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Verfahren zum Färben von Garnen und Kunststoff-Fasern.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Färben
von Garnen und Kunststoff-Fasern in amorphem und halborientierr tem Zustand, und
insbesondere auch auf ein Verfahren und eine Vorrichtung, die es gestattet, Fäden
oder Fasern in amorphem oder halborientiertem Zustand zu färben, wobei während des
Ziehens derselben Ebenfalls das Fixieren der Farbe erfolgt.
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In der Gegenwart beruhen die Färbverfahren für Kunststoff-Fasern auf
zwei verschiedenen Grundlagen; bei der einen handelt es sich um das Einfärben des
Spinnkucliens, und zwar entweder durch Auf lösen der Farbe in der flüssigen Polymermasse,
durch eine Farbbeigahe während der Polymerisation oder mittels eines ähnlichen Vorgangs,
und in all diesen Fällen ist das Ausgangserzeugnis bereits gefärbt, bevor es durch
die Spinndüse tritt, d.h. bevor der Verspinnungsvorgang oder die Bildung des Fadens
erfolgen.
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Das bekannte zweite Verfahren, möglicherweise das üblichere, geht
vom Einfärben der orientierten Gespinstfasern aus, das heißt, der
Spinnstofferzeugnisse,
die bereits dem Vorgang des Ziehens, in manchen Fällen auch dem Ziehen und Texturieren
unterzogen worden sind.
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Schließt man hierbei die vorerwähnten, bereits im Spinnkuchen gefärbten
Spinnstofferzeugnisse aus, bei denen praktisch das Ausgangsmaterial, das späterhin
versponnen werden soll, eingefärbt wird, so verfügt die Textilindustrie ausschließlich
über die Möglidikeit, mittels der üblichen Färbeverfahren die Kunststoff-Gespinstfasern
unter Zuhilfenahme von Direktfarbstoffen verschiedener Art in einem oder zwei Arbeitsvorgängen
zu färben.
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Bei dem bekannten Färbeverfahren muß die Gespinstfas er durch vorheriges
Auswaschen, Erhitzen usw. aufbereitet werden, welches zum Zweck hat, die chemische
Raktion zu beschleunigen, sofern es sich um eine solche handelt, bzw. bei einer
physikalischen Reaktion ein Aufquellen der besagten Gespinstfaser und die Aufnahme
des Farbstoffs durch diese zu verursachen.
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Die Forschungsarbeiten, die zu dieser Erfindung führten, führten zu
der Erkenntnis, daß es nicht erforderlich ist, die Kunststoff-Fasern oder -Fäden
zum Quellen zu bringen, um die Farbstoffe in diese einzuführen, falls dieses Einführen
dann vorgenommebwird, wenn dieselben sich in amorphem oder halborientiertem Zustand
befinden, d.h. wenn die besagten Fäden oder Fasern durch eine Spinndüse hindurch
so extrudiert worden sind, daß sie plastisch verformbare Fäden bilden, welche durch
eine axiale BeanspruchunB in eine permanente
Form übergeführt werden.
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Wie allgemein bekannt, sind die makromolekularen Zwischenräume einer
amorphen bzwt nalborientierten Faser oder Fadens größer als die Zwischenräume in
einer orientierten Gespinstfaser; daher wird die Absorption der Farbstoffe durch
einen solchen Einführungs-Zwischenraum begünstigt, ohne daß es erforderlich ist,
ein Quellen nervorzurufen. Auf diese Weise gelingt es, den besagten Vorgang der
Quellung der Faser, der allgemein bei Färbeverfahren angewandt wird, überflüssig
zu machen.
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Bei der großen Mehrzahl der bekannten Färbeverfahren wird Wasser verwendet,
welches mit Zusatzmitteln vermischt ist, um -parallel zu einer mehr oder minder
intensiven Wärmeeinwirkung (bzw. in besonderen Fällen einer Kälteeinwirkung)- ein
Verdicken oder Quellen zu erzielen. Dies bedingt außer der eigentlichen Durchführung
des Verfahrens die Notwendigkeit, mit erheblichen Wassermengen rechnen zu müssen,
welche im allgemeinen vorzubehandeln sind, und auch deren nachträgliche Ausscheidung
kommt hinzu, welches in zahlreichen Fällen zu einer erhöhten Umweltverschmutzung
beiträgt und soweit ein ökologisches Problem verursacht.
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Bei dieser Erfindung hingegen werden die Farbstoffe in einem zu Träger
dispergiert, um eine Lösung finden Farbstoff zu bilden. Der Träger kann aus Leichtölen,
Kohlenwasststoffen geringen Molekulargewichts, Wasser usw. bestehen (wobei es sich
hier lediglich um eine beispielhafte, nicht um eine einschränkende Aufzählung man
delt), und zwar mit oder ohne Zusatz von tzmitteln, von
organischen
Lösungsmitteln wie Aceton, Dimethyloxyd, von Essigsäure, Salicylsäure, von Diisocyanaten,
Phenolen usw., je nach der Art des amorphen oder halborientierten Fadens.
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Die Erfindung beruht auf den physikalischen und physikalisch-chemischen
Bedingungen eines amorphen Kunststoff-Fadens oder Faser, welche die vorerwähnte
Eingenschaft besitzt, große makromolekulare Zwischenräume aufzuweisen. SiXhacht
gleichermaßen von den freien und/oder in die Faser bereits aufgenommenen Retensgruppen
Gebrauch, die derart gestaltet sind, daß sie mit dei Farbstoff chemisch reagieren.
