Waarom we een nieuwe generatie kleurstoffen nodig hebben

Hasselt – Na vier jaar onderzoek naar kleurstoffen krijgen designer Heleen Sintobin en biowetenschapper María Boto Ordóñez een overzichtstentoonstelling in Z33, het Hasseltse museum voor actuele kunst. Hun oplossing voor de vervuilende verfindustrie? Structurele kleuren: geen pigmenten, maar structuren die veranderen naargelang de lichtinval.

In tegenstelling tot pigmenten zijn structurele kleuren geen fysieke kleuren, maar optische effecten. Ze ontstaan doordat het licht interageert met de microscopische structuren in een materiaal. In de natuur komen die structuren voor in vogelveren of vlindervleugels.

De structuren in de veren en vleugels maken designer Heleen Sintobin en biowetenschapper María Boto Ordóñez na op basis van een synthetische vorm van huidpigmenten oftewel melanine. In een laboratorium vervaardigen ze een kleurenfilm die kan aangebracht worden op textiel maar ook op heel wat andere ondergronden, van papier tot metaal.

Om uit te leggen wat structurele kleuren precies zijn, tonen Sintobin en Boto Ordóñez een foto van een blauwe vlinder. Langzaam zoomen ze in. In de microscopische weergave van de vleugel zie je geen blauwe kleur, maar een rij minuscule vormpjes die aan elkaar hangen. Met wat verbeeldingskracht zie je precies kleine schroeven of zelfs kerstbomen die onderaan versmolten zijn. De blauwe kleur is nergens in de vormen te bekennen: die zit vervat in de structuur. “Een vlindervleugel heeft een driedimensionale structuur”, legt Sintobin uit. “Afhankelijk van hoe het licht op die structuur valt, krijg je een andere kleur.”

Een voorbeeld dat Sintobin graag aanhaalt, is die van de pantser van een kever. In het verleden zijn er fossielen van kevers ontdekt van 49 miljoen jaar geleden. Ondanks die ouderdom bleef de kleur van de kevers, opnieuw blauw, behouden. “De structuur zit in het fossiel. Je ziet nog steeds de kleur van de kever”, zegt Sintobin.

Samen met Boto Ordóñez heeft Sintobin vier jaar lang onderzoek gedaan naar mogelijke toepassingen aan de Gentse kunstenhogeschool KASK. De resultaten van het onderzoek, en de kunstwerken die eruit voortgekomen zijn, krijgen tot deze zomer een plek in Z33, het huis van Actuele Kunst, Design en Architectuur in Hasselt.

Nieuwe generaties kleurstoffen

In de introductie van de expo lezen we een dringende nood aan een nieuwe generatie kleurstoffen zoals de structurele kleuren. De kleurindustrie heeft namelijk een enorme impact op het milieu.

De natuurlijke kleurstoffen van vroeger, zoals wede, meekrap en het exotische indigo, zijn tijdens de industriële revolutie verdrongen door synthetische pigmenten. “Maar die zijn petroleum based, en erg vervuilend”, zegt Sintobin.

De synthetische kleurstoffen worden in de expo de eerste generatie nieuwe kleurstoffen genoemd. Destijds ontketenden ze, zowel op wetenschappelijk als esthetisch vlak, een enorme revolutie. Plots wisten fabrikanten felle kleuren te ontwikkelen, van mauve tot fluogroen. “Uit natuurlijke pigmenten kan je haast geen enkele felle kleur vervaardigen. Daarvoor heb je een toxische laag nodig”, zegt Sintobin daarover.

Anno 2025 legt de designwereld zich daar niet bij neer. Al langer dan vandaag zijn onderzoekers en ontwerpers aan de slag met biologische alternatieven voor synthetische verf, van bacteriën tot zeewier. Boto Ordóñez heeft zelf onderzoek gedaan naar algen als pigmenten. Die biogebaseerde kleurstoffen omschrijft de expo als de tweede generatie. “Het interessante is dat je die pigmenten kweekt in een labosetting en dus veel beter kan controleren”, zegt Sintobin. “Je bent niet meer afhankelijk van de weersomstandigheden, zoals bij planten. We zijn er bovendien in geslaagd om een felle kleur, fluoroze, te maken op basis van algen.”

Boto Ordóñez startte haar onderzoek naar algen in 2016, maar raakte er na verloop van tijd op uitgekeken. “Het proces was niet schaalbaar, economisch kan je er niet mee weg”, vertelt de Spaanse biowetenschapper. Bovendien zijn de kleurstoffen best onstabiel, geeft ze toe. UV-straling en oxidatie tasten de kleuren aan. Na verloop van tijd kunnen de pigmenten vervagen of zelfs verdwijnen. Datzelfde probleem hebben de pigmenten die we uit meer traditionele verfplanten halen. Het is dan ook tijd voor een derde generatie aan nieuwe kleurstoffen, poneren de onderzoekers in hun expo.

In tegenstelling tot natuurlijke of biogebaseerde pigmenten krijgen structurele kleuren juist een interessantere tint na verloop van tijd. Afhankelijk van de lichtinval kan de kleur veranderen maar zal ze niet vervagen. Naarmate de omgeving vochtiger wordt, merkten de onderzoekers in het labo, kan de kleur beter uitkomen in plaats van dat ze stilaan wegtrekt. Een “happy accident”, noemde Sintobin die ontdekking. “De structuur kan veranderen en dus ook de kleur, want het licht zal op een andere manier invallen op de nieuwe structuur”, vult Boto Ordóñez aan.

