DE19505576A1 - Verfahren zum Anfärben von Fasern des Polytrimethylenterephthalats sowie Verwendung von nach diesem Verfahren erhältlichen gefärbten Fasern - Google Patents
Verfahren zum Anfärben von Fasern des Polytrimethylenterephthalats sowie Verwendung von nach diesem Verfahren erhältlichen gefärbten FasernInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anfärben von
Fasern des Polytrimethylenterephthalats mit
Dispersionsfarbstoffen in wäßriger Flotte bei oder
unterhalb der Kochtemperatur der Flotte sowie die
Verwendung der erfindungsgemäß angefärbten Fasern.
Polytrimethylenterephthalat (PTMT) ist ein Polyester, der
als Diolkomponente 1,3-Propandiol und Terephthalsäure als
Dicarbonsäurekomponente aufweist. Großtechnische
Polyestersynthesen können grundsätzlich nach zwei
verschiedenen Verfahren durchgeführt werden (H.-D. Schumann
in Chemiefasern/Textilind. 40/92 (1990), S. 1058ff).
Zum einen das ältere Verfahren, das bis etwa 1960
ausschließlich verwendet wurde, über die Umesterung von
Dimethylterephthalat mit einem Diol zum
Bishydroxyalkylterephthalat und die anschließende
Polykondensation desselben. Zum anderen das heute
überwiegend angewandte Verfahren der Direktveresterung der
Terephthalatsäure mit einem Diol und die anschließende
Polykondensation.
Bei der Umesterung wird Dimethylterephthalat mit 1,3-
Propandiol unter Zusatz von Katalysatoren bei Temperaturen
von 160-210°C umgeestert und das freiwerdende Methanol
bei Normaldruck aus dem Reaktionsgemisch abdestilliert. Die
Reaktionsmischung, die überwiegend aus
Bis(3-hydroxypropyl)terephthalat besteht, wird unter
reduziertem Druck weiter bis auf 250-280°C erhitzt und
das freiwerdende 1,3-Propandiol entfernt. Die Bildung des
Polytrimethylenterephthalats aus
Bis(3-hydroxypropyl)terephthalat kann durch den gleichen
Katalysator wie bei der Umesterung katalysiert werden, oder
es wird nach der Desaktivierung desselben ein anderer
Polykondensationskatalysator zugesetzt.
Bereits in der GB 578079 wird die Darstellung von
Polytrimethylenterephthalat beschrieben. Die Umesterung von
Dimethylterephthalat mit 1,3-Propandiol wird mit Natrium
und Magnesium katalysiert. Die freigesetzten Alkohole
werden bei Normaldruck abdestilliert und die
Reaktionsmischung im Vakuum weiter erhitzt bis polymeres
Polytrimethylenterephthalat erhalten wird.
Eine Verbundfaser aus Polyethylenterephthalat und
Polytrimethylenterephthalat beschreibt die GB 1075689. Bei
der Darstellung des Polytrimethylenterephthalats wird von
Dimethylterephthalat und 1,3-Propandiol ausgegangen und
Titantetrabutylat als Umesterungs- und
Polykondensationskatalysator eingesetzt.
Aus der FR 2038039 sind zwei Katalysatorsysteme zur
Darstellung von Polytrimethylenterephthalat bekannt.
Beidesmal wird von Dimethylterephthalat und 1,3-Propandiol
ausgegangen. Zum einen wird NaH[Ti(OBu)₆] als Umesterungs-
und Polykondensationskatalysator eingesetzt und beim
anderen Verfahren werden "Tyzor TBT" von Du Pont und MgCO₃
als Umesterungskatalysatoren und eine Antimonverbindung als
Polykondensationskatalysator verwendet.
In der deutschen Offenlegungsschrift 19 54 527 über
Katalysatoren zur Herstellung von Polyestern wird eine
andere Möglichkeit zur Katalyse bei der Herstellung von
Polytrimethylenterephthalat beschrieben. Auch hierbei wird
von Dimethylterephthalat und 1,3-Propandiol ausgegangen.
Als Umesterungskatalysator wird Mangan(II)-acetat
tetrahydrat eingesetzt und als Polykondensationskatalysator
findet hexagonal kristallines Germaniumdioxid mit einer
Teilchengröße von weniger als 2 µm Verwendung. Diese
Katalysatoren können auch zur Herstellung von Dipolymeren
aus Terephthalsäure, 1,2-Ethandiol und 1,3-Propandiol
eingesetzt werden.
Ein weiteres nicht auf Titan basierendes Katalysatorgemisch
wird im US-Patent 4,167,541 beschrieben. Hier werden
Kobaltacetat und Zinkacetat als Katalysatoren für die
Umesterung von Dimethylterephthalat mit 1,3-Propandiol
beschrieben und zur Polykondensation wird Antimonoxid als
Katalysator eingesetzt.
Im US-Patent 4,611,049 und der deutschen
Offenlegungsschrift DE 34 22 733 wird ein neuartiges
Katalysesystem beschrieben. Wiederum ausgehend von
Dimethylterephthalat und 1,3-Propandiol wird
Titantetrabutylat als Katalysator zugesetzt. Zusätzlich
wird noch p-Toluolsulfonsäure als Promoter zugesetzt, damit
ein höheres Molgewicht erreicht wird.
1988 stellen C. C. González, J. M. Pereña und A. Bello (J.
Polym. Sci., Part B: Polymer Physics 26 (1988), 1397)
lineare Polyester ausgehend von Dimethylterephthalat,
1,3-Propandiol und Ditrimethylenglykol dar. Als
Umesterungs- und Polykondensationskatalysator wird
Tetraisopropyltitanat eingesetzt. Mit demselben Katalysator
lassen sich auch Copolymere aus Terephthalsäure,
1,3-Propandiol und Ditrimethylenglykol darstellen.
Erst in jüngster Zeit wurden in der EP 547 553 verschiedene
weitere Katalysatorsysteme beschrieben. Ausgehend von
Dimethylterephthalat und 1,3-Propandiol werden
Titantetrabutylat, Natrium und Titantetrabutylat,
Zinkacetat, Kobaltacetat und Titantetrabutylat sowie
Butylhydroxyzinnoxid als Umesterungskatalysatoren
beschrieben. Als Polykondensationskatalysatoren werden
Titantetrabutylat, Antimontrioxid, Butylhydroxyzinnoxid und
die Kombination von Antimontrioxid und Butylhydroxyzinnoxid
verwendet.
Erstmals wird hierin auch ein Syntheseweg für die
Direktveresterung angegeben. Ausgehend von Terephthalsäure
und 1,3-Propandiol wird unter Druck die Veresterung
thermisch durchgeführt und die anschließende
Polykondensation durch Antimontrioxid katalysiert.
All die aufgezählten Veröffentlichungen zeigten
verschiedene Wege auf, wie man PTMT bzw. Fasern daraus
herstellt. Keine der Publikationen gab jedoch eine
technische Lehre bezüglich des Anfärbens der PTMT-Fasern.
Hinsichtlich anderer Polyesterfasern, z. B.
