Bindemittel und ihre Aufgaben

Herstellung, Verarbeitung und Verwendung von Bindemitteln

Bei einem Bindemittel handelt es sich um denjenigen Bestandteil der Malfarbe, der die anderen Komponenten physisch zusammenhält. Neben Pigmenten gehört es zu den beiden absolut notwendigen Komponenten jeder Farbe; je nach Typ können außerdem Lösungsmittel, Füllstoffe o.a. hinzukommen.

 

Häufig ist eine bestimmte Kategorie von Malfarbe nach dem einzigen oder hauptsächlich enthaltenen Bindemittel benannt (z. B. Ölfarbe, Acrylfarbe).

Bindemittel können nach ihrem Materialtyp (wasserlöslich / fettlöslich – organisch / anorganisch – natürlich / synthetisch) oder nach ihrem Trocknungsverhalten unterteilt werden: Physikalische Trocknung bedeutet, dass ein Lösungsmittel verdunstet und die festen Bestandteile des Bindemittels zurückbleiben; Chemische Trocknung, dass sich kleinere Moleküle (etwa in Reaktion mit dem Luftsauerstoff) zu größeren verbinden, wodurch die Masse als Ganzes fester wird.

Eine Mischform zwischen beiden stellen Eitempera und andere Emulsionen dar, bei denen beide Prozesse gleichzeitig stattfinden. Zudem gibt es noch den Fall, dass das Bindemittel zum Verarbeiten erhitzt und so in einen flüssigen Aggregatzustand gebracht wird; nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur härtet es wieder aus.

Geschichte, Herkunft und Hintergründe zu Bindemitteln

Seit der ersten Herstellung von Malfarbe in der Steinzeit wurden Pigmente mit verschiedenen Arten bindender Stoffe vermischt. Zunächst waren dies unmittelbar verfügbare Substanzen mit geringem Verarbeitungsgrad, wie Tierfett oder Leim. Seit der Antike sind aus Bäumen gewonnene Harze und Gummis, Wachs und Öl bekannt; im Alten Ägypten entwickelte man die Freskotechnik, bei der der frisch aufgetragene Putz auf einer Wand als Bindemittel dient, damals wie heute eine der dauerhaftesten Techniken. Auch die Temperatechnik, bei der wässerige und fetthaltige Bindemittel emulgiert werden, existierte um die Zeitenwende bereits. Zeitgleich entwickelte man im antiken China Techniken zur Herstellung von Lacken und Porzellanglasuren.

Im europäischen Spätmittelalter entstand die Technik des Malens mit trocknenden Ölen; zugleich wurden durch Handel und militärische Expansion neue Stoffe zugänglich, etwa Dammarharz und Carnaubawachs. Seit Mitte des 20. Jahrhunderts schließlich sind synthetische Bindemittel auf dem Markt und setzen sich immer mehr durch.

Herstellung - Typische Verarbeitung

Manche Bindemittel sind bereits gebrauchsfertig erhältlich, andere (etwa Leim, Gummi oder Harze) müssen zunächst in einem geeigneten Lösemittel gelöst werden. Typischerweise wird – bei wasserlöslichen Bindemitteln – das Pigment in Wasser eingesumpft und anschließend das fertige Bindemittel hinzugegeben, um ein Verklumpen der Pigmente („Pigmentnester“) zu verhindern. Ölfarben können dagegen auf einer Glasplatte mit einem Läufer oder direkt in einem Gefäß angemischt werden. Nach dem Mischen werden bei Bedarf außerdem weitere Malmittel zugegeben – auch diese müssen ggf. zunächst separat eingesumpft werden (etwa Marmormehl oder Champagnerkreide in wässeriger Malfarbe).

Synthetische Bindemittel

Seit dem 20. Jahrhundert existieren rein synthetische Bindemittel auf Erdölbasis, etwa in Acrylfarben und synthetischen Lacken. Ihre Beständigkeit muss sich erst noch erweisen; in der Verarbeitung weisen sie viele günstige Eigenschaften auf: sie sind wasserverdünnbar, elastisch, verträglich mit den meisten Pigmenten, relativ preiswert, reißen beim Trocknen fast nie, benötigen keine potenziell gesundheitsschädlichen Lösungsmittel und sind nach dem Trocknen wasserfest. Problematisch ist die Entsorgung, da sie nicht biologisch abbaubar sind. Da sie typischerweise aus Erdöl oder anderen fossilen Stoffen gewonnen werden und ihre chemische Struktur damit auf organischen Verbindungen basiert, spricht man auch hier von organischen Bindemitteln.

