DE10111427A1 - Textilreinigung und Textilbehandlung im Niederdruckplasma - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reinigung und Behandlung von Textilien, Garnen und vergleichbaren Materialien und/oder Oberflächen. Erfindungsgemäß wird die Reinigung mit einem verflüssigten und/oder überkritischen Gas als Reinigungsmittel und zu dieser Reinigung vor-, zwischen- und/oder nachgeschaltet eine Niederdruckplasmabehandlung, z. B. Veredelung, ein Färbeprozess, ein Beschichten usw., durchgeführt. Die Reinigung und die Behandlung im Niederdruckplasma können in (demselben) Reaktor erfolgen. Als Reinigungsmittel wird bevorzugt verflüssigtes und/oder überkritisches Kohlendioxid eingesetzt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung und ggf. zusätzlicher Behandlung von Textilien, Garnen und vergleichbaren Materialien und/oder Oberflächen.

Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Behandlung und Reinigung von Textilien, Garnen und vergleichbaren Materialien und/oder Oberflächen Behandlung im Niederdruckplasma.

Für die Reinigung und Veredelung von Textilien sind zahlreiche Verfahren bekannt. Bei einer Gruppe von Verfahren zur Reinigung kommt ein wäßriges Medium mit entspre­ chenden Zusätzen als Ersatz von FCKW oder FKW zum Einsatz. Dieser Verfahrens­ gruppe haften die Nachteile an, dass einerseits die wäßrigen Lösungen eine aufwen­ dige Spül- und Trocknungstechnologie erforderlich machen und dass andererseits eine in der Regel sehr aufwendige und damit teure Abwasserbehandlung erforderlich ist. Eine andere Gruppe benutzt FW oder Pen als Reinigungs- und Lösungsmittel. Diese sind umweltschädigend und für bestimmte Veredelungsmaßnahmen unbrauchbar.

Um diese beschriebenen Nachteile zu beseitigen, wurden auch kombinierte Verfahren entwickelt, bei denen beispielsweise der Trocknungs- und Spülprozess mit einem Alkohol erfolgt oder dem Waschprozess ein Vakuum-Trocknungsverfahren nachge­ schaltet wird, wodurch ebenfalls die Restverunreinigung herabgesetzt wird.

Es wurde auch eine Variante eines Kombinationsverfahrens getestet, bei der dem wäßrigen Reinigungsprozess eine Behandlung im Niederdruckplasma nachgeschaltet wird. Bei dieser Verfahrensvariante erfolgt zwangsläufig eine Vakuumtrocknung, wobei das Vakuum aber gleichzeitig als Prozessdruck für die Erzeugung eines Niederdruck­ plasmas genutzt wird.

Die Behandlung im Niederdruckplasma mit speziellen Gaszusammensetzungen ist an sich bekannt.

Die beschriebene Verfahrensvariante weist aber dennoch Nachteile auf: Es resultieren ein hoher energetischer und apparativer Aufwand für die Trocknung. Außerdem können nicht alle Rückstände im Vakuum und Plasma abgebaut werden.

Unabhängig davon ist als Reinigungsverfahren und Veredelungsverfahren für verschie­ denartige Materialien und Textilien die Behandlung mit verflüssigten oder überkriti­ schen Gasen wie beispielsweise Kohlendioxid bekannt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein alternatives und in der Regel verbessertes Verfahren und eine ebensolche Vorrichtung der eingangs genannten Art aufzuzeigen. Insbesondere sollte ggf. zusätzlich das Reinigungs- Veredelungsverfahren ermöglichen, dass die Menge an benötigtem Reinigungsmittel verhältnismäßig gering ist, der energetische Aufwand klein ist, die Umweltbelastung herabgesetzt wird, eine hohe Reinigungswirkung erzielbar ist und der hohe Aufwand für die umweltgerechte Waschlaugenaufarbeitung entfällt.

Diese Aufgabe wird für das Verfahren dadurch gelöst, dass die Reinigung mit mindestens einem verflüssigten und/oder überkritischen Gas als Reinigungsmittel durchgeführt wird und zu dieser Reinigung vor-, zwischen- und/oder nachgeschaltet eine Behandlung im Niederdruckplasma erfolgt.

