstoffe bedienen. So begaben auch wir uns auf den, von uns bisher nie näher betrachtenden Weg der Naturfarbstoffe. Wir konnten somit unmittelbar mit der Natur Chemie betreiben, was uns faszinierte. Wir sammelten viele Pflanzen selbst, um aus ihnen die Farbstoffe zu gewinnen, mit denen wir verschiedene Naturfasern (textile Stoffe) färbten. Uns überraschten dabei immer wieder neue Farben. Da die Naturfarbstoffe schon seit Jahrtausenden eine große Bedeutung haben, stellen wir an den Anfang unserer Projektarbeit zum Thema "Färben mit Naturfarbstoffen" einen kurzen Historischen Rückblick. Im Anschluss daran werden wir auf unsere eigenen Färbeversuche eingehen und unser praktisches Vorgehen darlegen und vergleichen. Doch wie entstehen Farben und was passiert beim Färben? Diese Fragen werden wir im letzten Teil unserer Arbeit in dem Abschnitt "Chemische Hintergründe" betrachten. In diesem Kapitel werden auch noch verschiedene Eigenschaften von Farbstoffen untersucht, z. B. dass man Naturfarbstoffe auch als Indikatoren verwenden kann oder dass eine Pflanze mehrere Farbstoffe enthalten kann.

Alle, in der Projektarbeit enthaltenen und nicht besonders gekennzeichneten Abbildungen sind von uns selbst angefertigt. Alle Formeln, die keiner Quelle unterliegen wurden mit ISIS/Draw 2.4 Standalone angefertigt. Alle beschrieben Versuche wurden gemeinsam von uns durchgeführt.

(Dörte Lösch)
Quellen: [12, S. 13]

II. Hauptteil zum Seitenanfang nach oben zum Seitenanfang

Der Hauptteil unserer Projektarbeit umfasst einen kurzen historischen Rückblick über die Verwendung natürlicher Farbstoffe in der Geschichte. Anschließend gehen wir zum praktischen Färben über, wo wir eigene gefärbte Sachen vorstellen und den Färbevorgang näher betrachten werden. Daran schließt sich ein Vergleich verschiedener Aspekte beim Färben an. Im letzten Teil wollen wir auf die chemischen Hintergründe eingehen. Es werden verschiedne Fragen geklärt und Eigenschaften von Farbstoffen aufgezeigt.

(Dörte Lösch)

 

1. Ein Blick in die Geschichte der natürlichen Farbstoffe zum Seitenanfang nach oben zum Seitenanfang

Die Kunst des Färbens ist eine der ältesten Kunsthandwerke der Menschheit.

"Der phönizische Gott Melkart ging einmal mit seinem Hund am Strand des Mittelmeeres entlang - tief in Gedanken. Er suchte ein passendes Geschenk für seine Geliebte. Plötzlich kam der Hund mit einer zerbissenen Meeresschnecke im Maul zu seinem Herrn, die Lefzen tiefrot verfärbt. Melkart erkannte den Zusammenhang sofort und färbte für seine Liebste ein Gewand mit dem Saft der Schnecken - der Purpur war entdeckt. Und ein purpurnes Gewand bedeutete ein wahrhaft göttliches Geschenk!" Zitat aus [5, S. 9]

Im heutigen Libanon in Tyrus lebten einst die Phönizier, das berühmteste Färbevolk der Antike. Die Phönizier verstanden nicht nur das Färben mit Purpur, sondern betrieben regen Handel, so dass ihre gefärbten Stoffe sich in der Welt verbreiteten. Mit den gleichen Methoden arbeitete die chinesische Färberei seit Jahrtausenden, obwohl nicht nachweisbar ist, dass ihre Tradition älter ist als die Färberei im Mittelmeerraum. Das Beispiel zeigt, dass der Handel und der Verkehr mit anderen Völkern schon seit jeher eine Bereicherung für jede Kultur darstellte. Schon vor Beginn unserer Zeitrechnung gelangten Handelsgüter aus Indien und China über die Karawanenstraßen Zentralasiens nach Europa (Seidenstraße). Die Produktion von Seide entstand in China bereits um 2600 vor Christus.

Die ältesten Funde von Farbstoffen auf Textilgeweben stammen aus der Zeit um 3000 vor Christus. In germanischen Siedlungen aus der jüngeren Steinzeit wurden Reste von Samen und Pflanzen gefunden, die für das Färben geeignet sind. Auch in der Türkei weisen zahlreiche Wandmalereien aus der Steinzeit auf das Tragen von farbiger Kleidung und auf die Tradition des Teppichwebens und -färbens hin. Spuren von pflanzlichen Farbstoffen wie Krapp, Indigo oder Safran wurden in altägyptischen Gräbern auf Mumienbändern und Textilresten gefunden. Zum Beispiel war der Gürtel und das Leichentuch von Tutenchamun mit Krapp gefärbt. Sogar Segel von Kleopatras Schiff sollen mit Purpur gefärbt gewesen sein! Auch heutzutage kostet ein Gramm Purpur rund 2000 €, da ca. 8000 Schnecken dafür benötigt werden! Kein Wunder, dass Purpur nur Königen vorbehalten war. Im alten Rom durften nur Caesar und der Heerführer einen purpurnen Mantel tragen. Die Senatoren mussten sich mit einem Band begnügen. Die Purpurschnecke war auch das Münzsymbol das Stadt Korinth, eine der größten und mächtigsten Städte Griechenlands.

Orseille war ein beliebter Ersatzfarbstoff zum "Purpurfärben", der aus der Färberflechte gewonnen wurde (heute auf Kreta zu finden). Der rote Purpur wurde allmählich durch Kermes verdrängt. Kermes war bei den Spartanern zur Färbung ihrer Kriegskleider sehr geschätzt. Bei den Römern war Kermes derart beliebt, das sich die Hälfte ihres Kriegstributes sich von den Spaniern mit Kermes bezahlen ließen!

Zum Gelbfärben benutzte man in der Antike Wau und Safran.

Im Reich Karls des Großen (747 - 814 nach Chr.) besaß der Anbau und Handel mit Färberwaid, Krapp und Reseda große wirtschaftliche Bedeutung.

Durch die Kreuzzüge im Mittelalter gelangte die Färberkunst des Orients nach Mitteleuropa, und neue Farbstoffe wie Safran, Sandelholz oder Indigo bereicherten das Spektrum der pflanzlichen Farbstoffe.

Die Entdeckung Amerikas 1492 und des ostindischen Seeweges 1498 brachten wiederum zahlreiche neue Farbstoffe nach Europa. Die Handelshäfen  in Holland und England wurden zu großen Umschlagsplätzen von tropischen Hölzern wie Blauholz und des Farbstoffes aus Indigo. Obwohl die einheimischen Waidbauern sich heftig gegen die Einführung des indischen Indigos wehrten, setzte sich dieser allmählich durch und führte somit wie erwartet zur Stagnation der Waid - Produktion in Europa.

Die Eroberung Mexikos 1532 durch die Spanier brachte einen neuen roten Farbstoff nach Europa. Mit dem Cochenillerot aus getrockneten Läusen der amerikanischen Cochenillelaus, die auf dem mexikanischen Feigenkaktus lebt, konnte eine intensiv wirkende Färbung auf Textilien erreicht werden. Es verdrängte das Purpurrot und das Kermesrot vollständig. Ab 1824 wurde die Schildlaus auf den Kanarischen Inseln angesiedelt und ist bis heute dort anzutreffen. Durch das Aufblühen der Zünfte im Mittelalter und durch die Öffnung der Seewege hatte das Färberhandwerk einen neuen, vorläufigen Höhepunkt erreicht.

Mit dem Beginn des Industriezeitalters jedoch wurde die Färberei mit Pflanzenfarbstoffen verdrängt, da Textilen zur Massenware und synthetische Farbstoffe entdeckt wurden. Die entscheidende Grundlage für die Entwicklung der modernen Farbstoffchemie bildete die Entdeckung des Phenols und des Anilins im Steinkohleteer durch den deutschen Chemiker Friedlieb Ferdinand Runge im Jahre 1834.

Zwanzig Jahre später, im Jahre 1856, machte der 18jährige Student William Perkin in London eine zufällige Entdeckung. Eigentlich wollte er durch die Oxidation von Anilin Chinin, ein fiebersenkendes Mittel, herstellen. Er erhielt stattdessen eine schwarz - violette Masse, aus der er einen violetten Farbstoff extrahieren konnte, den er Mauvein nannte. Perkins Farbstoff war der erste synthetische Anilinfarbstoff, den die Lyoner Seidenfärber im 19. Jahrhundert zu einer neuen Modefarbe und ihm zum großen Ruhm verhalfen.

Heute hat das Färben mit Naturfarbstoffen größtenteils seine Bedeutung verloren.

(Andrea Grotzky)
Quellen: [12, S. 98] [5, S. 9] [11, S. 51, 23 f.] [31]

 

2. Praktisches Färben zum Seitenanfang nach oben zum Seitenanfang

Im Folgenden Abschnitt unserer Projektarbeit werden wir näher auf den Färbevorgang und die dafür notwendigen Arbeitschritte eingehen. Am Anfang steht dabei natürlich das Sammeln der Färbepflanzen, aus denen dann durch Extrahieren der jeweilige Farbstoff gewonnen wird, und das Einrichten einer "Färbeküche". Oft muss der Stoff vor dem Färben gebeizt werden. Es folgt der Färbevorgang und eine eventuelle Nachbehandlung des gefärbten Stoffes. Diese einzelnen Arbeitschritte werden an den unterschiedlichsten Färbebeispielen gezeigt, die wir selbst durchgeführt haben. An wenigen Beispielen wollen wir im Anschluss das Prüfen auf Licht- und Waschechtheit zeigen.

(Dörte Lösch)

 

2-1. Sammeln der Färbepflanzen zum Seitenanfang nach oben zum Seitenanfang

Die meisten unserer Pflanzen haben wir selbst gesammelt. Die Natur bietet ein breit gefächertes Spektrum Pflanzen mit färbenden Inhaltsstoffen an, wobei sich allerdings nicht alle natürlichen Farbstoffe zum Färben eignen. Dabei haben wir darauf geachtet verschiedene Pflanzenteile zu benutzen wie Blätter, Früchte (zum Beispiel Zapfen und Beeren) und auch die ganze Pflanze (zum Beispiel Schachtelhalm). Die Pflanzen haben wir willkürlich ausgesucht, wobei wir uns an vorhandenen Rezepten orientierten und uns auch mit Frau Frey berieten (siehe Danksagungen).

Exotische Färbepflanzen wie zum Beispiel Krapp, Cochenille und Indigo haben wir von A. Hählen (siehe Danksagungen) erhalten. Der Einfachheit halber kann man aber auch fertige Färbesäckchen erweben. Die Handhabung dieser ist sehr einfach, da ohne großen Aufwand in der Waschmaschine gefärbt werden kann. Diese Art des Färbens probierten wir aber nicht aus.

Einige Naturfarbstoffe sind auch synthetisiert im Chemiehandel zu erhalten. Dazu gehört beispielsweise das Indigo. Der Vorteil von synthetisierten Farbstoffen ist, dass sie leichter zu handhaben sind, da der reine Farbstoff ohne jegliche Nebenprodukte vorliegt. Auf die aufwendige Extraktion kann verzichtet werden.

(Andrea Grotzky)
Quellen: [5, S.21]

 

2-2. Einrichten einer Färbeküche zum Seitenanfang nach oben zum Seitenanfang

Eine Färbeküche ist keiner strengen Form unterworfen und kann in einer Wohnung, in einem Labor oder auf einer Wiese eingerichtet werden. Es sind verschiedene Utensilien notwenig, die leicht besorgt werden können oder die sich in jedem Haushalt finden lassen. Wichtig ist ein Topf oder Kessel. In dem werden die gesammelten und getrockneten Färbepflanzen ausgekocht und die Stoffe gefärbt. Edelstahl- oder Emailletöpfe sind dafür am Besten geeignet. Das Fassungsvermögen sollte nicht kleiner als zwei Liter sein. Manchmal sind Kupfer - Kessel für den Färbevorgang von Vorteil, da es das Färbeergebnis farblich verändert. Den Kupfer - Kessel haben wir, wenn nötig, durch Zusatz eines Kupfersalzes ersetzt und haben somit ein ähnliches Färbeergebnis erzielt. Grundsätzlich benutzten wir einen Edelstahltopf und zum Erwärmen eine elektrische Heizplatte. Das Auskochen der Pflanzenteile und das Färben der Stoffe ist auch über offenem Feuer bzw. über einem Brenner möglich. Wenn mit Naturstoffen gefärbt wird, muss auf die Temperatur geachtet werden. Deswegen ist oft ein sanfteres Erhitzen und das Verwenden eines Thermometers notwendig. Wir haben im Edelstahltopf auf der Heizplatte und auch über dem Brenner im Becherglas gefärbt. Das Auskochen der Pflanzenteile, war - aufgrund der größeren Mengen - im Edelstahltopf erforderlich. Da wir nicht allzu große Mengen an Stoff gefärbt haben, war das Färben in einem Becherglas auch möglich. So benötigten wir auch keine Eimer, Wannen und Ähnliches, die für das Auswaschen größerer gefärbter Wollmengen, gut geeignet sind. Für das Abwägen der Färbepflanzen und Salze benutzten wir die Laborwaage und zum Abmessen der Wassermengen einen 1 L - Kolben. Da wir, wie schon erwähnt, in "kleinem Maß" gefärbt haben, brauchten wir auch keine großen Holzstangen, um große Wollmengen darauf aufzuhängen. Uns reichten die Glas- und Siedestäbe unserer Laborausrüstung. Um die Salze aufzulösen, benutzen wir auch Bechergläser und keine besonderen Gefäße, wie zum Beispiel Porzellanmilchtöpfe. Zum Abseihen der Färbepflanzen benutzen wir ein Mulltuch, was die groben Teile aus dem Farbbad entfernte. Die fertig gekochten und abgekühlten Sude können in PET - Flaschen aufbewahrt werden. Es kann aber vorkommen, dass die Sude nach einer gewissen Zeit anfangen zu schimmeln.

Die zu färbenden Stoffe erhielten wir auf unterschiedlichen Wegen. Ein einfaches weißes (ungefärbtes) T - Shirt aus Baumwolle und ungefärbte Seidentücher kauften wir. Die Schafwolle (unbehandelte, gesponnene Schafwolle, naturfarben) wurde uns von der Schäferei "Saling" (siehe Danksagungen) zur Verfügung gestellt. Frau Frey stellte uns noch eine große Menge an vorgefärbtem Leinen zur Verfügung (siehe Danksagungen).