Polyethylenterephthalatfasern, gibt es schon eine ganze
Reihe von Untersuchungen bezüglich des färberischen
Verhaltens. So weiß man (Herlinger, Gutmann und Jiang in
CTI, Chemiefasern/Textilindustrie 37/89, Februar 1987,
S. 144-150), daß der Einsatz von Polyethylenterephthalat
in der textilen Technik im Hinblick auf Färbungen immer mit
gewissen Problemen verbunden war.
Grundsätzlich lassen sich Polyester nur mit Carriern oder
unter sogenannten HT-Bedingungen - d h. bei erhöhter
Temperatur, z. B. 130°C in Druckgefäßen - optimal mit
Dispersionsfarbstoffen anfärben (B´la v. Falkai in
"Synthesefasern", Verlag Chemie, Weinheim, 1981, S. 176).
Carrier sind spezielle Hilfsmittel, die den
Farbstoffflotten zugesetzt werden müssen, um die
Farbstoffaufnahme praktisch erst zu ermöglichen. Beispiele
für Carrier, die auch als Faserquellmittel bezeichnet
werden können, sind u. a. o-Hydroxybiphenyl oder
Trichlorbenzol. Man nimmt an, daß derartige Hilfsstoffe die
Einfriertemperatur erniedrigen, oberhalb derer größere
Molekülsegmente der Fasern in den nichtkristallinen
Bereichen beweglich werden, was den Färbevorgang
beschleunigt.
Die Notwendigkeit Carrier nach erfolgter Färbung wieder aus
der Faser zu entfernen, um dadurch einen ungünstigen
Einfluß auf die Gebrauchseigenschaften der Fasern zu
vermeiden, Umweltschutzgründe (Belastung der Abwässer und
der Luft durch Carrier) sowie Probleme beim Färben von
Polyester-Wollmischungen (Wolle kann nicht im HT-Verfahren
angefärbt werden) führten zur Entwicklung von carrierfrei
bei Kochtemperatur färbbaren Polyesterfasern.
Um Polyester herzustellen, die ohne Carrier bei
Kochtemperatur drucklos färbbar sind, ist es bekannt, die
Polyester chemisch oder physikalisch zu modifizieren
(Herlinger et al. in: Chemiefaser/Textilindustrie CTI
37/89, S. 144-150, in Chemiefaser/Textilindustrie CTI
37/89, S. 806-814 und in Chemiefaser/Textilindustrie
CTI 40/92, Februar 1990).
Zur chemischen Modifikation wurde beispielsweise
ethermodifiziertes Polyethylenterephthalat hergestellt. So
wurden während der Herstellung von Polyethylenterephthalat-
Polymer (PETP) Polyetherblöcke, bestehend aus
Polyethylenglykol-(PEG)-Einheiten in die
PETP-Ketten eingebaut, welche aufgrund ihrer
Beweglichkeit das Aufziehen des Farbstoffs erleichtern.
Ebenso ist versucht worden, statt der PEG-Einheiten
Polybutylenglykoleinheiten in Polyethylenterephthalat
einzupolymerisieren. Auch in diesen Polyestertypen ist eine
Absenkung der Glasübergangstemperatur zu verzeichnen, und
das Färbeverhalten ist entscheidend verbessert.
Weiterhin ist es bekannt, zur Verbesserung der färberischen
Eigenschaften Copolyester aus Polyethylenterephthalat und
Polybutylenterephthalat herzustellen, die jedoch keine
ausreichende thermische Stabilität aufweisen, so daß sie
ebenso wie reines Polybutylenterephthalat, das
grundsätzlich auch carrierfrei anfärbbar ist, jedoch einen
so niedrigen Schmelzpunkt aufweist, der es nicht erlaubt,
die in den Veredlungsschritten notwendigen hohen
Temperaturen anzuwenden, als Alternativen ebenfalls nicht
in Frage kommen.
Gute thermische Stabilität zeigen hingegen physikalisch
modifizierte Polyethylenterephthalattypen, die durch
Coextrusion mechanischer Mischungen von
Polyethylenterephthalat- und Polybutylenterephthalat-
Granulaten hergestellt wurden.
Aus DE 36 43 752 A1 ist es bekannt, Fasern des
Polybutylenterephthalats carrierfrei und drucklos mit
Dispersionsfarbstoffen in wäßriger Flotte zu färben.
Aus Ullmann, 4. Auflage, Bd. 22, S. 678 (1983) weiß man,
daß man bei PET manchmal sehr helle Töne von Färbungen
erzielen kann, indem man drucklos ohne Carrier färbt. Dafür
sind solche Dispersionsfarbstoffe geeignet, die bereits bei
100°C genügend rasch in PET-Fasern diffundieren, z. B.
C. I. Disperse Rot 60. Bei dieser Vorgehensweise erhält man
jedoch, wie bereits oben erwähnt, allerhöchstens schwache
Ringfärbungen der Faseroberfläche, wobei i. d. R. nur ein
äußerst geringer Teil des in der Flotte angebotenen
Farbstoffs aufgenommen wird. Das Ergebnis sind in jedem
Falle helle Farbtöne mit geringer Farbintensität. Dies gilt
generell für alle Dispersionsfarbstoffe, auch für solche,
die einen hohen Diffusionskoeffizienten aufweisen.
Schließlich kennt man aus der US 3,841,831 ein
Färbeverfahren für Polyesterfasern, bei dem carrierfrei und
ohne Druck mit Dispersionsfarben aus wäßrigem Bad bei 25
bis 100°C gefärbt wird. Diese generelle Aussage wird
jedoch in der Beschreibung der US 3,841,831 stark
eingeschränkt, und zwar zum einen auf PET-Fasern, zum
anderen auf nur äußerst geringe Farbstoffmengen im Färbebad
und außerdem beinhaltet das angegebene Färbeverfahren immer
einen zusätzlichen Fixierschritt, um ein etwas tieferes
Eindringen des Farbstoffs in die Faser zu ermöglichen. All
dies stützt weiter die Tatsache, daß der Einsatz von PET in
der textilen Technik bislang keine carrierfreie, drucklose
und optimale Anfärbung zuließ.
Grundsätzlich ist noch anzumerken, daß die meisten der
bislang bekanntgewordenen carrierfrei bei Kochtemperatur
drucklos anfärbbaren Polyesterprodukte kaum der Vorstellung
entsprechen, die der Verbraucher mit den bekannten
Polyesterfasern verbindet; zum Teil wird der Anfangs-E-
Modul verringert (lappiger Griff), die Knitteranfälligkeit
steigt, die Waschbeständigkeit leidet, das
Wiedererholvermögen sinkt ab oder die Pillinganfälligkeit
nimmt zu.
In Anbetracht des dargelegten Standes der Technik war es
Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Anfärben von
Fasern des Polytrimethylenterephthalats anzugeben, das eine
umweltschonende dauerhafte Färbung der
Polytrimethylenterephthalatfasern zuläßt und darüber hinaus
zu gefärbten Polyesterfasern führt, die sowohl über
hervorragende Verarbeitungseigenschaften verfügen als auch
in thermischer und mechanischer Hinsicht die heute an
Polyesterfasern gestellten Ansprüche befriedigen.