Entscheidend ist, dass mit der Erfindung nunmehr die Möglichkeit besteht, die Textilreinigung ggf. mit einer Textilveredelung und eine integrierte Behandlung im Niederdruckplasma in Kombination (unmittelbare Abfolge der Prozesse) durch­ zuführen. Insbesondere kann in einer Kombination einer Reinigung/Veredelung auf der einen Seite mit einer Nach- oder Zwischenbehandlung durch Feinst- bzw. Nach­ reinigen, Aktivieren, Veredeln, Benetzen und/oder Beschichten auf der anderen Seite ein material- und umweltschonendes Reinigungsverfahren für die unterschiedlichsten Textilien und Bekleidungsstücke mit höchsten Anforderungen an die Reinheit gewähr­ leistet werden, wobei der vorherige Verschmutzungsgrad eine untergeordnete Rolle spielt, und die Oberfläche des Materials gleichzeitig oder unmittelbar nachfolgend einer der beschriebenen Behandlungen unterzogen werden.

Die Behandlung im Niederdruckplasma kann insbesondere eine Veredelung, einen Färbeprozess, eine Aktivierung, ein Beschichten, eine weitere Reinigung und der­ gleichen umfassen. Zusätzlich wird mit einem verflüssigten und/oder überkritischen Gas als Reinigungsmittel zumindest eine Reinigung durchgeführt. Dazu eignen sich Kohlendioxid, Helium, Argon, Krypton, Xenon, Stickoxide wie Distickstoffmonoxid, Kohlenwasserstoffe wie Methan, Ethan, Propan, Butan, Pentan, Hexan, Ethylen und Propylen, halogenierte Kohlenwasserstoffe wie Trifluormethan, Tetrafluormethan, Chlordifluormethan und Perfluorpropan, Halogenschwefelverbindungen wie Schwefelhexafluorid und Mischungen der vorgenannten Gase.

Die Behandlung im Niederdruckplasma besitzt den Vorteil, dass die Textiloberfläche (Fadenoberfläche) nicht nur durch die zielgerichtete Behandlung im Plasma mit einer speziellen Gaszusammensetzung behandelt (insbesondere nachbehandelt), sondern auch veredelt wird oder dass vor allem die integrierte (zwischengeschaltete) oder nachgeschaltete Plasmabehandlung völlig neue Verfahren und Eigenschaften zulas­ sen. Die Veredelung kann beispielsweise eine Schichtbildung, eine Oberflächenoxida­ tion oder auch nur eine einfache Aktivierung der Grenzmoleküllage sein, welche die Benetzung und/oder Haftfestigkeit verbessert.

Im Rahmen der Erfindung werden unter einem verflüssigten und/oder überkritischen Gas Gase bzw. Gasgemische mit einer oder mit mehreren verflüssigten oder überkriti­ schen Komponente(n) oder mit jeweils einer oder mehreren verflüssigten und überkriti­ schen Komponente(n) verstanden. Es werden also auch Gas-/Dampfgemische um­ fasst, die sowohl eine (oder mehrere) Gaskomponente in verflüssigtem Zustand als auch eine (oder mehrere) Gaskomponente in überkritischem Zustand enthalten oder eine oder mehrere der Komponenten aus der Flüssigkeitsphase dampfförmig zugegeben werden.

Die Erfindung basiert auf der Idee der Reinigung in flüssigen bzw. überkritischen Gasen in Kombination mit einer Behandlung im Niederdruckplasma beispielsweise als Feinreinigung, Aktivierung und/oder Veredelung. Überraschenderweise hat sich näm­ lich gezeigt, dass sich die Reinigung mit verflüssigten und/oder überkritischen Gasen als Reinigungsmittel in idealer Weise mit einer Nachbehandlung im Niederdruckplasma ergänzt, dass durch eine vorgelagerte Plasmabehandlung sowohl der Reinigungs-, aber vor allem Veredelungs- und Färbeprozesse besonders positiv beeinflusst (bessere Haftung, bessere Benutzung, usw.) werden und nachfolgende Plasmapro­ zesse den erreichten Status stabilisieren und bis zu einem gewissen Grad konser­ vieren.

Die Aufgabe wird für die Vorrichtung dadurch gelöst, dass die Vorrichtung einen Reaktor umfasst, in dem die Reinigung mit zumindest einem verflüssigten und/oder überkritischen Gas als Reinigungsmittel durchgeführt wird und die Behandlung im Niederdruckplasma erfolgt.

Der apparative Aufwand läßt sich insbesondere dadurch verringern, dass die Reini­ gung und die Behandlung im Niederdruckplasma in einem einzigen Reaktor durch­ geführt werden und - bedingt durch die Eigenschaften verflüssigter und überkritischer Gase - kein aufwendiger Trocknungsprozess erforderlich ist.