Abb. 7: unsere "Färbeküche"

(Dörte Lösch)
Quellen:[8, S. 9 ff.] [10, S.18 f.] [6, S. 43 - 50] [12, S. 51 - 59]

 

2-3. Färbebeispiele in alphabetischer Reihenfolge zum Seitenanfang nach oben zum Seitenanfang

Im Folgenden wollen wir unsere eigenen Färbversuche vorstellen. Dabei wird auf das Vorgehen beim Färben und die Farbstoffe der jeweiligen Pflanze eingegangen. Diese Untersuchungen dienten dazu, erste eigene Erkenntnisse und Erfahrungen zum Färbeverhalten zu sammeln. Die Auswahl, welcher Stoff mit welcher Pflanze bzw. mit welchem Färbeverfahren behandelt wurde, war daher auch willkürlich.

Allen Färbeversuchen liegt ein gleiches Vorgehen zu Grunde, was nun kurz vorgestellt wird. Es war immer erforderlich einen Sud aus den entsprechenden Pflanzenteilen zu kochen, damit die Farbstoffe in Lösung vorlagen. Die dabei verwendete Menge wird im Text immer angegeben. Des Weiteren war es oft von Bedeutung den Stoff mit einem Salz vorzubeizen. Dazu lösten wir, wenn nicht anders angegeben, immer 2 g des benannten Salzes in 500 mL Wasser. Zur Vorbehandlung mit Chromkali verwendeten wir eine w = 0,1 %ige Kaliumdichromatlösung, von der wir 5 mL auf 500 mL verdünnten. War eine Nachbehandlung des Stoffes notwendig, damit die Farben länger halten oder damit eine dunklere oder hellere Farbe entsteht, so geschah dies auch mit 2 g des angegebenen Salzes, das wir in 500 mL Wasser lösten. Wenn nichts anderes angegeben wird, verwendeten wir zum Färben immer 2 g Baumwollstoff, 1,3 g Schafwolle und 0,2 g Seide. Beim Färben auf Schafwolle achteten wir darauf den Sud, die Vorbeize oder Nachbehandlung langsam zu erhitzen. Beim Färben mit Seide erwärmten wir diese Lösungen nur bis 80 °C (siehe 3.2 Vergleich verschiedener natürlicher Fasern).

 

A - Apfelbaumblätter

Auch wenn in vielen Büchern das Färben mit der Apfelbaumrinde vorgezogen wird, färbten wir mit Apfelbaumblättern und erhielten eine verblüffende Farbpalette, mit den unterschiedlichsten Farben.

Die Vielfalt der Farben kommt durch eine unterschiedliche Vorbeize bzw. Nachbehandlung der Schafwolle zustande.

Alle Färbungen führten wir im Sud durch, den wir zu erst herstellten. Dazu haben wir in zwei Litern Wasser 300 g getrocknete Apfelbaumblätter eine Stunde lang ausgekocht und anschließend durch das Mulltuch abgeseiht.

Im Färbebeispiel Nr. 1 A haben wir die Schafwolle eine halbe Stunde mit Kupfersulfat kochend vorgebeizt. Anschließend wurde die vorgebeizte Schafwolle ungespült in den Sud gegeben und dort eine Stunde sanft kochend gefärbt. Um dieses dunkle braun zu erzielen mussten wir die Schafwolle eine viertel Stunde mit Eisensulfat in der ca. 70 °C heißen Lösung nachbehandeln.

Das Färbebeispiel Nr. 2 A unterscheidet sich nur soweit vom ersten Beispiel, dass wir die Vorbehandlung mit Alaun und Weinsäure vorgenommen haben. Dadurch kommt der etwas hellere Farbton zustande. Die Färbung und Nachbehandlung erfolgte wie im Färbebeispiel Nr. 1 A.

Der grünlich braune Farbton des dritten Färbebeispieles (Nr. 3 A) ist auf eine Vorbeize mit Chromkali zurückzuführen. Gefärbt und nachbehandelt haben wir die Schafwolle wie in den vorangegangenen Beispielen.

Die Färbungen Nr. 4 A bis Nr. 6 A haben wir genauso durchgeführt, wie die anderen Beispiele (Nr. 4 A: Vorbeize mit Kupfersulfat; Nr.5 A: Vorbeize mit Alaun und Weinsäure; Nr. 6 A: Vorbeize mit Chromkali), nur dass wir auf die Nachbehandlung verzichteten.


Abb. 8: Färbung auf Schafwolle mit Apfelbaumblättern
von links nach rechts: Nr. 1 A, Nr. 2 A, Nr.3 A, Nr. 4 A, Nr. 5 A, Nr. 6 A

Die Blätter des Apfelbaumes enthalten als färbende Inhaltsstoffe Flavonolglykoside, die man zur Klasse der Flavonoidfarbstoffe zählt und vor allem kondensierende Gerbstoffe. Diese kondensierenden Gerbstoffe leiten sich von Derivaten des Flavans (2 - Phenyl - Benzodihydropyran) ab. Die kondensierenden Gerbstoffe sind als hydrierte Flavone bzw. Anthocyane aufzufassen.


Abb. 9: aus [17, S. 495]

Quellen: [17, S. 495, 513]

 

B - Blauholz

Das Blauholz stellte uns vor einige Rätsel. Wir erhielten von A. Hählen aus der Schweiz ein Beutel mit rotem bastähnlichen Holz (siehe Danksagungen). Warum ist Blauholz rot? Wir dachten, dass der ganzen Sache ein Irrtum zu Grund läge und dass wir Rotholz vor uns hatten. Literaturrecherchen ergaben, dass die Rinde des Blauholzes blau ist und nur das Innere rot. So vermuteten wir, dass uns das Innere des Blauholzes vorliegen würde und fingen an zu färben. Bei den Färbungen haben wir fast nur die Vorbeizen variiert, während der Rest des Färbevorgangs gleich blieb, und erhielten so eine tolle Palette mit unterschiedlichen Rottönen.

Für den Sud kochten wir 3 g Blauholz in 300 mL Wasser aus. Zuvor ließen wir dies über Nacht einweichen. Für das Färbebeispiel Nr. 1 BH beizten wir die Wolle mit Alaun und Weinstein eine halbe Stunde kochend vor. Im Sud färbten wir anschließend eine Stunde ebenfalls kochend. Anschließend gaben wir dem Sud noch 2 g Kupfersulfat zu.

Das Färbebeispiel Nr. 2 BH (Wolle und Seide) wurde mit Eisensulfat und Weinsäure eine halbe Stunde bei ca. 70 °C vorgebeizt und anschließend ebenfalls eine Stunde im Sud bei dieser Temperatur gefärbt.

Analog des vorangegangenen Färbebeispiels wurde das dritte Färbebeispiel Nr. 3 BH (Wolle und Seide) behandelt. Allerdings beizten wir mit Chromkali vor. Die Wolle und die Seide wurden für das Färbebeispiel Nr. 4 BH mit Kupfersulfat vorbehandelt.

Nach dem wir diese Stoffe gefärbt hatten, erfuhren wir von A. Hählen, dass es sich bei dem Holz um Blauholz handelt und dieser erst durch Oxidation - beim Auskochen - seine blaue Farbe bekommt. Wir haben zwar das Blauholz ausgekocht, aber der Farbstoff blieb - wie in den Färbebeispielen zu sehen - rot.


Abb. 10: Färbung auf Schafwolle und Seide mit Blauholz
von links nach rechts: Nr. 1 BH, Nr. 2 BH, Nr. 3 BH, Nr. 4 BH

Als färbende Inhaltsstoffe enthält Blauholz Hämatoxylin. Dieser Farbstoff liegt zum Teil in glykosidischer Bindung vor, das bei der Oxidation in den roten Beizfarbstoff Hämatein übergeht. Diese Tatsache widerspricht sich mit der von A. Hählen. Unsere eigenen Versuche bestätigten aber eher die Aussage aus der Literatur. Die beiden benannten Farbstoffe gehören zur Gruppe der Neoflavanoide. Da das Blauholz und andere Rothölzer ihren Farbstoff leicht an Wasser abgeben, bezeichnet man sie als "lösliche Rothölzer".


Abb. 11: aus [17, S. 413]

Quellen: [17, S. 412 f., 416 f.] [18, S. 63 f.] [8, S. 43 - 48]

 

B - Birkenblätter

Wie auch bei der Färbung mit Apfelblättern haben wir zuerst einen Sud hergestellt, indem wir 200 g getrocknete Blätter in 4 L Wasser für eine Stunde ausgekocht haben. Wir haben die Blätter nicht sofort abgeseiht, sondern Schafwolle (ohne Vorbeize) direkt dem Sud zugesetzt und es für eine halbe Stunde kochend darin gefärbt. Das Färbeergebnis ist im Färbebeispiel Nr. 1 BK zu sehen, woran ersichtlich wird, dass die Schafwolle ohne Vorbeize die Farbstoffe nur sehr schwer aufnehmen kann. Es ist nur eine sehr schwache bräunliche Färbung erkennbar. Die Schafwolle haben wir auch nicht nachbehandelt (Erklärung siehe 4.4.2 Beizen und Färben).

Die Schafwolle für das Färbebeispiel Nr. 2 BK haben wir ebenfalls ungebeizt im Sud gefärbt. Zuvor haben wir aber die Pflanzenteile durch ein Mulltuch abgeseiht und wir setzten 500 mL des Sudes 2 g Eisensulfat zu. Bei dieser Färbung haben wir die Nachbehandlung gleich im Färbebad durchgeführt, in der wir die Schafwolle eine Stunde kochend gefärbt haben. Dabei entstand dieser dunkelgrüne bis graue Farbton.

Auch im Färbebeispiel Nr. 3 BK haben wir nach diesem Verfahren gefärbt, nur das wir dem Sud 2 g Kupfersulfat zusetzten. Dieser Zusatz sollte das Färben im Kupferkessel ersetzten. Die Schafwolle haben wir darin eine Stunde kochend gefärbt. Es entstand ein leuchtend grünlich gelber Farbton, der leider so auf dem Bild nicht zu erkennen ist.


Abb. 12: Färbung auf Schafwolle mit Birkenblättern, von links nach rechts: Nr.1 BK, Nr. 2 BK, Nr. 3 BK

In den Birkenblättern findet man vor allem gelbe Farbstoffe - die Flavone. Auch diese Untergruppe von Farbstoffen gehört zu der großen Klasse der Flavonoidfarbstoffe. Die Blätter der Birke enthalten Hyperosid (= Quercetin - 3 - D - galaktosid - Hemipentahydrat) und Myricetin - 3 - digalaktosid. Die Flavonoidfarbstoffe enthalten als Substituenten OH- und OCH3- Gruppen, durch deren Zahl und Position die Vielfalt verschiedener Farbstoffe entsteht. Meist müssen Stoffe, die mit Farbstoffen aus dieser Klasse gefärbt werden sollen, vorgebeizt werden. Die Grundstrukturen liefern die Chalcone und Aurone.


Abb. 13: aus [17, S. 319]

Daneben enthalten die Blätter noch 5 - 9 % Gerbstoffe.

Quellen: [12, S. 165] [8, S. 36 f.] [17, S. 364, S. 319] [6, S. 146] [24]

 

B - Birnbaumblätter

Für den Sud mussten wir die Blätter zum besseren Extrahieren über Nacht einweichen. Am nächsten Tag haben wir 130 g getrockneten Blätter in vier Litern Wasser für eine Stunde ausgekocht und abgeseiht.

Zur Färbung des Färbebeispiels Nr. 1 BN verwendeten Schafwolle, die wir in einer Alaunlösung eine halbe Stunde kochend vorbeizten. Anschließend wurde die Schafwolle im kochenden Sud eine Stunde gefärbt und nicht nachbehandelt. Es entstand ein leuchtend gelber Farbton.

Für das Färbebeispiel Nr. 2 BN verwendeten wir Schafwolle und Seide. Die Vorbehandlung und Färbung führten wir analog zum Färbebeispiel Nr. 1 BN durch. Allerdings wurde nur bei 80 °C vorbehandelt und gefärbt. Anschließend haben wir die Schafwolle und die Seide mit Kupfersulfat bei 40 °C eine halbe Stunde nachbehandelt. Dabei entstand ein gold - brauner Farbton.


Abb. 14: Färbung auf Schafwolle und Seide mit Birnenblättern, links: Nr. 1 BN, rechts: Nr. 2 BN

Über die färbenden Inhaltsstoffe in Birnenblättern fanden wir leider keine Information.

Quellen: [8, S. 41] [6, S. 80 ff., 131]

 

B - Brombeeren

Bei der Färbung mit Brombeeren wird von einer Entwicklungsfärbung gesprochen. Was man darunter versteht, zeigt der Färbevorgang. Für diese Färbung verwendeten wir Baumwollstoff. Überraschend war, dass dieser Stoff die Farbe überhaupt angenommen hat. In vielen Büchern wird geschrieben, dass sich Baumwollstoff nicht zum Färben mit Naturfarbstoffen eignet. Wir überzeugten uns vom Gegenteil.

Im Färbebeispiel Nr. 1 BB gaben wir den Stoff in eine Lösung aus 2 g Natriumchlorid, 3 g Weinsäure und 7 g Alaun auf 500 mL Wasser, worin wir den Stoff kochend eine Stunde vorbeizten. Anschließend legten wir den Baumwollstoff in den Sud, für den wir 150 g frische Brombeeren in 2 L Wasser eine Stunde ausgekocht und abgeseiht haben. Den Sud erhitzten wir langsam auf 70 °C und den Baumwollstoff färbten wir darin eine halbe Stunde bei dieser Temperatur. Danach ließen wir den Sud mit dem Baumwollstoff abkühlen und über Nacht stehen. Am nächsten Tag setzten wir dem Sud 100 mL verdünnte Essigsäure zu und ließen den Baumwollstoff darin erneut eine halbe Stunde einweichen.

Das Färbebeispiel Nr. 2 BB unterscheidet sich nur dadurch vom Färbebeispiel Nr. 1 BB, dass wir den Baumwollstoff nicht vorbehandelten und somit einen leicht helleren Farbton erzielten.

Im letzten Fall (Färbebeispiel Nr. 3 BB) sind wir genau wie beim Färbebeispiel Nr. 1 BB vorgegangen, nur das wir den Baumwollstoff nicht mit Essig nachbehandelten. Nach Beendigung des Färbevorgangs wuschen wir die Baumwollstoffe aus. Die gefärbten Baumwollstoffe verwendeten wir auch zur Prüfung auf Licht- und Waschechtheit (siehe 2.4 Licht- und Waschechtheitsprüfung an Beispielen).


Abb. 15: Färbung auf Baumwollstoff mit Brombeeren, von links nach rechts: Nr. 1 BB, Nr. 2 BB, Nr. 3 BB Die Farbstoffe in der Brombeere gehören zu den Anthocyanfarbstoffen. Die Anthocyanine sind wasserlöslich und ergeben die Farbtöne blau und verschiedene Rottöne. Die Anthocyanidine leiten sich von drei Grundtypen ab: Pelargonidin, Cyanidin und Delphinidin.

