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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zum Färben
von Materialien, insbesondere farblosen Substraten, in verdichtetem
Kohlendioxid sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
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Üblicherweise
wird das Färben
in verdichtetem Kohlendioxid auf schmiegsame Substrate angewendet.
Schmiegsame Substrate sind in erster Linie Fasern und Textilien.
Fasern können
in der Flocke gefärbt
werden oder auch als Textilien wie zum Beispiel als Fäden, Garne,
Vliese, Gelege, Gespinste, Gewirke, Gewebe und Gestricke und sie
können auch
in nicht-textiler Aufmachung, z. B. als Leder oder Fell gefärbt werden.
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Es ist üblich und weithin bekannt,
dass die Fasern aus den unterschiedlichsten Materialien gewonnen
beziehungsweise hergestellt werden. Als Naturfasern kennen wir zum
Beispiel die Wolle, die Seide sowie die Fasern aus natürlicher
und regenerierter Cellulose wie zum Beispiel das Leinen, den Hanf,
den Flachs, die Jute, die Viskose-Seide, die Zellwolle und insbesondere
die Baumwolle. Die Synthesefasern werden aus den unterschiedlichsten
polymeren Kunststoffen hergestellt. Vor allem wird Polyester als
Fasermaterial in großen
Mengen erzeugt, wozu aus Terephthalsäure und Ethylenglycol das Polyethylenterephthalat
(PET) durch Veresterung gebildet wird und das entstandene Polyethylenterephthalat
(PET) bekanntlich dann aus der Schmelze zu Fasern versponnen wird.
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Andere zur Herstellung von Synthesefasern eingesetzte
Polymerkunststoffe sind zum Beispiel die Polycarbonate, das Polyvinylchlorid,
das Polypropylen, die Polyamide oder Aramide.
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Zu den halbsynthetischen Fasermaterialien zählen die
Celluloseazetate, üblicherweise
werden zum Beispiel Cellulose-2,5-Azetat und Cellulosetriazetat
erzeugt.
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Die schmiegsamen Substrate werden
nicht nur aus Fasern eines einzigen Materials erzeugt, sondern sie
werden auch aus Mischfasern wie beispielsweise solche aus Cellulose
oder Wolle und synthetischem organischen Material aufgebaut. Ähnliches
gilt für
die Mischgewebe.
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Die als textile Fertigstücke konfektionierte Ware
ist in den meisten Fällen,
sofern es sich um Ober- oder auch um Unterbekleidung oder Sportkleidung
handelt, mit zusätzlichen
Funktionsteilen ausgestattet, die überwiegend starr bzw. weniger schmiegsam
gestaltet sind. Es sind dies vor allem Knöpfe, Spangen, Clips, Pailletten,
Reißverschlüsse und ähnliches
mehr. Derartige starre Substrate werden zum Beispiel aus Holz, Glas,
Keramik, Kunststoff oder gar aus Metall hergestellt.
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Zu den weniger schmiegsamen Substraten, mit
denen die als textiles Fertigstück
konfektionierte Ware ausgestattet wird, zählen solche Funktionsteile, die
beispielsweise aus Leder, Fell, Gummi, Kunststofffolien oder ähnlichem
gefertigt worden sind. Besätze
und Paspelierungen können
als derartige Funktionsteile an der als textiles Fertigstück konfektionierten
Ware angebracht sein.
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Bekannte Verfahren zum Färben von
Substraten in verdichtetem Kohlendioxid (CO2)
setzen sogenanntes überkritisches
CO2 als Färbeflotte ein.
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Unter dem Begriff überkritisches
CO2 versteht man CO2,
bei dem der Druck und die Temperatur des CO2 oberhalb
des kritischen Druckes (73,8 bar) und oberhalb der kritischen Temperatur
(31,1 °C) liegen.
Hierbei weist das überkritische
CO2 annähernd
die Viskosität
des entsprechenden Gases und eine Dichte auf, die näherungsweise
mit der Dichte des entsprechend verflüssigten Gases vergleichbar ist.
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Das mit überkritischem CO2 als
Färbeflotte arbeitende
Verfahren weist eine Reihe von Vorteilen gegenüber Färbeverfahren aus wässriger
Flotte auf. Bedingt dadurch, dass das verwendete CO2 nach
der Färbung
erneut verwendet werden kann, treten bei dem mit überkritischem
CO2 als Färbeflotte arbeitendem Verfahren
keine Abwasserbelastungen auf. Ferner laufen bei dem mit überkritischem
CO2 als Färbeflotte arbeitenden Verfahren
die für
die Färbung
des textilen Substrates erforderlichen Stoffaustauschvorgänge im Vergleich
zu wässrigen
Systemen wesentlich schneller ab und erzielen vor allem bei mehrlagigen
und sich dicht überlagernden
Materialanordnungen ein gleichmäßigeres
Färbeergebnis.
