CH690276A5

CH690276A5 - Verfahren zum kontinuierlichen Färben von cellulosehaltigem Garn mit Indigo in einem einzigen Zug unter Steuerung des pH-Wertes.

Info

Publication number: CH690276A5
Application number: CH00154/98A
Authority: CH
Inventors: Rudolf Dr Krueger
Original assignee: Rudolf Dr Krueger
Priority date: 1997-02-08
Filing date: 1998-01-23
Publication date: 2000-06-30
Also published as: IT1298563B1; ITMI980222A1; DE19704797A1; DE19704797B4; US5935273A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein neues Verfahren zum kontinuierlichen Färben von cellulosehaltigem Garn mit Indigo in einem einzigen Zug.

Das Färben von cellulosehaltigem Textilmaterial mit Küpenfarbstoffen ist allgemein bekannt. Um dem wasserunlöslichen Küpenfarbstoff die erforderliche Substantivität zu verleihen, d.h., um ihn auf dem Textilmaterial zu fixieren, muss er zunächst durch Reduktion (Verküpung) in seine substantive wasserlösliche Leukoform überführt und dann durch Oxidation wieder zum Farbstoffpigment entwickelt werden.

Die meisten Küpenfarbstoffe zeichnen sich in ihrer Leukoform durch hohe Affinität zur Faser und damit durch hohe Baderschöpfungen von etwa 70 bis 95% aus.

Leukoindigo zieht dagegen bei einem einmaligen Färbevorgang nur zu etwa 10 bis 20% auf die Faser auf. Wegen dieser niedrigen Baderschöpfung ist das Färben mit Indigo nach diskontinuierlichen Ausziehverfahren (Färben aus dem Bad) problematisch.

Es ist deshalb üblich, das Färben mit Indigo kontinuierlich "in mehreren Zügen" vorzunehmen. Bei diesem Verfahren, welches im Übrigen nur das Färben von Garn als Kabel oder als Garnschar, aber nicht das Färben von Stückware oder von Wickelkörpern erlaubt, wird der verküpte Indigo aus mehreren (meist fünf oder sechs) grossvolumigen Färbeflotten mit niedriger Farbstoffkonzentration durch mehrmaliges, kurzes (etwa 10-20 s) Tauchen sowie Abquetschen und Oxidieren in den zwischengeschalteten Luftgängen appliziert. Das Färben in Zügen gilt jedoch nur als Notbehelf, da es unwirtschaftlich grosse Färbemaschinen erfordert und kleinere Färbepartien kaum realisierbar sind.

Ausserdem resultiert aus der Wiederholung des Färbevorgangs eine weitgehende Durchfärbung des Textilmaterials, weshalb (insbesondere in dunklen Farben) extrem ringgefärbtes Kettgarn, das bei der Jeansherstellung eingesetzt wird und Voraussetzung für die Erzeugung des "stone-wash"-Effektes bei der Jeanswäscherei ist, nur unzureichend zu erhalten ist.

Ein weiteres Problem beim Färben mit Indigo besteht darin, dass die erhaltenen Färbungen aufgrund der niedrigen Baderschöpfung nur unzureichende Reibechtheit aufweisen, da im Zwischenraumvolu men verbliebener Farbstoff sich nach dem Oxidieren auf dem Textilmaterial absetzt und nicht fixiert ist.

Bei dem in der älteren deutschen Patentanmeldung 19 629 985.3 beschriebenen Färbeverfahren wird die Substantivität des Leukoindigos erhöht, indem bei sehr hohen Elektrolytkonzentrationen (vorzugsweise um 280 g/l Färbeflotte) und gegenüber der üblichen Küpenfärberei verringerten pH-Werten von 10,2 bis 11,3 gefärbt wird.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein weiteres vorteilhaftes Verfahren zum kontinuierlichen Färben von cellulosehaltigem Garn mit Indigo bereitzustellen, das den genannten Mängeln abhilft und mit dem auch dunkle Farben in zufriedenstellender Reibechtheit gefärbt werden können und ringgefärbtes Garn hergestellt werden kann.