Alle Anthocyanidine und deren Glykoside, wozu auch die Farbstoffe in der Brombeere zählen, sind sehr empfindlich gegen pH - Wert - Änderungen. Bei einem pH - Wert von 7 liegt, wie an den Färbebeispielen zu erkennen, ein violetter Farbton vor. In der Pflanze liegen die Anthocyanidine meist als Glykoside vor, wie es auch bei der Brombeere der Fall ist. D. h. in der 3- oder 5- Stellung ist eine Hydroxy - Gruppe durch einen Zuckerrest ersetzt. Diese Glykosidreste bewirken die gute Wasserlöslichkeit der Anthocyane. Da es viele verschiedene Zuckerreste gibt, ist auch die Vielfalt der Anthocyanidine sehr groß.

Diese pH - Wert - Abhängigkeit wird im Kapitel 4.5.2 Farbstoffe als Indikatoren näher erläutert.

In den Früchten des Brombeerstrauches sind folgende Cyanidinclykoside enthalten: Chrysanthemin (= 3 - Glucosid), Cyanidin - 3 - rutinosid, ein Cyanidinmonoglykosid und Malvidinbiosid. Außerdem ist noch Tanningerbstoff enthalten.


Abb. 16: aus [17, S. 395]

Quellen: [8, S.53 f.] [17, S. 401, 394 - 399] [14, S. 129] [10, S. 36]

 

C - Cochenille

Cochenille ist ein Beispiel für einen tierischen natürlichen Farbstoff. Gewonnen wird dieser aus einer ursprünglich aus Mexiko stammenden Schildlaus, die heute wie damals auf großen Kakteenplantagen gezüchtet wird. Die europäische Kermes - Laus, die ebenfalls diesen roten Farbstoff liefert, verlor schon seit dem 18. Jahrhundert durch die Cochenille ihre Bedeutung. Der Farbstoff der Cochenille ist sehr kostbar, da man ca. 70000 getrocknete Schildläuse für 500 g Farbstoff benötigt. Wir haben mit der pulverisierten Form der Cochenille gefärbt, die uns dankenswerterweise Frau A. Hählen zur Verfügung stellte (siehe Danksagungen).

Für den Farbsud haben wir 3 g dieses Pulvers in ein Baumwollsäckchen gegeben und dieses über Nacht in 300 mL Wasser einweichen lassen. Am nächsten Tag haben wir das Cochenille - Pulver noch eine halbe Stunde ausgekocht, so dass ein tief roter Sud entstanden war. Für das Färbebeispiel Nr. 1 C verwendeten wir Schafwolle, die wir ohne Vorbeize eine Stunde im Farbsud kochend färbten. Zum Ende der Färbung gaben wir dem Sud 2 g gelöstes Zinnchlorid und 10 mL 30 %ige Essigsäure hinzu. Auch bei diesem Farbstoff stellten wir eine pH - Wert - Abhängigkeit fest. Dies wird deutlich, wenn man das Färbebeispiel Nr. 2 C mit dem Färbebeispiel Nr. 1 C vergleicht. Für das zweite Färbebeispiel verwendeten wir Schafwolle und Seide, die wir mit Alaun und Weinstein vorbeizten. Die Stoffe wurden eine Stunde bei ca. 80 °C gefärbt und anschließend gaben wir zu dem Sud 10 mL verdünnten Ammoniak hinzu.

Welchen Einfluss allein die Vorbeize auf die Farbe hat wird im Färbebeispiel Nr. 3 C deutlich (siehe 3.1 Vergleich verschiedener Vorbeizen). Hier haben wir die Schafwolle und die Seide in einer Lösung aus Eisensulfat und Weinsäure eine halbe Stunde bei ca. 80 °C vorgebeizt. Durch das Beizen in einer Eisen(II) - Salzlösung wird der Stoff schon vorher dunkler. Anschließende haben wir die Stoffe eine Stunde im Farbsud bei 80 °C gefärbt.

Benutzt man eine "hellere Vorbeize", wird auch die Farbe heller. Für das Färbebeispiel Nr. 4 C haben wir mit Chromkali ebenfalls eine halbe Stunde bei 80 °C vorgebeizt und anschließend eine Stunde im Farbsud bei der gleichen Temperatur gefärbt.

Das letzte Färbebeispiel Nr. 5 C wurde wie das Färbebeispiel Nr. 1 C behandelt, nur dass dem Sud zum Ende der Färbung keine Essigsäure zugegeben wurde.


Abb. 18: Färbung auf Schafwolle und Seide mit Cochenille, von links nach rechts: Nr. 1 C, Nr. 2 C, Nr. 3 C, Nr. 4 C, Nr. 5 C

Die färbenden Inhaltsstoffe gehören, wie schon erwähnt, zu den Anthrachinonfarbstoffen, die die größte Gruppe der natürlich vorkommenden Chinone bildet. Der Hauptfarbstoff in der Schildlaus ist die Karminsäure. Des Weiteren kann in geringen Mengen Kermessäure und Flavokermessäure (Laccainsäure D) enthalten sein.


Abb. 19: aus [17, S. 220 (Kermessäure), S. 221 (Flavokermessäure)]

Quellen:[8, S. 56 - 62] [18, S. 64 - 67] [17, S. 220 f., 200, 261 ff.] [30]

 

H - Hennapulver

Zum Färben mit Henna stellte uns Herr Ruf grünes natürliches Hennapulver zu Verfügung (siehe Danksagungen). Für das Färben haben wir einen dicken Brei aus 50 g Hennapulver und Wasser hergestellt. Diesen gaben wir in das Mulltuch und kochten es eine halbe Stunde in 2 L Wasser aus, so dass wir eine grüne Lösung erhielten. Für die erste Färbung (Färbebeispiel Nr. 1 HE) verwendeten wir Baumwollstoff, den wir eine halbe Stunde im kochenden Sud färbten ohne sie vor- oder nachzubehandeln. Nach dem der Baumwollstoff getrocknet war, konnte wir ihn ausspülen.

Für das Färbebeispiel Nr. 2 HE wählten wir das gleiche Vorgehen. Wir behandelten den Baumwollstoff allerdings mit Zinnchlorid bei ca. 40 °C nach. Der Baumwollstoff erhielt eine graue Färbung.


Abb. 21: Färbung auf Baumwollstoff mit grünem Hennapulver, links: Nr. 1 HE, rechts: Nr. 2HE

Das grüne Hennapulver wird aus den Blättern des Hennastrauches gewonnen. Die Blätter enthalten 5 - 10 % Gerbstoffe mit freier Gallussäure, 1 % Lawson, was das färbende Prinzip des Hennas ausmacht, ein weiteres Chinon und zwei flavonoide Verbindungen. Lawson und Chinon zählt man zu den Naphthochinonfarbstoffen. Diese Naturfarbstoffe sind weit verbreitet, es gibt mehr als 120 natürlich vorkommende Naphthochinonfarbstoffe.

Da man Henna zu den Oxidationsfarbstoffen zählen kann, kann man Stoffe direkt, ohne Vorbeize, färben.

Henna wird auch als Hautschmuck oder auch zum Färben von Haaren verwendet. Dafür wird der Farbstoff aus der Hennawurzel benutzt.


Abb. 22: aus [17, S. 188]

Quellen: [17, S.188 - 193] [8, S. 91 f.] [12, S. 149]

 

H - Holunderbeeren

Es wird das Färben mit frischen Beeren empfohlen. Wir haben mit getrockneten Beeren gefärbt und konnten das gleiche Färbeergebnis erzielen.

Als erstes kochten wir wieder einen Sud, für den wir 500 g getrocknete Holunderbeeren in 2 L Wasser eine halbe Stunde auskochten.

Für die erste Färbung (Nr. 1 HO) beizten wir die Schafwolle mit Alaun eine Stunde kochend vor. Die vorgebeizte Schafwolle haben wir dann eine Stunde im Sud (nachdem die Beeren abgeseiht wurden) sanft kochend gefärbt.

Das zweite Färbebeispiel Nr. 2 HO ist wieder ein Beispiel für die Entwicklungsfärbung. Die Schafwolle und die Seide haben wir wie im ersten Beispiel vorgebeizt und gefärbt (nur bei Temperaturen bis 80 °C). Anschließend haben wir das Färbegut in eine Lösung aus 5 mL Kaliumdichromat (w = 0,1) auf 500 mL zum Entwickeln gegeben. Nach 10 Minuten legten wir die Schafwolle und die Seide in eine Lösung aus 2 g Natriumcarbonat, welches wir in 500 mL Wasser gelöst hatten. 10 Minuten später entnahmen wir das Färbegut und es zeigte sich eine graue Färbung (am Beispiel der Seide - ganz rechts im Bild - ist das Färberesultat deutlicher zu sehen).


Abb. 23: Färbung auf Schafwolle und Seide mit Holunderbeeren, links: Nr. 1 HO, rechts: Nr. 2 HO

Da die färbenden Inhaltsstoffen wie bei der Brombeere auch Cyanidinglykoside sind, ist eine Entwicklungsfärbung mit Essig auch möglich. Da diese Farbstoffe bei Änderung des pH - Werts ihre Farbe ändern, würde eine Nachbehandlung z. B. mit Seifenwasser eine hellblaue Farbe ergeben.

Quellen: [6, S. 90 ff., 129, 146 f.] [8, S. 93] [17, S. 399 f.] [14, S. 132] [10, S. 36] [12, S. 149]

 

I - Indigo

Die aus Vorderindien stammende Indigopflanze liefert den wohl bekanntesten blauen Farbstoff - das Indigo. Dieser Farbstoff wird sogar schon in der Bibel erwähnt. Gewonnen wird das Indigo aus der Indigopflanze oder dem Färberwaid (deutscher Indigo). Aus 100 kg Pflanzenteilen werden 1,5 - 2 kg Indigo gewonnen. Ende des 19. Jahrhunderts verdrängte der synthetische Indigo den natürlichen Indigo vom Markt. Heute noch natürlichen Indigo zu bekommen ist daher schwierig. Dieser muss durch einen weiteren Gärungsprozess über eine so genannte Küpe in eine wasserlösliche Form überführt werden, so dass er von den natürlichen Fasern angenommen werden kann.

Für die Färbebeispiele Nr. 1 I und Nr. 2 I stellten wir eine Hydrosulfitküpe wie folgt her. 1,5 g Indigopulver verrührten wir mit 7 mL warmen Wasser zu einer Masse. Dazu gaben wir 6 mL warmes Wasser, in dem 3 g Soda gelöst waren. Anschließend gaben wir 3 g Natriumdithionit hinzu und rührten sehr vorsichtig um. Dadurch wird dem Indigo der Sauerstoff entzogen und es sollte das wasserlösliche Indigoweiß entstehen. Die Lösung verdünnten wir auf 100 mL und streuten nochmals 3 g Natriumdithionit darüber. Die Küpe sollte nun eigentlich eine gelb - grünliche Färbung annehmen. Die Farbe auf der Schafwolle würde sich auch erst an der Luft in die blaue Indigo - Farbe umwandeln (durch Oxidation). Unsere Küpe allerdings war von der Farbe her dunkelblau und auch die unvorgebeizte Schafwolle, die wir der Küpe zugaben und wenige Minuten darin bei 50 °C färbten nahm nur schwer die Farbe an und war hinterher grau - blau. Auch der zweite Versuch mit der Hydroslufit - Küpe schlug fehl. Aufgrund unseres Scheiterns, wendeten wir uns wieder an A. Hählen, die uns den Indigo zuschickte (siehe Danksagungen). Sie teilte uns mit, dass man die Küpe mit Natronlauge und nicht mit Soda behandeln müsse. Wir wollen diese Küpenfärbung noch einmal mit Natronlauge probieren und zur Präsentation unsere Ergebnisse liefern.

Eine weitere Möglichkeit der Indigofärbung ist das Färben mit dem "Sächsisch Blau" (Indigopaste). Dieses Verfahren, bei der der Indigo mit konzentrierter Schwefelsäure eine haltbare Paste ergibt, entdeckte 1740 Barth in Großenhain/Sachsen. Diese Paste ist in Wasser gut löslich und geht eine feste Verbindung mit der natürlichen Faser ein, wenn diese vorgebeizt wurde. Die Färbung mit der Indigopaste zeigen die Färbebeispiele Nr. 3 I bis Nr. 5 I. Für alle drei Färbungen stellten wir eine "Stammpaste" aus 2 g Indigo und 15 g konzentrierter Schwefelsäure her. Die unterschiedlichen Farbnuancen kommen dadurch zu Stande, dass eine unterschiedliche Anzahl an Tropfen dieser Paste in Wasser gelöst und dann darin gefärbt wird. Die Schafwolle und die Seide für die Färbebeispiele Nr. 3 I und Nr. 4 I wurden mit Alaun und Weinstein vorgebeizt. Für das Färbebeispiel Nr. 3 I wurden 15 Tropfen der Indigopaste in 300 mL Wasser gelöst und die Stoffe darin eine Stunde bei 80 °C gefärbt. Für das Färbebeispiel Nr. 4 I wurden nur 5 Tropfen der Indigopaste in 300 mL gelöst und gleichermaßen gefärbt. Die Schafwolle für das Färbebeispiel Nr. 5 I wurde nicht vorgebeizt und wurde in einer Lösung aus 6 Tropfen Indigopaste auf 300 mL eine Stunde kochend gefärbt.


Abb. 24: Färbung auf Schafwolle und Seide mit Indigo
von links nach rechts: Nr. 1 I, Nr. 2 I, Nr. 3 I, Nr. 4 I, Nr. 5 I

Die Indigoiden Farbstoffe nehmen ein ganzes Kapitel bei den natürlichen Farbstoffen ein. Indigo kommt in zahlreichen Färbepflanzen als Indoxyl (ein farbloses Vorprodukt des Indigos) an Zucker gebunden als Pflanzenindican und im Waid auch als Isatan B vor. Indigo gehört zu den Küpenfarbstoffen. Die Überführung der wasserunlöslichen in einer zum färben geeignete wasserlösliche Form nennt man "Verküpung".

In der Indischen Indigopflanze findet man folgende färbende Inhaltstoffe: das Indigo und dessen Isomer, das Indirubin. In Pflanzen mit einem hohen Indirubin - Anteil findet man noch das Isatin.

Waid - Blätter enthalten Isatan B als Indigovorprodukt, das erst durch Hydrolyse in Indoxyl und Glucose umgewandelt werden muss. Außerdem enthalten die Waidblätter die Flavonole, Quercitin und Kämpferol.


Abb. 25: aus [17, S. 285 (Indigo), S. 286 (Indirubin), S. 288 (Isatin)]

Über die chemischen Zusammenhänge werden wir noch im Kapitel 3.5 Vergleiche bei der Indigofärbung berichten.