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Ebenfalls können bei dem mit überkritischem CO2 als Färbeflotte
arbeitenden Verfahren aus den Dispersionsfarbstoften keine unerwünschten
Farbstoffagglomerate entstehen, wie dies bei den herkömmlichen
Dispersionsfärbungen
bisweilen der Fall ist, so dass somit durch Anwendung des mit überkritischem
CO2 als Färbeflotte arbeitenden Verfahrens die
bei herkömmlichen
Färbeverfahren
in wässrigen Systemen bekannten
Aufhellungen von Dispersionsfarbstoffen und damit entsprechende
Fleckenbildungen vermieden werden.
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Es zeigte sich dabei seit vielen
Jahren, dass es nicht ohne weiteres möglich war, den bei den herkömmlichen
Färbeverfahren
in wässrigen
Systemen üblichen
hohen Ansprüchen
hinsichtlich der Erzielung egaler, gleichmäßiger Farbtöne mit sehr guten Gebrauchsechtheiten
gerecht zu werden. Beispielsweise wird vor allem auf die gute Lichtechtheit
der Ausfärbung
Wert gelegt, jedoch wird auch die gute Thermofixier-Plissier-, Chlor-
und Nassechtheit sowie auch eine gute Wasser-, Schweiß- und Waschechtheit
und als auch eine gute Reibechtheit gefordert.
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Daher wurden in der Vergangenheit
viele Versuche unternommen, die Verfahren zum Färben von Substraten in verdichtetem
Kohlendioxid so zu gestalten, dass sich unter Berücksichtigung
der Eigenschaften des jeweilig zu färbenden Substrates die geforderten
guten Gebrauchsechtheiten bei der entstandenen Ausfärbung des
jeweiligen Substrates auch einstellen, hierzu zählt auch die Entwicklung geeigneter
und leistungsfähiger
Farbstoffe und Farbstoffformulierungen.
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Die deutsche Offenlegungsschrift
DE 196 31 603 behandelt
ein Verfahren, mit dem vorzugsweise Färbungen vorgenommen werden,
bei denen als Farbstoff ein Dispersionsfarbstoff und als Flotte
ein aus Kohlendioxid bestehendes überkritisches Fluid verwendet
wird. Mit diesem Verfahren werden vorzugsweise textile Substrate
gefärbt,
die in Form von Nähgarnen
aus Polyesterfasern vorliegen und wobei diese Nähgarne dann in der Aufmachung
als Spule, insbesondere als sogenannte 'X-Spule' in den Färbeautoklaven eingesetzt werden.
Mit diesem in
DE 196 31 603 mitgeteilten
Verfahren ist ausschließlich ein
textiles Substrat aus Polyesterfaser zu färben. Nachteilig hierbei ist,
dass textile Substrate, die aus Fasermischungen hergestellt sind,
nicht mit dem Verfahren nach
DE
196 31 603 färbbar
sind.
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Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 39 06 724 ist ersichtlich,
dass textile Substrate, die aus Fasermischungen hergestellt sind,
nicht ohne weiteres mit überkritischem
CO
2 als Färbeflotte zu färben sind.
Es ist zum Beispiel die Polarität
des ausgewählten
Farbstoffsystems zu berücksichtigen.
Für polare
Farbstoffsysteme wie Reaktivfarbstoffe, die chemisch aktive Komponenten
beinhalten, oder saure Farbstoffe beziehungsweise basische Farbstoffe werden
polare überkritische
Fluide oder Fluidgemische wie beispielsweise Ammoniak und Trifluor-Chlor-Ethan
vorgeschlagen. Für unpolare
Farbstoffsysteme jedoch wie beispielsweise Dispersionsfarbstoffe
werden unpolare Fluide wie beipielsweise Kohlendioxid oder Alkane
verwendet.
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Nimmt man eine Einschränkung der
Zahl der Kombinationsmöglichkeiten
der Fasermischungen als unvermeidlich hin, so kann in einer Färbeflotte aus
dem unpolaren überkritischen
CO
2 auch eine spezielle Gruppe von polaren
Reaktivfarbstoffen verwendet werden. Die deutschen Offenlegungsschrift
DE 199 37 328 legt dar,
dass die Reaktivfarbstoffe, die wenigstens eine Vinylsulfon- oder
eine Acrylamidgruppe umfassen, zum Färben von Polyamid, Wolle, Seide
und Haar verwendet werden können,
ohne dass es dabei eines nachträglichen
Fixierschrittes bedürfe.
