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Verfahren und Vorrichtung zum kontinuierlichen Auftragen von chemischen
Behandlungsmitteln auf bahnförmige Materialien Die Erfindung betrifft ein Verfahren
und eine Vorrichtung zum-kontinuierlichen austragen von chemischen Behandlungsmitteln
wie von Farbstoffen oder anderen Veredlungschemikalien auf bahnförmige Materialien
aus Textilfasern wie Gewebe, Gewirke, Faservliese, Nähwirkbahnen, getuftete Bahnen,
Garnscharen, breitgeführte loss Fasern wie Kammzüge oder auf homogene Filme oder
Folien aus Kunststoffen, wie etwa Polyester, Polyamid, Polyacryl und dergleichen
in Behandlungsflüssigkeiten, die das Behandlungsmittel, z.B. die Farbstoffe in hohen
Konzentrationen enthalten, bei dem sowohl die zu behandelnde Bahn als auch die Behandlungsflüssigkeit
vor dem Behandlungsflüssigkeitsauftrag auf eine wesentlich höhere Teraperatur als
die normale Raumtemperatur aufgeheizt werden.
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Beim kontinuierlichen Färben oder Veredeln oder Auf tragen von sonstigen
Behandlungsmitteln auf bahnförmige Materialien ist es erforderlich, den Auftrag
so gleichmäßig wie möglich unter höchster Ausnutzung der Behandlungsmittel, d.h
bei geringstem Verbrauch derselben, bei reproduzierbaren Bedingungen zu gestalten,
um günstigste Ergebnisse zu erhalten.
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Dfls Auf tragen von Färbe- oder Chemikalflüssigkeiten auf laufende
Warenbahnen erfolgt heute durchweg durch Aufklotzen (Auffoulardieren).
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Es sind aber auch andere Verfahren wie z.B. das Kurzzeit-Ausziehverfahren
mit im Gleichlauf mit der Warenbahn laufender Farbflotte bekannt.
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Die Nachte.ile dieser in der Praxis zur Anwendung kommenden Kontinü-Färbeverfahren
mit Aufklotzen (Auffoularideren) einer Farbflotte ergeben sich vorwiegend daraus,
daß zum einen für die Flottenaufnahme entweder bei Temperaturen weit unter de Siedepunkt
der Trägerflüssigkeit keine von der Qualität der Vorbehandlung des zu färbenden
Subtrats weitgehend unabhängige Bedingungen für dit Flottenaufnahme beim Durchlauf
durch den Flottenvorrat der Aufklotzeinrichtungen sowie für die Abquetschdpsierung
in den Quetschfugen der Auftragsvorrichtung oder bei Temperaturen etwa in der Nähe
des Siedepunktes der Trägerflüssigkeit keinerlei Sicherheit für konstante Farbstoff-Konzentrationen
in der aufzutragenden Farbflotte und damit für die Endengleichheit der Färbung erfüllt
waren. Zum anderen waren bei den bisher praktizierten, vielfältig wechselnden Abkühlungen
und Aufheizungen, insbesonderc bei zusätzlichen Trocknungs- und Trockenwärmebehandlungen
grundsätzlich ungünstige Bedingungen für gleichmäßige
kontrollierbare
Verfahrensbedingungen für die für die Farbstoff-Fixierung entscheidend wichtigen
physikalischen Zustandwerte Feuchtegehalte und Temperaturen auf dem behandelten
Substrat gegeben.
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Aus diesen Gründen sind die Färbeverfahren mit diskontinuierlichen
und kontinuierlichen Flüssigkeitsbehandlungen mit meist geringen Farbstoffkonzentrationen,
wie das-Färben auf modernen Jet-Färbemaschinen oder das neue Kontinü-Färbeverfahren
mit Kurzzeit-Ausziehen der Farbstoffe in im Gleichstrom geführten heißen Behandlungsflüsw
sigkeiten an Sicherheit des Produktionsverfahrensablaufes und damit besonders der
lauf enden Reproduzierbarkeit den Kontinü-Färbeverfahren mit Aufklotzen kurzer,
höher konzentrierter Farbflotten und anschließender Fixierbehandlungen in gasförmigen
Medien deshalb weit überlegen, weil bei ihnen die vorstehend dargestellten grundsätzlichen
Flachteile nicht gegeben sind.