Quellen: [15, S. 402 - 409] [18, S. 10 ff., 69 - 73] [8, S. 93 - 100] [17, S. 282 - 297, 673]

 

K - Kaffeepulver

Die eigenen Färbeversuche und -ergebnisse waren gegenüber den in verschiedenen Büchern vorgestellten Ergebnissen ernüchternd. Wir haben viel mit Vorbeize und Nachbehandlung variiert und trotzdem blieb es bei zwei Farben, die immer wieder kehrten.

Zum Färben verwendeten wir Baumwollstoff und einen Sud aus 65 g Kaffee auf einen Liter Wasser, den wir eine Stunde kochen ließen und danach den Kaffee abfiltrierten. Den Stoff färbten wir immer eine Stunde im kochenden Sud.

Da der Färbevorgang ähnlich den vorangegangenen ist, wollen wir hier nur eine Übersicht über die verschiedenen Vor- und Nachbehandlungen anführen.

Vorbehandlung Nachbehandlung Farbe
Alaun, 1 h kochen keine Braun
Alaun, 1 h kochen 2 g Eisensulfat in 500 mL Sud  →  kurz erwärmen, 10 Min. Grau
Eisensulfat , 1 h kochen keine Braun
Kupfersulfat, 1 h kochen keine Braun
Kupfersulfat, 1 h kochen 2 g Eisensulfat in 500 mL Sud  →  kurz erwärmen, 10 Min. Grau
Chromkali, 1 h kochen Keine Braun
Chromkali , 1 h kochen 2 g Eisensulfat in 500 mL Sud  →  kurz erwärmen, 10 Min. Grau
Keine keine Braun
Keine 2 g Eisensulfat in 500 mL Sud  →  kurz erwärmen, 10 Min. grau
Eisensulfat, 1 h kochen 2 g Eisensulfat in 500 mL Sud  →  kurz erwärmen, 10 Min. Grau


Abb. 26: Färbung mit Kaffeepulver auf Baumwolle, links: braun, rechts: grau

Die färbenden Stoffe im gerösteten Kaffeepulver gehören zu den natürlichen anorganischen Pigmenten. Hier wollen wir die Verknüpfung mit einer anderen Projektarbeit herstellen, die sich mit dem Färben mit natürlichen Pigmenten beschäftigt, die die zweite große Gruppe der Naturfarbstoffe neben den pflanzlichen Naturfarbstoffen darstellen.

Dieses Pigment im Kaffee bezeichnet man als Kohlenschwarz, das durch Erhitzen kohlenstoffhaltiger organischer und mineralischer Substanzen unter Luftabschluss entsteht. Speziell zählt man das Pigment des Kaffees zum Pflanzenschwarz.

Quellen: [17, S. 551] [8, S. 102 f.] [6, S. 76 f., 137]

 

K - Kiefernzapfen

Überraschend war für uns die Feststellung, dass sogar mit Kiefernzapfen gefärbt werden kann. Dies zeigt wie unerschöpflich die Natur ist und dass im Prinzip mit allen Pflanzenteilen gefärbt werden kann.

Zum Färben mit Kiefernzapfen verwendeten wir wieder Schafwolle. Für den Sud kochten wir 600 g Zapfen in 5 L Wasser zwei Stunden aus, die wir zuvor über Nacht in Wasser einlegten.

Für beide Färbebeispiele wurde die Schafwolle mit Alaun vorgebeizt und anschließend eine Stunde im kochenden Sud gefärbt. Nur die Schafwolle für das Färbebeispiel Nr. 2 KI wurde mit Eisensulfat für 10 Minuten bei ca. 50 °C nachbehandelt.


Abb. 27: Färbung auf Schafwolle mit Kiefernzapfen, links: Nr. 1 KI, rechts: Nr. 2 KI

Auch die Farbstoffe in den Kiefernzapfen gehören zum größten Teil zu den kondensierenden Gerbstoffen.

Quellen: [17, S. 497 f.] [8, S. 111] [6, S. 79 f., 134]

 

K - Krapp

Krapp ist zusammen mit Indigo einer der ältesten natürlichen Farbstoffe und stammt aus dem Mittelmeerraum. Die Farbstoffe stammen aus den starken Wurzeln der Pflanze. Man verwendete den Farbstoff der Krappwurzel als Imitat des wesentlich teureren Purpurs, welches aus der Purpurschnecke gewonnen wurde.

Für den Sud gaben wir 3 g des Krapp - Pulvers in ein Baumwollsäckchen, welches wir über Nacht in 300 mL Wasser einweichen ließen. Dadurch entstand vorerst eine gelbe Lösung. Erst nach dem Auskochen färbte sich der Sud rot. Dies ist auf die Löslichkeiten der in der Wurzel enthaltenen Farbstoffe zurückzuführen. Zum Färben verwendeten wir wieder Schafwolle und Seide. Für das Färbebeispiel Nr. 1 KP beizten wir die Stoffe mit Alaun und Weinsäure und für das Färbebeispiel Nr. 2 KP mit Chromkali vor. Anschließend färbten wir die Stoffe bei 80 °C eine Stunde im Farbbad.


Abb. 28: Färbung auf Schafwolle und Seide mit Krapp, links: Nr. 1 KP, rechts: Nr. 2 KP

Dieser rote Farbstoff in den Wurzeln heißt Alizarin und der gelbe Farbstoff Xanthin. Alizarin ist nur in heißem und Xanthin auch in kaltem Wasser löslich. Daher kommen die Farbunterschiede bei der Herstellung des Sudes. Die Wurzel sollte zum Färben erst ab dem dritten Abbau - Jahr genutzt werden, so dass die Farbstoffe zum Färben gut entwickelt sind.


Abb. 29: aus [17, S. 200]

Alizarin gehört zu den Anthrachinonfarbstoffen. Neben Aliarin und Xanthin enthält die Krapp - Wurzel insgesamt 23 Anthrachinonderivate und 5 Sauerstoff - Glykoside. Wir wollen hier nicht alle aufzählen, da ein Teil nicht zur Färbung beiträgt und ungelöst im Farbsud zurückbleibt. Wichtig zu erwähnen wäre noch das Purpurin und das Pseudopurpurin, die die Färbung mit beeinflussen.


Abb. 30: aus [17, S. 207 (Pseudopurpurin), S. 200 (Purin)]

Quellen: [17, S. 229 - 232, 207] [18, S. 74 ff.] [8, S. 113 - 117] [32]

 

M - Möhrenkraut

Mit dem Möhrenkraut erzielten wir wunderbare helle und dunklere Grüntöne auf Schafwolle und auf Seide. Wieder kochten wir einen Sud, indem wir ca. 500 g getrocknetes Möhrenkraut eine Stunde in 2 L Wasser auskochten. Um das Färben direkt im Sud (Färbebeispiel Nr. 1 MÖ) zu prüfen, gaben wir ein Stück Schafwolle direkt in den Sud, ohne das Kraut vorher abzuseihen und kochten es eine halbe Stunde darin. Das Stück Schafwolle war danach leicht mintgrün gefärbt.

Auch das zweite Stück Schafwolle und ein Stück Seide (Färbebeispiel Nr. 2 MÖ) gaben wir zum Färben direkt in den Sud. Allerdings gaben wir zu den 500 mL Sud noch 2 g gelöstes Kupfersulfat hinzu. Die Schafwolle und die Seide färbten wir bei 80°C eine Stunde darin.


Abb. 31: Färbung auf Schafwolle und Seide mit Möhrenkraut: links: Nr. 1 MÖ, rechts: Nr. 2 MÖ

Leider fanden wir über die Farbstoffe im Möhrenkraut keine Angaben in der Literatur.

Quellen: [8, S. 126 f.] [6, S. 94, 134]

 

S - Schachtelhalm

Für das Färben mit Schachtelhalm verwendeten wir Seide und Schafwolle. Auch hier kochten wir zuerst einen Sud aus ca. 500 g getrockneten Schachtelhalm in 2 L Wasser für eine Stunde. Für beide Färbebeispiele beizten wir die Schafwolle und die Seide mit Alaun bei 80 °C vor und färbten sie anschließend eine Stunde bei gleicher Temperatur im Sud. Das erste Färbebeispiel (Nr. 1 SH) behandelten wir mit Eisensulfat eine halbe Stunde bei 50 °C nach und erhielten dadurch, wie auch in den vorangegangenen Beispielen eine dunklere Färbung.

Die Schafwolle für das Färbebeispiel Nr. 2 SH wurde nicht nachbehandelt, aber ansonsten analog zu dem ersten Färbebeispiel gefärbt.


Abb. 32: Färbung auf Schafwolle und Seide, links: Nr. 1 SH, rechts: Nr. 2 SH

Die Farbstoffe im Schachtelhalm sind uns ebenfalls leider nicht bekannt.

Quellen: [8, S. 143 f.]

 

W - Wallnussschalen

Das Färben mit Wallnussschalen ist ein typisches Beispiel für eine Direktfärbung. Wir haben einen Sud aus 500 g frischen Wallnussschalen, die wir in 3 L Wasser für eine Stunde auskochten, hergestellt. Die Wallnussschalen stellte uns freundlicherweise Frau Frey zur Verfügung (siehe Danksagungen). In den kalten Sud legten wir ein Stück Schafwolle, welches nach einer halben Stunde eine tief braune Färbung angenommen hatte. Auch nach dem Auswaschen verschwand der Farbton nicht.


Abb. 33: Färbung auf Schafwolle mit grünen Wallnussschalen

Die grünen Wallnussschalen enthalten Hydrojuglonglucosid, Hydrojuglon, Juglon und Gerbstoffe, welche nach Hydrolyse Gallussäure, Ellagsäure und Glucose liefern. Die Wallnussschalen enthalten als Hauptfarbstoff Juglon, der zu der Farbstoffklasse der Naphthochinonfarbstoffe gehört.


Abb. 34: aus [17, S. 472 (Ellagsäure), S. 469 (Gallussäure), S. 190 (Juglon)]

Quellen: [17, S. 190, 194, 472, 469] [8, S. 154 ff.] [6, S. 76 ff., 145] [10, S. 36] [12, S. 235]

 

Z - Zwiebelschalen

Das Färben mit Zwiebelschalen war eine Freude für die Augen. Die entstandenen Farbtöne reichten von hellgelb bis braun. Das Färben auf Schafwolle und Baumwollstoff klappte gleichermaßen gut. Weil der Färbevorgang immer wieder der Gleiche ist, werden wir der Übersicht halber wieder nur eine Tabelle mit den Vorbeizen und Nachbehandlungen anführen. Den Sud kochten wir aus 45 g getrockneten Zwiebelschalen in 3 L Wasser. Zur Färbung im 2. Zug (siehe nachstehende Tabelle) wurden die abgeseihten Zwiebelschalen nochmals ins Färbebad gehangen und während der Färbung darin gelassen. Dadurch erhielten wir dunklere Farbtöne.

Nummer Stoff Vorbehandlung Färbung Nachbehandlung
Nr. 1 Z Baumwolle keine 1/2 h kochend im 2. Zug gefärbt Keine
Nr. 2 Z Baumwolle und Schafwolle Alaun, 1 h kochen 1/2 h im Sud kochen 2 g Eisensulfat auf 500 mL Wasser  →  1/2 h kochen
Nr. 3 Z Baumwolle Alaun, 1 h kochen 1/2 h im Sud kochen 2 g Kupfersulfat auf 500 mL Wasser  →  1/2 h kochen
Nr. 4 Z Baumwolle und Schafwolle Alaun, 1 h kochen 1/2 h im Sud kochen Keine
Nr. 5 Z Baumwolle Alaun, 1 h kochen 1/2 h kochend im 2. Zug gefärbt 0,5 g Eisensulfat auf 500 mL Wasser  →  1/2 h kochen
Nr. 6 Z Baumwolle Alaun, 1 h kochen 1/2 h im Sud kochen 5 mL Chromkali (w = 0,1) auf 500 mL  →  1/2 h kochen
Nr. 7 Z Baumwolle Alaun, 1 h kochen 5 Min. im Sud kochen Keine
Nr. 8 Z Baumwolle Alaun, 1 h kochen 1/2 h im Sud kochen 4 g Eisensulfat auf 500 mL Wasser  →  1/2 h kochen


Abb. 35: Färbung auf Baumwolle mit Zwiebelschalen
oben von links nach rechts:
Nr.1 Z, Nr. 2 Z, Nr. 3 Z, Nr. 4 Z
unten von links nach rechts:
Nr. 5 Z, Nr. 6 Z, Nr. 7 Z, Nr. 8 Z


Abb. 36: Färbung auf Schafwolle mit Zwiebelschalen, links: Nr. 4 Z, rechts: Nr. 2 Z

Die Farbstoffe, die diese tollen Farbtöne hervorrufen, gehören ebenfalls zu den Flavonoiden. Zwiebelschalen enthalten als Hauptfarbstoff Quercitin, mehrere Quercitinglucoside und Kämpferol. Diese beiden Farbstoffe gehören zu der Gruppe der Flavonole - eine Untergruppe der Flavone. Kämpferol tritt immer nur mit anderen Flavonoiden als Hauptkomponente auf.


Abb. 37: aus [17, S. 331 (Quercitin), S. 328 (Kämperol), S. 319 (Flavonole)]

Quellen: [17, S. 360, 331, 327 f., 319] [8, S. 161 f.] [14, S. 32] [6, S. 79 f., 146 f.] [10, S. 38]

(Dörte Lösch)

 

2-4. Licht- und Waschechtheitsüberprüfung an Beispielen zum Seitenanfang nach oben zum Seitenanfang

Für die Prüfung auf Wasch- und Lichtechtheit einer Textilfarbe gibt es viele verschiedene DIN- und ISO-Normen.

Die Lichtechtheit wird zur Bewertung der Qualität einer Färbung herangezogen. Eine Stoffprobe wird mit einer Strahlungsquelle (z.B. luftgekühlte Xenonbogenlampe) eine bestimmte Zeit lang belichtet. Genormte Typfärbungen gelten dabei als Kontrolle. Ein UV - Filter sorgt dafür, dass 90 Prozent der Strahlen Wellenlängen zwischen 380 und 750 nm sind. Ultraviolette Strahlung (310 bis 320 nm) ist zu vermeiden, da die energiereiche Strahlung die Farben schnell zersetzt. Laut DIN-Vorschrift wird dann mit Hilfe einer Farbtabelle (der Lichtechtheitsmaßstab) die Lichtechtheit bestimmt.

Eine Färbung mit einer Lichtechtheit von drei bis vier ist lichtunecht. Sechs bis sieben bedeutet, dass eine Farbe sehr haltbar ist.