Anorganische Bindemittel

Es gibt jedoch eine Vielzahl von Bindemitteln, die tatsächlich anorganischen Ursprungs sind: traditionell etwa Sumpfkalk, der in Kalkanstrichen sowohl als Bindemittel als auch als Pigment fungiert. Mineralische Bindemittel in Baustoffen wie Zement, Kalk und Gips sind anorganische Stoffe, die durch den Prozess der Kristallisation eine hohe Festigkeit erreichen. Die sogenannten Keimfarben (nach ihrem Erfinder Adolf Wilhelm Keim benannt) basieren auf Silikat / Wasserglas, eine Lösung den natürlich vorkommenden Minerals Kaliumsilikat in Wasser.

Beim Fresko und bei Kalkanstrichen reagiert die vorbereitete Kalkmilch, ein Kalk-Wasser-Gemisch, mit in der Luft enthaltenem CO2 zu Calciumkarbonat, einer stabilen Verbindung; eventuell im Anstrich enthaltene Pigmente werden fest in dieses eingeschlossen (Freskotechnik). Ähnlich verhält es sich bei Gips.

Porzellanfarbe enthält zwei in verschiedenen Arbeitsschritten aktive Bindemittel: Zunächst werden Pigmente in Glas eingeschmolzen und dieses gemahlen. Das Mehl wird mit Leinöl vermischt (erstes Bindemittel), sodass es mit dem Pinsel auf das Werkstück aufgetragen werden kann. Anschließend wird das Stück gebrannt; das Leinöl verbrennt rückstandlos, das Glas schmilzt und schließt als zweites, endgültiges Bindemittel das Pigment dauerhaft ein.

Besonderheiten

Aufgrund ihrer sehr unterschiedlichen chemischen Struktur unterscheiden sich die verschiedenen Bindemittel hinsichtlich ihrer Eigenschaften immens, vor allem der Beständigkeit gegen verschiedene Umwelteinflüsse. Für verschiedene Zwecke sind daher verschiedene Bindemittel geeignet. Die meisten sind lichtbeständig oder verstärken unter Lichteinwirkung ihre Bindekraft sogar (wie Eiklar); gegen starke Hitze bestehen jedoch nur Porzellanfarbe und in gewissem Umfang Kalk und Fresken. Gegen Feuchtigkeit sind wasserlösliche Bindemittel sehr empfindlich; eiweißhaltige Mittel reagieren zudem empfindlich auf Säuren und alkalische Lösungen.

Aus toxikologischer Sicht sind die meisten Bindemittel unbedenklich; manche mit ihnen zusammen verwendeten Lösungsmittel, wie Terpentinöl, können jedoch durch ihre Ausdünstungen Kopfschmerzen und Schwindel verursachen. Das Einatmen kleinster Staubteilchen wie zum Beispiel beim Verarbeiten von Kalk kann man durch ein Tuch aus leichtem Stoff oder einen Mund-Nasen-Schutz verhindern.

Historische Bindemittel

Seit einigen Jahrzehnten nimmt der Anteil von synthetischen Bindemitteln in Kunst und Kunsthandwerk immer mehr zu. In vergangenen Jahrhunderten behalf man sich mit natürlichen Alternativen, deren Beständigkeit vielfach erwiesen ist.

Eiweißstoffe

Tierische Eiweiße – gewonnen aus Milch, Ei, Häuten und Knochen – wurden als Bindemittel schon sehr früh eingesetzt, da sie relativ leicht verfügbar waren. Nachteile bestehen allerdings in der leichten Verderblichkeit des verarbeitungsfertigen Materials und in der Empfindlichkeit der Proteine gegenüber Säuren, Basen, Alkohol und Salzen.

Tierische Leime werden gewonnen, indem Haut, Knochen oder Knorpel sehr lange gekocht werden und das enthaltene Kollagen sich löst. Diese Wasser-Kollagen-Lösung kann dann als Bindemittel verwendet werden – entweder unmittelbar, oder das Kollagen wird zunächst durch Trocknung lagerfähig gemacht und erst bei Bedarf von neuem in Wasser gelöst. Die einzelnen Bezeichnungen (Hasenleim, Knochenleim etc.) beziehen sich auf die Herkunft des Materials. Fischleim, aus der Schwimmblase von Stören gewonnen, ist die reinste Sorte.

