-
-
Verfahren zum egalen Färben von Zellulosefasermaterialien mit
-
Reaktivfarbstoffen Beim Färben von Materialien aus Zellulosefasern
mit Reaktivfarbstoffen nach dem Ausziehverfahren besteht häufig die Gefahr eines
unegalen Farbausfalls, da insbesondere bei Farbstoffen mit hoher Reaktivität nach
Zugabe des für die Reaktion mit der Faser erforderlichen Alkalis die Fixierung mit
hoher Geschwindigkeit einsetzt und in kurzer Zeit hohe Werte annimmt. Trägt man
in einem Diagramm die Fixierwerte einer solchen Färbung in Prozent der Endfixierung
gegen die Färbezeit auf, so erhält man eine steile Fixierkurve, bei der ein unverhältnismäßig
großer Teil des eingesetzten Reaktivfarbstoffes während eines unverhältnismäßig
kleinen Teils der Färbezeit fixiert. Als Beispiel kann das Musterblatt Levafix-Brillantgelb
E-GA der Musterkarte Le 1350 der Bayer AG dienen.
-
Um eine gute Egalität auch unter schwierigen Färbebedingungen zu gewährleisten,
ist es notwendig, den steilen Fixieranstieg in der Anfangsphase der Färbung zu verringern
und die Reaktion mit der Faser in der Weise zu beeinflussen, daß die Fixierung wenigstens
angenähert proportional zur Färbezeit verläuft.
-
Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß man das Alkali
nicht bei der für den jeweiligen Reaktivfarbstoff optimalen Färbetemperatur, sondern
bei möglichst niedriger Eingangstemperatur, z. B.
-
20 OC, zugibt und dann langsam auf Färbetemperatur erwärmt. Da die
Reaktionsgeschwindigkeit temperaturabhängig ist, wird die Fixierung zunächst zurückgehalten,
so daß die gewünschte flachere Fixierkurve erhalten werden kann.
-
Dieser Arbeitsweise haften allerdings gravierende Nachteile an. In
vielen Fällen ist eine genügend niedrige Anfangstemperatur nicht erreichbar, da
z. B. in tropischen Ländern die Temperatur des verfügbaren Betriebswassers erheblich
höher liegen kann. Im Falle der heute weit verbreiteten warmfärbenden Reaktivfarbstoffe,
deren empfohlene Anwendungstemperatur bei 40-50 "C liegt, ist dann die beschriebene
Maßnahme nicht mehr wirkungsvoll, da keine ausreichende Temperaturdifferenz zwischen
Anfangs- und Färbetemperatur mehr gegeben ist.
-
Außerdem wirken niedrige Behandlungstemperaturen auf andere Weise
wieder der angestrebten guten Egalität entgegen, da sich beispielsweise die Warenstränge
beim Färben auf Jetfärbemaschinen und Haspelkufen schlecht öffnen und verlegen.
Bei Kreuzspulfärbeapparaten wird bei niedriger Temperatur die Flottendurchströmung
behindert.
-
Setzt man aber, um diese Nachteile zu vermeiden, das Alkali bei der
optimalen Färbetemperatur zu, so muß das unbedingt portionsweise geschehen, da sonst
- wie anfangs beschrieben - eine zu steile Fixierkurve erhalten wird. Diese Zusätze
müssen sehr genau berechnet werden und in kontrollierten Zeitabständen erfolgen,
um plötzliche Fixiersprünge zu vermeiden, die wiederum zu unegalen Färbungen führen.
Eine derartige Arbeitsweise verlängert die Färbezeit und setzt damit die Produktionsleistung
herab. Außerdem ist diese Arbeitsweise personalaufwendig und anfällig für Arbeitsfehler.
-
Um diese weithin bekannten Nachteile zu vermeiden, sind weitere Vorschläge
bekannt geworden, mittels derer die angestrebte gute Egalität erhalten werden soll.
So wird im U.S. Patent 4372 744 empfohlen, den Reaktivfarbstoff in das Elektrolyt
und Alkali enthaltende Bad so einzutragen, daß jeweils weniger als 10 X des am Ende
der Färbung fixierten Farbstoffs in reaktiver Form unfixiert im Färbebad vorliegen.