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Dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt die Aufgabe zugrunde, für das
Auftragen von Farbflotten auf färbefoulardähnlichen Einrichtungen und das anschließende
Fixieren der Farbstoffe auf dem zu färbenden Material in gasförmigen, warmen oder
heißen Medien wesentlich bessere Verfahrensbedingungen, insbesondere eine bisher
für diese Art von kontinuierlichen Veredelungsbehandlungen nicht bekannt Sicherheit
der Reproduzierbarkeit zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Auftrag der heißen Behandlungsflüssigkeit
auf die zu behandelnde heiße Bahn durch Tränken aus einem minimalen Vorrat an heißer
Behandlungsflüssigkeit
(ca. 1/2 bis 1 1/2 1 pro m Saterialbahnbreite)
heraus derart erfolgt, daß sich dieser Behandlungsflüssigkeitsvorrat laufend, bedingt
durch die laufende Flüssigkeitszugabe und Flüssigkeitsmitnahme, in einer Zeit von
jeweils nur ca. 10 Sekunden oder darunter erneuert.
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In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die
heiße Behandlungsflüssigkeit bei entsprechend hohen Konzentrationen der Behandlungsmittel
in einer Menge von nur 20-35 % des Trockengewichts des zu behandelnden Gutes auf
Materialbahnen, die vollständig oder zum größten Teil aus synthetischem Material,
insbesondere aus synthetischen Fasern bestehen, und in einer Menge von nur 30-45
% des Trockengewichts auf Materialbahnen, die vollständig oder zu einem hohen Anteil
aus Zellulosefasern bestehen, aufgetragen. Die Dosierung oder Steuerung der extrem
niedrigen Gehalte des Behandlungafliissigkeitauftrages auf die Materialbahn wird
durch sorgfältiges Aufeianderabstimmen der Temperatur der Behandlungsflüssigkeit
im Behandlungsflüssigkeitsvorrat, der Weglänge des Durchlaufs der Materialbahn durch
den Behandlungsflüssigkeitsvorrat, des Abquetschens in der Quetschfuge eines Spezialabquetschwerkes
und der Durchlaufgeschwindigkeit bewirkt. Die Temperatur der Behandlungsflüssigkeit
beim Auftrag auf die Materialbahn liegt bei wäßrigen Behandlungsflüssigkeiten in
der Nähe des Siedepunktes, d.h. bevorzugt bei 95 bis 9900.
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Die Temperatur der Behandlungsflüssigkeit beim Auftrag auf die Materialbahn
bei organischen Lösungsmitteln als Behandlungsflüssigkeit je nach Art dieser Lösungsmittel
liegt vorzugsweise nahe dem jeweiligen Siedepunkt, d.h. z.B. bei Perchloräthylen
als BehandlungsflUssigkeit zwischen 105 und 14000 oder z.B. bei einem Glykol als
Behandlungsflüssigkeit zwischen 150 und 175 C. Als besonders vorteilhaft
hat
es sich erwiesen, wenn erfindungsgemäß aus den beiden seitlichen Bereichen des Behandlungsflüssigkeits-Durchlauf-Vorrats,
d .h.
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außerhalb der durchlaufenden Materialbahn geringe Mengen der Behandlungsflüssigkeit
entnommen und mit der jeweils frisch zulauf enden Behandlungsflüssigkeit gleichmäßig
über die gesamte BehandLungsbreite verteilt werden. Erfindur,gsgemäß können auch
die Vorgänge der Voraufheizung der Materialbahn und des Behandlungsflüssigkeitsauftrags
mit einem Vorgang der Naß-Farbstoff-Fixierung oder Naß-Chemikal-Reaktion in gesättigtem
oder gering überhitztem Dampf der BehandlungsSlüssigkeit oder mit einem kombinierten
Vorgang des Trocknens und der Trocken-Fixier- oder Reaktionswärraebehandlung in
höher überhitztem Dampf der Behandlungsflüssigkeit zu einen gemeinsamen ununterbrochenen
Gesamt-Veredlungs-Wärme-Behandlung vereinigt werden.
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Bei einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist im Zwickel der.Abquetschwalzen eines horizontal angeordneten Zwei-Walzenquetschwerkesein
enger schachtförmiger Behandlungsflüssigkeitsauftragbehälter angeordnet. Dieser
besitzt erfindungsgemäß eie Breite von etwa 8 bis 15 mm und eine Höhe von etwa 5
bis 15 cm. Er ist beheizbar und an beiden Seiten mit Überlaufrinnen verbunden, in
denen jeweils mit Öffnungen versehenes Behandlungsflüssigkeitszuführrohr angeordnet
ist.
