DE1460758A1

DE1460758A1 - Kontinue-Verfahren zum Fixieren von Farbstoffen beim Stoffdruck und in der Faerberei

Info

Publication number: DE1460758A1
Application number: DE19651460758
Authority: DE
Inventors: Windhorst Dr-Ing August
Original assignee: Artos Dr Ing Meier Windhorst KG
Current assignee: Artos Dr Ing Meier Windhorst KG
Priority date: 1965-06-10
Filing date: 1965-06-10
Publication date: 1969-03-20
Also published as: ES327770A1; JPS5134030B1; CH487286A; US3632301A; AT305187B; CS158604B2; CH842966A4; GB1149379A

Description

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Hamburg 33, Scfivvolbonpiatz 18

Telefon Sam.-Nr. 61 II 41

Dr. Expl.

Kontinü-Verfahren zum Fixieren von Farbstoffen beim Stoffdruck und in der Färberei

In der Färberei besteht als in der Praxis anwendbares Kontinü-Verfahren zur Fixierung von Farbstoffen auf Chemiefasern und hier im besonderen von Dispersionsfarbstoffen auf synthetischen Fasern, wie Polyester-Fasern, Polyamid-Fasern und dergl. bei normalem atmosphärischem Druck das Verfahren des Thermosolierens. Bei diesem Verfahren werden die mit dem Farbstoff nass imprägnierten und danach getrockneten Textilbahnen einer Wärmebehandlung Ton ca. 1 min. in Heißluft bei einer Temperatur unterworfen, die praktisch der Temperatur der Faserfixierung der jeweils behandelten Faserart entspricht. Der größte Nachteil dieses Verfahrens liegt in einem oft hohen Farbstoffverlust durch Sublimation des Farbstoffs bei den hohen Fixiertemperaturen und der langen Behandlungszeit bzw. bei einer sehr störenden Beschränkung des

Verfahrens auf solche Farbstoffe, die geringere Neigungen zum Sublimieren aufweisen. Darüber hinaus bringt die Behandlung bei Faserfixiertemperaturen zwangsläufig starkeEinsprungwirkungen in der Warenbreite bei der Farbfixierung von Gewebe- und Gewirkebahnen. Darum wird das Thermosolieren, also das Farbfixieren, meistens auf dem in seiner Arbeitsweise teuren Fixierspannrahmen vorgenommen. Bei Thermosolierbehandlungen auf beheizten Zylindern können zwar die Fixierzeiten auf ca. 10-15 Sek. verringert werden, es ist bei diesem Verfahren jedoch unmöglich, den Breiten-Einsprung unter Kontrolle zu halten. Auch bestehen oft unerwünschte Oberflächeneffekte. Es wurde schon vorgeschlagen, die Farbfixierung in der Thermosolfärberei bei sonst gleichen Verfahrensbedingungen anstatt in Heißluft in Wasserdampf durchzuführen. Es konnten jedoch bisher keine Verfahrensweisen entwickelt werden, die sich in der Praxis bewährt haben.

In der Druckerei konnte bisher trotz vielfältigster Bemühungen eine in breitem Maßstabe anwendbare Methode der kontinuierlichen Fixierung der aufgedruckten Farbstoffe auf Chemiefasern beim Arbeiten unter normalen atmosphärischen Druckverhältnissen nicht gefunden werden. Die Methode des Thermosolierens aus der Stückfärberei war auf die Fixierung von Druckfarbstoffen bisher nicht anwendbar, da die mit den Farbstoffen aufgedruckten Verdickungen und sonstigen Chemikalbeigaben ein ausreichendes Eindif.fundieren des Farbstoffes in die Fasersubstanz verhindern.

Gewisse erste, aber bei weitem nicht befriedigende Ergebnisse konnten auf großen Druckereidämpfern mit sehr großem Wareninhalt (300-^00 m) bei Behandlungszeiten von 20-30 min. und bei Wasserdampftemperaturen von ca. 110 C erzielt werden. Die sich auf Grund der langen Behandlungszeiten ergebenden geringen Betriebsleistungen ließen dieses Verfahren kaum zur Anwendung kommen. Gedämpft werden heute Drucke auf Chemiefasern fast ausschließlich diskontinuierlich auf dem sogenannten Sternglockendämpfer. Zur Durchführung dieses Verfahrens müssen die zu fixierenden Bahnen mühselig von Hand auf den sogenannten Stern aufgehängt werden. Sie werden danach

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in Einzelpartien einer Wärmebehandlung im Wasserdampf von ca. 2 atu Überdruck mit einer Zeitdauer von 20-^0 min. ausgesetzt.