-
Dieses Verfahren konnte sich jedoch bisher nicht in die Färbereipraxis
einführen, was zum Teil dadurch bedingt ist, daß eine laufende Messung/Kontrolle
der Konzentration von reaktivem Farbstoff im Färbebad mit einem außerordentlich
hohen Aufwand (HPLC oder col. Ausprüfung durch separate Reihenversuche) verbunden
werden müßte.
-
Des weiteren ist ein isothermes Färbeverfahren bekannt und in der
Praxis im Gebrauch, bei welchem bei Färbetemperatur einem Farbstoff und Elektrolyt
enthaltenden Bad das zur Fixierung des Reaktivfarbstoffes benötigte Alkali automatisch-progressiv
zudosiert wird. (SAP 84/1967). Zur Durchführung des Verfahrens wird ein computergesteuertes
Dosiergerät benötigt, das kontinuierlich oder angenähert kontinuierlich das Alkali
über -;r.en vorbestimmten Zeitintervall so zudosiert, daß in der Anfangsphase mit
einer geringen Menge begonnen und diese dann während des Dosiervorgangs zunehmend
gesteigert wird, bis die Gesamtmenge an Alkali zugeführt ist.
-
Gemaß SAP 84/1967 läßt sich beispielsweise eine Progression des Dosiervorganges
dadurch erreichen, daß die Zugabe des Alkalis nach einer Exponentialfunktion erfolgt.
Durch rechnerisches Mischen mit einer Linearfunktion lassen sich verschiedene Abstufungen
der Progression erhalten. (Fig. 4 des SAP 84/1967).
-
Das im SAP 84/1967 beanspruchte Verfahren hat sich in der Färbereipraxis
bereits gut bewährt, doch hat sich andererseits gezeigt, daß es bei allen unbestrittenen
Vorzügen doch noch mit erkennbaren Mängeln behaftet ist. In Anlage 1 ist eine typische
Fixierkurve für einen Sulfatoethylsulfon-Farbstoff dargestellt. Zwar zeigt die Kurve
einen annähernd linearen Verlauf über den wesentlichen Bereich der Fixierung, doch
führen der Durchhang der Kurve bei Dosierbeginn und die Abflachung der Kurve gegen
Ende der Färbezeit zu an sich unnötiger Verlängerung der Färbezeit (Vergl. Ungermann,
tpi 39 (1984), S. 495, Fig. 8). Es besteht daher noch eine unübersehbare Abweichung
vom Ideal verl auf der Kurve. Dies wird in Abb. 1 durch gestrichelte Linien gezeigt.
Folgt man dem bisherigen Fixierverlauf, so könnten durch Begradigung von Kurvenanfang
und -ende deutliche Einsparungen an Zeit erzielt werden. Legt man den bisherigen
Zeitbedarf zugrunde, so könnte bei idealer Nutzung dieses Zeitraumes eine deutlich
flachere Fixierkurve erhalten werden, was zu verbesserter Egalität und/oder erhöhter
Betriebssicherheit führen würde. Eine Fixierkuve nach Abb. 1 erhält man bei optimaler
Wahl der Dosierprogression.
-
Dosiert man das Alkali mit geringerer Progression, so läßt sich wohl
dadurch die Färbezeit in gewissen Grenzen verkürzen, doch wird dies mit unerwünscht
steilerem Fixierverlauf erkauft. Damit wächst die Gefahr einer unegalen Färbung
beträchtlich (Vergl. auch Ungermann, tpi 39 (1984), S. 495, Fig. 6).
-
Auch bei einer Verkürzung der Dosierzeit läßt sich die Färbezeit nur
unter Inkaufnahme eines steileren Kurvenverlaufs verringern, da die Dosiercharakteristik
gleich bleibt.
-
Aus dem Gesagten geht hervor, daß bei Anwendung der bisher üblichen
und in SAP 84/1967 beschriebenen progressiven Dosiertechnik die Fixierung offensichtlich
nicht in der Weise beeinflußt werden kann, daß der Fixierverlauf der idealen Kurve
bzw. Linie folgt oder sich dieser besser annähert.
