Aufheller optische

Optische Aufheller (derzeit existieren etwa 400 verschiedene Substanzen unterschiedlicher chemischer Struktur), auch Weißtöner oder Weißmacher genannt, sind organische Farbstoffe, die nicht-sichtbare, absorbierte UV-Strahlung in sichtbares, blaues Licht umwandeln. Dieser photodynamische Effekt ist geeignet eine auf Reststoffen beruhende Gelblichkeit optisch zu kompensieren. So lassen optische Aufheller z. B. weiße Wäsche in einem helleren „Weiß“ erscheinen. 

Optische Aufheller finden sich in Waschmitteln, Textilien, Papieren und Kunststoffen. Weiße Papiere und weiße Textilien erscheinen durch diesen rein optischen Effekt reiner weiß. Da die Aufheller nicht fest in den textilen Fasern integriert sind, können sie mit dem Schweiß auf die Haut gelangen. Bei gleichzeitiger Sonnenbestrahlung können sie photollergische oder phototoxische Reaktionen hervorrufen.  

Bemerkung: Optische Aufheller sind kaum biologisch abbaubar und reichern sich daher im Klärschlamm der Abwässer an.

Bereits im 19. Jahrhundert wurde über die Fluoreszenz des Aesculins, bzw. sonnenlichtbestrahlter, wässriger Auszüge von Rosskastanienrinde berichtet. Das vom Aesculin abgeleitete 4-Methylumbelliferon war der erste industriell hergestellte optische Aufheller. Diese zunächst benutzten Substanzen waren jedoch wenig licht-, wasser- und waschecht. Die ersten gut auf der Faser haftenden optischen Aufheller waren die Derivate der 4,4′-Diamino-2,2′-stilbendisulfonsäure (s.u. Stilbene).

Die derzeitig verwendeten optische Aufheller lassen sich wie folgt einteilen:

• Stilben-Verbindungen wie Blankophore (etwa 80 % aller produzierten optischen Aufheller, für Zellulose und Polyamide geeignet)
• Ethylen-, Phenylethylen- und Thiophen-Derivate, die zwei hetero-aromatische Reste (z. B. den Benzoxazol-Rest) enthalten.
• Cumarin- und Carbostyril-Derivate (haben nur noch historische Bedeutung)
• 1,3-Diphenyl-2-pyrazoline (zur optischen Aufhellung von Protein-Fasern, Celluloseacetat und Polyamiden)
• Naphthalimide (wichtigster Vertreter N-Methyl-4-methoxy-naphthalimid, sehr stabil)
• Aromatische Verbindungen wie: Thiazole, Pyrazole, Oxadiazole oder Triazine (zum Beispiel das 2,4-Dimethoxy-6-(1'-pyrenyl)-1,3,5-triazin)

Fluoreszenzphänomene sind die Ursache des „Weißeffektes“ der optischen Aufheller. Die Substnazen sind in der Lage, Wellenlängen aus dem, für das menschliche Auge nicht-sichtbaren Ultraviolettbereich des Sonnenlichts (bei 290-400 nm), zu absorbieren und den größten Teil der absorbierten Energie im nun sichtbaren Licht blauen Licht wieder zu emittieren. Durch die Emission von blauem Licht steigt die Farbsättigung über 100 %. Durch diesen optischen Farbeffekt erscheint das Grundmaterial heller (weißer als weiß). Zusätzlich führt die additive Zumischung blauen Lichtes zu einer Überlagerung von Gelbtönen. 

Waschmittel: Im Waschmittelbereich sind optische Aufheller in erster Linie für das Waschen heller Textilien mit Vollwaschmitteln vorgesehen. Die Funktion der Waschmittel-Aufheller besteht im Ersetzen von Aufhellern, die ausgewaschen oder während des Tragens photochemisch abgebaut werden. Auf diese Weise wird eine zunehmende Vergilbung und Verblassung der Textilien verhindert und so die Nutzungsdauer erhöht. Der Gehalt von optischen Aufhellern in Waschmitteln bewegt sich von 0,03 % bis 0,3 % (Trockenmasse) mit einem Durchschnittswert von 0,15 %.

Textilien: Die heutigen Waschmittel enthalten fast ausschließlich die beiden Stilbenderivate DAS1 (Dinatrium-4,4-bis[(4-anilino-6-morpholino-1,3,5-triazin-2-yl)amino]-stilben-2,2-disulfonat) und DSBP (Dinatrium-4,4-bis(2-sulfostyryl)-biphenyl). DAS1 und DSBP sind Natriumsalze aromatischer (bei DAS1 zusätzlich heterozyklischer) Sulfonsäuren. Die Sulfonatgruppen sind für die mäßige Wasserlöslichkeit der ansonsten hydrophoben Aufheller verantwortlich.

Papier: Optische Aufheller werden bei der Herstellung von manchen Papiersorten rezeptiert. Papiere sind so „leuchtend“ weiß. Angewendet werden sie bei Magazinpapieren und Plakatpapieren, um hier eine bessere Helligkeit zu erreichen. Weißpigment für Papier ist Titandioxid. Titandioxid erhöht den Weißgrad, zur optischen Aufhellung werden fluoreszierende organische Stoffe zugesetzt. Als Ersatz von Titandioxid heute oft auch fein gemahlenes und hoch weißes oder gefälltes Calciumcarbonat verwendet.

Tagesleuchtfarbe: Nicht selbst fluoreszierende Farbmittel können durch Zumischung von gewissen optischen Aufhellern zu Buntfarben mit Tagesleuchtfarbencharakter werden. Auf Grund der besonderen Absortions- und Emissionsmaxima eignet sich diese Zusammensetzung allerdings nur für Blau- bis Blaugrüntöne. Dieser Einsatz spielt gesondert für Signalfarben eine gewisse Rolle.

Medizinischer Einsatz: optische Aufheller werden in der Diagnostik (Vitalmikroskopie) und Therapie von Mykosen verwendet. So gelingt die mikroskopische Kalilaugendiagnostik  bei Mykosen deutlich besser durch den Einsatz fluoreszenzmikroskopischer Verfahren mit optischen Aufhellern aus der Gruppe der Diaminostilbenen (Calcofluor white).

Umweltrelevanz: Während des Waschvorgangs koppeln die optischen Aufheller an die Gewebefaser. Ein Teil verbleibt in der Waschlösung und gelangt so in das Abwasser und dadurch weiter über Kläranlagen in den Klärschlamm. Wegen der Resistenz der Aufheller gegen mikrobiellen Abbau im Boden und im Wasser können sie dort akkumulieren. In Gewässern und an der Bodenoberfläche erfolgt bei Sonnenlicht ein langsamer Abbau durch Photolyse.

Hinweis: Bei bestimmten Stoffklassen (z.B. Stilbenderivate)  werden östrogenartige Effekte vermutet.

1. Mayser PA (2014) Majocchi granuloma. Advantages of optical brightener staining in a case report. Hautarzt 65:721-724.
2. Sadeghi G et al. (2009) Fungistatic effects of optical brightener 220 against Trichophyton tonsurans, Aspergillus fumigatus and Candida albicans. J Dermatolog Treat 20:120-123.
3. Rüchel R et al.(2000) Vital staining of fungal elements in deep-seated mycotic lesions during experimental murine mycoses using the parenterally applied optical brightener Blankophor. Med Mycol 38:231-237.
4. Zhu R et al. (2007)  Optical brightener M2R destroys the peritrophic membrane of Spodoptera exigua (Lepidoptera: Noctuidae) larvae. Pest Manag Sci 63:296-300.