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Es stellt sich nun das neue -entscheidend verbesserte Farbflotten-Auftragsverfahren
mit gegenüber den Raumtemperaturen wesentlich erhöhten Temperaturen des Farbflotten-Auftrags
nach der vorliegenden Erfindung wie folgt dar:
Es beinhaltet zunächst
entsprechend schon gemachten Vorschlägen die Methoden sowohl die zu färbende Materialbahn
als auch die laufend auf zutragende Farbflotte durch geeagnete Mittel annähernd
auf die gewählte Temperatur des anschließenden Farbflottenauftrags aufzuheizen.
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Die zu behandelnde Bahn und die Farbflotte werden nach dem jeweiligen
Aufheizen erfindungsgemäß dem Farbflottenauftraggbehälter direkt kontinuierlich
zugeführt, d.h. daß die jeweils frische Farbflotte, abweichend von den bisher gemachten
Vorschlägen, vorzugsweise nicht einen durch den Auftragsvorgang zirkulierenden Farbflottenkreislauf
zugeführt wird.
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Das Durchtränken der auf geheizten Materialbahn durch die heiße Farbflotte
bzw. das Auf- oder Mitnehmen der Farbflotte durch die Materialbahn ist erfindungsgemäß
mit dem Ab- und Durchquetschen des Farbflottenauftrags in der Quetschfuge zweier
horizontal angeordneter Foulardwalzen in einer von der für den Auftrag von Farbflotten
normaler Temperatur bekannten Weise abgewandelten Form vereinigt.
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Die vor der Quetschfuge gespeicherte Menge an heißer Behandlungsflotte,
stark abweichend von den Inhalten normaler Zwickelfoulard-Flottenspeicherungen von
4 bis 6 Liter pro Hefter Arbeitsbreite, ist auf einen so geringen Wert von z.B.
0,5 bis 1,5 Liter pro Meter reduziert, daß sich bei dem kontinuierlichen Zulauf
von frischer Farbflotte und der Flottenm«nahme durch die Materialbahn ein voller
Flottenwechsel jeweils in nur ca. 10 Sekunden und darunter einstellt.
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wurde herausgefunden, daß bei Farbflotten-Auftragstemperaturen in
urimittelbarer Nähe des Siedepunktes und hohen Affinitäten zwischen Farbstoffen
und Fasern wie z.B. bei gewissen Säurefarbstoffen und P6lyamidfaserstrukturens schon
in etwa 5 Sekunden eine gewisse Farbstoffverarmung kleiner Mengen höher -konzentrierter
Behandlungsflotten eintritt, daß aber bei kleinen Speichermengen für Farbflottenauf
träge ein Absinken der Farbflotten-Konzentration mit Erfolg vermieden werden kann,
wenn ein laufender vollständiger Farbflottenwechsel durch die ständig zugeführte
frische Farbflotte bei einer entsprechend minimalen Farbfiotten-Speicherung in ca.
10 Sekunden und darunter erreicht wird.
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Die erfindungsgemäß für den Heißflottenauftrag geforderte minimale
Auftragsflottenspeicherung im Zwickel eines Farbflottenauftragswerkes wird erzielt
durch Anordnen entsprechend gestalteter Verdrängungskörper an beiden Seiten der
durchlaufenden Bahn unmittelbar vor der Quetschfuge derart, daß eine vertikale Farbflottensäule
von z.B. nur 8-15 mm Dicke und 5-15 cm Höhe über der Quetschfuge ausgebildet wird.
Dabei beträgt selbst bei einer nicht hohen Produktionsgeschwindigkeit von ca. 30
m pro Minute die Dauer des Durchlaufs durch die Behandlungsflüssigkeit nur 1/5 bis
1/10 Sekunde, so daß also auch von Seiten dieses Faktors tatsächlich vor der Abquetschdosierung
kein Farbstoffauszug oder keine Chemikalreaktion und damit keine Konzentrationsänderung
eintreten kann. Der andere günstige aktor ist die geringe Verweilzeit der Flotte
selbst, die ihrerseits keine Akkumulierung auch nur geringer Konzentrationsänderungen
in der Flotte (trotz der bei heißen Flotten auf das
10-30 Fache
gesteigerten Chemikalausziehgeschwindigkeit) gestatiet.