-
Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß die gewünschte Beeinflussung
des Fixierverlaufs dadurch erreicht werden kann, daß während eines Dosiervorgangs
zwei unterschiedliche Dosierprogressionen miteinander kombiniert werden. Dies kann
in der Weise geschehen, daß man während der Gesamtdosierzeit a nach einem vorbestimmten
Zeitintervall b die mit der Progression c begonnene Dosierung auf eine Dosierung
mit der Progression d umstellt. Dadurch kann der Dosierkurve eine Charakteristik
verliehen werden, die nach Arbeitsweisen gemäß dem bisherigen Stand der Technik
und insbesondere nach dem im SAP 84/1967 beschriebenen Verfahren nicht erreicht
werden kann. In Abb. 2 ist als Kurve 1 ein Dosierverlauf dargestellt, der sich dadurch
ergibt, daß man das Alkali über einen vorbestimmten Zeitraum so zudosiert, daß man
gemäß der Beschreibung im SAP 84/1967, Seiten 9-10, eine Linear- und eine Exponentialfunktion
hälftig miteinander mischt.
-
Nach der in besagtem Patent gebrauchten Terminologie wäre dies eine
Dosierkurve mit 50 % Progression. Legt man für den auf der Horizontal achse des
Diagramms (Abb. 2) dargestellten Zeitraum = 100 X 60 Minuten zugrunde, so erhält
man die in Abb. 1 veranschaulichte Fixierkurve eines Sulfatoethylsulfon-Farbstoffs.
-
Wollte man die Dosierzeit auf 80 % und damit auch die Färbezeit verkürzen,
so müßte man bei Beibehaltung der Dosiercharakteristik die Dosierkurve 2 anwenden.
Mit dieser Verkürzung der Färbezeit wäre aber ein unerwünschter schnellerer Fixierverlauf
verbunden. Kombiniert man aber zwei unterschiedliche Progressionskurven und wechselt
bei einer Gesamtdosierzeit von 80 % bei 60 % die Progression, so erhält man eine
Dosierkurve 3, die der- Kurve 1 weitgehend folgt und erst kurz vor Beendigung des
Dosierzeitraumes 80 % dem Maximalwert zustrebt. Bei 70 % Dosierzeit wäre bei Anwendung
der Kurve 2 vergleichsweise der Alkaligehalt um mehr als 50 % höher als bei Kurve
3. Dadurch ist es möglich, die Fixierkurve gemäß Abb. 1 weitgehend beizubehalten.
Das Alkali wird erst dann forciert über einen verkürzten Zeitraum zugegeben, wenn
die Fixierkurve zum Abflachen tendiert. So kann die Fixierkurve im oberen Bereich
gezielt gestreckt und somit die Färbezeit verkürzt werden, ohne Egalitätsnachteile
in Kauf nehmen zu müssen.
-
Wendet man zunächst geringe Progressionen an oder dosiert man zuerst
linear oder mit degressivem Dosierverlauf, so kann man den in Abb. 1 gezeigten Durchhang
der Fixierkurve vermeiden. Abb. 3 zeigt die Kombination zweier Kurven, von denen
die erste degressiv bis 15 X der Gesamtdosierzeit verläuft, worauf sie von eienr
Dosierkurve mit stark progressiver Charakteristik abgelöst wird. In der Anfangsphase
wird vermehrt Alkali zudosiert, wodurch sich die Fixierkurve schneller aufrichtet.
Dann wird die Alkalizugabe verzögert, bis die Angleichung an die ursprüngliche Dosierkurve
wieder erfolgt ist. Auch diese Maßnahme führt zu einer Färbezeitverkürzung ohne
Egalitätsnachteil, da der Fixierverlauf nicht nennenswert verändert wird. Es wird
lediglich die zu langsame Fixierung in der Anfangsphase beschleunigt.
-
Schließlich lassen sich durch entsprechende Kombinationen geeigneter
Dosierkurven beide vorstehend beschriebenen Maßnahmen miteinander kombinieren. Wird
eine kurzzeitig durchgeführte Lineardosierung von einer zeitlich verkürzten stark
progressiven Dosierung gefolgt, so ergibt sich der Dosierverlauf gemäß Abb. 4.
-
Durch erhöhte Alkalizugabe in der Anfangsphase wird der in Abb. 1
sichtbare Durchhang der Fixierkurve vermieden oder vermindert. Als Folge richtet
sich die Fixierkurve schneller auf. Mittels der zweiten Dosierkurve wird die Alkalikonzentration
dann zeitweise gegenüber der als optimal angesehenen Dosierkurve mit 50 % Progression,
wie sie bei der bisherigen progressiven Dosiertechnik gemäß SAP 84/1967 angewandt
wird, verringert, so daß die in Abb. 1 gezeigte Fixierkurve mit einem kleineren
Gradienten ansteigt.