Nur in geringem Umfange wurden bisher kontinuierlich arbeitende Hochdruckdämpfer zur Fixierung im Stoffdruck eingesetzt. Die bei

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diesem Verfahren gegebenen Schwierigkeiten und Nachteile liegen wohl vor allem in der großen Abfleckungsgefahr beim Durchtritt durch die Druckschleusen und den zwangsläufig gegebenen geringen Leistungen.

Nach sorgfältigen Beobachtungen und Voruntersuchungen wurde bereits als Bestandteil der vorliegenden Erfindung folgende Aufgabe für die Entwicklung eines Verfahrens gestellt, das als neuartige hochwertige und kontinuierliche Farbfixierung zunächst in der Drucknachbehandlung zur Anwendung kommen soll, das aber danach auch zu einer wesentlich verbesserten kontinuierlichen Farbfixierung in der Färberei führen soll.

Unter Anwendung einer kontinuierlichen Aufheizung der zu fixierenden Bahnen im reinen Wasserdampf oder in einem Wasserdampf-Luft-Gemisch mit hohem Dampfgehalt durch Wasserdampfkondensation auf mindestens 90°C mit der dabei gegebenen Kondensationsbefeuchtung um 5-6 % müßte in Abwandlung aller bisher zur Anwendung gekommenen kontinuierlichen Dämpfverfahren und unter Auswertung von Hinweisen, die aus der Farbfixierung der Thermosol-Stückfärberei bei den hohen Faserfixiertemperaturen gewonnen werden konnten, ein möglichst universelles Verfahren zur Farbfixierung von Drucken auf synthetischen Fasern und von Farbklotzungen auf Chemiefaserstrukturen aller Arten weitgehendst unter Ausschaltung der bisherigen Nachteile des Thermosolierens gefunden werden.

Wenn auch im Bereich der in jedem Falle erforderlichen Aufheizung über die Kondensationsaufheizung auf mindestens 90 C hinaus die' Farbfixierung im Wasserdampf als das voraussichtlich bessere Medium erkannt wurde, so war die Aufgabe zu lösen, all die Nachteile der bisher bekannten Dämpfertypen für die Anwendung einer Behandlung bei höheren Temperaturen auszuschalten.

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ORIGINAL INSPECTED

Die endgültige Lösung mit überraschend positiven Ergebnissen wurde in folgendem gefunden ί

Unter der Voraussetzung einer ersten Aufheizung durch Wasserdampfkondensation auf ca. 100 C konnte ein hervorragender und vor allem ständig reproduzierbarer Ausfall der Farbfixierung von Dispersionsfarbstoffen eines Druckes zum Beispiel auf einem Polyestergewebe in reinem Wasserdampf von 155°C bei nur 45 Sek. Behandlungszeit gefunden werden, wenn die Aufheizung über die ersten 100 hinaus in reinem Wasserdampf mit Wärmeübergangszahlen von mindestens 50 kcal/m /⁰C u.h und vor allem mit einer Aufheiz-Charakteristik erfolgte, bei der sich die gewünschte Verweiltemperatur auf der Ware asymptotisch, d.h. zwangsläufig sich einregulierend einstellte.

Es konnte zunächst gefunden werden, daß alle bei den bisher gebräuchlichen Kontinudämpfern für höhere Behandlungstemperaturen gegebenen Störfaktoren, wie Abstrahlungseinflüsse kälterer Wandungsteile öder Wärmeabführungen über Warenführungselemente, nicht zwangsläufige, insbesondere nicht gleichmäßige Strömungsverhältnisse des Dampfmediums usw. bei Aufheizleistungen der genannten Größe- nicht mehr nachteilig zur Wirkung kommen konnten, ferner daß nur eine. Wärmeübertragungsart mit asymptotischer Aufheiz-Charakteristik einen reproduzierbaren und gleichmäßigen Farbfixierausfall über die Materialbreiten, über die Längen der einzelnen Warenpartien und vor allem für verschiedenartige Warenpartien ergibt. Beine Strahlungsbeheizung in Verbindung mit der in Dämpfern bisher üblichen schwach konvektiven Heizwirkung eines mäßig bewegten Wasserdampfes (wie etwa im sogenannten Elektrofixierer) führen beim überwiegen der besonders für trockenes Aufheizgut ungünstigen Aufheiz-Charakteristik der Strahlungsbeheizung zu einem sich ständig ändernden Farbausfall oder zumindest zu sehr schwierig zu lösenden Regelungsproblemen.