Als Reinigungsmittel können dem erfindungsgemäßen Verfahren alle dafür geeigneten Gase in verflüssigtem und/oder überkritischem Zustand verwendet werden. Beispiele für derartige Gase sind Kohlendioxid, Helium, Argon, Krypton, Xenon, Stickoxide wie Distickstoffmonoxid (N₂O), Kohlenwasserstoff wie Methan, Ethan, Propan, Butan, Pentan, Hexan, Ethylen und Propylen, halogenierte Kohlenwasserstoffe wie Trifluor­ methan, Tetrafluormethan, Chlordifluormethan und Perfluorpropan, Halogenschwefel­ verbindungen wie Schwefelhexafluorid (SF₆) und Mischungen der vorgenannten Gase. Bei der Wahl des Reinigungsmittels können die Art der behandelten Textilien und Gewebe und/oder die Art der Verunreinigung bzw. der Art der gewünschten Verede­ lung berücksichtigt werden. Als Reinigungsmittel wird wegen seiner Eigenschaften bevorzugt Kohlendioxid eingesetzt.

Erfindungsgemäß können dem als Behandlungsmedium verwendeten verflüssigten und/oder überkritischen Gas die Wirkung fördernde oder erhöhende Zusätze wie beispielsweise Tenside, Enzyme, Emulgatoren und/oder Detergentien zugesetzt werden.

Bei der erfindungsgemäßen Kombination von der Behandlung mit verflüssigten und/oder überkritischen Gasen mit vorgelagerter, zwischenseitlicher und/oder nachfolgender Behandlung im Niederdruckplasma lassen sich völlig neue, oder die gewünschte Behandlung auch nur verstärkende bzw. beschleunigende Effekte erreichen. Durch die Niederdruckplasmabehandlung läßt sich der Grad der Reinigung mit verflüssigten und/oder überkritischen Gasen über das bisher erreichte Maß weiter deutlich verbessern. Dadurch, dass im erfindungsgemäßen Verfahren kein Trocknen erforderlich ist, ermöglicht die Erfindung, dass nach der Behandlung mit verflüssigten und/oder überkritischen Gasen durch Entspannung kombiniert mit einem kurzen Evakuierungsprozess der für die Niederdruckplasmabehandlung erforderliche Druck erreicht wird. Dies wirkt sich für das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere energetisch günstig aus.

Mit Vorteil ist der Reaktor für die Reinigung mit verflüssigten und/oder überkritischen Gasen und der Behandlung im Niederdruckplasma für einen Druck ausgelegt, dessen Wert zwischen 30 und 500 bar (vorzugsweise zwischen 40 und 450 bar) liegt. Damit wird sichergestellt, dass Festigkeitsprobleme für den Reaktor nicht auftreten und der Reaktor aber auch gleichzeitig vakuumdicht ist.

Die Reinigung mit verflüssigten und/oder überkritischen Gasen kann durch Einbringen von Schall- und/oder Strahlungsenergie unterstützt werden. So kann Ultraschall zum Beispiel mit einer Frequenz zwischen 5 und 100 vorgesehen sein. Als Strahlung eignet sich insbesondere UV-Strahlung beispielsweise mit einer Frequenz zwischen 180 und 300 nm.

Als Prozessgase für die Behandlung im Niederdruckplasma können grundsätzlich alle für diesen Zweck bekannten Gase verwendet werden. Vor allem eignen sich Sauer­ stoff, Wasserstoff, Stickstoff, Argon, Kohlendioxid, Helium, Methan, Tetrafluormethan, Luft und Gemische der vorgenannten Gase, sowie ggf. spezielle metallorganische Verbindungen als Dämpfe insbesondere zur Schichtbildung. Die Prozessgase können ferner halogenierte Kohlenwasserstoffe wie beispielsweise CF₄, HCF₃ oder H₂C₂F₄ und/oder Halogenschwefelverbindungen wie SF₅ enthalten, wie sie zur Schichtbildung verwendet werden. Spezialgase und entsprechende Flüssigkeitsdämpfe sind ebenfalls möglich.

Bei der Behandlung im Niederdruckplasma können die Anregungsfrequenzen über Stab- oder Flächenantennen eingeleitet werden. Frequenzen im MHz- oder KHz- Bereich werden bevorzugt. Als Beispiele können die Radiofrequenz von 13,56 MHz oder Hochfrequenzen mit 20 oder 40 KHz genannt werden.

Die erfindungsgemäße Kombination aus einer material- und umweltschonenden Behandlung mit verflüssigtem und/oder überkritischem Gas als Reinigungsmittel und einer Behandlung im Niederdruckplasma zur Feinreinigung Aktivierung, Veredelung, Benetzung und/oder Beschichtung der textilen Faser oder Oberfläche liefert außer­ ordentlich hohe Reinigungsgrade (praktisch unabhängig vom vorherigen Verschmut­ zungsgrad), hohe Farbechtheit, hohe Festigkeiten, gute schmutz- und feuchtigkeits­ abweisende Eigenschaften, wobei Nachteile des Standes der Technik, nämlich die einer hohen Verbrauchsmenge an Behandlungsmedium, einer hohen Umweltbe­ lastung, einer geminderten Reinigungswirkung und eines hohen Aufwandes für die umweltgerechte Waschlaugenaufarbeitung vermieden werden.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel für die Erfindung angegeben.