-
Das Abflachen dieser günstigeren Fixierkurve gegen Ende des Färbeprozesses
und damit unnötiger Zeitverlust werden durch überproportional forcierte Alkalizugabe
über einen verkürzten Zeitraum vermieden.
-
Man erhält so durch geeignete Wahl und Kombination zweier Dosierkurven
bei Anwendung eines geeigneten Wechselzeitpunktes die Möglichkeit, die bisher noch
nicht voll befriedigenden Fixierkurven in einer noch nicht bekannten und praktizierten
Weise gezielt so zu beeinflussen, daß diese dem theoretischen idealen Fixierverlauf
äußerst nahekommen.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren stellt daher gegenüber denn im SAP
84/1967 beanspruchten Verfahren einen eindeutigen Fortschritt dar.
-
Erst durch die Kombination zweier oder mindestens zweier der in besagtem
Patent beschriebenen Dosierkurven gelingt es, den Dosierverlauf in weiten Grenzen
zu variieren und so zu steuern, daß optimale Ergebnisse hinsichtlich Egalität und
Zeitaufwand erhalten werden.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren kann zum Färben von Zellulosefasern
und zellulosefaserhaltigen Mischungen in allen Verarbeitungsstadien, z. B. als Flocke,
Vlies, Gewebe oder Gewirke auf allen hierfür geeigneten Maschinen oder Apparaten
eingesetzt werden. Die für die Durchführung des Verfahrens in Betracht kommenden
Reaktivfarbstoffe können sowohl komplexbildende Metalle enthalten oder frei von
diesen sein und beispielsweise als Mono- bzw. Polyazo-, Anthrachinon-, Formazan-,
Phthalocyanin- oder Oxazin-Farbstoffe vorliegen.
-
Sie können mono- oder polyfunktionell sein und beispielsweise mindestens
eine Monochlortriazin-, Dichlortriazin-, Dichlorchinoxalin-, Trichlorpyrimidin-,
Monochlordifluorpyrimidin-, Monofluortriazin-, Vinylsulfon- oder Vinylsulfonylphenylaminochlortriazin-Gruppe
enthalten, wobei bei den beiden letztgenannten Typen die Reaktivgruppe auch maskiert,
d.h. beispielsweise als Sulfatoethylsulfon bzw. Sulfatoethylsulfonylphenylaminç
ortriazin vorliegen kann.
-
Als Alkali können alle in der Reaktivfärberei verwendeten Alkalien
verwendet werden, beispielsweise Natriumhydroxid, Natriumhydrogencarbonat, Natriumcarbonat,
Trinatriumphosphat, Natriumsilikat sowie die entsprechenden Verbindungen mit anderen
Alkalimetallen, ebenso Mischungen dieser Verbindungen untereinander und Mischungen
mit alkalibindenden Mitteln.
-
Die erfindungsgemäße Zugabe des Alkalis kann mit entsprechend programmierten
handelsüblichen Dosiergeräten erfolgen, insbesondere mit solchen, die auf den im
SAP 84/1967 unter Anspruch 4-6 beschriebenen Geräten basieren.
-
Die nachfolgend aufgeführten Beispiele dienen der Erläuterung des
erfinderischen Gedankens.
-
Beispiel 1: Es wird eine dem Beispiel 1 der SAP 84/1967 entsprechende
Färbung derart durchgeführt, daß zunächst 300 kg einer Baumwollfeinrippware im Flottenverhältnis
1:10 auf einer Jetfärbemaschine mit 2,5 X des als schwierig färbbar bekannten C.I.
Nr. 61200 Reactive Blue 19 unter Zugabe von 50 g/l wasserfreiem Natriumsulfat behandelt
werden. Nach Einstellung der Temperatur von 40 OC werden 2 cm3/l Natriumhydroxidlösung
32,5 X, auf 100 1 verdünnt, nach einer 10 minütigen Verteilungsphase zudosiert.
Abweichend von der beschriebenen Arbeitsweise wird das Alkali nicht während 60 Minuten
mit 60 % Progression eingetragen, sondern es wird mit 20 % Progression begonnen
und nach
15 Minuten die restliche Alkalilösung während 30 Minuten
mit 90 % Progression zudosiert, so daß die Gesamtdosierzeit 45 Minuten beträgt.