Es sei auch möglich,
mit diesem Reaktivfarbstoff Fasern aus Baumwolle, Celluloseazetat oder
Polyester gegebenenfalls mit Vorbehandlung reaktiv zu färben, wobei
eine Vorbehandlung der hydrophilen Fasern erforderlich sein könne, um
deren Hydrophilie herabzusetzen.
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Die deutsche Offenlegungsschrift
DE 100 04 071 ist auf die
Bereitstellung einer Gruppe von Farbstoffmischungen gerichtet, die
als Dispersionsfarbstoffsystem auch gut zum Färben von hydrophoben Textilmaterial
aus einer Flotte von überkritischem CO
2 geeignet ist. Diese Gruppe von Farbstoffmischungen
wird vorzugsweise zum Färben
der halbsynthetischen hydrophoben Celluloseazetate enthaltende Fasermaterialien,
insbesondere Cellulose-2,5-Azetat und Cellulosetriazetat verwendet.
Die in der deutschen Offenlegungsschrift
DE 100 04 071 angegebenen Farbstoffmischungen
dienen auch zum Färben
von Mischgeweben, die zusätzlich
zu den besagten Celluloseazetate enthaltende Fasermaterialien auch
Viskose oder Polyamid enthalten.
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Die deutsche Offenlegungsschrift
DE 44 22 707 bezieht sich
auf ein Verfahren, bei dem Cellulosefasern oder eine Mischung von
Cellulose- und Polyesterfasern zunächst durch eine Vorbehandlung
mit einer oder mehreren aminogruppenhaltigen Verbindungen modifiziert
und die Fasern anschließend
mit einem faserreaktiven Dispersionsfarbstoff in überkritischem
CO
2 gefärbt
werden.
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In der deutschen Offenlegungsschrift
DE 100 64 414 wird ein
Verfahren dargestellt, bei welchem schmiegsame Substrate mittels
reaktiver Farbstoffe aus einer Flotte aus überkritischem CO
2 gefärbt werden.
Dazu werden die Substrate und/oder die Reaktivfarbstoffe vorbehandelt,
so dass am Substrat und/oder am Farbstoff gebundene chemisch reaktive Komponenten
mit den Farbstoffen umgesetzt werden. Das in
DE 100 64 414 dargestellte Verfahren
bezieht sich auf Fasern aus Cellulose und auf Proteinfasern wie
Fell, Seide Wolle, Polyamidfasern und Amin- und Amid-modifizierte Fasern.
Es ist möglich, auch
Mischgespinste wie Baumwolle/Polyester in einem Schritt zu färben, weil
die genutzten Farbstoffe üblicherweise
für Färbungen
von Synthesefasern aus einer Flotte aus überkritischem CO
2 verwendet werden
und die in
DE 100 64 414 vorgesehene
Derivatisierung der Farbstoffe durch Hinzufügen der Reaktivanker deren
Löslichkeit
in überkritischem
CO
2 nur wenig beeinträchtigt.
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In der europäischen Patentanmeldung
EP 1 126 072 ist beschrieben,
wie ebenfalls mittels eines faserreaktiven Dispersionsfarbstoffes
ein aus unterschiedlichen Fasermaterialien gebildetes textiles Substrat
in einem überkritischen
Fluid gefärbt
wird. Dabei werden die Fasermaterialien aus einer Gruppe gewählt, die
Fasern aus Seide, aus Wolle und aus Cellulose, das heißt in diesem
Zusammenhang Baumwollfasern, und Mischungen aus diesen Fasern umfasst
und dass diesen Fasermaterialen auch Synthesefaser beigemischt sein
kann. Die aus einem überkritischen
Fluid gebildete Färbeflotte
wird mittels Zugabe von Wasser auf einen Feuchtegehalt zwischen
10 und 100 Prozent eingestellt. Die Wasserfeuchte bewirkt in der
Art eines Schleppmittels, dass der im überkritischen Fluid gelöste, bei
Färbung
in wässriger
Flotte jedoch dispergiert vorliegende faserreaktive Farbstoff den
Zugang zu der Faseroberfläche
findet. Sofern ein überwiegend
aus Cellulose gebildetes textiles Substrat zu färben ist, wird dieses Substrat
im wasserfeuchten Zustand in den Färbeautoklaven eingesetzt. Bei überwiegend
aus Polyesterfaser gebildetem textilen Substrat bedarf es dieses Vorbehandlungsschrittes
nicht, weil das überkritische Fluid
bekanntlich sowieso gut in die Polyesterfaser eindringen kann. Bei
einem überwiegend
aus Cellulose gebildetem textilen Substrat wird zudem eine weitere
Vorbehandlung mit einer oder mehreren aminogruppenhaltigen Verbindungen
vorgenommen, um die Baumwollfaser so zu modifizieren, wie es in
der deutschen Offenlegungsschrift
DE
44 22 707 mitgeteilt wird.
