Mehrere verschiedene Arten von Nanomaterialien werden seit jeher als Pigmente verwendet. So wurde im alten Ägypten der Ruß von Öllampen verwendet, um schwarze Pigmente mit hoher Deckkraft und Stabilität herzustellen. Diese waren ideal als schwarze Tinte zum Schreiben auf Papyrusrollen. Diese Rußpartikel oder Pigmente, wie wir sie heute nennen würden, bestanden aus Kohlenstoff-Nanopartikeln. Noch heute wird in vielen Teilen Indiens der Ruß aus metallischen Öllampen „gestaltet“, indem man die Anteile und Arten der Öle variiert. Dieser Ruß wird dann als Augenschminke verwendet, die sowohl bei Kindern als auch bei Erwachsenen aufgetragen wird. Bei Kleinkindern ist das Auftragen dieser Augenstifte üblich, da sie das Sehvermögen verbessern und vor Krankheiten schützen sollen. Jüngste Forschungen zeigen, dass diese Ruß-Augenstifte verschiedene Metalle und Kohlenstoff in ihrer Nanoform enthalten. Die Nanoform des Kohlenstoffs sorgt für die dunkelschwarze Farbe, während die Metallnanopartikel eine antimikrobielle Wirkung haben (Gargade und Chandrasekhar, 2019; Mohanty et al., 2019). In ähnlicher Weise werden Nanomaterialien wie kolloidale Goldpartikel zum Färben von Glas seit Hunderten von Jahren verwendet und sind in den Glasfenstern vieler historischer Gebäude in ganz Europa zu finden.
Solche „Nano“-Pigmente finden sich derzeit in verschiedenen Produkten, Farben, Beschichtungen, Druckertinten und cosmetics. Metallische Nanopartikel unterschiedlicher Geometrie, Größe und Kristallinität können eine Reihe sehr spezifischer Farben liefern, was neue Perspektiven für die Verwendung von Nanopartikeln als Pigmente eröffnet hat. Derzeit wird in der EU im Rahmen einer Studie im Auftrag der EUON Um die sichere Verwendung von Pigmenten in Nanogröße in Konsumgütern zu untersuchen, wurde eine Liste von Nanomaterialien erstellt, die in Pigmenten verwendet werden, von denen derzeit bekannt ist, dass sie sich auf dem EU-Markt befinden. Die Liste besteht aus 81 Stoffen. Die Angaben zu den Mitgliedern der Liste wurden aus der Chemikaliendatenbank der Europäischen Chemikalienagentur (ECHA) sowie aus den nationalen Verzeichnissen Belgiens und Frankreichs beschafft, und die aktuelle EU Katalog der in kosmetischen Produkten verwendeten Nanomaterialien. Es wurden auch Daten aus dem dänischen Produktregister verwendet. Eine vollständige und interaktive Liste mit den Sicherheitsdaten dieser Pigmente ist abrufbar unter hier.
Die Vorteile der Verwendung von Nanopartikeln als Pigmente sind vielfältig und können in verschiedenen Branchen beobachtet werden. Titandioxid- und Siliziumdioxid-Nanopartikel sind häufig verwendete Bestandteile von Farben und Lacken. Sie fungieren als UV-Filter und können auch antimikrobielle und selbstreinigende Eigenschaften aufweisen. Je nach Art der Farbe und der gewünschten Funktionalität können Nanomaterialien als freie Pulver oder als stabilisierte Partikel in kolloidaler Form integriert werden, wodurch das Nanomaterial fest in die Farbmatrix eingebettet wird.
Die Verwendung von Nanopartikeln als Pigmente kann auch für „Spezialeffekte“ sorgen. Diese sind vor allem bei Schmuck und Kosmetika hilfreich, wo ungewöhnliche, schimmernde oder glitzernde Effekte gefragt sind. Um diese Effekte zu erzielen, werden eine Kombination oder speziell ausgerichtete Nanokristalle verwendet. Strukturelle Farben sind eine weitere Klasse von Pigmenten, bei denen die Farbe durch die periodische Anordnung von nanoskaligen Merkmalen erzielt wird. Diese sorgen für Effekte, die dem Schillern eines Schmetterlingsflügels ähneln, was einer der neuesten Trends in der Augen- und Nagel-Make-up-Industrie ist. Nanomaterialien sorgen auch für Hydrophobie und damit für „lang anhaltende“ Effekte in Kosmetika.
Neben den aufregenden Möglichkeiten gibt es auch das mit Nanopartikeln verbundene Risiko, das bei der Verwendung als Pigmente nicht außer Acht gelassen wird. Die gleichen regulatorischen Aspekte, die für Nanomaterialien gelten, sind auch auf Nanomaterialien als Pigmente anwendbar. Daher sind diese Pigmente sicher in der Anwendung, auch wenn sie mit einem gewissen Stigma behaftet sind, das sich vor allem aus dem Etikett „Nano“ ergibt. Insbesondere Nanopartikel sind klein genug, um Zellmembranen zu durchdringen. Aus diesem Grund haben die REACH-Verordnung und die spezifischen Vorschriften für die Kosmetikindustrie spezielle Leitlinien zum Verständnis der Auswirkungen dieser Nanopartikel auf den Menschen herausgebracht. Physikalisch-chemische Eigenschaften wie Größe und Form einzelner Nanopartikel sowie deren Agglomerate müssen bei der REACH-Registrierung von Pigmenten getestet und angegeben werden. Darüber hinaus werden sie speziell auf ihre Staubigkeitseigenschaften geprüft, um sicherzustellen, dass die Nanopartikel oder ihre Agglomerate keine inhalationsbedingte Toxizität bei Menschen verursachen, die mit Produkten in Kontakt kommen, die Nanopigmente enthalten. Ebenso ist eine vollständige Bewertung des Lebenszyklus dieser Pigmente häufig Teil des REACH-Registrierungsprozesses. Dadurch werden Gesundheitsrisiken für Mensch und Umwelt, die sich aus ihrer Verwendung ergeben könnten, ausgeschlossen.
Wir bei nEcoTox sind Experten für die Charakterisierung von Pigmenten gemäß den neuen REACH-Registrierungsanforderungen. Darüber hinaus bieten wir auch Analysen zum aquatischen Verhalten von Pigmenten mit Nanomaterialien an, die für die REACH-Registrierung entscheidend sind.
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Referenzen
Gargade, V. A., & Chandrasekhar, S. (2019). Nanotechnology in Ancient India. History of Nanotechnology: From Pre-Historic to Modern Times, 37-55.
Mohanty, B., Verma, A. K., Claesson, P., & Bohidar, H. B. (2007). Physikalische und antimikrobielle Eigenschaften von Kohlenstoff-Nanopartikeln, die aus Lampenruß hergestellt wurden. Nanotechnology, 18(44), 445102.
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