DE102019104203A1 - Process for the production of colored fiber materials and their use - Google Patents
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Abstract
Beschrieben wird ein Verfahren zur Herstellung farbiger Fasermaterialien auf der Basis von mit Küpenfarbstoffen nachträglich eingefärbten m-Aramid-Fasern oder m-Aramid-Fasern enthaltenden Fasermischungen, wobei auf die Verwendung umweit- und gesundheitsschädlicher Carrier verzichtet werden kann. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die m-Aramid-Fasern nachträglich mit Küpenfarbstoffen eingefärbt werden, indem a) Küpenfarbstoffe in einer Harnstoff bzw. Harnstoffderivate enthaltenden wässrigen Dispersion direkt auf die m-Aramid-Fasern oder die m-Aramid-Fasern enthaltenden Fasermischungen aufgebracht werden und anschließend eine Fixierung des Küpenpigments auf den Fasermaterialien durchgeführt wird, oder b) die Küpenfarbstoffe durch Zusatz von Reduktionsmitteln in alkalischem Medium in die Leukoform überführt werden, wobei die anfallende Küpe Harnstoff und/oder Harnstoffderivate enthält und die Küpe mit den m-Aramid-Fasern oder den m-Aramid-Fasern enthaltenden Fasermischungen in Kontakt gebracht wird, die Küpenfarbstoffe oxidativ aus der Leukoform gebildet werden und eine Fixierung der Küpenfarbstoffe auf den Fasermaterialien durchgeführt wird. Die nach diesem Verfahren erhaltenen Fasermaterialien lassen sich vorteilhaft zur Herstellung von Bekleidungsstücken und Ausrüstungsgegenständen, insbesondere von flammhemmenden oder Feuerschutztextilien für persönliche Schutzbekleidung, insbesondere für Militär-, Feuerwehr- und Polizeipersonal, von Berufskleidung oder zum Einsatz im Objektbereich verwenden. Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass es farbige Fasermaterialien in hohen Farbechtheiten und in guten Farbausbeuten liefert, ohne dass ein signifikanter Verlust der elastischen Eigenschaften eintritt.A process is described for the production of colored fiber materials based on m-aramid fibers or fiber blends containing m-aramid fibers subsequently dyed with vat dyes, the use of carriers which are harmful to the environment and health can be dispensed with. This method is characterized in that the m-aramid fibers are subsequently dyed with vat dyes by a) applying vat dyes in an aqueous dispersion containing urea or urea derivatives directly to the m-aramid fibers or fiber blends containing m-aramid fibers and then the vat pigment is fixed on the fiber materials, or b) the vat dyes are converted into the leuco form by adding reducing agents in an alkaline medium, the resulting vat containing urea and / or urea derivatives and the vat with the m-aramid Fibers or the fiber blends containing m-aramid fibers is brought into contact, the vat dyes are oxidatively formed from the leuco form and a fixation of the vat dyes is carried out on the fiber materials. The fiber materials obtained by this process can be used advantageously for the production of clothing and equipment, in particular flame-retardant or fire protection textiles for personal protective clothing, in particular for military, fire brigade and police personnel, work clothing or for use in the contract sector. The particular advantage of the method according to the invention is that it provides colored fiber materials with high color fastness and good color yields without a significant loss of the elastic properties occurring.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung farbiger Fasermaterialien auf der Basis von mit Küpenfarbstoffen nachträglich eingefärbten m-Aramid-Fasern oder m-Aramid-Fasern enthaltenden Fasermischungen sowie die Verwendung der farbigen Fasermaterialien zur Herstellung von Bekleidungsstücken.The invention relates to a process for the production of colored fiber materials based on m-aramid fibers or fiber blends containing m-aramid fibers which are subsequently dyed with vat dyes, and the use of the colored fiber materials for the production of items of clothing.
Aramidfasern gehören im Bereich der persönlichen Schutzbekleidung vor allem aufgrund ihrer inhärent selbstverlöschenden Eigenschaften zu den mengenmäßig am häufigsten verwendeten Faserarten. Bekannte m-Aramide sind zum Beispiel Nomex® der Fa. DuPont de Nemours, Teijinconex® der Fa. Teijin oder Yantai Newstar® der Fa. Yantai. Ein großes Problem stellt die Anfärbung von Textilien aus m-Aramidfasern sowie diese enthaltenden Fasermischungen dar. Grundsätzlich lassen sich m-Aramidfasern mit ausgewählten kationischen Farbstoffen unter Hochtemperatur-Bedingungen im Auszieh- oder Kontinueverfahren färben (siehe z.B. Fiebig D., Küster B., Herlinger H.: „Eine Möglichkeit zur kontinuierlichen Färbung von Poly-m-phenylenisophthalamid“, textilpraxis intern. 49 (1994), 260-262, 265, 266 oder die
CarrierfärbungenCarrier dyeing
Üblicherweise wird eine Stückfärbung von m-Aramiden bei etwa 120°C, also unter HT(Hochtemperatur)-Bedingungen, im schwach sauren Milieu unter Zusatz erheblicher Mengen (30-90 g/l) an Carrier durchgeführt. Ohne Zusatz eines Carriers in der Färbeflotte resultieren bei den nach dem Stand der Technik heutzutage in der Produktion durchgeführten kationischen Färbungen farbschwache, nur oberflächlich angefärbte Textilmuster. Bei den verwendeten Carriern handelt es sich in der Regel um Aromaten. Häufig eingesetzt werden z.B. Benzylalkohol, Acetophenon oder 2-Phenoxyethanol. Weitere Verbindungen, die die Wirkung eines Carriers entfalten können, sind 1,2,4-Trichlorbenzol, 1-Methylnaphthalin, o-Dichlorbenzol oder n-Butylbenzoat (Roberts G. und Solanki R. in J. Soc. Dye. Col. 95 (1979), 226 und ibid. 427). Aufgrund ihrer im Allgemeinen geringen Wasserlöslichkeit ist die Anwesenheit von Emulgierhilfsmittel erforderlich, damit diese in den wässrigen Farbstoffflotten emulgiert werden.Usually, m-aramids are dyed at about 120 ° C., i.e. under HT (high temperature) conditions, in a weakly acidic medium with the addition of considerable amounts (30-90 g / l) of carrier. Without the addition of a carrier in the dye liquor, the cationic dyeings carried out in production today according to the state of the art result in weakly colored textile samples that are only superficially colored. The carriers used are usually aromatics. Frequently used are e.g. Benzyl alcohol, acetophenone or 2-phenoxyethanol. Other compounds that can develop the effect of a carrier are 1,2,4-trichlorobenzene, 1-methylnaphthalene, o-dichlorobenzene or n-butylbenzoate (Roberts G. and Solanki R. in J. Soc. Dye. Col. 95 ( 1979), 226 and ibid. 427). Due to their generally low solubility in water, the presence of emulsifying auxiliaries is necessary so that these are emulsified in the aqueous dye liquors.