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Das Färben von Mischfasern aus Cellulose oder
Wolle und synthetischem organischen Material aus einer Flotte von überkritischem
CO
2 wird in der deutschen Offenlegungsschrift
DE 44 22 707 mitgeteilt,
wobei die zu färbenden
Fasern mit einem hydrophoben Ausrüstmittel vorbehandelt werden.
Es werden in
DE 44 22 707 als
Beispiel die aus Baumwolle und Polyamidfasern gebildeten Mischfasern
beziehungsweise die aus Baumwolle und Polyesterfaser gebildeten
Mischfasern genannt.
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Die bekannten Verfahren zum Färben aus
einer Flotte, die aus überkritischem
Fluid und insbesondere aus überkritischem
CO2 besteht, richten sich üblicherweise
und vergleichbar zu dem auf wässriger Flotte
basierenden Färben,
ausschließlich
auf schmiegsame Substrate, bei denen überdies die einzusetzende Farbstofffor mulierung
auf das jeweilig vorliegende Fasermaterial beziehungsweise auf das vorliegende
Fasermaterialgemisch abgestimmt sein muss.
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Es besteht daher Bedarf nach einem
Verfahren zum Färben
von teilfertigen oder verkaufsfertig konfektionierten Textilstücken, die
mindestens von einem schmiegsamen Material und/oder von mindestens
einem halbstarren und/oder von mindestens einem starren Material
gebildet sind und mit einer einzigen, allseitig verwendbaren Farbstoffgruppe
färbbar
sind. Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein solches Verfahren
zur Verfügung
zu stellen.
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Die vorliegende Endung löst die Aufgabe
dadurch, dass insbesondere textile Materialien aus einheitlichen
oder unterschiedlichen Werkstoffen mittels mindestens einem Dispersionsfarbstoff
in einer ein überkritisches
Fluid enthaltenden Flotte gefärbt
werden, wobei die zu färbenden
Materialien mindestens teilweise aus konfektionierten Textilstücken bestehen,
welche mindestens aus einem schmiegsamen und/oder aus mindestens
einem halbstarren und/oder aus mindestens einem starren Material
zusammengesetzt sind.
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Mit dem Einsatz des mit der vorliegenden
Erfindung entstandenen Färbeverfahrens
entstehen neben den bekannten Vorteilen auch weitere unerwartete
Vorteile. Üblicherweise
werden die Färbungen
am Anfang der Wertschöpfungskette
der Textilindustrie vorgenommen, indem lediglich die schmiegsamen
Substrate gefärbt
werden.
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Um danach aus den gefärbten schmiegsamen
Substraten verkaufsfertig konfektionierten Textilstücke herzustellen,
sind nachfolgende Bearbeitungsschritte vorzunehmen, beispielsweise
sind farblich passende Besätze
und Applikationen an den schmiegsamen Substraten anzubringen, das
heißt, es
sind also an dem mindestens einen schmiegsamen Substrat das mindestens
eine, aus einem halbstarren Substrat gebildete Applikationsteil
und/oder das mindestens eine, von einem starren Substrat gebildete
Applikationsteil anzubringen.
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Bei der Herstellung von verkaufsfertig
konfektionierten Textilstücken
kann die Vorratshaltung von Applikations- und Ausstattungsstücken wesentlich
verringert werden, wenn die schmiegsamen Substrate ausschließlich in
der vorgegebenen Eigenfarbe des jeweiligen Fasermaterials erzeugt
werden und die noch ungefärbten
jedoch bereits verkaufsfertig konfektionierten Textilstücke erst
zum Abschluss ihrer Her stellung in einem einzigen Schritt mittels
des erfindungsgemäßen Verfahrens
im wesentlichen wasserfrei gefärbt
werden können.
Die Lagerhaltung wird wesentlich vereinfacht, sofern lediglich Substrate
in Eigenfarbe lagerhaltig geführt
werden müssen, was
ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist.