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Eine weitere Aufgabe löst das Verfahren nach vorliegender Erfindung
bei entsprechender Ausgestaltung bzw. entsurechender Steuerung.
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leidlich gleichm5ßigen Farbflottenauftrag konnte man bisher nur erreichen
mit Txänk- und Abquetschmethoden, bei denen über die Flottenmenge der unmittelbaren
Haftung in der Faserstruktur bei Materialstrukturen aus synthetischen Fasern (das
sind ca. 25-35 %) bzw. über die Flottenmenge, die als Quellflüssigkeit von den Zellulcsefasern
aufgenommen wurden (das sind ca. 35-45 % ) hinaus ein nicht unbeträchtlicher Anteil
freier Flüssigkeit in der Faserstruktur von weiteren 25-45 ç aufgenommen wurde.
Das gleichmäßige Trocknen gerade dieses freien Farbflüssigkeitsanteils führt bevorzugt
bei Strukturen aus synthetischen Fasern zu den so schwer beherrschbaren Migrationen.
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Mit speziell gestalteten Vortrocknern wird dieses Problem nur unzulänglich
beherrscht.
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In Verbindung mit dem Farbstoffauftragsverfahren nach vorliegender
Erfindung wurde die bedeutende Chance erkannt, Farbflottenaufträge höherer Farbstoffkonzentration
mit nur geringem Anteil noch freier Farbflotte mit hoher Gleichmäßigkeit zu erreichen.
Herausgefunden wurde im besondercn, daß das Auftragen z.B. von wäßrigen Farbflotten
bei Temperaturen in der ähe des Siedepunktes die besonders gunstigen Bedingungen
einer weitgehenden Unempfindlichkeit gegen Unterschiede im Ausfall der Vorbehandlung
bzw. der Vorreinigung besonders in bezug auf den den Anteil der Haftflüssigkeit
in der Synthetik-Faserstruktur bzw. der aufgesaugten Quellflüssigheit bei Zellulosefasern
schaffen.
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Mit der Zielsetzung direkter. Farbflottenaufträge bei bisher nicht
mit guten Betriebsergebnissen in der täglichen Produktion erreichbaren Auftragsfeuchtegehalten
von z.B. 30 bis 40 % bei Strukturen bevorzugt aus Synthetikfasern und von z.B. 40-50
% bei Strukturen bevorzugt aus Zellulosefasern werden die Verfahrens faktoren Farbflottenauftrag#temperatur,
Durchlaufzeit der Materialbahn durch die Farbflottensäule und Abquetschleistung
in der Quetschfuge sinnvoll in Abhängigkeit voneinander gesteuert. Dabei erlaubt
die entsprechend hohe Farbflottenauftrag$temperatur in Wechselwirkung mit den gleichfalls
günstigen Aufnahmebedingungen der heißen Materialstruktur erstmalig die Länge des
auchweges bzw. die Durchlaufzeit durch die Säule der heißen Behandlungsflüssigkeit
sicher reproduzierbar zur Einstellung bisher nicht erreichbar gewesener, niedriger
FarbSlottenaufträge einzusetzen.
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Verfahrensnotwendig ist eine sehr genaue Einstellung und Kontrolle
des jeweiligen Farbflottenstandes und ein bisher nicht bekannter beidseitig mit
sehr hoher Genauigkeit über die gesamte Arbeitsbreite gestalteter Zulauf der heißen
Farbflotte.
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Beim Auftrag von wäßrigen Behandlungsflüssigkeiten kann sich ein Vorgang
der Itaß- oder Feucht-Farbstoff-Fixierungzoder Naß- oder Feucht-Chemikal-Reaktion
in gesättigtem oder gering überhitztem Wasserdampf oder ein Vorgang des Trocknens
in höher überhitztem Wasserdampf vermittels Düsen-Oberkonvektion oder vermittels
Durchflußkonvektion auf unter Unterdruck stehenden Trommeln oder vermittels Kontakttrocknung
auf beheizten Zylindern anschließen.
