Optische Aufheller

Im Rohzustand haben haben Gebrauchsmaterialien wie Papier, Textilfasern oder Kunststoffe Absorptionsbanden zwischen 400 und 500 nm. Dies führt zu einem mehr oder weniger ausgeprägten gelblichen oder bräunlichen Farbton. Diese Farbe beruht auf Verunreinigungen, die auf Grund des Vorkommens (z. B. Quercetin u.a. Flavone in der Baumwolle, natürliche Pigmente in Wolle, Lignin in Papier) oder der Herstellung (thermische Zerfallsprodukte), in den Materialien vorkommen. Die Farbverunreinigungen können durch chemisches Bleichen (meist durch Oxydation) wenigstens teilweise zerstört werden. Aber exzessives Bleichen und damit völlige Zerstörung der Verunreinigungen zerstört auch die Substrate selbst mehr oder weniger. Einen Ausweg bilden Farbstoffe, die im UV Bereich absorbieren und zwischen 400 und 500 nm eine Fluoreszenzemission haben. Diese Emission überdeckt die Absorption der Verunreinigungen in diesem Bereich, es wird insgesamt mehr Licht reflektiert (normale Reflexion + Fluoreszenzlicht) die Materialien erscheinen dadurch insgesamt heller. Dieser Effekt wurde erstmals von P. Krais* entdeckt, der Wolle und Flachs mit Aesculin - haltigen Extrakten der Roßkastanie versetzte und eine deutliche optische Aufhellung erzielte. Das vom Aesculin abgeleitete Methylumbelliferon war der erste industriell hergestellte Aufheller. Heute werden etwa 400 verschiedene Optische Aufheller produziert mit einer Gesamtmenge von über 33000 t/a. Diese teilen sich in 6 Gruppen ein die sich chemisch zwar unterscheiden, allerdings deutliche Übereinstimmungen aufweisen. Solche Aufheller werden nicht nur Waschmitteln zugesetzt, sondern ganz normalen Schreibpapier. Immer wenn etwas besonders weiß erscheint, wurde mit optischen Aufhellern nachgeholfen. Sie können das leicht überprüfen indem Sie mal eine UV - Lampe einsetzen.

• Verbindungen die sich von Stilben ableiten wie z. B. die Alkylierungsprodukte der 4,4`-Diamino-stilben-2,2'- disulfonsäure. Etwa 80 % aller produzierten optischen Aufheller gehören zu dieser Gruppe in der auch andere Stukturvarianten vorkommen die aber immer das charakteristische Doppelbindungssystem enthalten. Ein typisches Beispiel ist das 4,4',-bis(2-sulfostyryl)-biphenyl Dinatriumsalz. Durch die Sulfonsäurereste sind diese Farbstoffe wasserlöslich und werden für Zellulose und Polyamide verwendet (I) Die Reste R können z. B. auch substituierte Triazine sein (z. B. FWA-1).
• Die zweite Gruppe bilden die Ethylenderivate die zwei heteroaromatische Reste enthalten. Sie sind analog zu den Stilbenderivaten aber hydrophob und werden als Zusätze in Schmelzspinnverfahren eingesetzt (II).
• Die Coumarinderivate standen am Beginn der Entwicklung von optischen Aufhellern. Die vom Aesculin abgeleiteten Hydroxycoumarine werden heute nicht mehr verwendet. Sie wurden ersetzt durch aminogruppenhaltige Verbindungen oder Verbindungen mit N-Heterocyclen an Stelle der Aminogruppe. Sie werden hauptsächlich für Verbindungen auf Acrylnitril Basis eingesetzt (III).
• Eine kleine Gruppe bilden die 1,3-Diphenyl-2-pyrazoline. Sie werden zur optischen Aufhellung von Proteinfasern, Zelluloseacetat und Polyamiden eingesetzt (IV).
• Die fünfte Gruppe bilden die Naphthalimide mit dem wichtigsten Vertreter N-Methyl-4-methoxy-naphthalimid. Dieser Fluoreszenzfarbstoff ist sehr stabil und kann, auch auf Grund seiner hervorragenden Gebrauchseigenschaften, für fast alle Materialien als optischer Aufheller verwendet werden (V).
• Die sechste Gruppe enthält alle Verbindungen bei denen ein kondensierter Aromat direkt mit einem Heteroaromaten verbunden ist. Ein typischer Vertreter ist das 2,4-Dimethoxy-6-(1'-pyrenyl)-1,3,5-triazin (VI). Triazine können aber auch als Substituent R in Stilbenen vom Typ I eingesetzt werden.

Insgesamt gibt es zahlreiche Möglichkeiten der Synthese und beachtliche Variabilität innerhalb der verwendeten Stoffe. Optische Aufheller helfen auch einen Überblick über Staub- und Feinstaubbelastungen in Wohnräumen zu bekommen. Da sie praktisch überall eingesetzt werden, findet man sie auch überall. Nehmen Sie bei Dunkelheit mal Ihre UV-Lampe und schauen Sie sich Ihre Wohnung an. Durch die Fluoreszenz sehen Sie auch Staub der mit bloßem Auge nicht zu erkennen ist. Sie werden überrascht sein! Deshalb gibt es natürlich auch ein Umweltproblem. Optische Aufheller gelangen in die Kläranlage und da sie relativ stabil sind, auch in die Umwelt, mit noch weitgehend unbekannten Folgen. Sie tragen Optische Aufheller auf der Haut, mehmen sie in die Hand und atmen sie zusammen mit dem Staub ein, was immer Ihr Körper auch damit macht.

Literatur

• *Krais war viele Jahre Prof. an der TU Dresden. Er beschäftigte sich viel mit den praktischen Erfordernissen der Texilindustrie, Waschmitteln, Textilhilfsmitteln und eben auch Optischen Aufhellern und Farbstoffen. Er wird immer als der "Erfinder" der Aufheller, aufgeführt. Leider bin ich trotz mancherlei Bemühungen nicht an die Orginalliteraturstelle herangekommen.
• U. Claussen, Angewandte Fluoreszenz: Weißtöner, Chemie in unserer Zeit,1973, 7/5, 141-147
• K. Figge, Trennung und Identifizierung optischer Aufheller durch ein-und zweidimensionale Dünnschicht-Chromatographie, FETTE, SEIFEN, ANSTRICHMITTEL 70.Jahrgang Nr.9, 1968; https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/lipi.19680700914
• W. Schneider, R. Mirus, Archiv für Dermatologie und Syphilis, 1955, 199/4, 401-410