Insbesondere sollen die gefärbten Fasern eine gesteigerte
Beständigkeit der Färbung beim Gebrauch der Fasern und
daraus hergestellter textiler Produkte immer da aufweisen,
wo es zu einem vermehrten Abrieb an der Faseroberfläche
kommen kann.
Gelöst werden diese und weitere nicht näher angeführte
Aufgaben durch ein Verfahren mit den Merkmalen des
kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1. Vorteilhafte
Verfahrensmodifikationen werden in den von Anspruch 1
abhängigen Ansprüchen unter Schutz gestellt.
Dadurch, daß Polytrimethylenterephthalatfasern (PTMT-
Fasern), mit einer wenigstens einen Dispersionsfarbstoff
aufweisenden wäßrigen Flotte behandelt werden, wobei die
Temperatur bei oder unterhalb der Kochtemperatur der Flotte
liegt, kein Carrier zugegen ist, drucklos gearbeitet wird,
wobei gleichzeitig die Färbung bei einer Flottentemperatur
zwischen 20 und 50°C begonnen wird, die Temperatur
innerhalb von 20-90 min, bevorzugt innerhalb von 45 min,
auf die Kochtemperatur der Flotte oder auf eine höchstens
20°C unterhalb der Kochtemperatur der Flotte liegende
Färbetemperatur gebracht wird, die Färbung mindestens
20 min bei der Färbe- oder Kochtemperatur, bevorzugt
30-90 min, fortgesetzt wird und anschließend auf eine
Temperatur von 20-50°C, bevorzugt mit einer Abkühlrate
von 1°C pro min, abgekühlt wird, so daß wenigstens
95 Gew.-% des in der Flotte angebotenen Farbstoffes auf die
PTMT-Fasern aufzieht, und der Dispersionsfarbstoff
wenigstens in einer relativen Tiefe von 5% bezogen auf den
Durchmesser der anzufärbenden Faser in diese eindringt, ist
eine umweltschonende Färbung von PTMT-Fasern möglich und es
sind angefärbte PTMT-Fasern mit hervorragenden
Farbeigenschaften sowie mit ausgezeichneten mechanischen
und thermischen Eigenschaften erhältlich, die sehr
vorteilhaft zu Geweben, Gewirken oder Gestricken aller Art
weiterverarbeitet werden können.
Im Rahmen der Erfindung hat es sich herausgestellt, daß
grundsätzlich alle an sich bekannten
Polytrimethylenterephthalatfasern carrierfrei mit
Dispersionsfarbstoffen gefärbt werden können. Insbesondere
gehören hierzu auch die gemäß dem in der EP 0 547 533
offenbarten Verfahren erhältlichen Fasern.
Dies war doch einigermaßen überraschend, da ausgehend von
den Erkenntnissen, die hinsichtlich des
Polyethylenterephthalats vorlagen, nicht ohne weiteres mit
dem günstigen färberischen Verhalten des
Polytrimethylenterephthalats zu rechnen gewesen ist.
Selbst wenn man berücksichtigt, daß von Polyestern aus
reinem Polybutylenglykolterephthalat bekannt war, daß sie
sich carrierfrei anfärben ließen, so war dies für Fasern
aus Polytrimethylenterephthalat nicht von vornherein
anzunehmen. Neben den färberischen Eigenschaften kommen
nämlich u. a. auch die thermischen Eigenschaften der
Polyester für ihre Gebrauchsfähigkeit zum tragen. Damit ein
Polymer als Faserrohstoff für textile Zwecke in Frage
kommt, sollte der Schmelzpunkt des zugrunde liegenden
Esters deutlich oberhalb von 200°C liegen. Die
Schmelzpunkte der Ester aus Diolen mit ungeradzahligen
Methylengruppen im Diol jedoch liegen in der Regel
unterhalb der Schmelzpunkte der Ester mit der nächsthöheren
geradzahligen Methylengruppenzahl im Diol. Dieser Effekt
zeigt sich allerdings erst bei den höheren
Methylengruppenzahlen deutlich. Im Falle von
Polytrimethylen- und Polybutylenterephthalat sind die
Schmelzpunkte nahezu identisch.
Auch hinsichtlich der Glasumwandlungstemperatur, die für
gute färberische Eigenschaften bei Kochtemperatur ohne
Carrierzusatz möglichst niedrig sein sollte war für das
Polytrimethylenterephthalat dem Stand der Technik kein
eindeutiger Hinweis auf seine Eignung für ein carrierfreies
Anfärben zu entnehmen. So gibt es stark differierende
Angaben von verschiedenen Autoren. G. Farrow et al. in
Makromol. Chem. 38 (1960), S. 147 siedeln die
Glasumwandlungstemperatur bei 95°C also oberhalb der des
Polybutylenterephthalats an, während in der US-PS 3,681,188
für Polytrimethylenterephthalat eine
Glasumwandlungstemperatur von 45°C angegeben wird. Auch
Jackson et al. in J. Appl. Polym. Sci. 14 (1970), S. 685
veröffentlichten eine Glasumwandlungstemperatur für
Polytrimethylenterephthalat, die oberhalb derjenigen des
Polybutylenterephthalats lag. Alles in allem also konnte
ausgehend von den vorhandenen physikalischen Daten
hinsichtlich des färberischen Verhaltens von vornherein
nicht eindeutig auf die Verwandtschaft zum
Polybutylenterephthalat oder zum Polyethylenterephthalat
geschlossen werden.
Besonders bevorzugt werden in der Erfindung
Polytrimethylenterephthalatfasern gefärbt, die aus
Polytrimethylenterephthalat erhältlich sind, welches unter
Verwendung eines einzigen Katalysators, bevorzugt sind
Titanverbindungen, für die Umesterung und die anschließende
Polykondensation hergestellt wurde. Hierbei ist es von
besonderem Vorteil, daß der Umesterungskatalysator nicht
vor der Polykondensation in eine unwirksame Form überführt
werden muß. Ferner wird hierbei die katalytisch wirksame
Spezies in vielen Fällen erst in der Reaktionsmischung
erzeugt und sie kann am Ende der Reaktion im Polymer
verbleiben.
Aus dem erhaltenen PTMT-Material können für die Erfindung
Fasern nach allen dem Fachmann geläufigen Methoden
hergestellt werden. Bevorzugt wird das
Polytrimethylenterephthalat zur Faserherstellung einem
Schmelzspinnverfahren unterworfen, wobei das
Polymermaterial vorher bevorzugt bei Temperaturen um 165°C
auf Wassergehalte von weniger als 0,02 Gew.-% getrocknet
wird. Die erhaltenen Polyesterspinnfasern können wahlweise
vor dem Anfärben mit einem dem Fachmann bekannten
Strecksystem bei Temperaturen von 110°C (Heizdorn) und
90°C (Blockheizer) warmverstreckt werden.