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Beim Auf trag von Behandlungsflüssigkeiten aus organischen Lösungsmitteln
können sich unmittelbar an den Vorgang des Behandlungsflüssigkeitsauftrages ein
Vorgang der Naß- oder Feucht-Farbstoff-Fixierung oder Naß- oder Feucht-Chemikal-Reaktion
im gesättigten oder gering überhitzten Lösungsmitteldampf oder ein Vorgang des-
Trocknens im höher überhitzten Lösungsmitteldampf vermittels Obc-rflächen-oder Durchflußkonvektion
oder auf beheizten Zylindern anschließen. Weiter kann sich unmittelbar an den Vorgang
des Behandlungsflüssigkeitsauftrages ein Vorgang des kombinierten Trocknens und
Trockenwärmebehandlungs-Farbstoff-Fixierens- oder Chemical-Reagierens im höher überhitzten
Dampf der Behandlungsflüssigkeit anschließen.
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In beiden Fällen werden die günstigen Bedingungen einer bereits erfolgten
Aufheizung auf die jeweiligen Behandlungstemperaturen bei einer Wasserdampf-Fixier-
oder Reaktionsbehandlung oder einer Trocknung im überhitzten Wasserdampf vorteilhaft
ausgewertet.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird also vorteilhaft außerdem
noch eine optimale gemeinsame thermische Basis der Gesamtbehandlung (ohne zwischenzeitliche
ungünstige Teriperatur-Auf- und Absprünge) von der Aufheizung der zu behandelten
Bahn einerseits und der Behandlubgsflüssigkeit andererseits über den Behandlungsmittelauftrag,
über die Trocknung zur Trocken-Farbstoff-Fixier- oder Chemilcal-Reaktions-Wärmetehar.dlung
mit bisher nie erreichten Sicherheiten in der Reproduzierbarkeit der Produktionsabläufe
und damit des Warmausfalls erreicht.
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In der Zeichnung ist schematisch en Querschnitt durch eine Vorrichtung
zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt.
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Diese Vorrichtung besteht aus einem horizontal angeordneten Zwei-Walzenquetschwerk,
dessen Walzen mit 11 und 12 bezeichnet sind. Innerhalb des Zwickels dieser Walzen
ist ein enger, schachtförmiger Behandlungsflüssigkeitsauftragbehälter 13 angeordnet.
Dieser ist gegenüber den Quetschwalzen und an seinen Stirnseiten abgedichtet.
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Er besitzt ein minimales Volumen, und daher beträgt seine Breite B
vorzugsweise zwischen 8 und 15 mm und seine Höhe II zwischen 5 und 15 cm. Die Wände
des Behandlungsflüssigkeitsauftragbehälters 13 können beispielsweise hohl sein und
durch einen Wärme träger wie beispielsweise Öl oder Heißdampf beheizt werden. Der
Behälter kann aber auch auf beliebige andere Weise beheizt werden. Die Seitenwände
des Behandlungsflüssigkeitsbehälters 13 sind an ihren oberen Enden mit Uberlaufrinnen
14 verbunden. In diesen sind über ihre gesamte Länge reichend mit Löchern versehene
Behandlungsflüssigkeitszuführrohre 15 angeordnet. Diesen wird die Behandlungsflüssigkeit
genau dosiert zugeführt. Der Uberlauf sorgt für eine genaue Verteiiung der Behandlungsflüssigkeit
über die gesamte Warenbahnbreite. Der Flüssigkeitsspiegel ßp wird dann je-nach Warenbahnart,
Warendurchlaufgeschwindigkeit, Behandlungszweck usw. konstant auf einer Höhe von
etwa 5 bis 15 cm gehalten. Die Temperatur der Behandlungsflüssigkeit wird durch
bekannte Mittel konstant gehalten, sie ist jedoch je nach Behandlungszweck unterschiedlich
einstellbar. Oberhalb des Behandlungsfiltsigkeitsauftragbehälters 13 kann noch ein
Raum 16 angeordnet
sein, der ebenfalls beheizbar ist. Dies geschieht
vorzugsweise durch dampf- oder gasförmige Medien. Er kann aber auch auf beliebige
andere Art, beispielsweise elektrisch, beheiztswerden. Die Warmbahn 17 durchläuft
die'Vorrichtung vorzugsweise in senkrechter Richtung von oben durch den Raum 16
, den Behandlungsflüssigkeitsauftragbehälter 13 und dann die Quetschfuge zwischen
den Walzen 11 und 12 des Quetschwerks. Durch genaue Regelung bzw. Einstellung der
Behandlungsflottentemperatur, der Flottenmenge und sonit der Flottenspiegelhöhe
Sp , der Warenbahngeschwindigkeit usw. lassen sich reproduzierbar beliebige vorzugsweise
extrem niedrige Mengen des jeweiligen Behandlungsmittels auf die Warenbahn auftragen.