Bei allen zur Verfügung stehenden Carriern handelt es sich um gesundheits- und umweltgefährdende Stoffe. In der Praxis der Carrierfärbung sind daher weitreichende und teure Maßnahmen erforderlich, um Emissionen von Carriern in die Luft und ins Abwasser zu minimieren. Gleichzeitig bedeutet dieses kritische Emissionsverhalten eine deutliche Einschränkung in Bezug auf die zur Verfügung stehenden Färbeverfahren. Gefärbt wird üblicherweise in geschlossenen, Hochtemperatur- und Überdruck-geeigneten Apparaten. Färbungen in quasi offenen Systemen wie zum Beispiel in einem Dämpfer oder auf einem Spannrahmen sind praktisch nicht möglich. Ein weiterer Nachteil ist, dass die Lichtechtheit der mit kationischen Farbstoffen und Carriern gefärbten Aramidmuster mangelhaft ist, was für viele Applikationen nicht genügend ist. Dispersionsfarbstoffe, die nach gängigen Rezepturen für Dispersionsfärbungen auf Aramid mit Carrierzusatz gefärbt werden, zeigen eine relativ schwache Farbausbeute. Gleichzeitig sind die Lichtechtheiten, selbst bei Verwendung von hochlichtechten Dispersionsfarbstofftypen, generell schlecht (siehe
Verfahren der FaservorbehandlungProcess of fiber pretreatment
Weitere nach dem Stand der Technik beschriebene Alternativen zielen auf die Vorbehandlung der Faser durch geeignete Maßnahmen ab, die eine erhöhte Affinität der Faseroberfläche zu verschiedenen Farbstoffen auslösen. In
Küpen- und KüpenpigmentfärbungVat and vat pigment coloring
Als Alternative zum Färben mit kationischen (basischen) Farbstoffen sind im Stand der Technik Ansätze beschrieben, m-Aramide mit Küpenfarbstoffen einzufärben. Küpenfarbstoffe werden gewöhnlich für cellulosische Fasermaterialien verwendet, und zwar dann, wenn hohe Farbechtheiten gefordert sind. Bekannt sind hier die von der BASF Ludwigshafen entwickelten Indanthrenfarbstoffe, die exzellente Lichtechtheiten aufweisen. Die allgemeinen Verfahrensprinzipien, die dem Färben von Baumwolle mit Küpenfarbstoffen zugrunde liegen, sind dem Fachmann bekannt. Erster Schritt des Färbeprozesses ist die Verküpung des wasserunlöslichen Farbstoffes durch geeignete Reduktionsmittel in alkalischem Medium. Es entsteht die wasserlösliche, molekular vorliegende und im Allgemeinen gelblich erscheinende Leukoform. Speziell zur Cellulose besitzen die Moleküle der Leukoform im Alkalischen eine hohe Affinität, so dass sie gut auf die Cellulosefaser aufziehen. Nach dem Aufziehen erfolgt die Oxidation durch Luftsauerstoff (oder andere Oxidationsmittel), wodurch sich der wasserunlösliche Farbstoff zurückbildet und dabei im Porensystem der Cellulose fest verankert wird. Letzter Schritt der Färbung ist ein Nachseifprozess, bei dem oberflächlich anhaftende Farbstoffe entfernt werden und auch die Brillanz der Färbung gesteigert wird. Je nach Redoxpotenzial, Farbstoffkonstitution und temperaturabhängiger Affinität des jeweils zu betrachtenden Farbstoffs zur Faser haben sich unterschiedliche Varianten des Standardverfahrens entwickelt. Neben diesem Standardprozess gibt es noch einige besondere Verfahrensweisen der Küpenfärbung, die speziell für die Kolorierung synthetischer Fasern interessant sein können. In der
Gähr und Berndt beschreiben in TextilPlus 2018, Heft 5/6, S. 16-19 ein Leuko-HT-Verfahren, welches an den oben beschriebenen Prozess des Küpenfärbens von Baumwolle angelehnt ist. Jedoch sind zum Färben von Artikeln aus 100% m-Aramid sowie z.B. Nomex®Comfort (93% m-Aramid, 5% p-Aramid und 2% Antistatikfaser), analog zur Färbung mit kationischen Farbstoffen, HT-Bedingungen (115°C) sowie der Zusatz eines Carriers notwendig. Die resultierenden Textilmuster sind bei Carrierzusatz farbtief. Die Lichtechtheiten liegen ohne Carrierzusatz je nach Farbstoff auf einem deutlich höheren Niveau als bei kationisch gefärbten Aramiden. Der Zusatz eines Carriers im Färbebad führt, analog der kationischen Färbung, generell zu deutlich verbesserten Farbausbeuten, gleichzeitig ergeben sich durch den Carrier jedoch Einbußen in der Lichtechtheit um 1-2 Notenpunkte.In TextilPlus 2018, issue 5/6, pp. 16-19, Gähr and Berndt describe a Leuko-HT process that is based on the process of vat dyeing of cotton described above. However, for dyeing articles made of 100% m-aramid and e.g. Nomex ® Comfort (93% m-aramid, 5% p-aramid and 2% antistatic fibers), analogous to dyeing with cationic dyes, HT conditions (115 ° C) as well as the addition of a carrier necessary. The resulting textile samples are deep in color when a carrier is added. Without the addition of a carrier, the lightfastness is, depending on the dye, at a significantly higher level than with cationically colored aramids. The addition of a carrier in the dyebath generally leads, analogously to the cationic dyeing, to significantly improved color yields; at the same time, however, the carrier results in a loss of light fastness by 1-2 points.
In der
In der
Probleme nach dem Stand der Technik Prior Art Problems
Alle beschriebenen Verfahren der nachträglichen Einfärbung von m-Aramidfasern, sei es diskontinuierlich oder kontinuierlich, haben die Nachteile erstens einer mangelhaften Farbaufnahme, sofern auf Carrier verzichtet wird und zweitens, dass die gefärbten Textilien ungenügende Farbechtheiten, insbesondere eine schlechte Lichtechtheit aufweisen. Dies ist die Ursache dafür, dass der überwiegende Anteil gefärbter Aramidfasern heute immer noch spinngefärbt in den Handel kommt (>90%), dies mit sämtlichen Nachteilen, die von spinngefärbten Fasern hinreichend bekannt sind:
- - ein rascher Wechsel auf den vom Kunden gewünschten Farbton ist erschwert,
- - viele Farbtöne für die Dichromie- oder Trichromiefärbungen die Voraussetzung sind, sind nicht einstellbar und daher nicht realisierbar,
- - es müssen ständig spinngefärbte Fasern in größerer Menge vorgehalten werden, um bei Bedarf, d.h. Auftragseingang, rasch reagieren zu können,
- - bei Fasermischungen müssen die Farbtöne beider Fasern meist entsprechend angepasst sein,
- - a quick change to the color required by the customer is difficult,
- - many color tones for which dichromatic or trichromatic colors are required, cannot be set and therefore cannot be implemented,
- - Spun-dyed fibers have to be kept in large quantities at all times in order to be able to react quickly when required, i.e. incoming orders,
- - In the case of fiber blends, the color tones of both fibers must usually be adjusted accordingly
Das Thema der nachträglichen Einfärbung von m-aramidhaltigen Fasermaterialien, und zwar in den notwendigen hohen Echtheiten und ohne Einsatz von Carriern, genießt aus diesen Gründen in der Textilindustrie daher eine hohe Priorität. Die Verwendung von Carriern stellt aus ökologischer Sicht ein großes Problem dar. Von diesen geht eine starke Geruchsbelästigung am Arbeitsplatz aus und sie machen aufwändige Maßnahmen hinsichtlich der Minimierung von Emissionen und getrennter Entsorgung von carrierhaltigen Restflotten erforderlich.The subject of the subsequent coloring of m-aramid-containing fiber materials, namely with the necessary high fastness properties and without the use of carriers, therefore enjoys high priority in the textile industry. The use of carriers poses a major problem from an ecological point of view. These emit a strong odor nuisance at the workplace and they require complex measures with regard to minimizing emissions and separate disposal of residual fleets containing carriers.
Ein weiteres Problem der Carrierfärbung ergibt sich beim Färben von Fasermischungen aus m-Aramid mit anderen flammhemmenden Fasern, wie zum Beispiel Viskose FR, Modal FR oder Lyocell FR (FR = flame retardant). Die flammhemmenden Cellulosefasern werden den m-Aramidfasern gerne aus Komfortgründen zugemischt. Die nachträgliche Einfärbung erfolgt mit kationischen Farbstoffen. In der Regel enthalten sie zum Zweck der Schwerentflammbarkeit Additive auf Basis von Phosphor-Schwefel-Verbindungen (siehe z.B.
Ein weiterer Nachteil nach dem Stand der Technik durchgeführter Färbefahren mit Carriern ist der, dass solche Färbungen bei Maschenwaren zu unbefriedigenden textilen Eigenschaften führen. Maschenwaren zeichnen sich gegenüber Geweben durch eine deutlich höhere Elastizität und, vor allem im Falle von Bekleidungstextilien, auch durch einen leichteren und meist weicheren Griff aus. Maschenwaren, zu denen Strickwaren und Wirkwaren zählen, sind bei thermischer oder hydrothermischer Behandlung wesentlich empfindlicher gegen mechanischen Stress als Gewebe. Sie verlieren rascher ihre Elastizität, was sich im Zug-/Dehnungsversuch bezüglich der Hysterese in einer verminderten Rücksprungkraft und einer erhöhten bleibenden Dehnung ausdrückt. Diese vorteilhaften Eigenschaften werden im Zuge einer Einfärbung unter HT-Bedingungen bei Zusatz der erwähnten aromatischen Carrier negativ beeinflusst.A further disadvantage of dyeing runs with carriers carried out according to the prior art is that such dyeings lead to unsatisfactory textile properties in knitted fabrics. Compared to woven fabrics, knitted goods are characterized by a significantly higher elasticity and, especially in the case of clothing textiles, also by a lighter and usually softer handle. Knitted goods, which include knitted goods and knitted goods, are significantly more sensitive to mechanical stress than woven fabrics when subjected to thermal or hydrothermal treatment. They lose their elasticity more quickly, which is expressed in the tensile / elongation test with regard to the hysteresis in a reduced rebound force and an increased permanent elongation. These advantageous properties are negatively influenced in the course of coloring under HT conditions when the aromatic carriers mentioned are added.