In unserem Fall wurde für die Lichtechtheit eine Probe des Stoffes auf eine Pappe gespannt und eine Hälfte abgedeckt. Die Probe wurde dann mit einer UV - Lampe (bei 256 nm) 15 Stunden lang bestrahlt. Hierfür wurde zum einen mit Brombeeren und Zwiebelschalen gefärbte Baumwolle und mit Apelblättern gefärbte Schafwolle benutzt. Die Auswertung erfolgte qualitativ durch Vergleich der bestrahlten mit der abgedeckten Schafwolle bzw. Baumwolle


Abb. 38: Brombeere Nr. 2 BB  →  links: nicht unter UV - Licht, rechts: unter UV - Licht


Abb. 39: Apfelbaumblätter, von links nach rechts:
Nr.1 A, Nr. 2 A, Nr. 3 A, Nr. 4 A, Nr. 5 A, Nr. 6 A, Nr. 7 A, Nr. 8 A


Abb. 40: Zwiebel Nr. 1 Z  →  links: nicht unter UV - Licht, rechts: unter UV - Licht

Die mit Apfelblättern gefärbte Wolle zeigte keine Verblassung oder Farbveränderungen, während die Brombeerfärbung deutlich blasser wurde. Das bedeutet, dass eine Apfelfärbung lichtecht ist, eine Brombeerfärbung jedoch nicht. Im Vergleich dazu ist die mit Zwiebelschalen gefärbte Baumwolle nicht verblasst und ist somit ebenfalls lichtecht.

Die Waschechtheit ist ebenfalls ein Kriterium zur Beurteilung der Qualität einer Färbung. Dazu wurde eine Probe eines Stoffes mit natürlicher Seife (Kernseife) 5 Mal gewaschen und anschließend getrocknet. Es ist darauf zu achten das keine chemischen Seifen verwendet werden, da diese der Schafwolle zuviel natürliches Fett entziehen und die Schafwolle ihre natürliche Leuchtkraft verliert und falsche Schlüsse gezogen werden könnten. Eine qualitative Aussage erhält man durch Vergleich der gewaschenen mit der ungewaschenen Schafwolle. Es wurde mit Zwiebeln und Möhrenkraut gefärbte Schafwolle verwendet und die bereits erwähnte Brombeerfärbung auf Baumwolle.


Abb. 41: Waschechtheit von Möhre (links) und Zwiebel (rechts)

Beim ersten Waschen der grünen Schafwolle (gefärbt mit Möhrenkraut) färbte sich das Waschwasser leicht grün. Bei der orangefarbenen Schafwolle (gefärbt mit Zwiebelschalen) war keine Verfärbung des Waschwassers zu beobachten. Nach weiterem Waschen war auch das Waschwasser der grünen Wolle nicht mehr verfärbt. Beim Vergleich der Wollfäden wird erkennbar, dass die Zwiebelfärbung kaum verblasst ist. Bei der Möhrenkrautfärbung hingegen ist die Farbe deutlich erkennbar verblasst. Dies lässt den Schluss zu, dass eine Zwiebelfärbung sehr waschecht ist. Die Waschechtheit haben wir auch beobachtet, als wir bei einem verfärbten Küchenhandtuch die gelben Zwiebel - Flecken sogar noch mach mehrmaligen Auskochen (!) unverändert sehen konnten. Die Möhrenkrautfärbung hingegen ist weniger waschecht. Die Waschechtheit kann schon beim Färben beeinflusst werden. Zum einen sollten die im Rezept angegebenen Färbezeiten eingehalten werden. Zum anderen kann man wie in folgendem Beispiel die Farben waschechter machen, in dem man die gefärbte Wolle mit Essig nachbehandelt.


Abb. 42: Waschechtheit von Brombeere, links: Nachbehandlung ohne Essig, rechts: Nachbehandlung mit Essig  →  beide gewaschen

Es ist eine deutliche Verblassung der unbehandelten Färbung mit Brombeeren zu erkennen. Das bedeutet, dass das Entwicklungsfarbbad mit Essig die Farbe fixiert und somit haltbarer gemacht hat.

Aus beiden Prüfungen schließen wir, dass Zwiebelfärbungen licht- und waschecht sind. Im Vergleich dazu ist eine Brombeerfärbung weder wasch noch lichtecht, wenn sie nicht nachbehandelt wird.

(Andrea Grotzky)
Quellen: [5, S. 38 f.] [14, S. 251 ff.]

 

3. Vergleiche beim Färben zum Seitenanfang nach oben zum Seitenanfang

Im folgenden Abschnitt werden wir verschiedne Vergleiche anstellen, die das Färben etwas näher beleuchten sollen. Sie geben zum Teil auch Aufschluss über die Bildung der verschiedenen Farben.

(Dörte Lösch)

 

3-1. Vergleich verschiedener Vorbeizen zum Seitenanfang nach oben zum Seitenanfang

Unter Beizen versteht man das Behandeln der natürlichen Faser mit einer Metallsalzlösung vor dem eigentlichen Färben, um den Farbstoff haltbar auf die Faser zu bringen.

Das Ergebnis einer Färbung wird maßgeblich von der Vorbeize beeinflusst - in Bezug auf Farbton und Leuchtkraft. "Gut gebeizt ist halb gefärbt!" besagt ein Färbersprichwort. Als Vorbeizen sind die unterschiedlichsten Kombinationen von wässrigen Metallsalzlösungen denkbar (siehe 2.3 Färbebeispiele in alphabetischer Reihenfolge). Üblich ist die Benutzung von Alaun [AlK(SO4)2], Weinstein (Kaliumhydrogentartrat) [KOOC-CHOH-CHOH-COOH] (auch durch Weinsäure ersetzbar), Chromkali [K2CrO4], Kupfersulfat [CuSO4] und Eisen(II)-sulfat [FeSO4]. Da einige Beizstoffe toxisch sind ist besondere Vorsicht bei der Benutzung und der Nachbehandlung geboten.

Nach der Beize ist eine Verfärbung der Wolle teilweise deutlich zu erkennen. Die Kupfersulfatbeize gibt eine bläuliche, die Chromkalibeize eine gelbliche und eine Eisensulfatbeize eine bräunliche Färbung. Die Alaunbeize hinterlässt keine Veränderung der Farbe. Bei besonders schwierigen Färbungen muss die Wolle mehrere Tage in der entsprechenden Metallsalzlösung lagern.


Abb. 43.: Wolle nach dem Vorbeizen, von links nach rechts:
Alaun, Eisensulfat, Kupfersulfat, Chromkali

Die Beize wird mit unbehandelter Schafwolle durchgeführt. Allgemein gilt: Die Menge des Metallsalzes ist je nach Menge der Schafwolle zu wählen und aufzulösen. Die gut angefeuchtete Schafwolle wird in die Lösung getaucht und langsam erwärmt. Das Erwärmen der Schafwolle in der Lösung ist dem Hineintauchen der Schafwolle in die heiße Lösung vorzuziehen. Die Schafwolle wird beim Letzteren spröde. Es ist außerdem darauf zu achten, dass die Schafwolle nicht verfilzt. Deshalb wird sie auf Stäben im Beizbad wie im Färbebad gewendet.

Der Vergleich wird am Beispiel von Zwiebelfärbungen vorgenommen. Die Ergebnisse der Vorbeizen sind im Kapitel 2.3 Färbebeispiele in alphabetischer Reihenfolge zu sehen.

(Andrea Grotzky)
Quellen: [8, S.16] [18, S. 26]

 

3-2. Vergleich verschiedener natürlicher Fasern zum Seitenanfang nach oben zum Seitenanfang

Man kann verschiedene Naturfasern (textile Stoffe) färben. Im Allgemeinen unterscheidet man zwischen tierischen und pflanzlichen Fasern, die gefärbt werden. Die Stoffe unterscheiden sich in ihrem chemischen Aufbau und somit auch bezüglich der Farbaufnahme und Handhabung beim Färben. Alle zu färbenden Stoffe sind Naturprodukte. Deswegen kann man auch z. B. Federn, Gegenstände aus Horn oder Bein färben. Tierische Fasern sind aus Aminosäuren aufgebaut, die sich von Stoff zu Stoff unterscheiden. Bei pflanzlichen Fasern ist der Hauptbestandteil meist Zellulose.

Schafwolle:

Stark vergrößert ist das Wollhaar eine hornartige, zylinderförmige Masse mit charakteristischer schuppenförmiger Oberfläche. Ein Wollmolekül enthält 18 verschiedene Aminosäuren, die leiterartig miteinander verbunden sind. Aus diesen Molekülketten setzen sich die Protofibrillen zusammen, aus denen wiederum die Mikrofibrillen und aus diesen dann die Spindelzellen. Die Spindelzellen bilden die eigentliche Grundstruktur der Schafwolle. Der Fibrillenaufbau bewirkt, dass sich Schafwolle mit Säuren und Basen verbinden kann. Schafwolle besteht aus einem Eiweiß - dem Keratin. Keratine, die man oft in Federn, Horn oder Haaren von Tieren findet bestehen aus Peptidketten, die durch Disulfidbrücken miteinander vernetzt sind. Das Keratin bewirkt, dass die Schafwolle sehr hart und zäh ist, jedoch aber in kochendem Wasser erweicht.

Schafwolle kann gesponnen oder ungesponnen zum Färben verwendet werden. Je weicher die Schafwolle ist, umso besser nimmt sie die Farbe an. Die Schafwolle darf beim Färben nur leicht bewegt werden, da sie sonst verfilzen kann. Außerdem ist darauf zu achten, dass die Schafwolle langsam erhitzt wird. Färbungen um den Siedepunkt sind möglich nur sollte die Schafwolle dabei nicht noch zusätzlich bewegt werden, um ein Verfilzen zu verhindern.

Seide:

Seide wird aus den Kokons gewonnen, in die sich die Seidenraupen einspinnen, bevor sie zum Schmetterling werden. Wie Schafwolle besteht Seide auch aus einer Eiweißmolekül - Verbindung. Seide besteht zum größten Teil aus Fibroin, das von dem Seidenleim oder Seidenbast Serizin umhüllt wird. Den aus zwei Einzelfäden bestehenden Kokonfaden, der bei der Seidenraupe als Eiweißstoff aus den Spinndrüsen austritt und vom Seidenleim zusammengehalten wird, wird als Fibroin bezeichnet. Durch Behandlung mit Seifenlauge wird die Seide entbastet, wodurch sie weich und glänzend wird. Zum Färben eignet sich besonders gut die so genannte Maulbeerseide. Man unterscheidet nach der Gewinnung der Seide zwischen Maulbeerseide und Wildseide. Die Maulbeerseide ist die Seide, die sich aus der Zucht von Raupen ergibt, die sich von den Blättern des Maulbaumes ernähren. Für die Gewinnung der Wildseide (Tussahseide) werden die Kokons bereits geschlüpfter Schmetterlinge verwendet. Diese Seide ist oft dunkler, als die Maulbeerseide, eignet sich aber dennoch gut zum Färben. Auf Seide werden klare Farben erzielt. Die Seide darf aber nur bis maximal 80 °C erhitzt werden (langsam, wie bei der Schafwolle), da sie sonst brüchig werden kann.

Baumwolle:

Baumwolle ist das Samenhaar einer alten Kulturpflanze aus der Familie der Malven. Hauptbestandteil der Baumwolle ist mit 90 % Zellulose. Weitere Bestandteile sind Wasser (6 - 8 %), Hemizellulosen, Pektine, Eiweiß und Wachs. Pektine sind pflanzliche Polysaccharide. Die Baumwollfaser erscheint, wenn es vergrößert betrachtet wird, als schlauchartiges, platt gedrücktes, korkenzieherartig gewundenes Bändchen mit wulstigen Rändern.

Baumwolle eignet sich nicht so gut zum Färben wie Schafwolle und Seide. Oft ist eine Vorbeize erforderlich, damit die Faser die Farbe annimmt. Der Vorteil beim Färben mit Baumwolle liegt darin, dass nicht so genau auf die Temperatur geachtet werden muss, da Baumwolle kochend gefärbt werden kann.

Leinen, Flachs:

Leinen bzw. Flachs gehören mit der Schafwolle zu den ältesten Textilfasern. Am besten lässt es sich auf gebleichtem Leinen färben. Leinen besteht auch zum größten Teil aus Zellulose und hat somit im Färben große Ähnlichkeiten zur Baumwolle. Weitere Bestandteile sind Pektin, Holzstoff, Feuchtigkeit, Fett und Wachs. Wie die Baumwolle so nimmt auch Leinen die Farbe nicht so schnell und intensiv an. Färbungen um den Siedepunkt des Wassers und eine Vorbehandlung sind erforderlich.


Abb. 45: Ausschnitt aus einem Zellulosemolekül, aus [Meyers Lexikon S. 873]


Abb. 46: Ausschnitt aus einem Pektinmolekül, aus [23]

(Dörte Lösch)
Quellen: [19] [10, S. 13 f.] [8, S. 11 - 14] [6, S. 45 - 49] [12, S. 44 f.] [25] [27] [26] [23] [9, S. 872 f.] [7, S. 662, Band 1]

 

3-3. Vergleich verschiedener Farbstoffe zum Seitenanfang nach oben zum Seitenanfang

Die Wahl der Färbetechnik ist individuell je nach Farbstoff und nach Stoff anzuwenden und nicht zu verallgemeinern.

Zum einen gibt es die direkten oder substantiven Farbstoffe, die ohne Hilfsmittel direkt an die Faser gebunden werden können. Es gibt nur wenige substantive Farbstoffe. Diese sind pflanzlichen Ursprungs wie zum Beispiel Safran (Farbstoff: Crocetin, ein Carotinoid), Kurkumia (Farbstoff: Curcumin) und Orlean (Farbstoff: Bixin, ein Carotinoid). Wir benutzten als Direktfärbung Zwiebelschalen (siehe 2.3 Färbebeispiele in alphabetischer Reihenfolge).


Abb. 47: verschiedene Farbstoffmoleküle [aus Artikel: G. Baars: Das Färben von Naturfasern mit Naturfarbstoffen]

Das Färben mit Beizfarbstoffen ist die meist gebräuchlichste Färbemethode, da die meisten Naturfarbstoffe Beizfarbstoffe sind. Sie wird angewendet wenn ein Farbstoff nicht direkt auf die Faser zu bringen ist. Durch Benutzung verschiedener Metallsalzlösungen kann die entstehende Farbe beeinflusst werden (siehe 3.1 Vergleiche verschiedener Vorbeizen).

Dazu gehören die Farbstoffe der Gruppe der Flavonoide und Anthrachinone (pflanzlich) und die Insektenfarbstoffe Cochenille und Kermes (siehe 2.3 Färbebeispiele in alphabetischer Reihenfolge).

Küpenfarbstoffe, wie Indigo und Purpur, sind wasserunlösliche Farbstoffe. Bei der so genannten "Verküpung" wird der Farbstoff zunächst unter alkalischen Bedingungen in eine wasserlösliche Form überführt (z.B. mit Natriumdithionit). Das dabei entstehende Natriumsalz kann anschließend direkt auf die Faser gebracht werden. Der Vorteil dieser Färbung ist, dass der Farbstoff durch Oxidation mit Luftsauerstoff wieder in die unlösliche Form überführbar ist. Die Färbung ist dadurch sehr haltbar (siehe 3.5 Vergleiche bei der Indigofärbung).