Hervorragend gleichmäßige Ergebnisse wurden mit einer starken Umwälzung des Wasserdampfmediums in der Farbfixieranlage und mit einem gleichmäßig über die Behandlungsbreite verteilten

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vertikalen oder schräg tangentialen und vielfach wiederholten Anströmen des behandelten Gutes erreicht.

Annähernd gleiche Ergebniese wurden mit Aufheizungen von beheizten Zylinderflächen erzielt, die in die geschlossenen mit auf die Behandlungstemperaturen aufgeheizten wasserdampfgefüllten Fixierkamaern eingebaut wurden, überraschend war dabei, daß nachteilige Oberflächeneffekte ähnlich denen, die bei der Kontaktthermosolierung im Temperaturbereich der Faserfixierung auftraten, nicht feststellbar waren.

Die ausführlichen Untersuchungen über die möglichen kombinierten Wechselwirkungen ergaben, daß auf Beheizungssysteme mit asymptotischen Aufheiz-Charakteristiken und mit Temperaturdifferenzen ausgleichenden Wirkungen bei hohen Qualitätsanforderungen nicht verzichtet werden kann, und zwar besonders nicht im Bereich der Einsteuerung der Materialtemperatur der Wärmeverweilbehandlung. Es zeigte sich aber, daß eine gewisse Strahlungsbeheizung im Bereich der Aufheizperiode bei sehr sorgfältiger Anordnung und Aussteuerung der jeweiligen anteiligen Wärmeleistungen bei einzelnen Kombinationen von Farbstoffen und Faserarten doch wertvolle und interessante Verfahrensvarianten ergeben kann. So, wurden mit einer solchen Strahlungsbeheizung im' Bereich der Aufheizperiode oft brillantere Farbwirkungen erzielt.

Im übrigen ergibt sich aus den Wechselwirkungen der Aufheiztemperaturen, der Verweilbehändlungstemperatüren und der Behandlungszeiten einerseits für die Druckfixierbehandlung, andererseits für die Farbfixierbehandlung ein breiter interessanter Spielraum*

Für Drucke mit stärkeren Verdickungen haben sich niedrigere Behandlungstemperatüren, wie etwa 1^5-160° und Behandlungszeiten von 30-60 Sek. als einerseits für den Wirkungsgrad und den Farbausfall sehr günstig und andererseits als gegenüber den bisherigen Fixiermethoden ganz überraschend bedeutsame technische Fortschritte erwiesen bzw· herausgestellt. Als besonders vorteilhaft hat es sich

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hierbei gezeigt, wenn zwischen die erste Kondensationsaufheizung auf 90-100⁰C und die sich anschließende Aufheizung auf die Verweil- und Fixiertemperatur eine Einwirkzeit der Kondensationsbefeuchtung von mehreren Sekunden eingeschaltet wurde· Die an sich' schon günstige Wirkung der einleitenden Kondensationsbefeuchtung wird dadurch spürbar verstärkt.

Andererseits haben in einer Eeihe von Kombinationen von Farbstoffen und Faserarten sogenannte Stoßaufheizungen auf Ubertemperaturen, ja zum Teil auch auf Temperaturen, die über den Faserfixiertemperaturen lagen, mit einem Verweilen von einigen Sekunden bei diesen Temperaturen und einem sich daran anschließenden schnellen Absinken auf die optimale Hauptverweiltemperatur, die bevorzugt spürbar unter der Faserfixiertemperatur liegt, hervorragenden Farbfixierausfall ergeben.

Eine wertvolle weitere Anwendung findet das Fixierverfahren nach der vorliegenden Erfindung auf das gemeinsame, d.h. zeitlich zusammenfallende Farbfixieren von Farbstoffen verschiedenster Art auf nativen Fasern und auf Regeneratfasern einerseits und von Farbstoffen auf synthetischen Fasern andererseits. Diese Anwendung ist natürlich bedeutungsvoll für das Bedrucken und das Färben von Faseraischungen aller Art. Bei dem damit gegebenen Kombinationsfixieren werden aus den möglichen Verfahrensvariationen die niedrigeren Behandlungstemperaturen und mittelgroße Behandlungszeiten ausgewählt.