Demgemäss wurde ein Verfahren zum kontinuierlichen Färben von cellulosehaltigem Garn mit Indigo in einem einzigen Zug gefunden, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass man den reduzierten Indigo aus einer wässrigen Färbeflotte, die Reduktionsmittel, Alkali und zusätzlich ein weiteres gelöstes Alkalimetallsalz in einer Konzentration von 100 bis 200 g/l als Elektrolyt enthält und deren pH-Wert auf 10,2 bis 11,3 eingestellt ist, auf das Garn aufbringt, dieses unter Aufrechterhaltung der Elektrolytkonzentration einem Gas aussetzt, das sich in wässrigem Medium unter Bildung einer Säure löst, und den auf die Faser aufgezogenen reduzierten Indigo unter Aufrechterhaltung der hohen Elektrolytkonzentration wieder zum Pigment oxidiert und die Färbung fertigstellt.

Ein wesentliches Merkmal des erfindungsgemässen Verfahrens ist, dass man das Garn nach der Applikation der Färbeflotte einem in wässrigem Medium Säure entwickelnden Gas aussetzt, wodurch der pH-Wert auf der Faser abgesenkt wird (in der Regel um etwa 1 bis 2 pH-Einheiten) und damit die Löslichkeit des Leukoindigos erniedrigt wird und seine Substantivität erhöht wird.

Geeignet sind hierfür sowohl anorganische Gase wie Kohlendioxid und Chlorwasserstoff als auch organische Gase wie Ameisensäuredampf und Essigsäuredampf, besonders bevorzugt ist Kohlendioxid.

Die Anwesenheit von Sauerstoff (bzw. Luft) bei der Einwirkung dieser Gase sollte ausgeschlossen werden. Inertgase wie Stickstoff können als Träger für diese Gase anwesend sein, beim Einsatz von Kohlendioxid ist dies im Allgemeinen nicht erforderlich.

In der Regel lässt man das säurebildende Gas 5 sec bis 5 min, vorzugsweise etwa 0,5 bis 1 min, auf das flottenfeuchte Garn einwirken.

Ein weiteres wichtiges Merkmal des erfindungsgemässen Verfahrens ist, dass man eine Färbeflotte mit einer relativ hohen Elektrolytkonzentration von 100 bis 200 g/l einsetzt. Selbstverständlich könnte man auch noch höhere Elektrolytkonzentrationen bis zu etwa 300 g/l verwenden, jedoch ist dies im Allgemeinen nicht erforderlich.

Als Elektrolyt eignen sich dabei vor allem im Wesentlichen neutrale Alkalimetallsalze, die in Wasser ausreichend löslich sind, um die gewünschte Konzentration an gelöstem Elektrolyt einzustellen.

Beispiele für geeignete Salze sind anorganische und organische Natriumsalze wie Natriumchlorid, Natriumnitrat, Natriumsulfat, Natriumphosphat, Natriumacetat und Natriumformiat, bevorzugt ist Natriumchlorid.

Dabei ist es wichtig, dass die Elektrolytkonzentration bis zum Reoxidieren des reduzierten Farbstoffs zum Pigment aufrechterhalten wird. Das kann in einfacher Weise dadurch geschehen, dass man das nach dem Abtrennen der Färbeflotte erhaltene, feuchte Garn, das noch ausreichende Mengen Elektrolyt enthält, zunächst mit dem säurebildenden Gas behandelt und dann ohne vorheriges Spülen der Oxidation zuführt.

Weiterhin ist beim erfindungsgemässen Färbeverfahren wichtig, dass der pH-Wert der Flotte auf einen relativ niedrigen pH-Wert von in der Regel 10,2 bis 11,3, bevorzugt 10,8 bis 11,1, eingestellt wird.

