DE10251136A1 - Verfahren zum Färben von Materialien in verdichtetem Kohlendioxid - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Färben von teilfertigen oder verkaufsfertig konfektionierten Textilstücken, die mindestens von einem schmiegsamen Substrat und/oder von mindestens einem halbstarren und/oder von mindestens einem starren Substrat gebildet sind. Hierbei sind aus hydrophilen und hydrophoben Stoffen bestehende Mischgewebe, Material- und/oder Gewebekombinationen zunächst mit einer wässrigen Dispersion selbstvernetzender Polymere beschichtet, die Dispersion trocknet, die selbstvernetzenden Polymere aushärtet und die mit dem Polymer aufgerüsteten Textilstücke mit einem Dispersionsfarbstoff aus einer aus einem überkritischen Fluid bestehenden Flotte färbt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Färben von Materialien, insbesondere farblosen Substraten, in verdichtetem Kohlendioxid sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
  • 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.
  • 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.
  • Andere zur Herstellung von Synthesefasern eingesetzte Polymerkunststoffe sind zum Beispiel die Polycarbonate, das Polyvinylchlorid, das Polypropylen, die Polyamide oder Aramide.
  • Zu den halbsynthetischen Fasermaterialien zählen die Celluloseazetate, üblicherweise werden zum Beispiel Cellulose-2,5-Azetat und Cellulosetriazetat erzeugt.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Bekannte Verfahren zum Färben von Substraten in verdichtetem Kohlendioxid (CO2) setzen sogenanntes überkritisches CO2 als Färbeflotte ein.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 39 06 724 ist ersichtlich, dass textile Substrate, die aus Fasermischungen hergestellt sind, nicht ohne weiteres mit überkritischem CO2 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.
  • Nimmt man eine Einschränkung der Zahl der Kombinationsmöglichkeiten der Fasermischungen als unvermeidlich hin, so kann in einer Färbeflotte aus dem unpolaren überkritischen CO2 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.
  • 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 CO2 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.
  • 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 CO2 gefärbt werden.
  • In der deutschen Offenlegungsschrift DE 100 64 414 wird ein Verfahren dargestellt, bei welchem schmiegsame Substrate mittels reaktiver Farbstoffe aus einer Flotte aus überkritischem CO2 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 CO2 verwendet werden und die in DE 100 64 414 vorgesehene Derivatisierung der Farbstoffe durch Hinzufügen der Reaktivanker deren Löslichkeit in überkritischem CO2 nur wenig beeinträchtigt.
  • 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.
  • Das Färben von Mischfasern aus Cellulose oder Wolle und synthetischem organischen Material aus einer Flotte von überkritischem CO2 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Besonders vorteilhaft gestaltet sich das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung, wenn das überkritische Fluid als überkritische Komponente Kohlendioxid CO2 enthält.
  • 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.
  • 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.
  • Vorrichtungen zum Färben von schmiegsamen Substraten, in denen ein überkritisches Fluid aus Kohlendioxid CO2 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (8)

  1. Verfahren zum Färben insbesondere textiler Materialien aus einheitlichen oder unterschiedlichen Werkstoffen mittels mindestens einem Dispersionsfarbstoft in einer ein überkritisches Fluid enthaltenden Flotte, dadurch gekennzeichnet, dass 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.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Textilstücke vor der Färbung mit einer wässrigen Dispersion selbstvernetzender Polymere beschichtet, die Dispersion getrocknet und die selbstvernetzenden Polymere ausgehärtet werden.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das überkritische Fluid im wesentlichen aus Kohlendioxid CO2 besteht.
  4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass als wässrige Dispersion selbstvernetzender Polymere, mit der die Materialien beschichtet werden, eine Acrylatdispersion auf wässriger Basis verwendet wird.
  5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zu färbenden Materialien vor der Färbung mit einer Beschichtung aus Ormocer-Lack versehen werden.
  6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Textilstücke in einem Färbeautoklav in einer im wesentlichen unbewegten Vorrichtung gefärbt werden, wobei sie hängend oder gestapelt positioniert werden.
  7. Autoklav zum Färben von Textilstücken, insbesondere textiler Materialien, dadurch gekennzeichnet, dass in dessen Innenraum eine rotierbare, mit gelochten Zylinderwänden ausgestattete Trommel angeordnet ist.
  8. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 5 sowie 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Textilstücke in der gelochten Trommel gehalten und darin, während sie rotiert, mit einer aus überkritischem Fluid bestehenden Flotte beaufschlagt werden.
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