Die im erfindungsgemäßen Verfahren einsetzbaren
Dispersionsfarbstoffe (Disperse Dyes) sind nicht auf
bestimmte Verbindungen beschränkt sondern umfassen vielmehr
alle Farbstoffe von geringer Wasserlöslichkeit, die in der
Lage sind, hydrophobe-Fasern aus einer wäßrigen Dispersion
anzufärben. Die in Frage kommenden Dispersionsfarbstoffe
sind dem Fachmann geläufig, als Beispiele werden
Farbstoffklassen der Azoreihe, Amino- oder Aminohydroxy
anthrachinone oder Nitrofarbstoffe genannt. Hinzu kommen
Monoazofarbstoffe, welche mehrere Nitro- oder
Cyanosubstituenten besitzen, und heterocyclische Azo- und
Polymethinfarbstoffe. Vertreter dieser Farbstoffklassen
können allein oder in Mischung von mehreren angewendet
werden, wobei auch Vertreter verschiedener Klassen
miteinander gemischt werden können, beispielsweise um Grün-
oder Schwarztöne zu erzeugen. Weiterhin denkbar im
erfindungsgemäßen Sinne sind Farbstoffe für Färbeverfahren,
wie sie grundsätzlich für das Färben von Baumwolle
angewendet werden, wobei man eine Diaminoazoverbindung nach
dem Dispersionsverfahren ausfärbt, auf der Faser diazotiert
und mit einer geeigneten Kupplungskomponente zum schwarzen
Trisazokörper umsetzt. Weiterhin gehören zu der Erfindung
auch alle sog. Ausfärbungsvarianten für
Dispersionsfarbstoffe.
Die Dispersionsfarbstoffe liegen zu Beginn der Erfindung in
einer wäßrigen Flotte vor. Sie verteilen sich beim Anfärben
zwischen wäßriger Flotte und der damit behandelten Faser
wie zwischen zwei nicht oder beschränkt mischbaren
Flüssigkeiten und ziehen schließlich bei geeigneter
Reaktionsführung und Substanzauswahl auf die Faser auf.
Die Behandlung der Fasern findet beim erfindungsgemäßen
Verfahren im wesentlichen durch Kontaktieren von Fasern und
Flotte (in wäßriger die Dispersionsfarbstoffe und ggfls.
notwendige Hilfsmittel enthaltende Lösung), beispielsweise
durch Eintauchen in die und Verweilen der Fasern in der
Flotte statt. Dieser Vorgang spielt sich dabei
erfindungswesentlich ohne Zusatz von Carriern und drucklos,
d. h. ohne Anwendung von den Atmosphärendruck
übersteigenden Drücken beim Kochpunkt der Flotte oder bei
einer Temperatur unterhalb des Kochpunktes der Flotte ab
und zwar so, daß wenigstens 95 Gew.-% des in der Flotte
angebotenen Farbstoffes auf die PTMT-Fasern aufzieht. Dies
entspricht in der Regel einer baderschöpfenden Färbung,
d. h. der angebotene Farbstoff wird im Rahmen der
Nachweisgrenze vollständig von den behandelten Fasern
angenommen.
In zweckmäßiger Modifikation des erfindungsgemäßen
Verfahrens wird zum Anfärben der
Polytrimethylenterephthalatfasern eine Flotte verwendet,
die zwischen 3,0 und 7,0 g Dispersionsfarbstoff pro kg
anzufärbender PTMT-Faser aufweist. In besonders
vorteilhafter Verfahrensausgestaltung enthält die
verwendete Flotte zwischen 4,5 und 5,5 g
Dispersionsfarbstoff pro kg PTMT-Faser. Die genannten
Dispersionsfarbstoffmengen beziehen sich jeweils auf den im
Handelsfarbstoff enthaltenen Reinfarbstoff.
Handelsfarbstoffe können bekanntermaßen große Mengen an
Hilfsstoffen (bis zu 80 Gew.-%) enthalten.
Wie schon ausgeführt wird erfindungsgemäß ohne Carrier
drucklos bei Kochtemperatur der wäßrigen Flotte oder bei
darunterliegenden Temperaturen angefärbt. Je nach
Zusammensetzung der wäßrigen Flotte, insbesondere Gehalt an
Farbstoff oder Färbehilfsmitteln (keine Carrier) kann sich
der Kochpunkt der Flotte auch oberhalb von 100°C befinden.
Es wird jedoch eindeutig festgestellt, daß auch bei
Kochtemperaturen von über 100°C erfindungsgemäß drucklos,
d. h. ohne Einsatz eines speziellen Druckgefäßes jedoch
beispielsweise in einem geschlossenen Färbebecher,
angefärbt wird. Allerdings wird die Kochtemperatur einer
Färbeflotte im allgemeinen durch den Zusatz von Farbstoff
und/oder Hilfsmittel nur unwesentlich verändert. In
vorteilhafter Ausführungsform der Erfindung werden die
PTMT-Fasern daher bei einer Färbetemperatur zwischen ca. 80
und ca. 110°C behandelt. Die Behandlungstemperaturen
liegen ganz besonders bevorzugt zwischen 90 und 100°C.
Beim erfindungsgemäßen Anfärbeverfahren wird eine
hervorragend gleichmäßige Verteilung der Farbstoffe in der
Faser erreicht. Die Farbstoffe dringen insbesondere sehr
schnell ins Innere der Faser ein. Bezogen auf den
Durchmesser der anzufärbenden Faser dringen die
Dispersionsfarbstoffe erfindungsgemäß wenigstens in einer
relativen Tiefe von 5% in diese ein. Besonders vorteilhaft
werden die Fasern unter den erfindungsgemäßen
Färbebedingungen vollständig durchgefärbt, im Gegensatz zu
Polyethylenterephthalatfasern, die im Vergleich unter
identischen Färbebedingungen nur ringförmig angefärbt
werden.
Nach dem erfindungsgemäßen Anfärbeverfahren erhältliche
angefärbte PTMT-Fasern lassen sich vielseitig verwenden.
Grundsätzlich sind sie auf allen Sektoren einsetzbar, die
auch für bisher bekannte gefärbte Polyesterfasern offen
standen. Bevorzugt werden die in einem erfindungsgemäßen
Verfahren erhältlichen gefärbten PTMT-Fasern zur
Herstellung von Geweben, Gewirken oder Gestricken
verwendet. Wegen der ausgezeichneten mechanischen
Eigenschaften der farbigen PTMT-Fasern, besonders der hohen
Elastizität und Erholfähigkeit ist auch ein Einsatz bei
stark beanspruchten Textilien oder als hochelastische
Gewebe bevorzugt.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die
beigefügten Figuren an Hand von Beispielen eingehender
erläutert. In den Figuren zeigen
Fig. 1 einen exemplarischen Temperatur- und Druckverlauf
bei der Synthese des Polytrimethylenterephthalats;
Fig. 2 für den Farbstoff C. I. Disperse Blue 139 die
Farbstoffaufnahme in Abhängigkeit von der
Färbetemperatur für Polytrimethylen- und
Polyethylenterephthalatfasern;
Fig. 3 für den Farbstoff C. I. Disperse Red 60 die
Farbstoffaufnahme in Abhängigkeit von der
Färbetemperatur für Polytrimethylen- und
Polyethylenterephthalatfasern;
Fig. 4 Färbemuster von PTMT und PET Faserpolymeren bei
gleicher Färbedauer mit C. I. Disperse Blue 139 in
Abhängigkeit von der Färbetemperatur, dargestellt
durch Grautöne;
Fig. 5 Färbemuster von PTMT und PET Faserpolymeren bei
gleicher Färbedauer mit C. I. Disperse Red 60 in
Abhängigkeit von der Färbetemperatur, dargestellt
durch Grautöne;
Fig. 6 Faserquerschnitte von Fasern, die bei 95°C mit
C. I. Disperse Blue 139 gefärbt sind;
Polytrimethylenterephthalat (links) und
Polyethylenterephthalat (rechts);
Fig. 7 Faserquerschnitte von Fasern, die bei 120°C mit
C. I. Disperse Blue 139 gefärbt sind;
Polytrimethylenterephthalat (links) und
Polyethylenterephthalat (rechts); und
Fig. 8 die Eindringtiefe des Farbstoffs C. I. Disperse
Blue 139 in Abhängigkeit von der Färbetemperatur
für Polytrimethylen- und Polyethylenterephthalat.