Dies lässt sich z.B. vorteilhaft erreichen, indem man anstelle des sonst üblichen Natriumhydroxids Natriumcarbonat als Alkali verwendet.

Durch die erfindungsgemässen Massnahmen gelingt es, die Substantivität des Indigos so stark zu erhöhen, dass bereits nach einmaligem Tauchen (in einem Zug) über 95% des verküpten Indigos auf die Textilfaser aufziehen.

Beim erfindungsgemässen Färbeverfahren geht man zweckmässigerweise so vor, dass man den Indigo in vorreduzierter Form in der Reduktionsmittel, Alkali und zusätzlichen Elektrolyt enthaltenden wässrigen Flotte vorlegt oder dieser Flotte während des Tauchens des Garns portionsweise oder kontinuierlich zusetzt. Geeignet sind hierfür z.B. die sogenannten "Stammküpen", d.h. die in einem vorgeschalteten Behälter durch Reduktion mit Natriumdithionit in Gegenwart von Natriumhydroxid bei erhöhter Temperatur hergestellten Leukoindigolösungen, und vor allem alkalisch-wässrige Leukoindigolösungen, wie sie bei der katalytischen Hydrierung von Indigo anfallen. Diese Lösungen enthalten im Allgemeinen 10 bis 35 Gew.-% Leukoindigo und 2 bis 10 Gew.-% Alkali.

Da bei der Verwendung des vorreduzierten Indigos nur noch eventuell durch ungewollten Luftzutritt reoxidierter Indigo wieder reduziert werden muss, enthält die Färbeflotte üblicherweise nur 0,5 bis 1,5 g/l Reduktionsmittel, wobei als Reduktionsmittel bevorzugt Natriumdithionit eingesetzt wird.

Um das Flottentragevermögen des Garns zu erhöhen, ist es empfehlenswert, der Färbeflotte ein Gleit- und Verdickungsmittel zuzusetzen. Geeignet sind hierfür Polymere mit polaren Gruppen auf Acrylatbasis.

Von besonderem Vorteil ist, dass man das Garn (als Kabel oder als Garnschar) erfindungsgemäss in kurzem Flottenverhältnis (in der Regel </= 1:20) färben kann.

Dabei kann man sowohl mit relativ langer Tauchzeit (ca. 1 min) und demzufolge fast erschöpften Färbeflotten als auch mit relativ kurzer Tauchzeit (ca. 1 bis 5 s) und konstant gehaltener Leukoindigokonzentration arbeiten, die Behandlung mit dem säurebildenden Gas kann man vorteilhaft in einer nachgeschalteten Fixierzone (etwa 1 min) vornehmen.

Die erschöpfte Färbeflotte kann nach Aufstocken mit Leukoindigo und Ergänzung von Reduktionsmittel, Alkali und Elektrolyt sowie gegebenenfalls Gleit- und Verdickungsmittel erneut zum Färben verwendet werden.

Mithilfe des erfindungsgemässen Verfahrens kann cellulosehaltiges Garn als Kabel oder als Garnschar vorteilhaft und zuverlässig in hoher Qualität kontinuierlich mit Indigo gefärbt werden. Die erhaltenen Färbungen zeichnen sich durch ihre hohe Reibechtheit und Egalität aus, auch dunkle (im Allgemeinen etwa 2 bis 3%ige) Färbungen können problemlos erzielt werden.

Bei einer bevorzugten Anwendungsform des erfindungsgemässen Verfahrens wird das Garn vor dem Aufbringen des Leukoindigos mit einer Vornetzflotte, die bereits Alkali und Elektrolyt enthält, vorimprägniert. Bevorzugt wird die Vornetzflotte hierfür auf 60 bis 95 DEG C erhitzt. Nach der Behandlung wird das Garn üblicherweise abgequetscht und im Luftgang abgekühlt.