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Besonders vorteilhaft gestaltet sich
das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung, wenn das überkritische
Fluid als überkritische
Komponente Kohlendioxid CO2 enthält.
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Liegt ein aus hydrophilen und hydrophoben Materialien
bestehendes Mischgewebe, Material- und/oder eine Gewebekombination
vor, können
die Materialien in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung zunächst mit
einer wässrigen
Dispersion selbstvernetzender Polymere beschichtet, die Dispersion getrocknet,
die selbstvernetzenden Polymere ausgehärtet und die mit dem Polymer
aufgerüsteten
Textilstücke
mit einem Dispersionsfarbstoff aus einer aus einem überkritischen
Fluid bestehenden Flotte gefärbt
werden. Besonders gut geeignet für
den Einsatz in der Textilindustrie wird das erfindungsgemäßen Verfahren,
wenn als die wässrige
Dispersion selbstvernetzender Polymere, mit der die Textilstücke beschichtet
werden, eine Acrylatdispersion auf wässriger Basis verwendet wird.
Das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung greift dabei auf die
Lehre der deutschen Offenlegungsschrift
DE 100 25 155 zurück, welche aber lediglich auf
ein Verfahren zum Färben
ausschließlich
schmiegsamer Substrate, in diesem Fall nämlich von Geweben aus Naturfasern oder
auf Gewebe mit überwiegendem
Naturfaseranteil wie zum Beispiel Baumwolle, Seide, Leinen oder dergleichen
gerichtet ist, wobei mit einem in Kohlendioxid gelösten Farbstoff
gefärbt
wird.
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Auch hinsichtlich einer anderen Ausgestaltung
des Verfahrens greift die vorliegende Erfindung auf die Lehre der
deutschen Offenlegungsschrift
DE 100
25 155 zurück,
indem anstelle der wässrigen
Dispersion selbstvernetzender Polymere, mit der die Textilstücke beschichtet
werden, auf die Textilstücke ein
Ormocer-Lack aufgetragen wird und gliedert diese Lehre in die vorliegende
Offenbarung durch Bezugnahme ein. In
DE
100 25 155 wird erläutert,
dass Ormocer für 'organical modified
ceramics' steht
und dass dieser Beschichtungswerkstoff sich als hervorragend geeignet
für Naturfasern
erwiesen hat.
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Vorrichtungen zum Färben von
schmiegsamen Substraten, in denen ein überkritisches Fluid aus Kohlendioxid
CO
2 als Färbeflotte wirksam ist, sind
bekannt. In der US-amerikanischen Patentschrift
US 5,953,780 , wird eine derartige
Vorrichtung gezeigt. In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
werden Textilstücke
statt dessen in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gefärbt, die
aus einem Färbeautoklav
besteht, in dessen Innenraum eine rotierende, mit gelochten Zylinderwänden ausgestatteten
Trommel angeordnet ist, wobei die Textilstücke in dieser Trommel gehalten und
darin, während
sie rotiert, mit einer aus überkritischem
Fluid bestehenden Flotte beaufschlagt werden.
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1 zeigt
eine derartige Vorrichtung in einem Längsschnitt: Einen Färbeautoklav
mit einem Gehäuse 1,
einer mit einem Deckel 2 verschlossenen Einfüllöffnung,
einer Verschlussvorrichtung 3, die erfindungsgemäße, gelochte
Trommel 4, die um die Drehachse 5 drehbar ist,
einem Motor 6, der die Drehung antreibt, sowie einer angedeuteten
Zuführeinrichtung 7 für ein überkritisches,
färbendes
Fluid und einer entsprechenden Auslassvorrichtung 8.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann
das Verfahren derart gestaltet werden, dass die Textilstücke in dem
Färbeautoklaven
in einer im wesentlichen statischen Vorrichtung plaziert werden. Vorteilhafterweise
sind erforderliche Hängevorrichtungen,
wie z. B. Bügel,
Haken oder vergleichbare Vorrichtungen nicht hinderlich und beeinflussen
den Färbevorgang
nicht nachteilig.
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Mit diesen erfindungsgemäßen Verfahren und
Vorrichtungen wurden Ausfärbungen
von gleichzeitig Damenfeinstrumpfhosen aus Polyamid zusammen mit
fertig konfektionierten, ursprünglich
weiß gebleichten
Damenbüstenhaltern
vorgenommen. Die in synchronem Färbeablauf
zusammen in der Trommel hergestellten, verkaufsfertigen Stücke erreichten eine
tiefe Farbtönung
aus Resedagrün
und werden als zusammengehörige
modische Accessoires angeboten.