Ein besonderer Nachteil der Carrierfärbung ist der, dass die gefärbten m-Aramidfasern noch Reste an Carrier enthalten, die durch einfache Waschprozesse am Ende der Veredelungskette nur schwer zu entfernen sind. Dies bedeutet, dass in den gefärbten aramidhaltigen Fasern, Garnen oder Textilien bei Auslieferung an den Kunden häufig noch Carrier zumindest in Spuren vorhanden ist (siehe Beispiel 1).A particular disadvantage of carrier dyeing is that the dyed m-aramid fibers still contain residues of carriers that are difficult to remove by simple washing processes at the end of the finishing chain. This means that in the dyed aramid-containing fibers, yarns or textiles when they are delivered to the customer, carriers are often still present, at least in traces (see example 1).
Aufgabe der ErfindungObject of the invention
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, der industriellen Praxis ein Verfahren zur nachträglichen Einfärbung von m-Aramidfasern und m-Aramid enthaltenden Fasermischungen bereitzustellen, das auf die Verwendung umwelt- und gesundheitsschädlicher Carrier verzichtet und trotzdem gute Farbausbeuten und Echtheiten liefert. Gleichzeitig ist der Einsatz von in Frage kommenden Spinnlösemitteln für m-Aramide, die als carrierähnlich wirkende Plastifizierungsmittel wirken, auszuschließen.The object of the present invention is therefore to provide industrial practice with a process for the subsequent coloring of m-aramid fibers and fiber blends containing m-aramid, which process dispenses with the use of carriers that are harmful to the environment and health and nevertheless good color yields and Provides fastnesses. At the same time, the use of suitable spinning solvents for m-aramids, which act as plasticizers with a carrier-like effect, must be ruled out.
Aufgabe der Erfindung ist es weiterhin, Färbungen in Farbtönen, die nach dem Stand der Technik üblicherweise auf m-Aramid nur über Di- oder Trichromien erreicht werden, in hohen Echtheiten und ohne Verwendung eines Carriers zu realisieren.It is a further object of the invention to achieve dyeings in color shades which, according to the prior art, are usually achieved on m-aramid only via di- or trichromats, with high fastness properties and without using a carrier.
Gemäß einer weiteren Aufgabe der Erfindung soll das erfindungsgemäße Färbeverfahren auch für m-aramidhaltige Maschenwaren zur lichtechten Einfärbung geeignet sein, ohne dass ein signifikanter Verlust der elastischen Eigenschaften eintritt.According to a further object of the invention, the dyeing process according to the invention should also be suitable for lightfast dyeing of m-aramid-containing knitted fabrics without a significant loss of the elastic properties occurring.
Gemäß einer weiteren Aufgabe soll das erfindungsgemäße Verfahren auf gängigen Färbeapparaten und Maschinen der Textilindustrie durchführbar sein. Insbesondere soll es das Arbeiten in quasi offenen Färbemaschinen erlauben.According to a further object, the method according to the invention should be able to be carried out on conventional dyeing apparatus and machines in the textile industry. In particular, it should allow working in quasi-open dyeing machines.
Lösungsolution
Erfindungsgemäß werden die obigen Aufgaben durch ein Verfahren zur Herstellung farbiger Fasermaterialien auf der Basis von mit Küpenfarbstoffen nachträglich eingefärbten m-Aramid-Fasern oder m-Aramid-Fasern enthaltenden Fasermischungen gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die m-Aramid-Fasern nachträglich mit Küpenfarbstoffen eingefärbt werden, indem a) Küpenfarbstoffe in einer Harnstoff bzw. Harnstoffderivate enthaltenden wässrigen Dispersion direkt auf die m-Aramid-Fasern oder die m-Aramid-Fasern enthaltenden Fasermischungen aufgebracht werden und anschließend eine Fixierung des Küpenpigments auf den Fasermaterialien durchgeführt wird, oder b) die Küpenfarbstoffe durch Zusatz von Reduktionsmitteln in alkalischem Medium in die Leukoform überführt werden, wobei die anfallende Küpe Harnstoff und/oder Harnstoffderivate enthält und die Küpe mit den m-Aramid-Fasern oder den m-Aramid-Fasern enthaltenden Fasermischungen in Kontakt gebracht wird, die Küpenfarbstoffe oxidativ aus der Leukoform gebildet werden und eine Fixierung der Küpenfarbstoffe auf den Fasermaterialien durchgeführt wird.According to the invention, the above objects are achieved by a process for the production of colored fiber materials based on m-aramid fibers or fiber blends containing m-aramid fibers subsequently colored with vat dyes, which is characterized in that the m-aramid fibers are subsequently dyed with vat dyes are colored by a) vat dyes in an aqueous dispersion containing urea or urea derivatives are applied directly to the m-aramid fibers or the fiber blends containing m-aramid fibers and then a fixation of the vat pigment is carried out on the fiber materials, or b) the vat dyes are converted into the leuco form by adding reducing agents in an alkaline medium, the resulting vat containing urea and / or urea derivatives and the vat being brought into contact with the m-aramid fibers or the fiber mixtures containing m-aramid fibers Vat dyes oxidatively from the Le ukoform are formed and a fixation of the vat dyes is carried out on the fiber materials.
Die obigen Aufgaben werden also erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Färben mit Küpenfarbstoffen unter gleichzeitiger Einwirkung von Harnstoff und/oder Harnstoffderivaten durchgeführt wird. Überraschenderweise wurde gefunden, dass Harnstoff eine positive Wirkung auf die Färbegeschwindigkeit und die Farbtiefe ausübt, ohne die Farbechtheiten zu verschlechtern. Beim Harnstoff handelt es sich um eine gut umwelt- und körperverträgliche Substanz. Weitere Vorteile von Harnstoff sind:
- - die Geruchsneutralität,
- - eine hervorragende Wasserlöslichkeit, die zum einen den Einsatz von Emulgierhilfsmitteln erübrigt und zum zweiten für eine leichte Auswaschbarkeit des Harnstoffs am Ende der Färbung sorgt,
- - seine hydrotropen Eigenschaften, die für die Löslichkeit der handelsüblichen Küpenfarbstoffpigmente förderlich sind und zur Beschleunigung der Farbstoffdiffusion in die m-Aramidfasern beitragen,
- - seine hygroskopischen Eigenschaften, die insbesondere bei Farbstofffixierungsprozessen in einem Dämpfer oder auf einem Spannrahmen zum Tragen kommen.
- - Die Färbung der m-Aramidfasern kann nach Verfahren der für Küpenfarbstoffe üblichen Färbepraxis durchgeführt werden.
- - the odorlessness,
- - excellent water solubility, which on the one hand makes the use of emulsifying aids unnecessary and on the other hand ensures that the urea can be easily washed out at the end of the dyeing process,
- - its hydrotropic properties, which are beneficial for the solubility of the commercially available vat dye pigments and contribute to the acceleration of the dye diffusion into the m-aramid fibers,
- - Its hygroscopic properties, which are particularly useful in dye fixation processes in a steamer or on a tenter frame.
- - The dyeing of the m-aramid fibers can be carried out according to the usual dyeing practice for vat dyes.
Als Harnstoffderivate sind bevorzugt wasserlösliche Verbindungen wie Biuret oder O-Alkylharnstoffe zu nennen.Water-soluble compounds such as biuret or O-alkylureas are preferred as urea derivatives.
Die Erfindung kann vielfältige vorteilhafte Weiterbildungen erfahren, auf die zunächst nachfolgend eingegangen wird: Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Art der Fasern, die nachträglich eingefärbt werden sollen, nicht kritisch. Es ist bevorzugt, dass die m-Aramid-Fasern und die m-Aramid-Fasern enthaltenden Fasermischungen auf Faserflocken, Faserkabeln, Kammzügen, Vorgarnen, Garnen, Geweben, Maschenwaren, insbesondere Gestricke und Gewirke, Geflechte oder Vlies beruhen. Besonders bevorzugt ist es, wenn in den m-Aramid enthaltenden Fasermischungen weitere mit Küpenfarbstoffen einfärbbare Fasern enthalten sind, insbesondere in Form von Viskose-, Modal-, Lyocell-, Polyamid- und/oder Polypropylen-Fasern und/oder Wolle. Die angesprochenen weiteren Fasern erfahren dadurch eine vorteilhafte Ausbildung, dass sie inhärent flammhemmend sind und einen LOI nach ASTM D2863 von mindestens 23, insbesondere von mindestens 27, aufweisen. Vorteilhafterweise liegen die weiteren Fasern als Cellulose-, Celluloseregenerat-, aliphatische, aliphatisch-aromatische und aromatische Polyamid- und/oder Polyester-Fasern vor. Bei Einsatz von weiteren Fasern ist es vorteilhaft, wenn diese, bezogen auf das Gesamtgewicht der Fasermischungen, etwa 1 bis 75 Gew.-%, insbesondere etwa 5 bis 60 Gew.-%, ausmachen.The invention can experience a wide variety of advantageous developments, which will first be discussed below: When carrying out the method according to the invention, the type of fibers that are to be colored subsequently is not critical. It is preferred that the m-aramid fibers and the fiber blends containing m-aramid fibers are based on fiber flocks, fiber tows, slivers, rovings, yarns, woven fabrics, knitted fabrics, in particular knitted and knitted fabrics, braids or fleece. It is particularly preferred if the fiber blends containing m-aramid contain further fibers which can be dyed with vat dyes, in particular in the form of viscose, modal, lyocell, polyamide and / or polypropylene fibers and / or wool. The further fibers mentioned experience an advantageous design in that they are inherently flame-retardant and have an LOI according to ASTM D2863 of at least 23, in particular of at least 27. The further fibers are advantageously in the form of cellulose, regenerated cellulose, aliphatic, aliphatic-aromatic and aromatic polyamide and / or polyester fibers. When used of further fibers, it is advantageous if these make up about 1 to 75% by weight, in particular about 5 to 60% by weight, based on the total weight of the fiber mixtures.