Einige chemische Komplikationen, die in manchen Fällen der Gemeinschaftsfarbfixierung noch im Wege stehen, werden sicher in übersehbarer Zeit beseitigt werden können.

Bei einigen Verfahrensfällen hat sich überraschend gezeigt, daß ein großer Teil der abschließenden Verweilbehandlung bei konstanter Temperatur nicht mehr in reinem Wasserdampfmedium vorgenommen werden-muß. Es zeigte sich in vielen Fällen als wirtschaftlich, in diesem Teil das Medium Wasserdampf durch ein Dampf-Luft-Gemisch mit mittleren Wasserdampfgehalten und in manchen Fällen auch durch

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reine Luft zu ersetzen. Es war natürlich selbstverständlich, daß diese Medien die gleiche Temperatur aufweisen mußten wie das Medium Wasserdampf·

Ua die damit gegebenen Verfahren nach vorliegender Erfindung deutlicher werden zu lassen, seien zunächst an einer graphischen Darstellung (Abb· 1) und dann an einer zeichnerischen Darstellung (Abb. 2) weitere Informationen gegeben.

Abb. 1 zeigt die vorstehend beschriebenen Temperatürzeitcharakteristiken. Als Temperatur ist dabei speziell die jeweilige Temperatur des behandelten Materials zu verstehen«

Mit 1 ist der immer mit höchsten Wärmeübergangszahlen sich einstellende Temperaturanstieg der Kondensationsaufheizung auf 90-100°C bezeichnet.

Mit 2 ist ein anschließender Temperaturanstieg mit schwacher konvektiver Aufheizung bezeichnet, wie er sich im überhitzten reinen Wasserdampf ohne starke Dampfbewegung ergibt und der oft auf Grund von Störungseinflüssen verschiedenster Art nie ganz die Solltemperatur erreicht.

Mit 3 ist ein Temperaturanstieg nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung gekennzeichnet, der einmal die geforderten höheren Wärmeübergangsleistungen und zum anderen die Anstiegscharakteristik mit asymptotischer Annäherung an die Solltemperatur aufweist.

Mit k ist der Temperaturverlauf bei Einschalten einer Verweilbehandlung nacl
gekennzeichnet.

behandlung nach der reinen Kondensationsaufheizung auf 90-100 C

(O y.

_o 5 und 6 bezeichnen den Verfahrensverlauf bei stoßartiger Auf-

^ heizung auf eine Ubertemperatur und ein Absinken mit eben-

—» falls asymptotischer Annäherungscharakteristik bevorzugt durch

-^ starke konvektive Abkühlungswirkungen. Als optimale SoIl-

Q-, behandlungstemperatur sind bei diesen Beispielen 16O C gegeben.

Die zeitliche Ausdehnung der einzelnen Verfahrensphasen ist zur besseren Darstellung nicht genau maßgeblich gewählt.

Abb. 2 zeigt einen Schnitt durch eine Vorrichtung zur Durchführung der Verfahren nach vorliegender Erfindung.

In der Kammer 1 erfolgt die Kondensationsaufheizung mit 75-100 % Wasserdampfgehalt bei Temperaturen von 100-120 C des Behandlungsmediums und das beschriebene Verweilen von 3-5 Sek. annähernd bei 100⁰C.

In der Kammer 2 kann die Wäre unmittelbar nach der Kondensationsaufheizung und der Verweilbehandlung einer Strahlungsbeheizung unterworfen werden, die die Ware in dafür günstigen Verfahrensfällen beispielsweise auf 2/3 der in der nächsten Aufheizphase zu erreichenden Temperatur aufheizt.

In der Kammer 3 wird die Gewebebahn durch hohe konvektive Wärmeübergangsleistungen und mit der beschriebenen asymptotischen Aufheiz-Charakteristik endgültig auf die Sollbehandlungstemperatur aufgeheizt.

h und 5 stellen dabei Düsenkörper dar, in die im Rahmen der starken Kreislaufförderung vermittels Umwälzgebläsen das stark überhitzte Wasserdampfmedium gefördert wird. In einem beispielsweise dargestellten Hotflue-artigen Warenführungs- und Beheizungssystem wird das Behandlungsmedium aus entsprechend gestalteten Düsenöffnungen gegen die Warenbahn geblasen.