Durch die Färbung bei unterschiedlichen Temperaturen sind erfahrungsgemäß ebenfalls Unterschiede festzustellen. Gebräuchlich sind Kalt-, Lauwarm-, Heiß-, und Koch-Färbung.

Eine Fixierung der Farbstoffe wird jedoch meist durch Wärme erreicht. Wir haben nur mit der Heiß- und Kochfärbung gearbeitet.

(Andrea Grotzky)
Quellen: [2]

 

3-4. Vergleiche beim Färben auf vorgefärbten und naturbelassenen Fasern zum Seitenanfang nach oben zum Seitenanfang

Auf das Färben mit naturbelassener und ungefärbter Fasern wurde schon im Teil "Praktisches Färben" eingegangen. Des Weiteren haben wir untersucht, wie sich die Farbe ändert, wenn wir schon gefärbte Stoffe färben, bzw. ob man diese Stoffe überhaupt färben kann. Dazu benutzten wir vorgefärbte Leinenstoffe mit den Farben beige, rosa und hellgrün. Diese färbten wir nach dem Farbbeispiel Nr. 4 Z. Bei den hellen Farbtönen beige und rosa, war nach der Färbung kaum ein Unterschied in der Farbe erkennbar. Beide Farben waren durch die Färbung mit den Zwiebelschalen völlig überdeckt und nur noch das Orange der Zwiebelschalen ist zu erkennen. Auch bei dem hellgrünen Leinenstoff war die Überfärbung erfolgreich. Dadurch dass der Stoff mit einer dunkleren Farbe vorgefärbt war, war der Stoff am Ende braun. Daran lässt sich erkennen, dass auch Naturfasern, die schon gefärbt sind nochmals überfärbt werden können.


Abb. 48: drei Versuche vorgefärbte natürliche Fasern mit Zwiebelschalen zu färben.
(links: jeweils ohne Färbung - beige, rosa, hellgrün, rechts: jeweils überfärbt - orange, orange, braun)

Des Weiteren haben wir Stoffe zwei Mal gefärbt. Dieser Vorgang wird als Überfärbung bezeichnet. Eine typische Überfärbung ist die Birke - Indigo - Überfärbung. Wir benutzten dafür jeweils Schafwolle (1 g) und weißen Leinenstoff (1 g). Für die Färbebeispiele (Nr. 1 BI und Nr. 2 BI) wurde die Schafwolle und der Stoff zuerst mit Birkenblättern und anschließend mit der Indigopaste überfärbt. Die Schafwolle und der Stoff wurde dafür in einer Lösung aus 2 g Alaun und 0,5 g Weinsäure auf 500 mL eine halbe Stunde kochend vorgebeizt. Anschließend wurden die Stoffe im Birkensud eine halbe Stunde gefärbt. Für das Färbebeispiel Nr. 2 BI wurde dem Sud noch 2 g Eisensulfat zugegeben. Anschließend wurden alle Stoffe mit dem "Sächsisch Blau" (7 Tropfen Indigopaste auf 300 mL Wasser) überfärbt. Dabei entstand als Mischfarbe ein grünliches blau, dass im Färbebeispiel durch die Behandlung mit Eisensulfat dunkler ausfällt. Auf dem Leinenstoff ist der Unterschied nicht so stark erkennbar. Hier wurde die Farbe nicht so gut angenommen.


Abb. 49: Überfärbung mit Birkenblättern und "Sächsisch Blau", links: Färbebeispiel Nr. 1 BI, rechts: Färbebeispiel Nr. 2 BI

(Dörte Lösch)
Quellen: [12, S. 226 f.]

 

3-5. Vergleiche bei der Indigofärbung zum Seitenanfang nach oben zum Seitenanfang

Wir wollen nun nochmals das Färben mit Indigo aufgreifen und es von der chemischen Seite näher betrachten.

In der Indigo - Pflanze ist eine Vorstufe des eigentlichen Farbstoffes enthalten - das Indican, welcher durch Gärung in Indigobin und in Traubenzucker (Indiglucin) gespalten wird. Gleichzeitig wird dabei das Indigobin in das wasserlösliche Indigoweiß überführt. Dieses bildet unter Zufuhr von Sauerstoff den blauen Farbstoff. In gleicher Weise wird aus dem im Waid enthaltenen Isatan B das Indigo gebildet.


Abb. 50: Die Bildung von Indigo aus farblosen Vorstufen der Indigopflanze und des Waids, aus [15]

Wie schon erwähnt kann mit Indigo auf zwei Arten gefärbt werden. Zum einen wäre da die Küpenfärbung. Dabei werden zunächst die Carbonyl - Gruppen zu Hydroxy - Gruppen des Indigos reduziert und auf der Faser anschließend wieder oxidiert (siehe 2.3 Färbebeispiele in alphabetischer Reihenfolge). Dabei wird der wasserunlösliche Farbstoff mit Reduktionsmitteln in seine wasserlösliche Leukoform überführt. Diese besitzt Affinität zur Faser und zieht aus der Flotte auf die Faser auf. Anschließend findet durch das Trocknen an Luft die Oxidation statt, wodurch der Farbstoff wieder in seine ursprüngliche Form zurückkehrt.


Abb. 51: Reduktion und Oxidation des Indigos während der Küpenfärbung, aus [34]

Zum anderen kann mit dem Sächsisch Blau gefärbt werden. Der Indigo wird in konzentrierter Schwefelsäure gelöst, in dem die Benzolringe sulfoniert werden.


Abb. 52: sulfoniertes Indigo [aus 2]

Die Unterscheide bestehen nun darin, dass bei der Küpenfärbung die blaue Farbe erst auf der Faser entsteht, während bei der "Sächsisch Blau" - Färbung der Indigo blau bleibt. Ein weiterer Unterschied ist, dass die Küpenfärbung sich im Anschluss wieder entfärben kann, in dem auf die gewünschten Stellen rotes Blutlaugensalz gestreut wird. Das kann daran liegen, dass Indigo durch Adsorption an der Faser haftet und eine Komplexbindung zwischen Wollfaser und Eisen(III)-Ion stabiler ist.

A. Hählen berichtete uns, dass bei der Indigofärbung die Wasserhärte eine entscheidende Rolle spielt. Mit zunehmender Wasserhärte wird die Blaufärbung schwächer. Da die Küpe bei uns leider nicht funktioniert hat, konnten wir diesen Aspekt nicht selbst nachprüfen. Ein weiterer Küpenfarbstoff ist das in der Antike oft benutzte Purpur.

(Andrea Grotzky, Dörte Lösch)
Quellen: [15, S. 402 - 409] [2] [34]

 

4. Chemische Hintergründe zum Seitenanfang nach oben zum Seitenanfang

Wieso ist der Farbstoff gelb und wie nimmt die Schafwolle die Farbe auf? Diese Frage und viele andere beruhen auf chemischen Vorgängen. Im letzten Abschnitt unserer Projektarbeit stehen diese Fragen im Mittelpunkt.

(Dörte Lösch)

 

4-1. Quantenchemische Betrachtung zum Seitenanfang nach oben zum Seitenanfang

Es gibt keine Farben und Materie ist nicht farbig! Aber dennoch sehen wir Farben! Dieser Einspruch ist gleichzeitig Lösung des Problems. Farben werden erst im Auge des Betrachters durch den Prozess des Sehens hervorgerufen. Dazu sind sichtbare elektromagnetische Strahlen nötig, das "Licht".

Das Licht kann durch Prismen in verschiedene Wellenlängen zerlegt werden. Die Wellenlängen ergeben die Spektralfarben, die durch die Interpretation in unserem Gehirn zustande kommt. Die Summe aller Farben oder zweier Komplementärfarben ergibt wieder weißes Licht.


Abb. 53: Weißes Licht gebrochen an einem Prisma

Lichtstrahlen treffen gefiltert von der Linse durch das Auge hindurch auf die Netzhaut, auf der sich die Rezeptoren (Stäbchen für die Helligkeit und Zäpfchen für die Farbe) befinden. Letzteres formt diesen physikalischen Reiz in physiologische Erregung um und leitet diesen über den Sehnerv zum Gehirn. Dort wird die Erregung in eine Empfindung und schließlich in Sehen umgewandelt. Die unterschiedliche Wellenlängenempfindlichkeit im Auge ist auf die verschieden empfindlichen Zäpfchen zurückzuführen.

Wie wird nun ein Gegenstand farbig?

Für den Farbeindruck gibt es zwei Möglichkeiten: Entweder erscheint der Gegenstand in der Farbe (Wellenlänge aus dem Spektrum), die er reflektiert oder in der Farbe, deren Komplementärfarbe er absorbiert. Der nicht genutzte Teil des Lichtes wird durchgelassen. Das Ergebnis ist unabhängig davon auf welche Weise die Farbe entstand. Zum Beispiel: ein Ball erscheint rot, wenn er nur die Wellenlänge für rotes Licht reflektiert oder nur grün absorbiert. Unser Gehirn kann das eine nicht vom anderen unterscheiden.

Wodurch kommen die unterschiedlichen Farben (emittieren Wellenlängen) zustande?

Das liegt an den Farbstoffmolekülen, die ein Gegenstand enthält. Farbstoffe sind Systeme mit konjugierten Doppelbindungen und einer oder mehrerer chromophorer Gruppen (siehe 4.3 Farbstoffe). Innerhalb eines Moleküls sind die ð - Elektronen dieser ð - Bindungen delokalisiert.

Dies soll am Beispiel eines einfachen Farbstoffes erklärt werden, am Beispiel der allgemeinen Strukturformel eines Cyanins.


Abb. 55: Cyanin

Aus der Zeichnung kann man erkennen, dass acht delokalisierte Elektronen im Molekül sind. Diese sollen nun in einem Molekülorbitalschema dargestellt werden, in dem der Einfachheit halber nur die ð - Elektronen erwähnt werden.


Abb. 56.: MO-Schema eines Cyanin im Grundzustand (n- Hauptquantenzahl)

Wird Licht auf dieses Farbmolekül eingestrahlt, also Energie in Form von elektromagnetischer Strahlung, so wird ein Teil des Lichts absorbiert. Diese absorbierte Energie wird dazu genutzt um die Elektronen anzuregen. Ein Elektron vom höchst besetzen Energieniveau wird in das nächst niedrigste unbesetzte Energieniveau angehoben. Die Energie, die für eine Anregung aufgewandt werden muss, bezeichnet man als Anregungsenergie. Dabei erfolgt nur eine Anregung, wenn der Energiebetrag der absorbierten Energie der Anregungsenergie entspricht (Quanten). Beim Rückkehr des Elektrons von angeregten in den Grundzustand wird Licht emittiert, welches in unser Auge fällt.


Abb. 57: MO-Schema eines Cyanin im angeregten Zustand (n-Hauptquantenzahl)

Die Wellenlängenunterschiede kommen nun wie folgt zustande:

Die reflektierte Wellenlänge ist abhängig von der Anregungsenergie. Je größer die Anregungsenergie, desto energiereicheres Licht muss absorbiert werden. Nehmen wir an, dass das Cyanin Molekül eine weitere konjugierte Doppelbindung besäße. Es ist weniger Anregungsenergie nötig. Das bedeutet, je mehr delokalisierte Elektronen ein Molekül besitzt, desto geringer ist die Anregungsenergie. Weniger Energie bedeutet, dass ein anderer Teil des sichtbaren Lichts absorbiert werden muss, da nur bestimmte Energiemengen aufgenommen werden können (Quantum).

Das sichtbare Spektrum reicht von Rot über Orange, Gelb, Grün und Blau bis Violett.
Die Farbe, die wir sehen, hängt wie folgt von der absorbierten Wellenlänge ab:

Wellenlänge des absorbierten Lichts in nm Farbe des Absorbierten Lichts Farbe
400 - 435 violett gelb
435 - 480 blau orange
480 - 500 blaugrün rot
500 - 580 gelbgrün purpur
580 - 595 gelb violett
595 - 610 orange blau
610 - 700 rot blaugrün

Daraus erkennt man, dass die sichtbare Farbe die Komplementärfarbe der absorbierten Wellenlänge ist. Aufgrund des Zusammenhanges zwischen Wellenlänge und Energie lässt sich erklären, dass violettes Licht energiereicher ist als rotes (Je kleiner die Wellenlänge, desto energiereicher).

Zur Bestätigung dieser Theorie haben wir von den Grundfarben gelb, rot, blau und die Mischfarbe grün mit Hilfe eines Photometers die absorbierten Wellenlängen gemessen.

(Andrea Grotzky)
Quellen: [1] [3]

 

4-2. Absorptionsspektren der Grundfarben aus Naturfarben zum Seitenanfang nach oben zum Seitenanfang


Abb. 58: Absorptionsspektren der Grundfarben,
ermittelte Absorptionsmaxima:
gelb  →  400 - 430 nm
blau  →  580 - 620 nm
rot  →  500 - 530 nm
grün  →  400 - 420 nm und ca. 600 nm

Übrigens gibt es nur einen Farbstoff der grün reflektiert, das Chlorophyll. Alle anderen Farben, die grün erscheinen setzten sich aus einer Mischung von gelben und blauen Farbstoffen zusammen! Dies bestätigt auch die von uns aufgenommenen Absorptionsspektren, wo zu erkennen ist, dass grün zwei Absorptionsmaxima besitzt und deshalb aus gelb und blau aufgebaut ist (siehe Einzelspektren). Nun kann damit auch erklärt werden, warum auf alten Gemälden oder Wandteppichen die ehemals grünen Farben heute blau sind. Da die gelben Farben das energiereichste Licht (400 - 435 nm) absorbieren gehen sie schneller kaputt als andere Farbstoffe. Somit bleibt der blaue Farbstoff auf der Faser zurück!

Farblose Stoffe erscheinen uns so, weil sie ihr Absorptionsmaximum in einem Bereich des Spektrums haben, den unser Auge nicht erfassen kann. Die Absorptionsspektren haben uns bestätigt und gezeigt, dass die Farbe, die wir sehen, vom absorbierten Teil des Lichtes abhängt. Ein Beispiel, in dem Benzoesäure und p - Nitrophenol hinsichtlich ihrer Farbigkeit mit einander verglichen werden, soll deutlich machen, dass nur ein paar Elektronen ausreichen um die erscheinende Farbe zu ändern!