Die Teilchengröße der Küpenfarbstoffe beim Verfahrensschritt a) ist nicht kritisch. Es ist jedoch zweckmäßig, wenn diese im Schritt a) eine Partikelgröße von etwa 0,1 bis 3 µm, insbesondere von etwa 0,2 bis 0,8 µm, aufweisen.The particle size of the vat dyes in process step a) is not critical. However, it is expedient if, in step a), these have a particle size of about 0.1 to 3 μm, in particular about 0.2 to 0.8 μm.
In der Wahl der Küpenfarbstoffe ist der Fachmann nicht eingeschränkt. Es gilt als bevorzugt, dass die Küpenfarbstoffe in Form von Indigo-, Indigoderivat-, Anthrachinon-, Anthrachinonoxazol-, Anthrachinoncarbazol-, Indanthron-, Flavanthron- , Benzanthron- oder Pyranthron-Farbstoffen oder Schwefelfarbstoffen eingesetzt werden. Konkret bevorzugte Küpenfarbstoffe werden als C.I. Vat Green 1, Vat Green 13, C.I. Vat Red 32, C.I. Vat Red 10, C.I. Vat Blue 4, C.I. Vat Blue 20, C.I. Vat Yellow 28, C.I. Vat Orange 29, C.I. Vat Brown 9, C.I. Vat Black 9 und/oder C.I. Sulphur Black 9 eingesetzt.The person skilled in the art is not restricted in the choice of vat dyes. It is considered preferred that the vat dyes are used in the form of indigo, indigo derivative, anthraquinone, anthraquinone oxazole, anthraquinone carbazole, indanthrone, flavanthrone, benzanthrone or pyranthrone dyes or sulfur dyes. Specifically preferred vat dyes are listed as C.I. Vat Green 1, Vat Green 13, C.I. Vat Red 32, C.I. Vat Red 10, C.I. Vat Blue 4, C.I. Vat Blue 20, C.I. Vat Yellow 28, C.I. Vat Orange 29, C.I. Vat Brown 9, C.I. Vat Black 9 and / or C.I. Sulfur Black 9 was used.
Auch beim Auftrag der wässrigen Dispersion im Schritt a) und der Küpe im Schritt b) unterliegt die Erfindung keinen kritischen Einschränkungen. Es gilt als bevorzugt, dass die wässrige Dispersion im Schritt a) und die Küpe im Schritt b) mit einem Foulard, einer Pflatsche oder einer Rakel kontinuierlich aufgetragen werden oder das Inkontaktbringen mit dem Fasermaterial in Form eines diskontinuierlichen Ausziehverfahrens durchgeführt wird. Ferner ist es bevorzugt, dass die wässrige Dispersion im Schritt a) und die Küpe im Schritt b) etwa 0,1 bis 10 mol/l, insbesondere 1 bis 5 mol/l und besonders bevorzugt 2 bis 4 mol/l Harnstoff und/oder Harnstoffderivat enthalten.The invention is also not subject to any critical restrictions when applying the aqueous dispersion in step a) and the vat in step b). It is considered preferred that the aqueous dispersion in step a) and the vat in step b) are applied continuously with a padder, pad or doctor blade, or the contacting with the fiber material is carried out in the form of a discontinuous exhaust process. It is also preferred that the aqueous dispersion in step a) and the vat in step b) have about 0.1 to 10 mol / l, in particular 1 to 5 mol / l and particularly preferably 2 to 4 mol / l urea and / or Contain urea derivative.
Im Hinblick auf die Konzentration der Küpenfarbstoffe in der wässrigen Dispersion nach Schritt a) bzw. im alkalischen Medium nach Schritt b) ist es bevorzugt, dass in der wässrigen Dispersion des Schritts a) die Küpenfarbstoffe in einer Konzentration von 1,5 bis 110 g/l, insbesondere von 5 bis 60 g/l, und im alkalischen Medium im Schritt b) in einer Konzentration von 0,05 bis 30 g/l, insbesondere von 0,2 bis 20 g/l, enthalten sind. Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass nach Bildung der Küpenfarbstoffe im Schritt b) ein Nachseifschritt durchgeführt wird.With regard to the concentration of the vat dyes in the aqueous dispersion after step a) or in the alkaline medium after step b), it is preferred that the vat dyes in the aqueous dispersion of step a) in a concentration of 1.5 to 110 g / l, in particular from 5 to 60 g / l, and in the alkaline medium in step b) in a concentration of 0.05 to 30 g / l, in particular from 0.2 to 20 g / l. An advantageous further development of the method according to the invention consists in that, after the vat dyes have been formed in step b), an after-soaking step is carried out.
Nach dem Auftrag bzw. der Ausbildung der Küpenfarbstoffe nach dem Schritt a) bzw. Schritt b) ist es bevorzugt, dass die Fixierung der Küpenfarbstoffe im Schritt a) und Schritt b) durchgeführt wird als a) Trockenhitzefixierung zwischen 140 und 260°C, insbesondere zwischen 170 und 220°C, (Thermosolverfahren), b) Dampffixierung bei einer Temperatur zwischen 100 und 160°C, insbesondere zwischen 110 und 155°C, und/oder c) Ausziehfärbung zwischen 70 und 150°C, insbesondere zwischen 98 und 125°C.After the application or formation of the vat dyes after step a) or step b), it is preferred that the vat dyes are fixed in step a) and step b) as a) dry heat fixation between 140 and 260 ° C., in particular between 170 and 220 ° C, (thermosol process), b) steam setting at a temperature between 100 and 160 ° C, in particular between 110 and 155 ° C, and / or c) exhaust dyeing between 70 and 150 ° C, in particular between 98 and 125 ° C.
Im Hinblick darauf, dass die Erfindung besonders vorteilhaft mit ihren Effekten in Erscheinung tritt, wenn keine Carrier-Materialien vorliegen, gilt es demzufolge als sehr zweckmäßig, dass bei der Durchführung des Verfahrens Carrier-Materialien, insbesondere Benzylalkohol, Acetophenon oder 2-Phenoxyethanol, weitgehend ausgeschlossen sind.In view of the fact that the effects of the invention appear particularly advantageously when there are no carrier materials, it is therefore considered very useful that carrier materials, in particular benzyl alcohol, acetophenone or 2-phenoxyethanol, are largely used when carrying out the method excluded are.
Der besondere Vorteil des erfindungsgemäß erhaltenen Verfahrenserzeugnisses als solches erweist sich in seiner Verwendung. Dabei gilt die Verwendung zur Herstellung von Bekleidungsstücken und Ausrüstungsgegenständen, insbesondere von flammhemmenden oder Feuerschutztextilien für persönliche Schutzbekleidung, insbesondere für Militär-, Feuerwehr- und Polizeipersonal, von Berufsbekleidung, von Gesichtsmasken und Schutzhauben (Balaclava), von Handschuhen, von Unterwäsche (long-arm-shirts, Long-Johns), von Hüllen für Heißluftballone oder zum Einsatz im Objektbereich, als besonders bevorzugt.The particular advantage of the process product obtained according to the invention as such is shown in its use. The use for the production of clothing and equipment, in particular flame-retardant or fire-resistant textiles for personal protective clothing, in particular for military, fire brigade and police personnel, work clothing, face masks and protective hoods (balaclava), gloves, underwear (long-arm) applies -shirts, Long-Johns), covers for hot air balloons or for use in the contract sector, are particularly preferred.