Durch diese Vorgehensweise kann eine besonders extreme Ringfärbung erreicht werden. Zudem kann eine die Benetzbarkeit erhöhende Vorbehandlung des Garns entfallen.

Die abschliessende Oxidation des aufgezogenen Leukoindigos zum Pigment wird ohne vorheriges Spülen des Garns vorgenommen und erfolgt vorteilhaft an der Luft.

Die Fertigstellung der Färbung kann wie üblich durch Spülen und Neutralstellen erfolgen, erforderlichenfalls können Wasch- oder Seifvorgänge nachgeschaltet werden.

Das erfindungsgemässe Verfahren eignet sich besonders dazu, dass extrem ringgefärbtes Kettgarn, das einen quick wash down bei der Jeanswäsche erlaubt, leicht zu erhalten ist.

Zudem kann in nur einem Zug und in kurzem Flottenverhältnis gefärbt werden, was den Ersatz der Färbestrassen durch kompaktere Färbemaschinen möglich macht. Selbstverständlich ermöglicht das erfindungsgemässe Verfahren nicht nur das Färben mit Indigo allein, sondern auch mit Mischungen von Indigo und anderen, z.B. gelben oder roten, Küpenfarbstoffen, die zur Farbtonnuancierung dienen.

Beispiel 1

Kontinuierliches Kettgarnfärben als Garnschar (Slasher)

Verwendet wurde ein Baumwollkettgarn von Nm 12 (12 km/kg Garn) mit 4080 Einzelfäden in der Kette. Die Laufgeschwindigkeit der Baumwollkette betrug 30 m/min, was einem Garndurchsatz von 10,2 kg/min entsprach. Die Partielänge betrug etwa 30 000 m.

Vor dem Applizieren des reduzierten Indigos wurde die trockene Kettschar mit einer heissen Vornetzflotte (ca. 92 DEG C), die
<tb><TABLE> Columns=2
<tb><SEP>150 g/l<SEP>Natriumchlorid und
<tb><SEP>20 g/l<SEP>wasserfreies Natriumcarbonat
<tb></TABLE>
enthielt, imprägniert, dann auf etwa 60% Flottenauftrag abgequetscht und im nachfolgenden Luftgang abgekühlt. Die Vornetzflotte wurde dabei über eine automatische Nachlaufregelung aus einem Vorratsbehälter auf konstanter Füllhöhe gehalten.

Die anschliessende Applikation der viskosen Färbeflotte, die
<tb><TABLE> Columns=2
<tb><SEP>150 g/l<SEP>Natriumchlorid
<tb><SEP>20 g/l<SEP>wasserfreies Natriumcarbonat
<tb><SEP>30 g/l<CEL AL=L>einer 20 gew.-%igen, alkalisch-wässrigen Leukoindigolösung (4,8 Gew.-% Natriumhydroxid, Handelsprodukt der BASF)
<tb><SEP>1 g/l<SEP>Natriumdithionit (88%ig) und
<tb><SEP>30 g/l<SEP>eines Gleit- und Verdickungsmittels
<tb></TABLE>
enthielt, erfolgte in einem Foulard mit sehr weichen Quetschwalzen und einem Sparvolumen-Trog von ca. 80 l Färbeflotteninhalt mit einer Tauchzeit von ca. 2 s und einem Flottenauftrag von ca. 250%, d.h., einer Flottenaddition von 190%.

Der Foulardauslauf war so konstruiert, dass die Garnschar ohne Luftkontakt direkt nach leichtem Abquetschen in eine sauerstofffreie Verweilkammer mit reiner Kohlendioxidatmosphäre und gebundener Warenführung eintrat und ca. 60 s bei Raumtemperatur zur Farbstofffixierung und pH-Wert-Absenkung verweilte.

Nach Austritt aus der Verweilkammer wurde die Garnschar in einem zweiten Foulard mit hohem Druck auf einen Flottenauftrag von ca. 80% abgequetscht. Die farbstoffarme Quetschflotte wurde aufgefangen und nach Einstellen der gewünschten Viskosität und Ergänzen von Leukoindigo, Alkali, Elektrolyt und Natriumdithionit wieder dem Färbetrog zugeführt.