Die Herstellung des Polytrimethylenterephthalats wurde auf
Polykondensationsanlagen mit 2 oder 20 dm³ Fassungsvermögen
durchgeführt.
Die Ansatzgröße beträgt 45 Mol bezogen auf das eingesetzte
Dimethylterephthalat, das Verhältnis 1,3-Propandiol
(Diolcharge D mit einem 1,3-Propandiolgehalt von 99,96%,
0,011% 3-Hydroxymethyltetrahydropyrangehalt, 0,005% 2-
Hydroxyethyl-1,3-dioxangehalt, 0,02% Carbonyle und 0,04%
Wassergehalt) zu Dimethylterephthalat wird zu 1 : 2,25
gewählt und Titantetrabutylat kommt als 10 gew.-%ige
Katalysatorlösung in n-Butanol in einer Konzentration von
600 ppm bezüglich Dimethylterephthalat zum Einsatz.
Dimethylterephthalat, 1,3-Propandiol und die
Katalysatorlösung werden in die Polykondensationsapparatur
eingefüllt und unter einem ständigen leichten
Stickstoffstrom auf 140°C aufgeheizt. Nachdem das
Dimethylterephthalat geschmolzen ist, wird der Rührer
eingeschaltet und die Temperatur auf 220°C erhöht. Das bei
der Umesterung freigesetzte Methanol wird abdestilliert bis
die berechnete Menge nahezu erreicht ist.
Der Druck in der Polykondensationsapparatur wird
schrittweise erniedrigt und das im Überschuß eingesetzte
1,3-Propandiol und das während der Kondensation gebildete
1,3-Propandiol abdestilliert. Die Temperatur wird langsam
auf 270°C erhöht und der Druck wird weiter erniedrigt, bis
schließlich Ölpumpenvakuum (p 0,05 mbar) erreicht wird.
Das Ende der Polykondensation ist erreicht, wenn die
Tropfgeschwindigkeit des 1,3-Propandiols unter 0,5 Tropfen
pro Minute gesunken ist. Diese Angabe gilt für die 2 dm³-
Polykondensationsanlage. Die Leistungsaufnahme des
Rührmotors wurde bei der 2 dm³-Anlage als indirektes Maß
für die fortschreitende Kondensation verwendet. Bei der
20 dm³-Anlage wird das Drehmoment als Maß für das
Fortschreiten der Polykondensation ermittelt. Das Vakuum in
der Polykondensationsapparatur wird aufgehoben und das
fertige Polytrimethylenterephthalat unter
Stickstoffüberdruck mit einer Zahnradpumpe in ein Wasserbad
ausgetragen, mit einer Abzugsvorrichtung abgezogen und
sofort granuliert.
Die reproduzierbare Temperaturführung während der Synthese
wird durch ein mikroprozessorgesteuertes Temperaturprogramm
gewährleistet. Die anderen Bedingungen wie Druck und
Rührerdrehzahl werden manuell nach stets dem gleichen
Zeitprogramm verändert.
Das Ende der Polykondensation wurde in Vorversuchen mittels
einer Drehmomentaufnahme an der Rührerwelle ermittelt; das
Drehmoment steigt mit zunehmenden Molekulargewicht an und
durchläuft ein von der Temperatur abhängiges Maximum. Nach
Durchlaufen des Maximalwerts sinkt das Drehmoment wieder
ab, da nun die Abbaureaktion schneller abläuft als der
Kettenaufbau. Die optimale Kondensationszeit für die
jeweilige Temperatur wird ermittelt und in den
Folgeversuchen konstant gehalten.
In der Fig. 1 ist ein Temperatureinbruch bei etwa
210 Minuten Reaktionszeit zu erkennen. Die Ursache hierfür
ist das schnelle Abdestillieren großer Mengen
1,3-Propandiols, wobei der Reaktionsmischung mehr Energie
entzogen wird als ihr von außen durch die Heizung zugeführt
werden kann.
Bemerkenswert ist ferner, daß die vorgegebene Endtemperatur
der Polykondensationsapparatur bei 240°C liegt. Diese
Temperatur wird 75 Minuten vor Ende der Polykondensation
erreicht und dann bis zum Ende der Polykondensation
konstant gehalten. Wie aus Fig. 1 jedoch ersichtlich ist,
steigt die Schmelztemperatur bis zum Ende der
Polykondensation weiter kontinuierlich bis auf 267°C an.
Die hierzu notwendige Wärme wird nicht von außen durch die
Heizung zugeführt, sondern entsteht durch die Rührwärme in
der Apparatur selbst. Daß dieser Effekt erst gegen Ende der
Polykondensation eintritt, ist mit der stetig zunehmenden
Viskosität der Polykondensationsschmelze zu erklären.
Auf die beschriebene Weise werden eine Reihe von Polymere
erzeugt. Die wichtigsten Eigenschaften der bei den
anschließenden Spinnversuchen eingesetzten Polymeren sind
in Tabelle 1 aufgelistet.
Die analytischen Daten der Tabelle 1 wurden folgendermaßen
erhalten:
Das Gewichtsmittel des Molekulargewichts wird mit Hilfe der
statischen Lichtstreuung ermittelt. Dazu werden
Polymerlösungen der Konzentrationen 2, 4, 6, 8 und 10 g/l
in 1,1,1,3,3,3-Hexafluorisopropanol hergestellt. Die
gefilterten Lösungen werden bei 20°C in den Strahlengang
eines Heliumlasers (λ = 633 nm) gebracht und die Intensität
des Streulichtes in Abhängigkeit von Beobachtungswinkel
bestimmt. Als Standard zur Bestimmung der optischen
Konstante und zur Temperierung der Proben wird Toluol
verwendet. Die Streulichtintensitäten werden in
Abhängigkeit vom Winkel und von der Konzentration in einem
Zimm-Diagramm aufgetragen.
Es kommt ein Gerät der Soci´t´ francaise d′instruments de
contrôle et d′analyses; Photogonio/diffuso´tre der Firma
Wippler & Scheibling zum Einsatz.