Zijn structurele kleuren, en niet pigmenten, de oplossing om deze industrie werkelijk te verduurzamen? De curator van de expo in Z33, Annelies Thoelen, denkt alvast van wel. “Stel je voor dat je in de toekomst structuren kan aanbrengen op producten in plaats van dat je ze moet verven”, zegt zij. “Dan kunnen we die vervuilende stap overslaan.”

Fragiele kunstwerken

Structurele kleuren kunnen op allerlei materialen aangebracht worden, toont de tentoonstelling. Hoewel de pigmenten uit de kledingindustrie het startpunt van het onderzoek van Boto Ordóñez en Sintobin betekenden, zien we amper textiel in de expohal. Enkel parachutestof, gemaakt uit 100 procent polyester, komt naar voor in een werk van de Griekse kustenaar Dimitris Theocharis, die drie maanden lang in de kelder in KASK werkte aan zijn installatie.

Dat is bijzonder op zich: de vorige generaties natuurlijke en biogebaseerde pigmenten hechten doorgaans niet op kunststoffen. “Bovendien werken structurele kleuren het best op zwarte stof”, wijst Sintobin de kleur van de installatie aan. “Hoe zwarter de ondergrond, hoe meer contrast, hoe feller de kleuren. Met pigmenten is het veel moeilijker om zwarte materialen te verven.”

Zelf testte Sintobin de structurele kleuren uit op zijde, maar voor de expo maakte ze drie werken in keramiek, papier en titanium. Op de website van Ecology Of Colour stellen Sintobin en Boto Ordóñez de resultaten en het kleurenpalet per materiaal voor.

Opvallend is dat het ene materiaal beter bestand is, of zorgdraagt, voor de kleurenstructuur dan het andere. In de meeste gevallen is de structuur erg fragiel. Neem nu het werk van kunstenaar Ann Veronica Janssens, gemaakt van geribbeld glas. Haar poetsvrouw vond de oppervlakte er stoffig uitzien en ging erover met een stofvod. Daardoor slaat een van haar werken, die niet in Z33 hangt maar bij haar thuis opgesteld is, nu een stukje doffer uit.

“Op de plek van aanraking is de kleur verdwenen”, weet Sintobin. “Het is zoals het aanraken van de vleugel van een vlinder. Als je dat doet, komt er een zwart poeder op je vinger. Op dat moment heb je de structuur kapot gemaakt en is het kleur dus samen met de structuur verdwenen.”

De stalen werken van Tiina Pyykkinen, een Finse kunstenaar die in een vroege fase van het onderzoek mee aan boord kwam, zijn net zo fragiel. “In elk kunstwerk steekt meer dan 50 uur werk. Eén fout en heel dat traject zou om zeep zijn”, vertelt Sintobin.

Een suppoost verklaart dat het grootste kunstwerk van Sintobin zelf, een keramieken verenkleed, even kwetsbaar is. Bij het aan elkaar naaien met koordjes van de keramieken plaatjes, zouden er kleine beschadigingen gebeurd zijn. Logistiek was het bovendien een hele operatie om het grote kunstwerk van Gent naar Hasselt te krijgen, zonder het te beschadigen. “Al valt dat bij keramiek beter mee dan bij glas of staal”, nuanceert Sintobin. “Keramiek heeft een onregelmatige oppervlakte, waardoor je het met handschoenen wel nog kan aanraken. Als ik erop wrijf, dan gaat de structuur weg. Maar ik had meer bewegingsvrijheid dan mijn collega Tiina.”

Het rubberen werk van mode-ontwerper Marlou Breuls en de metalen wandobjecten van designer Bram Vanderbeke kunnen veel beter tegen een aanraking. Al worden bezoekers natuurlijk vriendelijk verzocht om hun handen ten allen tijde thuis te houden. “Dat is het fijne aan samenwerken met kunstenaars”, zegt Sintobin. “Ieder heeft een expertise in een materiaal, en allemaal willen ze experimenteren. Zo zijn we per ongeluk te weten gekomen dat bepaalde materialen wel bestand zijn tegen aanrakingen. Bram heeft de aluminium objecten met de hand bewerkt, vervolgens de film erop laten groeien en het gedeeltelijk afgeborsteld. Bepaalde plekken bleven op de objecten aanwezig, ook al begon hij er harder op te borstelen.”

Gezocht: de juiste coating

Een oplossing om structurele kleuren langer te bewaren zou een coating kunnen zijn, een beschermlaag die je wel vaker tegenkomt in de kledingindustrie, bijvoorbeeld bij technisch textiel.

“Maar het probleem is dat de structuur op nanoschaal is, dus coatings zouden ook op nanoschaal moeten ontwikkeld worden”, zegt Sintobin daarover. “Daar botsen we op de limieten van een kunstschool. Eigenlijk zou hierover een doctoraat in de chemie moeten opstarten, met ruimte voor experimenteren. Dat soort interdisciplinaire PhD’s bestaat, wie weet komt er in de toekomst wat van.”

Na vier jaar is het onderzoek, en dus het contract, van Sintobin en Boto Ordóñez afgerond. Boto Ordóñez is nog steeds verbonden aan KASK, en via de Finse culturele instelling Suomen Kulttuurirahasto blijven beide onderzoekers samenwerken met kunstenaar Tiina Pyykkinen. Na de expo in Z33 reist het duo naar Helsinki. “Hopelijk zijn Finse musea en instellingen geïnteresseerd in ons project”, zegt Sintobin. “Het is erg niche, merkten we doorheen het onderzoek, maar het biedt zoveel mogelijkheden en oplossingen.”

Boto Ordóñez en Sintobin werden eerder al gelauwerd voor hun inzet om de verfindustrie – en daarmee de gehele kleding- en designsector – te transformeren. In 2022 wonnen ze hiervoor een Henry van de Velde Award in de categorie Design Research.