In Übereinstimmung mit den obigen bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung sollen die nachfolgenden Ausführungen verstanden werden, die einerseits weitere vorteilhafte Weiterbildungen betreffen, jedoch auch der Erläuterung des oben im Einzelnen dargestellten erfindungsgemäßen Verfahrens dienen sollen:
- Das erfindungsgemäße Verfahren ist auf vielen gängigen Färbeapparaten und Maschinen der Textilindustrie durchführbar. Hierzu zählen diskontinuierliche Verfahren, die in Form einer Auszieh- oder Stückfärbung unter Anwendung praxisüblicher Flottenverhältnisse durchgeführt werden. Für die Ausziehfärbung kann beispielsweise ein Jigger, eine Haspelkufe oder ein Färbe-Jet eingesetzt werden. Andere Färbeverfahren der Stückfärbung oder der Garnfärbung, wie zum Beispiel das Färben auf dem Baum bzw. auf der Spule, sind besonders vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens. Für das Arbeiten nach dem Ausziehverfahren wird bevorzugt aus der Küpe und unter HT-Bedingungen in geeigneten Überdruck-geeigneten Behältern gefärbt. Der Farbstoff wird in alkalischem Medium durch Reduktionsmittelzugabe zunächst verküpt, dann mit dem Fasermaterial in Kontakt gebracht, und dann fixiert beziehungsweise oxidiert. (Prinzipiell entspricht dieses Verfahren dem Stand der Technik mit dem Unterschied, dass die Färbeflotten Harnstoff anstelle eines Carriers enthalten.) Je nach Dichte des Materials bzw. des Wickelkörpers ist aber auch das Färben mit feinstverteilten Küpenpigmenten möglich. Hierbei wird auf die Verküpung verzichtet.
- The method according to the invention can be carried out on many common dyeing apparatus and machines in the textile industry. These include discontinuous processes which are carried out in the form of exhaust or piece dyeing using liquor ratios customary in practice. For example, a jigger, a reel runner or a dye jet can be used for exhaust dyeing. Other dyeing methods of piece dyeing or thread dyeing, such as dyeing on the tree or on the bobbin, are particularly advantageous embodiments of the method according to the invention. For working according to the exhaust process, dyeing is preferred from the vat and under HT conditions in suitable containers suitable for overpressure. The dye is first vat in an alkaline medium by adding a reducing agent, then brought into contact with the fiber material and then fixed or oxidized. (In principle, this process corresponds to the state of the art, with the difference that the dye liquors contain urea instead of a carrier.) Depending on the density of the material or the wound body, dyeing with finely divided vat pigments is also possible. There is no linking here.
Aufgrund der Geruchsneutralität von Harnstoff ist aber auch eine kontinuierliche Verfahrensweise möglich. Hierbei werden die m-Aramid enthaltenden Fasermaterialien zunächst mittels eines geeigneten Auftragsgerätes mit der harnstoffhaltigen Küpenfarbstoffflotte imprägniert. Die Farbstoffflotten werden auch als Klotzflotten bezeichnet. Unter Klotzflotte wird eine hochkonzentrierte Lösung eines oder mehrerer Farbstoffe verstanden, mit der eine Textilbahn unter Zuhilfenahme eines geeigneten Auftragsgeräts imprägniert wird. Geeignete Auftragsgeräte sind zum Beispiel ein Foulard, eine Pflatsche, Walzen- oder Rakelsysteme. Bevorzugt kommt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Foulard zum Einsatz.Due to the odorless nature of urea, however, a continuous procedure is also possible. Here, the fiber materials containing m-aramid are first impregnated with the urea-containing vat dye liquor using a suitable applicator. The dye liquors are also referred to as padding liquors. Padding liquor is understood to mean a highly concentrated solution of one or more dyes with which a textile web is impregnated with the aid of a suitable applicator. Suitable application devices are, for example, a padder, a pad, roller or doctor blade systems. A padder is preferably used in the method according to the invention.
Nach dem Auftrag und einer optional durchgeführten Vortrocknung wird der Farbstoff anschließend durch eine Heißbehandlung fixiert. Die eigentliche Fixierreaktion des Farbstoffs in der m-Aramidfaser erfolgt nach den technisch üblichen Verfahren durch Trockenhitze bei Temperaturen zwischen 150 bis 250°C oder durch Heißdampf bei 120 bis 170°C. Die Heißbehandlung erfolgt nach üblichen Verfahren der Textilausrüstung. Diese sind dem Fachmann bekannt und in ihrer Ausgestaltung variabel und der jeweiligen Situation im Betrieb anpassbar. Sie kann beispielsweise nach dem Pad Steam- (Klotz-Dämpfverfahren) oder nach dem Pad-Dry-Verfahren (Klotz-Trockenhitzefixierverfahren) durchgeführt werden. Diese kontinuierlichen Verfahren können beispielsweise mit einem Dämpfer bzw. einem Spannrahmen oder einer Rollenkufe durchgeführt werden. Während dieses Heißbehandlungsschritts wirkt Harnstoff, aufgrund seiner Hygroskopizität, als feuchteregulierendes Medium. Dadurch wird ein konstant feuchtes Niveau an der Faseroberfläche relativ lange aufrechterhalten, so dass eine Austrocknung vermieden wird und somit ein für die Farbstoffdiffusion günstiges Milieu aufrechterhalten wird.After application and an optional pre-drying, the dye is then fixed by a heat treatment. The actual fixing reaction of the dyestuff in the m-aramid fiber takes place according to the technically customary processes by dry heat at temperatures between 150 and 250 ° C or by superheated steam at 120 to 170 ° C. The heat treatment is carried out according to the usual methods of textile finishing. These are known to the person skilled in the art and their design is variable and can be adapted to the particular situation in operation. It can be carried out, for example, by the pad steam (pad steaming method) or by the pad dry method (pad dry heat fixing method). These continuous processes can be carried out, for example, with a damper or a tenter frame or a roller runner. During this heat treatment step, urea acts as a moisture-regulating medium due to its hygroscopicity. As a result, a constantly moist level on the fiber surface is maintained for a relatively long time, so that drying out is avoided and an environment favorable for dye diffusion is thus maintained.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gefärbten m-Aramidmaterialien zeichnen sich durch gute bis sehr gute Farbechtheiten aus. Im Gegensatz zu gewöhnlichen Carriern werden die Echtheiten durch die Harnstoffzugabe nicht negativ beeinflusst. Dies hat seine Ursache darin, dass der Harnstoff bei den Waschprozessen nach der Färbung komplett entfernt wird, während bei üblichen Carriern, je nach Intensität der Waschprozesse, immer noch mehr oder weniger große Mengen analytisch nachweisbar sind (siehe Beispiel 1). Als Carrier sind insbesondere Benzylalkohol, 2-Phenoxyethanol, Acetophenon, Phenole wie o-Phenylphenol oder Chlorkresole zu nennen. Die analytisch durch Chromatographie erfassbare Carriermenge in den nach dem erfindungsgemäß erzeugten gefärbten m-Aramidfasern liegt daher unterhalb der Nachweisgrenze, ist aber <0,1 ppm.The m-aramid materials dyed by the process according to the invention are distinguished by good to very good color fastnesses. In contrast to conventional carriers, the fastness properties are not adversely affected by the addition of urea. This is due to the fact that the urea is completely removed in the washing processes after the dyeing, while with conventional carriers, depending on the intensity of the washing processes, more or less large amounts can still be analytically detected (see Example 1). Carriers that may be mentioned are, in particular, benzyl alcohol, 2-phenoxyethanol, acetophenone, phenols such as o-phenylphenol or chlorocresols. The amount of carrier that can be analytically determined by chromatography in the dyed m-aramid fibers produced according to the invention is therefore below the detection limit, but is <0.1 ppm.
Besonders gute Lichtechheitsnoten sind mit dem Küpenpigmentverfahren möglich. Als bevorzugtes Verfahren für die Küpenpigmentfärbung von m-Aramid ist die Kombination aus einem Foulard und einem Spannrahmen geeignet. Die Konzentration der Küpenfarbstoffpigmente und des Harnstoffs in der Farbflotte kann über einen weiten Bereich variiert werden. Die Konzentration der Küpenfarbstoffpigmente erfolgt in der Regel anhand üblicher Vorgaben. Hierzu zählen die zu erzielende Farbtiefe und der gewünschte Farbton. Die bevorzugte Harnstoffkonzentration in der Klotzflotte beträgt zwischen 0,1 Mol |-1 und 6,5 Mol |-1 , bevorzugt zwischen 1,5 und 4 Mol |-1 und besonders bevorzugt zwischen 2,3 und 3,5 Mol |-1.Particularly good lightfastness grades are possible with the vat pigment process. The combination of a padder and a tenter frame is suitable as a preferred method for coloring m-aramid vat pigment. The concentration of the vat dye pigments and the urea in the dye liquor can be varied over a wide range. The concentration of the vat dye pigments is usually based on the usual specifications. This includes the color depth to be achieved and the desired color shade. The preferred urea concentration in the padding liquor is between 0.1 mol -1 and 6.5 moles | -1 , preferably between 1.5 and 4 mol | -1 and particularly preferably between 2.3 and 3.5 mol | -1 .