Die Bestimmung des Brechungsindexinkrements erfolgt mit dem
Wyatt Opilab 903 Interferometric Refraktometer der Wyatt
Technology Corporation.
Zur Bestimmung des Carboxylendgruppengehaltes werden 4 g
Polymer bei 80°C in 70 ml eines Lösungsmittelgemisches aus
Phenol/Chloroform = 1 : 1 (g/g) gelöst. Nach dem Abkühlen
auf Raumtemperatur werden 5 ml Benzylalkohol und 1 ml
Wasser zugesetzt und die Lösung mit 0,02 normaler
benzylalkoholischer Kaliumhydroxylösung konduktometrisch
titriert. Die Zugabe der Kaliumhydroxylösung erfolgt
kontinuierlich mit einem Dosimat 665 der Firma Methrom und
die Leitfähigkeit wird mit einem DIGI 610 der WTW, an das
eine Leitfähigkeitsmeßzelle (Zellkonstante: 0,572)
angeschlossen ist, verfolgt.
Die Farbigkeit der Polymere wird mit Hilfe der CIELAB-
Farbwerte angegeben. Die Polymergranulate werden mit dem
Minolta CR 310, dessen sektrale Empfindlichkeit dicht an
die CIE-2°-Normalbeobachter-Funktion angepaßt ist,
vermessen. Der Meßfelddurchmesser beträgt 5 cm und die
Kalibrierung erfolgt mittels eines Weißstandards.
Die Polymere werden vor den Spinnversuchen in Chargen zu je
etwa 25 kg in einem Taumeltrockner mit 100 dm³
Fassungsvermögen der Firma Henkhaus Apparatebau getrocknet.
Dabei werden die Polymerchargen PTMT 20/14 + PTMT 20/11 +
PTMT 20/13, PTMT 20/12 + PTMT 20/18 + PTMT 20/19 sowie
PTMT 20/15 + PTMT 20/16 + PTMT 20/17 unter Erhalt der
gemischten Chargen A), B) und C) gemischt (s. Tab. 1).
Die Trocknungsbedingungen zeigt die Tabelle 2.
Die in eckigen Klammern angegebenen Temperaturen beziehen
sich auf die Trocknung von Polyethylenterephthalat, das
unter ähnlichen Bedingungen wie Polytrimethylenterephthalat
zu Fasern verarbeitet wird.
Anschließend läßt man den Taumeltrockner während 12 Stunden
auf Raumtemperatur abkühlen und belüftet mit Stickstoff.
Die Wassergehalte der getrockneten Polymere liegen
unterhalb von 0,0025%, so daß ein signifikanter
Polymerabbau beim Schmelzspinnprozeß auszuschließen ist.
Bei den Spinnversuchen wird eine bei T. C. Barth "Struktur
und Eigenschaften von Fasern aus Polyethylen-/
Polybutylenterephthalat-Mischungen hergestellt im
Schnellspinnverfahren", Dissert. 1989, Univ. Stuttgart,
beschriebene Spinnanlage verwendet.
Spinnanlage: | |
Extruderschnecke | 30 mm; 25 D |
Spinndüsen | 32×0,20 mm (32×0,35 mm) |
Spinnpumpe | 2,4 cm³/U |
Spinntemperatur | 250°C [290°C] |
Aufspulgeschwindigkeit | 2000 bis 5000 m/min |
Als Präparation wird eine wäßrige Emulsion aus 10% Limanol
PVK und 1,6% Ukanol R verwendet. Die Präparationsauflage
beträgt etwa 0,5%.
Zur Herstellung definierter Spinntiter, muß die Dichte der
Polymerschmelze bekannt sein. Entsprechendes gilt für eine
definierte Präparationsauflage:
Polytrimethylenterephthalat | |
ρ 250°C = 1,09 g/cm³ | |
Polyethylenterephthalat | ρ 290°C = 1,29 g/cm³ |
Präparationslösung | ρ 20°C = 0,923 g/cm³ |
Bei den Spinnversuchen wurde neben
Polytrimethylenterephthalat auch handelsübliches
Polyethylenterephthalat versponnen. Die
Spinngeschwindigkeiten werden bei einem Spinntiter von
16 tex bei 32 Einzelfilamenten im Bereich von 2000 bis
5000 m/min variiert. Der Spinntiter wird bei einer
konstanten Spinngeschwindigkeit von 3500 m/min im Bereich
von 9,6 bis 22,4 tex bei jeweils 32 Einzelfilamenten
variiert. Dies entspricht einer Feinheit von 0,3 bis
0,7 tex je Einzelfilament.
Im Falle des Polytrimethylenterephthalats wird die
Spinntemperatur im Bereich zwischen 240 und 270°C
variiert, wobei die besten Ergebnisse bei 250°C erzielt
werden. Zusätzlich werden beim Polytrimethylenterephthalat
unterschiedliche Spinndüsen mit Düsenlochdurchmessern von
200 bis 350 µm eingesetzt. Die besten Ergebnisse werden mit
einer 200 µm Düse erzielt.
Die erhaltenen Spinnfasern werden an einem Strecksystem der
Firma Diens Apparatebau verstreckt. Die Streckfaktoren
werden so gewählt, daß die verstreckte Faser etwa 25%
Dehnung besitzt.
Die mechanischen Eigenschaften der Spinnfasern und der
verstreckten Fasern aus Polytrimethylen- und
Polyethylenterephthalat sind nachfolgend aufgelistet:
Für das färberische Verhalten der Synthesefasern ist die
Glasumwandlungstemperatur der Polymere in wäßrigen Medium
von größerer Bedeutung. D. R. Buchanan und J. P. Walters,
Text. Res. J., 47 (1977), 398, definieren eine
Färbeumwandlungstemperatur. Dazu wird die Farbstoffaufnahme
der Synthesefasern in Abhängigkeit von der Temperatur
bestimmt. Die Temperatur bei der die Farbstoffaufnahme 50%
des Gleichgewichtswertes erreicht, wird als
Färbeumwandlungstemperatur definiert. Die
Färbeumwandlungstemperatur ist jedoch von der Färbedauer
und von der Farbstoffstruktur abhängig.
Der Einsatz von Faserflocke bei Färbeversuchen hat den
Nachteil, daß sich die Fasern verknoten können und dann
nicht mehr gleichmäßig von der Färbeflotte umspült werden
können. Die daraus erhaltenen unegalen Färbungen können zur
Bestimmung des Farbstoffgehaltes nicht herangezogen werden.
Die Färbeversuche werden daher mit Gestricken aus
verstreckten Fasern durchgeführt. Zur Herstellung der
Gestricke zu einem Strickschlauch (Durchmesser 10 cm)
diente eine Rundstrickmaschine vom Typ Elba der
Maschinenfabrik Lucas.
Für die Färbeversuche werden Gestricke aus folgenden Fasern
eingesetzt:
Damit die Strecktiter und somit die Faserdurchmesser der zu
färbenden Fasern vergleichbar sind, wurde wegen der
unterschiedlichen Streckfaktoren bei der
Polyethylenterephthalatfaser ein höherer Spinntiter
gewählt.