Benzoesäure ist in Lösung farblos, p - Nitrophenol hingegen gelb. Was unterscheidet diese Stoffe? Wenn wir uns die Strukturformeln beider organischer Substanzen, die nebenbei bemerkt keine natürlichen Farbstoffe sind, ansehen, stellen wir zunächst eine Ähnlichkeit fest. Der Benzolring ist gleich, ähnlich sind sich auch die Nitro- und die Carboxyl - Gruppe. Ausschlaggebend ist demnach die Hydroxy - Gruppe in para - Stellung zur funktionellen Gruppe oder in á zum Benzolring, wie man in den Abbildungen erkennen kann. Zwar hat die Carboxyl - Gruppe ebenfalls eine OH - Gruppe, jedoch steht diese in â zum Benzolring und hat aus diesem Grund keinen großen Einfluss auf das delokalisierte System.


Abb. 59: Benzoesäure


Abb. 60: p -Nitrophenol

Dies lässt darauf schließen, dass neben der Menge an Elektronen, auch das Ausmaß der Delokalisation entscheidend ist. Ein einsames freies Elektronenpaar liegt energetisch gesehen höher als eine ð - Bindung oder gar eine ó - Bindung. Das bedeutet gleichzeitig eine niedrigere Anregungsenergie und somit eine Änderung der Farbigkeit.

(Andrea Grotzky)

 

4-3. Farbstoffe zum Seitenanfang nach oben zum Seitenanfang

Die organischen Farbstoffe unterliegen einem allgemeinen Aufbauprinzip. Ein Farbstoffmolekül besteht aus einem Chromophor. Unter einem Chromophor versteht man in der Regel ein Kohlenstoffgerüst mit konjugierten Doppelbindungen und geeigneten Endgruppen, so dass die Elektronen immer in Wechselwirkungen zueinander stehen. Als wirksame Endgruppen erweisen sich Kombinationen von Elektronen - Donatoren (partiell negativ), welche als Auxochrom bezeichnet werden, und Elektronen Akzeptoren (partiell positiv), welches als Antiauxochrom bezeichnet wird. Diese Endgruppen können mit den Elektronen der p - Orbitale der konjugierten Doppelbindungen in Wechselwirkungen treten.

Eine kleine Auswahl soll zeigen, welche verschiednen Auxochrome und Antiauxochrome - Gruppen es gibt und welche p - Systeme es gibt.

Auxochrom Chromophor / p - Systeme Antiauxochrom
OH - Gruppe [ - CH = CH - CH = CH - ] n NO2 - Gruppe
- O - Gruppe - N = N - R - CO - Gruppe (R = Rest)
H2N - Gruppe Aromatische Ringsysteme

Bei allen Farbstoffen, die wir bereits im Kapitel 2.3 Färbebeispiele in alphabetischer Reihenfolge lässt sich dieser grundlegende Aufbau wieder finden.

(Dörte Lösch)
Quellen: [34]

 

4-4. Der Färbevorgang zum Seitenanfang nach oben zum Seitenanfang

Während im Vorangegangenen unserer Arbeit der Färbevorgang eher von der praktischen Seite beleuchtet wurde, werden wir nun den chemischen Sachverhalt, dem der Färbevorgang zu Grunde liegt, näher darstellen.

(Dörte Lösch)

 

4.4.1 Extrahieren

Durch Einweichen und Auskochen werden die färbenden Substanzen gelöst und aus den Pflanzenteilen herausgezogen. Dieser Vorgang wird als Extrahieren bezeichnet. Die Pflanzenteile sollten vorher zerkleinert und evtl. eingeweicht werden. Das Zerkleinern der Pflanzenteile empfiehlt sich noch vor dem Trocknen. Zum Extrahieren sollten die Pflanzenteile in ausreichend Wasser eine oder mehrer Stunden ausgekocht werden. Danach werden die Pflanzenteile abgeseiht. Es liegt nun der Sud vor, der für alle Färbevorgänge benötigt wird. Viele pflanzliche Farbstoffe lassen sich durch Kochen in Wasser aus den Pflanzenteilen herauslösen. Es gibt auch Farbstoffe, wie z. B. die Cyanidine aus den Radieschenschalen, die sich durch Extraktion in einem organischen Lösungsmittel lösen.

(Dörte Lösch)
Quellen: [6, S. 54 ff.]

 

4.4.2 Beizen und Färben

Beim Färben ist die Art der Bindung zwischen Faser und Farbstoff abhängig vom Farbstoff (siehe 3.3 Vergleich verschiedener Farbstoffe).

Bei einer direkten Färbung bewirken intermolekulare Kräfte, das heißt Van-der-Waals-Kräfte und Wasserstoffbrückenbindungen, die Bindung zwischen Farbstoff und Faser.

Meist kommt vor dem eigentlichen Färben eine Beize. Das Beizen dient dazu um zwischen den Eiweißbausteinen der Wolle und den Farbstoffmolekülen eine Bindung herzustellen, wenn der Farbstoff ohne Hilfsmittel nicht direkt gebunden werden kann. Dabei wird zunächst eine direkte Bindung zwischen Beizsubstanz und Stoff geschaffen.

Beim anschließenden Färben fungiert das Metall-Ion als Komplexbildner. Das Metall-Ion ist das Zentralatom, der Farbstoff wird koordinativ gebunden. Dies soll am Beispiel der Zwiebelschalenfärbung verdeutlicht werden. In der Zwiebel ist der Farbstoff Quercitin enthalten, der im Anschluss an eine Alaunbeize durch einen Komplex an der Faser haftet.


Abb. 62: Chelatkomplex des Quercitins

Der Farbstoff ist stark an die Faser gebunden, was die hohe Haltbarkeit erklärt. Es besteht zusätzlich die Möglichkeit, das Zentralatom auszutauschen oder mit weiteren Metall-Ionen Quervernetzungen herzustellen, so dass die Farbe in nachhinein verändert werden kann. Behandelt man die besagte Schafswolle mit Eisen(II)-sulfat nach wandelt sich der orangene Farbton in ein kräftiges braun um (siehe 4.4.3 Nachbehandlung).

Ein weiteres Beispiel für Chelatkomplexe beim Färben ist der Calcium - Aluminium - Komplex des Alizarins. Die Sauerstoffe umgeben das Aluminium-Atom oktaedrisch, die Alizarin - Liganden liegen in zwei senkrecht zueinander angeordneten Ebenen.


Abb. 63: Alizarin - Komplex

Um das gleichmäßige Aufziehen des Farbstoffes zu unterstützen, kann zu einer Alaunbeize Weinstein zugesetzt werden. Dieser bildet mit den Aluminium-Ionen stabilere Chelatkomplexe.

Eine weitere Form der Bindung zwischen Farbstoff und Faser entsteht, wenn durch Adsorption ein wasserlöslich gemachter Stoff substantiv auf die Faser aufzieht. Dies ist zum Beispiel bei der Küpenfärbung mit Indigo festzustellen (siehe 3.5 Vergleiche bei der Indigofärbung oder 2.3 Färbebeispiele in alphabetischer Reihenfolge).

(Andrea Grotzky)
Quellen: [2]

 

4.4.3 Nachbehandlung

Auffällig war, dass sich bei vielen Nachbehandlungen mit Eisensulfat oder Kupfersulfat schlagartig bei Zugabe des Färbeguts in die Lösung bzw. bei Zugabe des Salzes in den Sud ein dunkler Niederschlag bildete. Es entstanden auch immer dunkle Farben dabei. Manchmal bildete sich eine dunkle bis schwarze Haut auf der Lösung. Der damit gefärbte Stoff musste gründlich ausgewaschen werden, denn der Niederschlag haftete auch an den natürlichen Fasern. Wurde der Stoff nicht gründlich genug ausgewaschen, bildeten sich dunkle Flecken auf dem Stoff. Diese Verfärbung ins Dunkle kommt durch die Entstehung von Gallussäuren zustande. Diese sind auch natürliche Farbstoffe und gehören zu den Gallotanninfarbstoffen. Die Gallotannine sind Ester der Gallussäure und wurden früher als natürliche Gerbstoffe verwendet. Unter Gerbstoffen versteht man Substanzen, die die Eigenschaft besitzen, mit dem Eiweiß toter Haut unlösliche, nicht quellende Verbindungen einzugehen. Diese natürlichen Gerbstoffe werden in hydrolisierbare Gerbstoffe und kondensierende Gerbstoffe eingeteilt. Die hydrolisierbaren Gerbstoffe ergeben bei Hydrolyse meist Gallussäuren und Zucker. Ester aromatischer Hydroxycarbonsäuren können mit sich selbst bzw. mit anderen Hydroxycarbonsäuren reagieren und werden als "Depside" bezeichnet. Die Chlorogensäure (Kaffeesäure und Chinasäure), die in größeren Mengen in Kaffeebohnen vorkommt, ist ein Beispiel für solch ein Depsid. Bei der Nachbehandlung der mit Kaffee gefärbten Stoffe, war die Bildung dieses dunklen Niederschlags und eine dunklen Haut auf der Lösung sehr rasch zu beobachten.

Mit diesen Gallussäuren kann man auch Tinten herstellen oder dunkle Farben beim Färben erzielen. Um einen Stoff schwarz zu färben werden Galläpfel und Eisenvitirol verwendet. Es entsteht dabei die so genannte Eisengallustinte. Der eigentliche schwarze Farbton entsteht aber erst durch Oxidation. Um diesen schwarzen Farbton erst auf dem Papier entstehen zu lassen, wird der Tinte Säure zugesetzt.

(Dörte Lösch)
Quellen: [17, S. 469]

 

4-5. Eigenschaften der Farbstoffe zum Seitenanfang nach oben zum Seitenanfang

In diesem Abschnitt wollen wir zwei interessante Eigenschaften bestimmter Farbstoffe näher erläutern. Wie schon beim Praktischen Färben erläutert wurde, sind in vielen Färbepflanzen mehrere Farbstoffe enthalten. Dies kann man mittels Dünnschichtchromatographie deutlich machen. Eine weitere Eigenschaft, die man bei den Cyanidinen beobachten kann, ist deren Farbveränderung bei pH - Wert - Änderungen.

(Dörte Lösch)

 

4.5.1 Chromatographische Trennverfahren von Farbstoffen

Um zu zeigen, dass die meisten Pflanzen verschiedenen Farbstoffe einer Farbstoffklasse enthalten, haben wir eine dünnschichtchromatische Trennung von ausgewählten Stoffgemischen vorgenommen. Dabei haben wir unterschiedliche Farbstoffgruppen benutzt. Für die Trennung benutzten wir 80 x 40 mm DC - Kieselgel - Platten und als Fließmittel Butanol - 1/Methanol/Wasser (60:20:20). Als Farbstoffgemische zum auftragen benutzten wir unsere eigenen Farbstoff - Sude.

Zum Nachweis von Quercitin und Kämpferol, die zu der Gruppe der Flavonoidfarbstoffe gehören benutzten wir unseren Zwiebelschalen- und Birkenblätter - Sud. In der Zwiebel ließen sich Quercetin und Kämpferol nachweisen. Im den Birkenblättern war nur das Quercetin eindeutig nachweisbar.


Abb. 64: DC mit Zwiebelschalensud (links) und Birkensud (rechts)

Für die Trennung von Farbstoffgemischen aus der Klasse der Anthrachinone verwendeten wir unseren Krapp- und Cochenille - Sud. In beiden Suden konnten wir eindeutig Alizarin nachweisen. Krapp enthält des Weiteren noch Pseudopurpurin.


Abb. 65: DC mit Cochenille - Sud (links) und Krapp - Sud (rechts)

Unseren Holunder- und Brombeer - Sud benutzten wir für die Trennung von Anthocyanen. Allerdings war unser Brombeer - Sud wahrscheinlich zu verdünnt, da sich der aufgetragene Substanzfleck während der Trennung völlig entfärbte. Über den Rf - Wert im Vergleich zu dem Zwiebelschalen - Chromatogramm konnten wir im Holundersud eindeutig Quercetin nachweisen.


Abb. 66: DC mit Brombeer - Sud (links) und Holunderbeeren - Sud (rechts)

(Dörte Lösch)
Quellen: [17, S. 232, 377] [16, S. 96 ff.]

 

4.5.2 Farbstoffe als Indikatoren oder die Vielfalt der Cyanidine

Bestimmte Naturfarbstoffe können nicht nur zum Färben verschiedener Stoffe benutzen werden, sondern auch als Indikatoren. Am Beispiel von Radieschenschalen und Rotkohlblättern wird im Folgenden deutlich gemacht, dass die Farbstoffe aufgrund unterschiedlicher pH - Werte ihre Farbe ändern und somit auch für Säure - Base - Titrationen geeignet sind. Diese verschiedenen Farben bzw. pH - Werte können mit Haushaltsmitteln, wie zum Beispiel Backpulver oder Zitronensaft erzeugt werden. Es macht deutlich, dass dieses Experiment zu Hause oder auch in der Schule durchgeführt werden kann, da lediglich nur Schraubdeckelgläser, Filterpapier und einige Lebensmittel benötigt werden.

Wir färbten auch mit solchen Farbstoffen, die zum Beispiel in den Holunderbeeren enthalten sind.

(Dörte Lösch)

 

4.5.2.1 Rotkohl

Als erstes Beispiel dafür dient der Rotkohlsaft, das so genannte "pflanzliche Chamäleon".

Durch Auskochen des Rotkohls wird der Farbstoff gewonnen. Mit im Haushalt befindlichen Mitteln wurden die pH-Werte erzeugt.

Der Farbstoff der nun diese schönen Farben ausbilden kann, ist das Cyanidin, zur Gruppe der Anthocyane gehörend. Den Name des Farbstoffes ist dem Rotkohl zu verdanken, er stammt vom griechischen Wort "cyan" ab und bedeutet soviel wie "blaugrün". Da dieser bei unterschiedlichen pH - Werten die Farbe ändert, hat der Rotkohl neben dieser noch eine andere Bezeichnung: Blaukraut. Das liegt zum einen am pH - Wert des Bodens und zum anderen an der Zubereitungsweise.

Rotkohl bildet neben den drein Grundfarben rot, blau und gelb auch viele Zwischenstufen aus. Wie kann das erklärt werden kann wird im Punkt 4.5.2.3 Erklärung dargelegt.

Abb. 67: Rotkohl - Indikator
von links nach rechts:

(1) Speiseessig pH ~ 3
(2) Wasser (reiner Extrakt) pH ~ 7
(3) Backpulver pH ~ 8
(4) Natron pH ~ 9
(5) Soda pH ~ 11
(6) Geschirrspülreiniger pH ~ 12

(Andrea Grotzky)
Quellen: [21] [22]

 

4.5.2.2 Radieschenschalen

Zuerst werden die Radieschen geschält und der rosa Farbstoff aus den Schalen mit Propanol - 1 extrahiert (man kann auch Spiritus oder Ethanol verwenden). Dazu wurden diese einfach in ein mit Propanol - 1 gefülltes Schraubdeckelglas gegeben und stehen gelassen. Nach ca. einer Stunde hat sich das Propanol - 1 rosa gefärbt und die Schalen sind fast vollständig entfärbt. Die Schalen werden abfiltriert. Dazu Dann man einen ganz normales Filterpapier verwenden. Im Folgenden wird mit dem Extrakt weiter gearbeitet.