Textilien werden in eine Waschmaschine (Trommel) gegeben, der Behandlungs­ behälter wird geschlossen und eine Vakuumpumpe erzeugt im Behälter einen Unterdruck von 0,1 mbar. Nach Erreichen des Drucks wird der Behälter mit O₂ als Plasmagas auf einen Druck von 0,5 mbar gebracht, wobei ein konstanter Duckfluss von 10 l Gas pro Stunde eingestellt wird. Bei drehen der Trommel erfolgt 3 bis 5 min eine Plasmabehandlung, nachdem eine Erregungsmaschine (Generator) zugeschaltet wurde. Nach der Behandlung wird der Behälter etwa auf 1/3 seines Volumens mit flüssigem CO₂ und entsprechenden Zusätzen geflutet. Die Temperatur liegt zwischen 5 und 15°C, der Druck entsprechend der Dampfdruckkurve um 50 bar. Der Wasch- bzw. Behandlungsvorgang dauert etwa 10 min. danach erfolgt ein Entspannen und Evakuieren auf erneut 0,1 bar.

Zur Verbesserung der Schmutz- und Feuchtigkeitsabweisung wird der Behälter mit einem speziellen Gasgemisch bestehend aus CF₄, H₂, SiF₄, Hr, auf 0,8 mbar aufgefüllt und die Textilien bei drehender Trommel einer etwa 3 min dauernden Plasmabehand­ lung (gleicher Generator wie bei der Vorbehandlung) unterzogen. Die Textilien werden nach der Behandlung mit Luft gespült und anschließend der Trommel entnommen.

Der erste Plasmavorgang diente der Verbesserung der Dampfwirkung und der nach­ geschaltete der Veredelung der Textilien. Auf ähnliche Art und Weise können z. B. verbesserte umweltfreundliche Färbeprozesse durchgeführt werden.

Claims (9)

1. Verfahren zur Reinigung von Textilien, Garnen und vergleichbaren Materialien und/oder Oberflächen, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigung mit mindestens einem verflüssigten und/oder überkritischen Gas als Reinigungsmittel durchgeführt wird und zu dieser Reinigung vor-, zwischen- und/oder nachgeschaltet eine Behandlung im Niederdruckplasma erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beide Behandlungen in einem Reaktor durchgeführt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Reinigungs­ mittel Kohlendioxid, Helium, Argon, Krypton, Xenon, Stickoxide wie Distickstoff­ monoxid, Kohlenwasserstoffe wie Methan, Ethan, Propan, Butan, Pentan, Hexan, Ethylen und Propylen, halogenierte Kohlenwasserstoffe wie Trifluormethan, Tetra­ fluormethan, Chlordifluormethan und Perfluorpropan, Halogenschwefelverbindun­ gen wie Schwefelhexafluorid und Mischungen der vorgenannten Gase verwendet werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Reinigung mit verflüssigtem und/oder überkritischem Gas durch Entspannen der für die Niederdruckplasmabehandlung erforderliche Druck erreicht wird, ohne dass eine Druckerhöhung stattfindet.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Prozessgase für die Behandlung im Niederdruckplasma Sauerstoff, Wasserstoff, Stickstoff, Argon, Kohlendioxid, Helium, Methan, Tetrafluormethan, Luft und Gemische der vorgenannten Gase, sowie ggf. spezielle metallorganische Verbindungen als Dämpfe eingesetzt werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessgase bevorzugt zusätzlich halogenierte Kohlenwasserstoffe und/oder Halogenschwefelverbindungen wie Schwefelhexafluorid enthalten.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlung im Niederdruckplasma bei einem Druck 0,001 bis 200 mbar, vorzugsweise von 0,1 bis 10 mbar, besonders bevorzugt von 0,5 bis 1 mbar erfolgt.

8. Vorrichtung zur Reinigung von Textilien, Garnen und vergleichbaren Materialien und/oder Oberflächen und zusätzlicher Behandlung im Niederdruckplasma, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Reaktor umfasst, in dem die Reinigung mit zumindest einem verflüssigten und/oder überkritischen Gas als Reinigungsmittel durchgeführt wird und die Behandlung im Niederdruckplasma erfolgt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor für einen Druck zwischen 30 bar und 500 bar, vorzugsweise zwischen 40 und 450 bar ausgelegt ist.