Die Fasern werden nach dem Stricken auf einer
Rundstrickmaschine gewaschen, um die beim Spinnen
aufgetragene Präparation zu entfernen.
Zur Entfernung der Spinnpräparation wird das Gestrick wie
folgt gewaschen:
Waschbedingungen | |
Apparat | |
Mathis LAB Jumbo Jet mit Waschtrommel | |
Temperatur | 30°C |
Dauer | 120 min |
Waschlauge | 1 g/l Kieralon® EDB der Bayer AG |
Flottenverhältnis | 1 : 50 |
Zur Vermeidung des Schrumpfes beim Färben und zur
Verbesserung der Formstabilität der Gestricke werden diese
bei 180°C eine Minute lang thermofixiert. Dabei werden die
beim Verstrecken entstandenen Spannungen in der Faser
relaxiert. Die thermofixierten Gestricke zeigen beim
Polytrimethylenterephthalat einen stärkeren Flächenschrumpf
als beim Polyethylenterephthalat.
Fixierbedingungen | |
Apparat | |
Mathis Trockner | |
Temperatur | 180°C |
Dauer | 1 min |
Es werden zwei Dispersionsfarbstoffe ausgewählt, die sich
hinsichtlich ihres Diffusionskoeffizienten deutlich
unterscheiden:
Zur quantitativen Bestimmung der Farbstoffaufnahme muß der
Extinktionskoeffizient des reines Farbstoffes bekannt sein.
Die Reinigung der oben genannten Dispersionsfarbstoffe wird
bei E. M. Schnaith (Dissertation 1979, Univ. Stuttgart)
ausführlich dargestellt.
Die Färbetemperaturen werden im Bereich zwischen 60°C und
140°C variiert.
Die Färbung wird immer bei 40°C begonnen und die
Aufheizrate so gewählt, daß nach 45 Minuten die
Färbetemperatur erreicht wird. Die Abkühlrate beträgt immer
1 K/min bis die Badtemperatur 40°C erreicht.
Färbebedingungen | |
Färbeapparat | |
Ahiba Polymat | |
Färbedauer | 60 min |
Flottenverhältnis | 1 : 20 |
Flotte | 1 g/l Farbstoff |
2 g/l Avolan® IS der Bayer AG | |
2 g/l Natriumdihydrogenphosphatdihydrat |
Zur Entfernung des Farbstoffes, der sich auf der
Faseroberfläche abgelagert hat, werden die Färbungen
reduktiv nachbehandelt. Die Aufheizrate der
Reduktionsflotte beträgt 2 K/min, die Abkühlrate 1 K/min.
Reduktionsbedingungen | |
Apparat | |
Ahiba Polymat | |
Temperatur | 70°C |
Flottenverhältnis | 1 : 20 |
Flotte | 3 g/l Natriummdithionit |
1,2 g/l Natriumhydroxid | |
1 g/l Levegal® HTN der Bayer AG |
Abschließend wird das Gestrick mit 5%iger Ameisensäure
abgesäuert.
Zur Bestimmung der Farbstoffaufnahme werden die bei
unterschiedlichen Temperaturen gefärbten Fasern mit
Chlorbenzol erschöpfend extrahiert. Die Extrakte werden auf
ein definiertes Volumen verdünnt und die Extinktionen der
Lösung mit Hilfe eines UV/VIS Spektralphotometers vom Typ
Lambda 7 der Bodenseewerke Perkin Elmer bestimmt. Aus der
Extinktion der Extraktionslösung bei der charakteristischen
Wellenlänge
C. I. Disperse Blue 139 | |
604 nm und | |
C. I. Disperse Red 60 | 516 nm |
kann mit Hilfe der entsprechenden Eichgeraden der
Farbstoffgehalt bestimmt werden.
Die Ermittlung des Farbstoffgehaltes FG in g/kg Ware
erfolgt mit den Zahlenwertgleichungen:
Die Fig. 2 und 3 zeigen die Farbstoffaufnahme von
Polytrimethylenterephthalatfasern in Abhängigkeit von der
Färbetemperatur im Vergleich zu
Polyethylenterephthalatfasern.
In den Fig. 2 und 3 markiert die horizontale Linie das
Farbstoffangebot in der Färbeflotte bezogen auf die
eingesetzte Substratmenge.
Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß die Anfärbung der
Polytrimethylenterephthalatfaser bereits bei etwa 70°C
beginnt, während die Polyethylenterephthalatfaser erst bei
Temperaturen ab 90°C merklich angefärbt wird.
Die maximal bestimmbare Farbstoffaufnahme liegt bei etwa
95% der maximal möglichen Farbstoffaufnahme, da die
Faserproben vor der Extraktion reduktiv nachbehandelt
werden. Dabei wird der auf der Faseroberfläche anhaftende
Farbstoff reduktiv zerstört und der maximal bestimmbare
Farbstoffgehalt dadurch erniedrigt.
Fig. 2 zeigt ferner, daß bei einer Färbetemperatur von
100°C der gesamte Farbstoff aus der Färbeflotte auf die
Polytrimethylenterephthalatfaser aufzieht. Dagegen zieht
bei 100°C Färbetemperatur nur etwa 15% des angebotenen
Farbstoffes auf die Polyethylenterephthalatfaser auf.
Damit der angebotene Farbstoff vollständig auf die
Polyethylenterephthalatfaser aufzieht, muß die
Färbetemperatur auf 130°C erhöht werden. Dies hat zur
Folge, daß die baderschöpfende Färbung der
Polyethylenterephthalatfaser in geschlossenen Gefäßen unter
Druck (HT-Färbebedingungen) durchgeführt werden muß.
Beim C. I. Disperse Red 60, einem Dispersionsfarbstoff mit
höherem Diffusionskoeffizienten, ist ein nahezu identischer
Verlauf der Farbstoffaufnahme mit der Färbetemperatur wie
beim C. I. Disperse Blue 139 zu beobachten.
Der Kurvenverlauf ist jedoch im Falle des C. I. Disperse
Red 60 um etwa 5 bis 10 K zu tieferen Temperaturen
verschoben wie beim C. I. Disperse Blue 139. Dieser
Sachverhalt ist mit dem höheren Diffusionskoeffizienten des
C. I. Disperse Red 60 zu erklären, da die Farbstoffmoleküle
schneller ins Faserinnere diffundieren können.
Färbungen mit C. I. Disperse Red 60 zeigen eine maximale
Farbstoffaufnahme der Polytrimethylenterephthalatfaser ab
einer Färbetemperatur von 95°C.
Bei der Polyethylenterephthalatfaser wird die maximale
Farbstoffaufnahme erst bei 120°C Färbetemperatur erreicht,
so daß auch hier die baderschöpfende Färbung in
geschlossenen Apparaturen unter Druck durchgeführt werden
muß.