Im nachfolgenden Luftgang (ca. 60 sec) wurde der fixierte Leukoindigo zum Pigment oxidiert.

Anschliessend wurden mit wenig Wasser ca. 85% der noch in der Garnschar enthaltenen erschöpften Flotte ausgewaschen. Die Waschflotte wurde zur Wiederverwendung als Vornetzflotte aufgefangen und in einen Vorratsbehälter überführt.

Die Garnschar wurde nach dem Waschen auf Zylindertrocknern vorgetrocknet, bevor das Schlichtemittel appliziert wurde.

Das Baumwollkettgarn enthielt 1,1% Indigo in einer extremen Ringfärbung.

Beispiel 2

Kontinuierliches Kettgarnfärben in Kabelform (Rope)

Verwendet wurde ein Baumwollkettgarn von Nm 12, das zum Färben in Form von 12 separaten Kabeln (Ropes) mit je 340 Einzelfäden vorlag. Die Laufgeschwindigkeit der Kabel betrug 25 m/min, was einem Garndurchsatz von 8,5 kg/min entsprach. Die Partielänge betrug etwa 30 000 m.

Die trockenen Kabel wurden vor dem Applizieren des reduzierten Indigos analog Beispiel 1 mit heisser Vornetzflotte imprägniert, auf 60% Flottenauftrag abgequetscht und im Luftgang abgekühlt.

Die anschliessende Applikation der viskosen Färbeflotte, die wie in Beispiel 1 zusammengesetzt war, erfolgte in einem Foulard mit sehr weichen Quetschwalzen und einem mit mehreren Umlenkwalzen versehenen Färbetrog in einer Tauchpassage mit einem Flottenauftrag von ca. 250%, d.h. einer Flottenaddition von 190% unter Wiederverwendung der Quetschflotte.

Der Foulardauslauf war so konstruiert, dass die Kabel in einer nachfolgenden Rutsche unter Ausschluss von Luftsauerstoff in einer Kohlendioxidatmosphäre ca. 60 sec verweilten, wobei sowohl der pH-Wert abgesenkt wurde als auch der Farbstoff fixiert wurde.

Nach Austritt aus der Verweilrutsche wurde analog Beispiel 1 vorgegangen: Die Kabel wurden auf 80% Flottenauftrag abgequetscht, der fixierte Leukoindigo wurde zum Pigment oxidiert, und die Färbung wurde durch Waschen (unter Wiederverwendung der Waschflotte) und Trocknen fertiggestellt.

Das Baumwollkettgarn enthielt 1,1% Indigo in einer extremen Ringfärbung.

Beispiel 3

Kontinuierliches Kettgarnfärben im Färberohr (pipe dyeing)

Zur Applikation der Färbeflotte, die
<tb><TABLE> Columns=2
<tb><SEP>150 g/l<SEP>Natriumchlorid
<tb><SEP>20 g/l<SEP>wasserfreies Natriumcarbonat
<tb><SEP>10 g/l<CEL AL=L>einer 20 gew.-%igen, alkalisch-wässrigen Leukoindigolösung (4,8 Gew.-% Natriumhydroxid, Handelsprodukt der BASF) und
<tb><SEP>1 g/l<SEP>Natriumdithionit (88%ig)
<tb></TABLE>
enthielt, wurden die einzelnen Kabel aus dem Luftgang jeweils in eine eigene, separate Färberöhre eingeführt, d.h. der Färbeteil der Anlage bestand aus 12 Färberöhren von je 25 m Tauchlänge. Die Färberöhren wurden durch ein Zirkulationssystem so mit frischer Färbeflotte versorgt, dass in den einzelnen Röhren identische Strömungsverhältnisse bei gleicher Farbstoffkonzentration vorlagen. Die Kabel und die Flotte bewegten sich in dieselbe Richtung, die Kabel jedoch mit doppelter Geschwindigkeit.