Die Färbung wird 20 Minuten nach vollständiger Zugabe des Natriumhydroxids beendet.
Aufgrund des optimierten Dosierverlaufs wird gleichfalls eine Färbung mit ausgezeichneter
Egalität erhalten. Die Gesamtbehandlungszeit ab Dosierbeginn beträgt jedoch nur
65 gegenüber 90 Minuten. Für eine Färbung, bei der das Alkali während 60 Minuten
nach einer einfachen Dosierkurve mit 60 % Progression zugegeben wird, ist ein um
40 % höherer Zeitaufwand erforderlich.
-
Beispiel 2: Setzt man anstelle der in Beispiel 1 verwendeten Baumwollware
eine Gewebe aus 50 % Baumwolle und 50 % Polyester ein und verwendet anstelle von
C.I. Nr. 61200 Reactive Blue 19 den Farbstoff der Formel
so erhält man eine völlig egale rote Färbung des Baumwollanteils, die durch anschließendes
Oberfärben des Polyesteranteils mit handelsüblichen Dispersionsfarbstoffen in eine
Uni-Nuance überführt werden kann.
-
Beispiel 3: Ein Garnfärbeapparat mit einseitiger Flottenzirkulation
wird mit 500 kg mercerisiertem Baumwollgarn beschickt. Die Behandlungsflotte besteht
aus 3.200 1 Wasser, in dem 175 kg Natriumchlorid gelöst sind.
In
diese Flotte werden 100 1 einer Lösung, die 5 kg des Farbstoffes der Formel und
10 kg des Farbstoffes der Formel
enthält, über 10 Minuten eingetragen. Die Färbetemperatur von 50 OC wird überprüft
und gegebenenfalls korrigiert. Anschließend werden 200 1 einer Lösung, die 35 kg
Trikaliumphosphat-7 hydrat enthält, in der Weise zugegeben, daß mittels einer programmgesteuerten
Kolbenpumpe zunächst während 20 Minuten eine lineare Dosierung mit einer Förderleistung
von 1,2 1/min erfolgt. Dann wird die restliche Lösung mit 100 X Progression in 30
Minuten zudosiert.
-
Nach weiteren 15 Minuten ist die Färbung beendet. Trotz schwieriger
Färbebedingungen wird in relativ kurzer Behandlungszeit einwandfrei egales olivgrünes
Garn erhalten, das sich zur Herstellung von Uniwebware eignet.
-
Beispiel 4: Auf einer Haspelkufe ohne Flottenumwälzung werden 200
kg Baumwollinterlock im Flottenverhältnis 1:20 gefärbt. Dem Bad werden 60 g/l Natriumchlorid
und - nach völliger Verteilung - 3 % C.I. Nr. 20505 Reactive Black 5 sowie 0,65
% des Farbstoffs der Formel
in gelöster Form zugegeben. Nach Einstellung der Färbetemperatur
von 40 OC werden 100 1 Alkalilösung, die 1,5 cm3/l Natronlauge 500 Be (auf das Gesamtvolumen
von 4.000 1 berechnet) enthält, in der Weise zugegeben, daß bei 45 Minuten Gesamtdosierzeit
der Programmwechsel nach 25 Minuten erfolgt. Zunächst wird einer Dosierkurve von
60 % Progression gefolgt, die nach 25 Minuten unterbrochen wird, worauf mit der
restlichen Alkalilösung ein vollständiges Dosierprogramm mit 80 % Progression während
der verbleibenden Restzeit von 20 Minuten absolviert wird. 20 Minuten nach Ende
des Dosiervorganges wird die Färbung abgeschlossen. Man erhält ein tiefes Marineblau
mit perfekter Egalität bei kurzer Gesamtfärbezeit.
-
Vergleicht man diese mittels Progressionswechsel erhaltene Dosiercharakteristik
mit der als bisheriger optimaler Standard angesehenen Dosierkurve, die mit 60 %
Progression bei 60 Minuten Dosierzeit erhalten wird, so stellt man fest, daß die
neuartige mittels Progressionswechsel erhaltene Dosierkurve dem Standard bis fast
40 Minuten folgt.
-
Erst dann wird überproportional schnell das restliche Alkali zugegeben.
Dadurch wird die bisherige Fixierkurve weitgehend beibehalten, das zu unnötiger
Färbezeitverlängerung führende Abflachen der Fixierkurve jedoch stark verringert.