Neben einem oder mehreren Küpenpigmentfarbstoffen und Harnstoff kann die erfindungsgemäße Farbstoffflotte noch weitere Hilfsmittel enthalten. Zu nennen sind Migrationsverhinderer, Egalisierhilfsmittel, Entschäumer, Weichgriffhilfsmittel, Komplexbildner und Sequestriermittel sowie Salze. Weitere Zusätze sind nicht ausgeschlossen, soweit diese die Stabilität der Färbeflotte nicht negativ beeinflussen.In addition to one or more vat pigment dyes and urea, the dye liquor according to the invention can also contain further auxiliaries. Mention should be made of migration inhibitors, leveling aids, defoamers, softening aids, complexing agents and sequestering agents as well as salts. Further additives are not excluded as long as they do not negatively affect the stability of the dye liquor.
Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich, wenn die Küpenfarbstoffe in Mischung eingesetzt werden. Dies ermöglicht, im Gegensatz zu einer Färbung in der Spinnmasse, abgestufte bi- oder trichrome Färbungen, deren Realisierung zum Zwecke des Erzielens bestimmter Farbtonvorlagen wünschenswert ist. Das heißt, dass neben speziellen Farbtönen auch Färbungen in Melange-Tönen möglich sind. Es werden gefärbte m-Aramid enthaltende Fasermaterialien erhalten, die gekennzeichnet sind durch eine Lichtechtheit nach
Bei der Verwirklichung der Erfindung steht es dem Fachmann frei, mit geeigneten Vorversuchen solche Küpenfarbstoffe auszuwählen, die im Rahmen der Erfindung besonders vorteilhaft sind. When implementing the invention, the person skilled in the art is free to use suitable preliminary experiments to select those vat dyes which are particularly advantageous within the scope of the invention.
Im Gegensatz zu spinngefärbten Fasern enthalten die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugten gefärbten Fasern auch keine Spinnlösungsmittel mehr, da diese im Zuge der Färbung und der anschließenden Nachwäsche weitestgehend aus der Faser extrahiert werden. Als Spinnlösungsmittel sind insbesondere gesundheitlich bedenkliche oder als CMR-Stoffe eingestufte Spinnlösungsmittel wie Dimethylacetamid, Dimethylformamid oder Dimethylimidazolidinon zu nennen. Der Gehalt an Spinnlösungsmittel beträgt in den erfindungsgemäß gefärbten m-Aramidfasern weniger als 1 ppm.In contrast to spun-dyed fibers, the dyed fibers produced by the process according to the invention also no longer contain any spinning solvents, since these are largely extracted from the fiber in the course of the dyeing and subsequent rewashing. Spinning solvents that are particularly harmful to health or that are classified as CMR substances, such as dimethylacetamide, dimethylformamide or dimethylimidazolidinone, should be mentioned. The content of spinning solvent in the m-aramid fibers dyed according to the invention is less than 1 ppm.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der weitgehende Erhalt der elastischen Eigenschaften der gefärbten m-Aramid enthaltenden Textilien. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich aufgrund der herrschenden milderen Fixierbedingungen daher besonders auch zur Färbung von Maschenwaren. Die Einwirkung von Carriern führt zu einer verstärkten Quellung der Faser und Beweglichkeit der Molekülketten der m-Aramide unter den hydrothermischen Bedingungen der HT-Färbung. Nach dem Trocknen wird bei Maschenwaren daher in der Regel ein steiferer Warengriff und eine verminderte Elastizität erhalten, was als störend empfunden wird. Durch die Eliminierung von Carriern aus der Färbeflotte entfällt dieser Quellungsschritt beim erfindungsgemäßen Verfahren. Hydrotrop wirkende Substanzen wie Harnstoff zeigen in Bezug auf die Faserquellung bei m-Aramidfasern einen nur marginalen Einfluss, so dass die Elastizität der mit dem anspruchsgemäßen Färbeverfahren erhaltenen Maschenwaren weitgehend erhalten bleibt (siehe Beispiel 6).Another advantage of the method according to the invention is that the elastic properties of the dyed m-aramid-containing textiles are largely retained. The method according to the invention is therefore also particularly suitable for dyeing knitted goods due to the milder fixing conditions that prevail. The action of carriers leads to increased swelling of the fibers and increased mobility of the molecular chains of the m-aramids under the hydrothermal conditions of HT dyeing. After drying, knitted fabrics therefore generally have a stiffer fabric handle and reduced elasticity, which is perceived as annoying. By eliminating carriers from the dye liquor, this swelling step is omitted in the process according to the invention. Hydrotropic substances such as urea have only a marginal influence on fiber swelling in m-aramid fibers, so that the elasticity of the knitted fabrics obtained with the dyeing process according to the claims is largely retained (see Example 6).
Beim Färben von Fasermischungen aus m-Aramid mit anderen flammhemmenden Fasern wie zum Beispiel Viskose FR, Modal FR oder Lyocell FR (FR=flame retardant) wird das der Cellulosefaser zugegebene Flammschutzmittel nicht extrahiert. Demzufolge wird die Flammwidrigkeit entsprechender Faserblends durch den Färbeprozess kaum verändert. Entsprechende Versuche mit Zahlenangaben zum Wert des Limiting Oxygen Index (LOI) sind in Beispiel 9 angegeben. Der LOI ist ein Maß für die Güte der Flammschutzausrüstung. Der LOI nach ASTM D2863 gibt den Grenzwert des Volumenbruchs an Sauerstoff in einem Sauerstoff/Stickstoff-Gasgemisch wieder, bei dem ein textiles Flächengebilde von oben nach unten gerade noch brennt. Je höher der LOI-Wert, desto besser ist der Flammschutzeffekt. Ab einem LOI von 24 spricht man von flammhemmenden und bei Werten von 27 und höher von selbstverlöschenden Eigenschaften. Nach allgemeinem Konsens besitzen inhärent flammhemmende Fasermaterialien mit dem Zusatz „FR“ (FR = flame retardant) einen LOI von mindestens 28. Der LOI von gängigen Nomex®-Artikeln liegt zwischen 28 und 30.When dyeing fiber blends made of m-aramid with other flame-retardant fibers such as viscose FR, Modal FR or Lyocell FR (FR = flame retardant), the flame retardant added to the cellulose fiber is not extracted. As a result, the flame resistance of corresponding fiber blends is hardly changed by the dyeing process. Corresponding experiments with numerical data on the value of the Limiting Oxygen Index (LOI) are given in Example 9. The LOI is a measure of the quality of the flame retardant equipment. The LOI according to ASTM D2863 indicates the limit value of the volume fraction of oxygen in an oxygen / nitrogen gas mixture at which a textile fabric is still burning from top to bottom. The higher the LOI value, the better the flame retardant effect. From an LOI of 24, one speaks of flame-retardant properties and values of 27 and higher, of self-extinguishing properties. According to general consensus, inherently flame-retardant fiber materials with the addition “FR” (FR = flame retardant) have an LOI of at least 28. The LOI of common Nomex ® items is between 28 and 30.
Die Erfindung soll anhand der nachfolgenden Beispiele näher erläutert werden.The invention is to be explained in more detail with the aid of the following examples.
Die Bestimmung der Lichtechtheit erfolgte in allen Beispielen nach
- Gerät: Xenotest Beta LM der Fa. Atlas
- Lichtechtheit bei 50 °C
- Bewertung nach 72 Stunden Belichtung
- Device: Xenotest Beta LM from Atlas
- Lightfastness at 50 ° C
- Evaluation after 72 hours of exposure
Bestimmung der Waschechtheit nach EN ISO 105-C08:
- Prüfung A1M mit Mehrfaser-Begleitgewebe
- 40°C / 150 ml / 45 min / 10 Stahlkugeln
- 4 g/l Skip-Waschmittel (ohne opt. Aufheller)
- Examination A1M with multifiber accompanying fabric
- 40 ° C / 150 ml / 45 min / 10 steel balls
- 4 g / l skip detergent (without optical brightener)
Bestimmung der Reibechtheiten trocken/nass nach EN ISO 105 - X12:
- Begleitgewebe Baumwolle, ISO 105 - F09
- Cotton accompanying fabric, ISO 105 - F09
Beispiel 1 (Ausziehfärbung von Stückware):Example 1 (exhaust dyeing of piece goods):
Die Färbungen wurden in Form von Ausziehfärbungen auf dem Färbebaum durchgeführt. Verwendet wurde eine Maschenware mit der Bezeichnung Nomex Comfort®, bestehend aus 93% Nomex®, 5% Kevlar® und 2% Antistatikfaser. Es wurden wässrige Flotten folgender Zusammensetzung angesetzt: Die Flotten enthielten jeweils 90 g/l Harnstoff, 6 g/l stabilisiertes Formaldehydsulfoxylat (Reduktionsmittel Rongal HT), 10 ml/l 32,5 Gew.%-ige Natronlauge sowie 2 g/l eines Dispergierhilfsmittels (Naphthalinsulfonat).