Die Relation von durchgesetztem Garn und Flotte betrug 1:8.

Nach Passieren der halben Wegstrecke wurde Kohlendioxidgas in das Färberohr eingeleitet, um das sodaalkalische in ein bicarbonatalkalisches Milieu umzuwandeln. Dazu war das Färberohr in seiner ganzen Länge aufwärts geneigt.

Nach dem Verweilen in den Färberöhren wurden die Kabel in einem Foulard mit hohem Druck auf einen Flottenauftrag von ca. 80% abgequetscht, d.h., zu ca. 90% von der mitgerissenen, erschöpften Färbeflotte befreit. Die farbstoffarme Quetschflotte wurde aufgefangen und nach Ergänzen von Leukoindigo, Alkali, Elektrolyt und Natriumdithionit wieder dem Zirkulationssystem zugeführt.

Der fixierte Leukoindigo wurde anschliessend analog Beispiel 1 zum Pigment oxidiert, und die Färbung wurde wie in Beispiel 1 durch waschen (unter Wiederverwendung der Waschflotte) und Trocknen fertiggestellt.

Das Baumwollkettgarn enthielt 1,6% Indigo in einer guten Ringfärbung.

Claims

1. Verfahren zum kontinuierlichen Färben von cellulosehaltigem Garn mit Indigo in einem einzigen Zug, dadurch gekennzeichnet, dass man den reduzierten Indigo aus einer wässrigen Färbeflotte, die Reduktionsmittel, Alkali und zusätzlich ein weiteres gelöstes Alkalimetallsalz in einer Konzentration von 100 bis 200 g/l als Elektrolyt enthält und deren pH-Wert auf 10,2 bis 11,3 eingestellt ist, auf das Garn aufbringt, dieses unter Aufrechterhaltung der Elektrolytkonzentration einem Gas aussetzt, das sich in wässrigem Medium unter Bildung einer Säure löst, und den auf die Faser aufgezogenen reduzierten Indigo dann wieder zum Pigment oxidiert und die Färbung fertigstellt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man das Garn nach dem Aufbringen des reduzierten Indigos zunächst in einer Kohlendioxidatmosphäre belässt.

3.

Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass man als Elektrolyt Natriumchlorid einsetzt.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass man als Alkali Natriumcarbonat oder eine Mischung von Natriumhydroxid und Natriumhydrogencarbonat einsetzt.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass man als Reduktionsmittel Natriumdithionit einsetzt.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass man der Färbeflotte vorreduzierten Indigo zugibt.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass man ein Flottenverhältnis von </= 1:20 verwendet.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass man das Garn als Kabel oder als Garnschar färbt.

9.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Garn mit dem auf die Faser aufgebrachten reduzierten Indigo vor der Oxidation des Indigo in einer sauerstofffreien Verweilkammer mit reiner Kohlendioxidatmosphäre zur Farbstofffixierung und pH-Wert-Absenkung verweilt, vorzugsweise etwa 60 sec bei Raumtemperatur.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Garn mit dem auf die Faser aufgebrachten reduzierten Indigo vor der Oxidation des Indigo in einer Rutsche unter Ausschluss von Luftsauerstoff in einer Kohlendioxidatmosphäre zur Farbstofffixierung und pH-Wert-Absenkung verweilt, vorzugsweise etwa 60 sec.

11.

Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 auf Garne, die mit einer wässrigen Flotte, die Alkali und zusätzlich ein weiteres gelöstes Alkalimetallsalz in einer Konzentration von 100 bis 200 g/l als Elektrolyt enthält und deren pH-Wert auf 10,2 bis 11,3 eingestellt ist, imprägniert sind.

12. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 zur Herstellung von ringgefärbtem Kettgarn.