Abb. 68.: Radieschen - Indikator, von links nach rechts: sauer  →  alkalisch

Saure pH - Werte können durch Zugabe von Essig (am besten geeignet ist farblose Essigessenz) oder Zitronensaft erzeugt werden. Je nach dem, wie stark sauer das Produkt ist, verfärbt sich nach Zugabe das Extrakt orange oder rot. Wir benutzten bräunlichen Brandweinessig und erhielten ein orange gefärbten Extrakt mit pH - Wert 4 und mit Zitronensaft eine rote Lösung mit pH - Wert 3. Mit Spülmitteln werden verschiedene pH - Werte angezeigt. Wir verwendeten ein neutrales Spülmittel, welches eine grüne Eigenfärbung aufwies, die die eigentliche violette Färbung bei pH 7 verdeckte. Einen violetten Farbton erhielten wir, als wir dem Extrakt Backpulver zusetzten. Man kann damit pH - Werte von ca. 8 indizieren. Es ist zu empfehlen, das Backpulver in Wasser zu lösen und das überstehende Backpulver, was die Lösung trüb macht abzufiltrieren. Wir gaben weiterhin zum Extrakt vorher in Wasser gelöstes Vollwaschmittel. Somit lag ein basischer pH - Wert von ca. 9 vor und das Extrakt war gelb. Der Farbstoff, der in den roten Radieschenschalen vorliegt ist der Gleiche wie der des Rotkohls - das Cyanidin. Dieser Farbstoff gehört zur Gruppe der Anthocyane, die bei Änderungen des pH - Wertes ihre Farbe ändern.

(Dörte Lösch)
Quellen: [29] [13]

 

4.5.2.3 Erklärung

Der Farbstoff "Cyanidin" ist dafür verantwortlich. Cyanidin ist eine Farbsäure, die an zwei OH-Gruppen protoniert bzw. deprotoniert werden kann.


Abb. 69: Strukturformel des Cyanidins

Diese OH-Gruppen sind demzufolge für die Grundfarben verantwortlich. Im Sauen liegen beide OH-Gruppen protoniert vor, der Farbstoff erscheint rot (Cyanidin-Kation). Liegt der pH-Wert im neutralen ist eine Gruppe deprotoniert, die Lösung ist blau. Sind im schwach alkalischen beide Hydroxyd-Gruppen deprotoniert erkennt man eine gelbe Färbung (Cyanidin-Anion). Diesen Vorgang nennt man Halochromie. Da diese Grundfarben gemischt werden können, gibt es viele Farbabstufungen.


Abb. 70: Cyanidin bei verschiedenen pH - Werten, aus [22]

Der gelbe Farbton muss darauf zurückzuführen sein, dass energiereiches Licht absorbiert werden muss. Man müsste meinen, dass die deprotonierte Form aufgrund der Elektronendichte leicht anzuregen sei, dies kann aber nicht der Fall sein.

Der gelbe Farbton kann auf zwei Arten entstehen. Einerseits kann das Molekül seine Struktur in der Hinsicht verändern, dass die Hydroxy - Gruppen zu Carbonyl - Gruppen oxidiert werden können. Dazu muss von einer Grenzformel ausgehen werden, bei der die negativen Ladungen der deprotonierten Sauerstoff - Atome sich in andere Bereiche des Moleküls verschieben. Dann können die Sauerstoffatome im rechten Benzolring des Moleküls doppelt gebunden werden.


Abb. 71: Grenzformen des Cyanidins im alkalischen Milieu, aus [28]

Die Oxidation führt zum Zusammenbruchs des aromatischen Systems, womit die höhere Anregungsenergie zu erklären ist. Dieser Vorgang ist reversibel.
Ein weiterer ungewöhnlicher Aspekt ist, dass die gelbe Färbung auch irreversibel sein kann! Wie kann dies erklärt werden? Das Cyanidin kann in die Chalkoform umgewandelt werden, in dem in stark alkalischer Lösung der Pyranringes (Aromat aus 5 Kohlenstoff- und einem Sauerstoff-Atom) geöffnet wird. Dies ist möglich auf Grund der Tatsache, dass die entstehende positive Ladung am C-Atom durch die Anlagerung eines negativ geladenen Hydroxid-Ions ausgeglichen werden kann. Dadurch entsteht ein Chalkon, das durch die weniger ausgeprägte Aromatizität weniger leicht anregbar ist als die beiden anderen Formen. Da sich bei der Chalkonbildung der Pyranring verdrehen muss, kann das Chalkon nicht mehr zum Cyanidin zurückreagieren.

Dies erklärt, warum die Lösung durch Ansäuern nicht mehr verfärbt werden kann und warum sich nach längerem Stehen, der grüne Farbstoff in einen gelben umwandelt.

Die Vielfältigkeit zeigt sich auch in folgendem Phänomen. In roten Rosen ist der selbe Farbstoff, wie in Kornblumen enthalten. Die unterschiedliche Farbe ist diesmal nicht auf unterschiedliche pH-Werte zurückzuführen, sondern darauf, dass dieser Farbstoff auch durch Zugabe von Aluminium- bzw. Eisen-Ionen verändert werden kann. Diese Ionen gehen eine stabile Komplexverbindung mit dem Farbstoff ein, der dann blau erscheint. Bei Hortensien kann damit experimentiert werden. Gießt man die Blume mit Eisen- oder Aluminiumsalzlösungen so färbt sich die Blüte blau statt rot!


Abb. 72: Chalkonform des Cyanidins, aus [28]

(Andrea Grotzky)
Quellen: [28] [21] [22]

 

5. Zusammenfassung, Quellenangabe, Danksagungen zum Seitenanfang nach oben zum Seitenanfang

 

Zusammenfassung

Es war für uns eine tolle Erfahrung, uns auf eine Reise in die Farbstoffchemie zu begeben und auf einem Gebiet tätig zu sein, das schon vor tausenden von Jahren praktiziert wurde. Wir entdeckten die Farben der Natur durch eigene Experimente und belichteten auch den chemischen Hintergrund, was nicht immer ganz einfach war. Wir erhielten aber hilfreiche Informationen, vor allem die Teilnahme an dem Workshop, der von Prof. G. Baars und Dr. A. Hählen geleitet wurde, half uns sehr viel weiter.

Überraschend und spannend war für uns der Umgang mit den natürlichen Farbstoffen und der enormen Vielfalt in Bezug auf Vorkommen und Eigenschaften. Besonders faszinierend war für uns die Untersuchung der pH - Abhängigkeit am Beispiel des Cyanidins.

Schon hier wollen wir uns ganz herzlich für die Betreuung unserer Projektarbeit durch Frau Frey und Herrn Ruf bedanken. Sie und Herr Flad verhalfen uns zu einem Thema, das sehr interessant war und uns um viele Erfahrungen bereicherte. Danke!

 

Englische Zusammenfassung

Our project is about dyeing with natural dyes on natural fibres. We have never touched this subject before and now we enter a new world. A colourful world of chemistry. The best thing was making experiments with nature.

The biggest part of our project refers to the practical dyeing. The different dyes were fascinating. Therefore we collected many plants and dried them. Afterwards we boiled the plants and got a coloured liquid. This solution of the leaves from the apple tree for example was brown and the solution of onion - skins was orange. Besides the natural vegetable colours there are also dyes of animal origin, like Cochenille. This scale insect, which lives on Mexican cactus contains this deep red dye. We dyed natural fibrous tissue, like sheep wool, silk, cotton and linen. Often we had to bate the natural materials because the mordant makes the colour durable. A mordant is a solution of dissolved metal - salts, like alum or vitriol. The metal - ion can form a complex with the dye. This enables a stable bond with the material. Colouring fibres means soaking them in a coloured liquid. The insoluble dyes like Indigo or Purpur have to be made in the soluble by reducing them in an alkaline medium. The advantages of a follow - up - treatment with metal - salts are very durable and exhibit wonderful colours. The natural dyes are divided into natural groups for example Anthrachinone, Anthocyane or Flavonide. Beyond that we analysed the different properties of dyes, for example how non - fade and colour - fade they are. The quality of a coloured fibres depends on the two aspects. Nature is very versatile and you should not think that a plant contains only one dye. A thin layer chromatography demonstrates this fact. Another interesting point is hat some dyes are able to change their colours with different pH - values. In addition to the practical work we tried to explain what dyes consist of with the help of quantum mechanics. We think it's important to know the chemical back ground of dying natural fibres for a better understanding of nature. It was a great experience to discover and to research this interesting subject which has already been known for thousands of years.

 

Quellenangabe

[1] Baars, G.: CHEMIE - das Denken in Modellen - Einführung in die Quantenchemie, korrigierte Auflage 2000
[2] Baars, G.: Das Färben von Naturfasern mit Naturfarbstoffen
[3] Baars, G.; Debrunner, B.; Kulakowska, I.; Loosli, T.; Pompizi, I.; Stieger, S.: Leitprogramm Farbige Stoffe, 3. Fassung G. Baars, A. Hählen 2002
[4] Berger, B.: Färben mit Naturfarben (Färbepflanzen - Rezepte - Anwendungsmöglichkeiten), 1998 Eugen Ulmer GmbH & Co. Stuttgart (Hohenheim)
[5] Berger, D: Färben mit Naturfarben, Verlag Eugen Ulmer GmbH & Co. 1998
[6] Bräuer, B.: Textilfärben für Jedermann, 1990 VEB Fachbuchverlag Leipzig
[7] Eulitz, C. - M.: Brockhaus ABC Chemie, 1971 VEB F. A. Brockhaus Verlag Leipzig
[8] Feddersen - Fieler, G.: Farben aus der Natur (Eine Sammlung alter und neuer Farbrezepte für das Färben auf Schafwolle, Seide, Baumwolle und Leinen), 3. Auflage, 1982 Verlag M. & H. Schaper, Hannover
[9] Göschel, H.: Meyers kleines Lexikon, Band III, 10. Auflage, 1968 VEB Bibliographisches Institut Leipzig
[10] Milner, A.: Handbuch der Färbetechniken (engl. Originaltitel: The Asford Book of Dyeing, übersetzt von Alfred Schneider), 1992 Bridget Williams Books Ltd / Shoal Bay Press New Zealand
[11] Müller, W.: Textilien - Kulturgeschichte von Stoffen und Farben, ecomed Verlagsgesellschaft AG & Co. KG, Landsberg 1997
[12] Nencki, L.: Die Kunst des Färbens mit natürlichen Stoffen, 1984 Verlag Paul Haupt Bern und Stuttgart
[13] PDF - Datei: Thema Arzneimittel im Bio- und Chemieunterricht der GOST FOBI November 2000 PLIB Ludwigsfelde (03.01.2004)
[14] Roth, L.; Kormann, K.; Schweppe, Dr. rer. nat. H.: Färbepflanzen, Pflanzenfarben (Botanik Färbemethoden - Analytik - Türkische Teppiche und ihre Motive), 1992 ecomed Fachverlag Landsberg / Lech
[15] S. Struckmeier: Farben mit Geschichte - Naturfarbstoffe, aus: Chem. Unserer Zeit 2003, 37, S. 402 - 409, Wiley - VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim 2003
[16] Schwedt, G.: Farbstoffen analytisch auf der Spur, Aulis Verlag Deubner & Co. KG Köln 1996
[17] Schweppe, Dr. rer. nat. H.: Handbuch der Naturfarbstoffe (Vorkommen - Verwendung - Nachweis), 1993 ecomed Verlagsgesellschaft Landsberg / Lech
[18] Weber, S.: Färben aus dem Farbtopf der Nazur, 1986 Franckh'sche Verlagshandlung, W. Keller & Co., Stuttgart
[19] www.8ung.at/spinnrunde/Schafwolle.html (01.01.2004)
[20] www.chemienet.info (04.01.2004)
[21] www.chemieunterricht.de/dc2/tip/rotk-erg.htm (04.01.2004)
[22] www.chempage.de/versuche/rotkohl.htm (04.01.2004)
[23] www.data—wissenschaft-online.de/lexika/einladung-minilabo.html (03.01.2004)
[24] www.natur-apothek.net (01.01.2004)
[25] www.raumausstattung.de/999/585.html (03.01.2004)
[26] www.raumausstattung/4999/4275.html (03.01.2004)
[27] www.raumausstattung/999/199.html (03.01.2004)
[28] www.rossleben_2001.werner-knoben.de/doku/kurs72web/node8.html (04.01.2004)
[29] www.sachunterricht-experimente.de (14.11.2003)
[30] www.seilnacht.tuttlingen.com/Lexikon/Cochenil.htm (19.11.2003)
[31] www.seilnacht.tuttlingen.com/lexikon/Farbstof.htm (04.01.2004)
[32] www.seilnacht.tuttlingen.com/lexikon/Krapp.htm (19.11.2003)
[33] www.studsem.goe.ni.schule.de/chemsem/ (04.01.2004)
[34] www.tgs-chemie.de/farbstoffe.htm (04.01.2004)

 

Danksagungen

Herr Flad
Ihnen wollen wir danken, dass sie uns die Möglichkeit gegeben haben zu diesem interessanten Thema eine Projektarbeit zu entwerfen und ein, für uns ganz neues Thema, so auf den Grund zu gehen.

Frau Frey und Herr Ruf
Wir danken ihnen, dass sie uns so großartig bei unserer Projektarbeit zur Seite standen und uns immer mit Informationsmaterial, Ideen, Tipps und Färbeutensilien versorgten.

Frau Spiekermann
Danke, dass sie uns die Orbitalstruktur und einige Quantenchemische Hintergründe näher gebracht haben.

Herr Zinsmeister
Danke, dass sie uns das Programm zur Erstellung der Farbstoffmoleküle und weitere hilfreiche Programme zur Verfügung gestellt haben.

Prof. G. Baars, Dr. A. Hählen
Danke, dass wir an ihrer Lehrerfortbildung teilnehmen durften und dadurch viele interessante und neue Aspekte der Farblichkeit entdeckt haben. Auch das anschließende Gespräch über unsere Projektarbeit und das Zusenden verschiedener Färbestoffe half uns viel weiter.

Schäferei Saling
Danke, dass sie uns so großzügig mit Schafwolle versorgt haben. Diese Schafwolle eignete sich sehr gut zum Färben, wie sie es den Bildern entnehmen können.

Dr. L. Adam und A. Biertümpfel
Wir danken ihnen, dass sie uns mit Informationsmaterial zum Färben und v. a. über die Färbepflanzen versorgt haben.

Elisabeth Schober
Danke, dass du uns deine frischen Brombeeren zum Färben zur Verfügung gestellt hast, die dafür eigentlich viel zu schade waren. Aber gefärbt haben sie ganz toll.

 

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