6 stellt die sogenannte Verweilkammer dar, in der die Warenbahn der beschriebenen Verweilfixierbehandlung bei meist konstanter Temperatur unterworfen wird. In diesem Verfahrensbereich ist es meist nur erforderlich, die Warenbahn auf konstanter Temperatur zu halten. Durch eine konvektive Beheizung mit relativ geringer Leistung können hier alle schädigenden Wandstöreinflüsse ausgeschaltet werden.

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Claims

Patentansprüche

1) Verfahren zum kontinuierlichen Fixieren von Farbstoffen bei normale« atmosphärischem Druck, bevorzugt nach dem Druck, aber auch nach dem Färben auf Chemiefasern, wie Polyesterfasern,· Polyamidfasern, Polyacrylfasern, Triacetatfasern oder ähnlichen Fasern in laufenden Gewebe», Gewirke- oder Faservliesbahnen, in laufendem Kammzug, in laufender Flocke oder dergl., dadurch gekennzeichnet, daß das zu behandelnde nach dem Druck bzw. nach dem Farbstoffaufklotzen getrocknete Fasergebilde in reinem Wasserdampf oder in einem Dampf-Luft-Gemisch mit sehr hohem Wasserdampfanteil (über 75 VoL %) nach einer Aufheizung durch Kondensation des Wasserdampfes auf seine Sättigungstemperatur (90-100 C) oder in nur geringer überlagerung mit einer durch eine Beheizung mit Wärmeübergangszahlen von etwa 50 kcal/m /⁰C u.h und darüber und mit einer asymptotisch die Solltemperatur anstrebenden Auf heiz-Charakteristik, wie z.B. vermittels Beheizung auf geheizten Zylinderflächen oder vermittels konvektiver Beheizung mit stark erhöhten Strömungsgeschwindigkeiten des Behandlungsmediums an den Oberflächen des behandelten Materials oder vermittels einer konvektiven Durchflußbeheizung auf unter Unterdruck stehenden Beheizungstrommeln auf eine Temperatur von etwa 150 C und darüber auf-

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geheizt wird und danach einer nur noch kurzen, ebenfalls kontinuierlichen Thermo verweilbehandlung, bevorzugt ebenfalls in reinem Wasserdampf, von je nach Höhe der Behandlungstemperatur etwa 10 bis etwa 100 Sek. bei der erreichten Aufheizendtemperatur, bevorzugt aber bei einer geringeren Temperatur unterworfen wird, als sie der jeweiligen Faserfixiertemperatur der behandelten Faser entspricht·

2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bevorzugt bei der Druckfarbfixierung nach der kurzzeitigen Kondensationsaufheizung (von 1-2 Sek.) eine Verweilzeit von etwa 5-10 Sek. bis zum Einsetzen der folgenden stärkeren Aufheizung über die Sättigungstemperatur des Wasserdampfes hinaus eingeschaltet wird.

* behandlungs

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3) Verfahren nach Anspruch 1 oder 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß nur in die Phase der kondensationsfreien Aufheizung eine kurze Phase einer Strahlungebeheizung eingeschaltet ist.

k) Verfahren nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit der kondensationsfreien Aufheizung kurzzeitig (2-5 Sek.) Temperaturen auf dem behandelten Material erreicht werden, die den Sollbehandlungstemperaturen der Faserfixierung entsprechen oder auch noch darüber hinausgehen, und daß unmittelbar danach die Materialtemperaturen für die Thermoverweilbehandlung bevorzugt auf einen Wert unterhalb der derzeitig gebräuchlichen Temperaturen der Faserfixierung abgesenkt werden.

5) Verfahren nach Anspruch 1, 2 und 3i dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren des Fixierens von Farbstoffen auf Chemiefasern beim Bedrucken und beim Färben von Mischungen von synthetischen Fasern mit nativen Fasern und mit Regeneratfasern durch entsprechende Auswahl von niedrigeren 'Behandlungstemperaturen mit dem Verfahren zum Fixieren der Farbstoffe auf den nativen Fasern und !Regeneratfasern zu einem gleichzeitig ablaufenden kombinierten Farbfixiervorgang vereinigt werden.

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