- Farbstoffflotte 1 für den Farbton Oliv:
- 5% C.I. Vat Green 13, bezogen auf das Gewicht des Fasermaterials
- Farbstoffflotte 2 für den Farbton Pantone:
- 2,5% C.I. Vat Brown 9 + 2,1% C.I. Vat Orange 29
- Farbstoffflotte 3 für den Farbton Gelblich-Blau:
- 1,7% C.I. Vat Blue 4 + 0,6% C.I. Vat Green 1 + 0,3% C.I. Vat Yellow 28
- Farbstoffflotte 4 für den Farbton dunkeloliv:
- 6,0% C.I. Vat Black 9 + 2,5% C.I. Vat Green 1
- Dye liquor 1 for the color olive:
- 5% CI Vat Green 13, based on the weight of the fiber material
- Dye liquor 2 for the color shade Pantone:
- 2.5% CI Vat Brown 9 + 2.1% CI Vat Orange 29
- Dye liquor 3 for the yellowish blue color:
- 1.7% CI Vat Blue 4 + 0.6% CI Vat Green 1 + 0.3% CI Vat Yellow 28
- Dye liquor 4 for the color dark olive:
- 6.0% CI Vat Black 9 + 2.5% CI Vat Green 1
Die Färbungen der Ware wurden im Wickelkörper (Baum) in 400 ml Färbebechern in einem Turbomat (Fa. Ahiba) bei einem Flottenverhältnis von 1:12 durchgeführt.The dyeing of the goods was carried out in the wound body (tree) in 400 ml dyeing beakers in a Turbomat (from Ahiba) with a liquor ratio of 1:12.
Färbung:Coloring:
Mit 3°C/min auf 115°C aufheizen, 35 min bei 115°C
AbkühlenHeat at 3 ° C / min to 115 ° C, 35 min at 115 ° C
cooling down
Oxidation:
- 4 g/l Wasserstoffperoxid (35%-ig), pH 5, 35 min bei Raumtemperatur.
- 4 g / l hydrogen peroxide (35%), pH 5, 35 min at room temperature.
Seifen und Spülen:
- 1. Bad: 1,5 g/l Dispergator, 10 min bei 100°C
- 2. Bad: 1 g/l anionaktives Tensid, 15 min bei 100°C
- 3. Bad: deionisiertes Wasser, 10 min bei 100°C
- 4.-6. Bad: deionisiertes Wasser, 80°C, je 3 min
- 1st bath: 1.5 g / l dispersant, 10 min at 100 ° C
- 2nd bath: 1 g / l anionic surfactant, 15 min at 100 ° C
- 3rd bath: deionized water, 10 min at 100 ° C
- 4th-6th Bath: deionized water, 80 ° C, 3 min each
In der nachfolgenden Tabelle sind die Farbtiefen der Färbungen anhand des K/S-Wertes dargestellt. Die Werte in Klammern für die K/S-Werte und Lichtechtheitsnoten stehen für die entsprechenden Färbungen ohne Harnstoffzugabe.
Tabelle 1a: Farbtiefen (K/S-Werte) und Lichtechtheitsnoten
Vergleichsbeispiel :Comparative example:
Die Färbungen wurden identisch durchgeführt, mit dem Unterschied, dass anstelle von Harnstoff in der Farbstoffflotte 70 g/l Benzylalkohol als Carrier zugesetzt wurde (Farbflotte „Nr.- BA“).
Tabelle 1 V: Farbtiefen (K/S-Werte) und Lichtechtheitsnoten für Carrierfärbung mit Benzylalkohol
Die mit Carrier gefärbten, oxidierten und gespülten Fasermaterialien wurden im Soxhlet-Extraktor mit Isopropanol extrahiert und der Gehalt an Benzylalkohol in den Extrakten mittels HPLC bestimmt. Bezogen auf das Fasergewicht ergibt sich eine Benzylalkoholmenge von durchschnittlich 0,33 Gew.-% (±0,3 Gew.-%). The fiber materials dyed with carrier, oxidized and rinsed were extracted with isopropanol in a Soxhlet extractor and the benzyl alcohol content in the extracts was determined by means of HPLC. Based on the fiber weight, the amount of benzyl alcohol averages 0.33% by weight (± 0.3% by weight).
Beispiel 2 (Garnfärbung):Example 2 (yarn dyeing):
Eingesetzt wurde ein m-Aramid-Garn der Bezeichnung Yantai Newstar® 50/1 Nm auf Färbespule gewickelt. Die Garnfärbung wurde in einem Labor-Spulenfärbeapparat (Fa. Mathis AG, CH-Oberhasli) mit einem Flottenverhältnis von 1:5 durchgeführt.The label Yantai Newstar ® was wound 50/1 Nm on a dyeing bobbin m-aramid yarn employed. The yarn was dyed in a laboratory bobbin dyeing machine (Mathis AG, CH-Oberhasli) with a liquor ratio of 1: 5.
Farbstoffflotte 5 für den Farbton Oliv:Dye liquor 5 for the color olive:
- 5% C.I. Vat Green 13 (bezogen auf das Gewicht des Fasermaterials)5% C.I. Vat Green 13 (based on the weight of the fiber material)
- 38 ml/l Natronlauge 32,5%-ig38 ml / l sodium hydroxide solution 32.5%
- 11 g/l Rongal Reducer HT (stab. Formaldehydsulfoxylat)11 g / l Rongal Reducer HT (regular formaldehyde sulfoxylate)
Varianten:
- a) ohne weiteren Zusatz
- b) 30 g/l 2-Phenoxyethanol
- c) 150 g/l Harnstoff
- a) without further addition
- b) 30 g / l 2-phenoxyethanol
- c) 150 g / l urea
Färbung:
- Aufheizen der Flotte auf 60°C und dann mit 3°C/min auf 115°C aufheizen 35 min bei 115°C
- Oxidation, Seifen und Spülen analog Beispiel 1.
- The liquor is heated to 60 ° C. and then heated to 115 ° C. at 3 ° C./min for 35 min at 115 ° C.
- Oxidation, soaping and rinsing analogous to Example 1.
Beispiel 3 (Ausziehfärbung ohne Verküpung):Example 3 (exhaust dyeing without vatting):
In einem Becherfärbeapparat Labomat der Fa. Mathis AG wurde eine Ausziehfärbung mit der Farbstoffflotte 2 aus Beispiel 1 bei einem Flottenverhältnis von 1:20 durchgeführt, jedoch ohne die Zusatzstoffe Natronlauge und Formaldehydsulfoxylat (Reduktionsmittel Rongal HT). Die Bedingungen der Färbung und des Seif-/Spülvorgangs waren identisch, der Oxidationsschritt entfiel. Die Färbungen enthielten zum einen 150 g/l Harnstoff (= Flotte 6) und zum anderen 70 g/l Benzylalkohol (= Flotte 6-BA).
Tabelle 3: Farbtiefen (K/S-Werte) und Lichtechtheitsnoten
Beispiel 4 (Pad Steam- oder Klotz-Dämpf-Verfahren):Example 4 (pad steam or block steaming method):
Es wurde Gewebe mit der Bezeichnung Nomex® III der Fa. DuPont du Nemours bestehend aus 95% Nomex®, 5% Kevlar® (p-Aramid) für die Versuche herangezogen. Das Gewebe hatte ein Flächengewicht von 262 g/m2 und eine moderate Kristallinität.It has tissue called Nomex ® III of Fa. DuPont du Nemours consisting of 95% Nomex ®, 5% Kevlar ® (p-aramid) is used for the experiments. The fabric had a basis weight of 262 g / m 2 and moderate crystallinity.
Das Gewebe in einer Dimension von 45 cm x 30 cm wurde unter Zusatz von hierzu üblichen Tensiden in schwach alkalischem Medium vorgewaschen und getrocknet. Anschließend wurde mittels eines Foulards eine Klotzflotte folgender Zusammensetzung aufgebracht:
- x,y,z g/l Farbstoff
- 150 g/l Harnstoff (= 2,5 Mol/l)
- 2 g/l Dispergator (Naphthalinsulfonat)
- pH 6-7
- a) Farbton Pantone (braun):
- Farbflotte 7: 30,1 g/l C.I. Vat Brown 9 + 25,3 g/l C.I. Vat Orange 29
- b) Farbton Oliv:
- Farbflotte 8: 43 g/l C.I. Vat Green 13
- x, y, zg / l dye
- 150 g / l urea (= 2.5 mol / l)
- 2 g / l dispersant (naphthalene sulfonate)
- pH 6-7
- a) Pantone color (brown):
- Color liquor 7: 30.1 g / l CI Vat Brown 9 + 25.3 g / l CI Vat Orange 29
- b) Olive color:
- Color liquor 8: 43 g / l CI Vat Green 13
Des Weiteren wurden für beide Farbtöne die Flotten ohne Harnstoff als Vergleich angesetzt und analog gefärbt (= Flotten Nr. 9-1 und 9-2).