Kasein fällt bei der Verarbeitung von Milch zu Butter an und kam vor allem bei Wandanstrichen mit Kalk zum Einsatz. Es muss zunächst mit einer alkalischen Lösung aufgeschlossen werden und trocknet dann wasserfest und sehr beständig auf.

Eiklar wurde zum Beispiel in der mittelalterlichen Buchmalerei verwendet. Anders als Leim bindet es nicht nur physikalisch (durch Verdunsten des enthaltenen Wassers), sondern bei Lichteinfall nach einiger Zeit auch chemisch durch Polymerisation ab, weshalb es im Gegensatz zu diesem nach dem Trocknen nicht mehr quellbar oder wasserlöslich ist.

Öle und Fette

In den steinzeitlichen Höhlenmalereien waren die verwendeten Pigmente, z.B. Kohlestaub, zum Teil schon mit Tierfett vermischt. Pflanzliche Fette aus gepressten Samen (z.B. Leinöl oder Olivenöl) waren den Menschen spätestens seit der Antike bekannt; seit dem Mittelalter wurden trocknende Öle in Verbindung mit anderen Materialien – meist Ei – schließlich in der Malerei verwendet. Um 1450 schließlich entwickelte sich die Malerei mit reinen Ölfarben. Leinöl setzte sich wegen seiner hellen Farbe und relativ leichten Verfügbarkeit als das zumindest in Europa hauptsächlich genutzte Öl durch; für reine Weiß- oder besonders helle Blautöne griff man zudem auf noch helleres Mohn- oder Walnussöl zurück.

Im Gegensatz zu wässerigen Bindemitteln „trocknen“ Öle nicht im physikalischen Sinne, sondern härten aus, wenn die enthaltenen Fettsäuren in Verbindung mit dem Luftsauerstoff zu langkettigen Molekülen polymerisieren. Dieser Vorgang kann Jahre oder sogar Jahrzehnte dauern.

Harze

Auch bei Harzen handelt es sich wie bei Gummi um den Wundsaft von Bäumen, der im ungelösten, getrockneten Zustand spröde und durchscheinend ist. Anders als Gummi ist Harz jedoch nicht in Wasser, sondern nur in Alkohol, Terpentinöl oder anderen organischen Lösungsmitteln löslich. In der Malerei dienten Anstriche aus gelösten Harzen oft als Zwischen- oder Schlussfirnis, wurden als Malmittel aber wohl auch Ölfarben beigegeben. Am beliebtesten war Dammar, das aus einer Familie von Flügelfruchtgewächsen stammt und seit dem 16. Jahrhundert vor allem aus Indien und Südostasien nach Europa importiert wurde. Es sorgt als Schlussfirnis bei Ölgemälden für eine besondere Tiefe. Bereits länger in Europa bekannt sind Terpentinharz, Mastix und fossile Harze (Bernstein und Kopal).

Pflanzengummi

Ähnlich wie Harze werden Pflanzengummis aus dem Sekret von Bäumen gewonnen, sind im Gegensatz zu diesen allerdings wasserlöslich. Am weitesten ist Gummi arabicum verbreitet, das seit der Antike aus der Rinde mehrerer vor allem in Afrika beheimateten Akazienarten gewonnen und u.a. nach Europa importiert wurde. Im antiken China und im Alten Ägypten stellte man daraus Tinte her; in der mittelalterlichen Buchmalerei diente es als Bindemittel und ist bis heute in Aquarellfarbe enthalten. Ähnlich, aber von dunklerer Farbe ist der aus Kirsch- und Pflaumenbäumen gewonnene Kirschgummi. Traganth, ein weiterer Pflanzengummi, dient lediglich als Verdickungsmittel, da er sich nicht vollständig löst, sondern nur quillt.

Wachs

In der Antike wurden z.B. die berühmten Mumienporträts mit Bienenwachs in Enkaustiktechnik auf Holz hergestellt. Später diente es manchmal als Zugabe in Firnissen, um ein mattes Finish zu erzielen. Carnaubawachs wird seit dem 17. Jahrhundert von der brasilianischen Carnaubapalme gewonnen, die es als Überzug für ihre Blätter bildet. Da es eine vergleichsweise sehr hohe Schmelztemperatur von ca. 85°C hat und das härteste verfügbare Wachs ist, wird es ebenfalls in der Malerei mitunter in Firnissen verwendet.

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