Die Färbeumwandlungstemperatur von Polytrimethylen- und
Polyethylenterephthalat sind somit:
Die Färbeumwandlungstemperatur ist bei Färbungen beider
Polymere mit C. I. Disperse Red 60, aufgrund seines höheren
Diffusionskoeffizienten, um etwa 7 K tiefer als bei
Färbungen mit C. I. Disperse Blue 139. Die Differenz von
16 K der Färbeumwandlungstemperaturen beider Polymere
bleibt jedoch konstant.
Die Fig. 4 und 5 zeigen
Färbemuster beider Faserpolymere
bei gleicher Färbedauer in Abhängigkeit von der
Färbetemperatur. Hierbei ist der Unterschied in der
Farbstoffaufnahme am besten zu erkennen. Die
Farbintensitätsunterschiede werden durch Grautöne
dargestellt.
Die Farbstoffverteilung in der Faser kann anhand von
Faserquerschnitten beurteilt werden. Man kann dadurch
Durchfärbungen und Ringfärbungen unterscheiden.
Faserquerschnitte werden erhalten, indem die Fasern in
Acrylsäureester eingebettet werden und mit einem Minot-
Mikrotom der Firma Jung auf eine Stärke von 10 µm
geschnitten werden. Die Querschnittsaufnahmen werden mit
einem Mikroskop Zeiss Axioplan aufgenommen. Die Echtheit
einer Färbung, bei Scheuerbeanspruchung des gefärbten
Flächengebildes, ist im Falle einer Durchfärbung höher als
bei einer Ringfärbung, bei der der Farbstoff nur in der
äußeren Schicht der Faser eingelagert ist.
Für die Querschnitte wurden Färbungen mit C. I. Disperse
Blue 139 ausgesucht, da dieser Farbstoff einen sehr
geringen Diffusionskoeffizienten besitzt. Bei der
Verwendung anderer Farbstoffe mit höheren
Diffusionskoeffizienten ist schon bei geringeren
Färbetemperaturen eine Durchfärbung zu erwarten.
Die Fig. 6 und 7 zeigen Querschnitte von Polytrimethylen-
und Polyethylenterephthalatfasern, die bei 95°C und 120°C
mit C. I. Disperse Blue 139 gefärbt sind.
Bei der Polyethylenterephthalatfaser sind die
Titandioxidpartikel zu erkennen, mit denen das eingesetzte
Polymergranulat mattiert ist.
Die Querschnitte der Fasern zeigen, daß der Farbstoff
schneller ins Innere der Polytrimethylenterephthalatfaser
eindringen kann wie dies bei der
Polyethylenterephthalatfaser der Fall ist.
Fig. 8 zeigt die auf den Faserdurchmesser bezogene
Eindringtiefe des Farbstoffes in Abhängigkeit von der
Färbetemperatur.
Vergleicht man Fig. 8 mit Fig. 2, so läßt sich folgendes
feststellen:
Die Polytrimethylenterephthalatfaser läßt sich bei
Kochtemperatur hervorragend mit C. I. Disperse Blue 139
färben. Die Faser nimmt dabei den gesamten in der
Färbeflotte angebotenen Farbstoff auf. Die
Farbstoffkonzentration ist in den Randbereichen am
höchsten. Bei einer HT-Färbung ist die Farbstoffdiffusion
beschleunigt, so daß eine gleichmäßige Durchfärbung über
den gesamten Faserquerschnitt beobachtet werden kann.
Im Gegensatz dazu ist die Farbstoffaufnahme der
Polyethylenterephthalatfaser bei Kochtemperatur deutlich
geringer. Die Farbstoffaufnahme der Faser beträgt nur 10%
des in der Färbeflotte angebotenen Farbstoffes. Unter HT-
Bedingungen läßt sich auch die Polyethylenterephthalatfaser
gut anfärben. Der gesamte angebotene Farbstoff dringt in
die Faser ein, aber eine Durchfärbung der Faser ist mit
C. I. Disperse Blue 139 nicht zu beobachten.
Weitere Vorteile und Ausführungsformen der Erfindung
ergeben sich aus den nachfolgenden Patentansprüchen.
Claims (6)
1. Verfahren zum Anfärben von Fasern des
Polytrimethylenterephthalats (PTMT-Fasern), bei dem die
PTMT-Fasern in einer wenigstens einen
Dispersionsfarbstoff aufweisenden wäßrigen Flotte bei
oder unterhalb der Kochtemperatur der Flotte behandelt
werden,
dadurch gekennzeichnet,daß die PTMT-Fasern drucklos und carrierfrei gefärbt
werden, wobei die Färbung bei einer Flottentemperatur
zwischen 20 und 50°C begonnen wird, die Temperatur
innerhalb von 20-90 min, bevorzugt innerhalb von
45 min, auf die Kochtemperatur der Flotte oder auf eine
höchstens 20°C unterhalb der Kochtemperatur der Flotte
liegende Färbetemperatur gebracht wird,
die Färbung mindestens 20 min bei der Färbe- oder Kochtemperatur, bevorzugt 30-90 min, fortgesetzt wird und anschließend auf eine Temperatur von 20-50°C, bevorzugt mit einer Abkühlrate von 1°C pro min, abgekühlt wird,
so daß wenigstens 95 Gew.-% des in der Flotte angebotenen Farbstoffes auf die PTMT-Fasern aufzieht, und der Dispersionsfarbstoff wenigstens in einer relativen Tiefe von 5% bezogen auf den Durchmesser der anzufärbenden Faser in diese eindringt.
die Färbung mindestens 20 min bei der Färbe- oder Kochtemperatur, bevorzugt 30-90 min, fortgesetzt wird und anschließend auf eine Temperatur von 20-50°C, bevorzugt mit einer Abkühlrate von 1°C pro min, abgekühlt wird,
so daß wenigstens 95 Gew.-% des in der Flotte angebotenen Farbstoffes auf die PTMT-Fasern aufzieht, und der Dispersionsfarbstoff wenigstens in einer relativen Tiefe von 5% bezogen auf den Durchmesser der anzufärbenden Faser in diese eindringt.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Flotte verwendet wird, die zwischen 3,0 und
7,0 g reinen Dispersionsfarbstoff pro kg anzufärbender
PTMT-Faser aufweist.
3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Flotte mit einem Gehalt an
Dispersionsfarbstoff von 4,5 bis 5,5 g Reinfarbstoff/
kg PTMT-Faser verwendet wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei einer Färbetemperatur zwischen 80 und 110 °C,
bevorzugt zwischen 90 und 100 °C, behandelt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Fasern durchgefärbt werden.
6. Verwendung von in einem Verfahren nach einem der
vorhergehenden Ansprüche erhältlichen gefärbten PTMT-
Fasern zur Herstellung von Geweben, Gewirken oder
Gestricken.
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DE19505576A DE19505576A1 (de) | 1994-02-21 | 1995-02-18 | Verfahren zum Anfärben von Fasern des Polytrimethylenterephthalats sowie Verwendung von nach diesem Verfahren erhältlichen gefärbten Fasern |
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DE19505576A Withdrawn DE19505576A1 (de) | 1994-02-21 | 1995-02-18 | Verfahren zum Anfärben von Fasern des Polytrimethylenterephthalats sowie Verwendung von nach diesem Verfahren erhältlichen gefärbten Fasern |
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