Flottenaufnahme: jeweils 70%
Vortrocknung: Dämpfer ohne Feuchte 2 min, 100°C, 20% GebläseIn addition, the liquors without urea were used as a comparison for both color shades and dyed analogously (= liquors no. 9-1 and 9-2).
Fleet pick-up: 70% each
Pre-drying: steamer without moisture 2 min, 100 ° C, 20% fan
Fixierung:
- Dämpfer: 5 min, 155°C, 45% Dampf
- Steamer: 5 min, 155 ° C, 45% steam
Nachseifen und Spülen erfolgten analog Beispiel 1.Subsequent soaping and rinsing were carried out as in Example 1.
Die Farbtiefe wurde anhand der K/S-Werte bestimmt; für Farbflotte 7 (Pantone) bei 500 nm und für Farbflotte 8 (Oliv) bei 440 nm. Die für die harnstofffreien Farbflotten Nr. 9-7 und 9-8 jeweils erreichten Lichtechtheitsnoten sind in der Tabelle 4b in Klammern gehalten.
Tabelle 4a: Farbtiefen (K/S-Werte)
Vergleichsbeispiel mit Carrier:Comparative example with carrier:
Die Färbungen wurden mit identischen Prozessparametern durchgeführt. Jedoch wurden in den Rezepturen anstelle von Harnstoff zwei handelsübliche Carrier eingesetzt.
Farbflotte 10: 30 g/l 2-Phenoxyethanol
Farbflotte 11: 70 g/l Benzylalkohol
Farbstoffflotte Nr. x,y-7: Farbton Pantone
Farbstoffflotte Nr. x,y-8: Farbton Oliv
Tabelle 4 V a: Farbtiefen (K/S-Werte)
Dye liquor 10: 30 g / l 2-phenoxyethanol
Dye liquor 11: 70 g / l benzyl alcohol
Dye liquor no. X, y-7: color shade Pantone
Dye liquor No. x, y-8: color shade olive Table 4 V a: Color depths (K / S values)
Beispiel 5: (Färbung eines hochkristallinen m-Aramids nach dem Pad-Dry-, Thermosol- oder Klotz-Trocken-Verfahren auf dem Spannrahmen)Example 5: (coloring of a highly crystalline m-aramid by the pad-dry, thermosol or block-dry process on the tenter frame)
Es wurde ein Gewebe mit der Bezeichnung Nomex® 450 der Fa. DuPont de Nemours für die Versuche herangezogen, bestehend aus 100% m-Aramid mit hoher Kristallinität. Das Flächengewicht betrug 140 g/m2, die Garnstärke Nm 60/2. Die Färberezepturen entsprachen denen aus Beispiel 4. Die Flottenaufnahme betrug 74%. Die Vortrocknung und Fixierung der Färbungen erfolgte auf einem Spannrahmen bei 100°C / 2 min beziehungsweise. 180°C / 3 min.It was used for the tests, a fabric with the name Nomex ® 450 of Messrs. Du Pont de Nemours, consisting of 100% m-aramid having high crystallinity. The basis weight was 140 g / m 2 , the yarn thickness Nm 60/2. The dyeing recipes corresponded to those from Example 4. The liquor pick-up was 74%. The pre-drying and fixing of the dyeings took place on a tenter frame at 100 ° C / 2 min respectively. 180 ° C / 3 min.
Nachseifen und Spülen erfolgten analog Beispiel 1.
Tabelle 5a: Farbtiefen (K/S-Werte)
Beispiel 6: (Färbung einer Maschenware aus Nomex® Comfort auf dem Spannrahmen)Example 6: (dyeing a knitted fabric made of Nomex ® Comfort on the stenter)
Es wurde eine Maschenware mit der Bezeichnung Nomex® Comfort, bestehend aus 93% Nomex®, 5% Kevlar® und 2% Antistatikfaser eingesetzt.It has been used a knitted fabric with the designation Nomex ® Comfort consisting of 93% Nomex ®, 5% Kevlar ® and 2% antistatic fiber.
Die Flottenaufnahme betrug 93%. Die Vortrocknung und Fixierung der Färbungen erfolgte auf einem Spannrahmen bei 100°C / 2 min bzw. 180°C / 3 min.The liquor pick-up was 93%. The dyeings were predried and fixed on a tenter frame at 100 ° C. for 2 minutes or 180 ° C. for 3 minutes.
Nachwäsche und Spülen erfolgten analog Beispiel 1.
Tabelle 6a: Farbtiefen (K/S-Werte)
An den verschieden behandelten Maschenwaren wurden mittels eines Zugprüfgeräts (Universalzugprüfgerät der Fa. Zwick) Hysteresemessungen durchgeführt. Bestimmt wurde die Kraft bei 38% Dehnung sowie die Restdehnung nach Entlastung. In Anlehnung an DIN 53835-13 wurden Dehnungs-/Entlastungs-Zyklen durchgeführt bei vorgegebener Dehngrenze von 38%. Es wurden jeweils die Mittelwerte aus 5 Einzelbestimmungen ermittelt.
Tabelle 6c: Werte für die Kraftaufnahme und die bleibende Dehnung im Hystereseversuch (bei einer maximalen Verdehnung von 38%)
Zur Erläuterung:
- Je höher die Kraftaufnahme und je kleiner die bleibende Dehnung, umso besser verhält sich das Material gefühlsmäßig in seinen elastischen Eigenschaften.
- The higher the force absorption and the smaller the permanent elongation, the better the material's feel in terms of its elastic properties.
Beispiel 7: (Konzentrationsreihe Harnstoff)Example 7: (concentration series urea)
Analog Beispiel 6 wurde eine Maschenware mit der Bezeichnung Nomex® Comfort eingesetzt. Es wurde analog Beispiel 6 verfahren bei variabler Harnstoffkonzentration in den Farbstoffflotten 7 und 8.
Tabelle 7: Farbtiefen (K/S-Werte)
Beispiel 8: (Färbung einer Fasermischung)Example 8: (coloring of a fiber mixture)
Es wurde ein Gewebe aus 63% Nomex®/30% Viskose FR/5% Kevlar® und 2% Antistatikfaser mit einem Flächengewicht von 290 g/m2 in der Dimension von 40 cm x 30 cm, vorgewaschen, eingesetzt.There was a fabric of 63% Nomex ® / 30% viscose FR / 5% Kevlar ® and 2% antistatic fiber having a basis weight of 290 g / m 2 in the dimension of 40 cm x 30 cm, pre-washed, are used.
Verwendet wurden die beiden Farbstoffflotten 7 und 8. Die Flottenaufnahme betrug 70%. Die Vortrocknung und Fixierung der Färbungen erfolgte analog Beispiel 5 in einem Spannrahmen bei 100°C / 2 min bzw. 180°C / 3 min.The two dye liquors 7 and 8 were used. The liquor uptake was 70%. The pre-drying and fixing of the dyeings was carried out analogously to Example 5 in a tenter at 100 ° C / 2 min or 180 ° C / 3 min.
Des Weiteren wurden für beide Farbtöne die Flotten ohne Harnstoff, aber mit Carrier Benzylalkohol, als Vergleich angesetzt und analog gefärbt (= Flotten Nr. 10-7 und 10-8).
Tabelle 8a: Farbtiefen (K/S-Werte)
Beispiel 9:Example 9:
Es wurde das Fasermischgewebe aus Beispiel 8 eingesetzt und, wie unter Beispiel 1 nach dem Küpenverfahren beschrieben, mit der harnstoffhaltigen Farbstoffflotte 1 sowie der benzylalkoholhaltigen Farbstoffflotte 1-BA im Ausziehverfahren auf dem Färbebaum (Laborfärbeapparat „Turbomat“ der Fa. Ahiba) bei einem Flottenverhältnis von 1:12 gefärbt. Vergleichend wurde eine Färbung des Fasermaterials ohne Harnstoff- bzw. Carrierzusatz unter identischen Parametern gefärbt (Farbflotte 1-0). Anschließend wurde wie in Beispiel 1 beschrieben oxidiert, nachgeseift und gespült. Nach der Trocknung und Konditionierung im Normklima wurde jeweils der Limiting Oxygen Index der gefärbten Materialien nach ASTM D2863 bestimmt.
Tabelle 9: Limiting Oxygen Index
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