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Wie man weiß, werden bei sämtlichen Verspinnungsvorgängen von Kunststoff-Fasern
wie Polyester, Nylon 6, Nylon 6.6, Polypropylen und Acrylverbindungen, und zwar
sowohl für das Enderzeugnis einer kontinuierlichen Gespinstfaser als auch für kurzgeschnittene
Fasern, die Fäden mit reinen Oberflächen und in wäßrigen Lösungen behandelt, welche
die Eigenschaft besitzen, diesen Fäden als Gleitmittel zu dienen, ihre statische
Aufladung zu verhindern und für ihre Kohäsion zu sorgen; diese Mittel für den sogenannten
"finish" können bei der vorliegenden Erfindung als Träger für den Färbstoff und
als Hilfsmittel für die Zuführung der Farbstoffe zur Faser verwendet werden.
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Die Erfindung macht sich gleichzeitig die Eigenschaft der im Extrudierverfahren
gewonnenen Kunststoff-Fasern oder Fäden zunutze, die Stabilisierungsfeuchtigkeit
derselben zu absorbieren und auf
diese Weise die Absorption einer
Trägerflüssigkeit, welche die Farbstoffe mit sich führt, zu erleichtern.
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Es wurden Versuche mit verschiedenen Konzentrationsgraden der Farbstoffe
in dem Träger sowie der Farbstoffe bezüglich der Fasern vorgenommen; bevorzugte
Wer-te für die prozentualen Anteile reichen von 0,ob% des Farbstoffgewichts gegenüber
dem Fasergewicht bis zu 5% des Farbstoffgewichts gegenüber dem Fasergewicht.
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Die Spulen mit amorphem,normalisiertem Garn, das dazu geeignet ist,
zu einer Gespinstfaser verarbeitet zu werden, die den Anforderungen des Textilmarktes
entspricht, werden dem Arbeitsvorgang des Ziehens und der Fixierung des Farbstoffes
unterzogen. In Anbetracht dessen, daß die makromolekularen Zwischenräume bei einer
amorphen Faser oder einem ebensolchen Faden beträchtlich größer sind als nach dem
Vorgang des Ziehens oder des molekularen Ausrichtens, werden die Farbstoffe, welche
sich in den besagten makromolekularen Zwischenräumen der amorphen Faser befinden,
während des besagten Ziehvorgangs - der in einem Mindestziehverhältnis von 1:1,5
bis zu einem Höchstziehverhältnis von etwa 1: 8 erfolgt - durch Absorption in dieselben
fest aufgenommen.
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So erhält man mit der Aufnahme der Farbstoffe in die Faser eine Abriebfestigkeit,
eine Waschfestigkeit, eine Beständigkeit gegen ;saure Schweißeinwirkung und eine
Lichtbeständigkeit, die gleich groß oder größe} s die mittels eines üblichen Färbevorganges
erzielbaren Eigenschaften.
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Im Laufe der Versuche wurde festgestellt, daß man bei ZufUhrung von
Wärme während des Ziehvorganges an der ausgerichteten Faser dank der Ausdehnung
derselben durch Wärmeeinwirkung eineerhöhte Farbstoffabsorption erreicht.
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Der Vorgang des Ziehens sowie des Fixierens des Farbstoffs in der
Faser kann demnach bei Zuführung von Wärme oder auch ohne dieselbe erfolgen, doch
wird bei diesem Vorgang infolge der "Kristallisierung" und durch Reibung, bzw. durch
das Gleiten der Faser stets Wärme erzeugt.
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Nachdem man bestätigt fand, daß ein Farbstoff, der auf die Oberfläche
eines amorphen Fadens oder einer ebensolchen Faser aufgetragen worden ist, im Laufe
des Ziehvorganges mit beständiger Wirkung absorbiert wird, wurden dahingehende Versuche
unternommen, den Farbstoff mittels eines geeigneten Trägers und einer geeigneten
Vorrichtung in der Zuführstufe des Ziehvorganges auf den amorphen oder halborientierten
Faden zu verteilen. Es wurde hierbei festgestellt, daß man dadurch dieselben Ergebnisse
erzielt wie diejenigen, die man beim Zuführen des Farbstoffs während des Aufwickelns
des amorphen Fadens auf die Spindel im Laufe des Spinnvorganges erhält.
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Dasselbe Verfahren wurde anschließend beim Vorgang des Ziehens und
nachfolgendem Texturieren sowie beim gleichzeitigen Ziehen und Texturieren angewandt,
und man erzielte dabei praktisch die gleichen Ergebnisse.
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womit ist das erfindungsgemäße Verfahren dazu geeignet, Spinnstofferzeugnisse
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zu erhalten, die in amorphem Zustand gefärbt worden sind, bevor sie infortlaufenden
Arbeitsvorgängen verzogen werden, und zwar entweder ausgerichtete-, gefärbte Gespinstfasern
oder auch texturierte, gefärbte Gespinstfasern, wodurch ein Färben nach dem Fertigstellen
des Spinnstofferzeugnisses, welches das übliche Verfahren darstellt, vermieden ist,
sodaß sich erhebliche Vorteile hinsichtlich einer erheblichen Verringerung der Betriebskosten,
der Wartezeiten, des Umfangs der Zusatzvorrichtungen usw. einstellen.
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Die Verteilung des Farbstoffes auf eine amumphe Faser-oder Faden kann
auf verschiedene Weise vor sich gehen, unter anderen fdVendermaßen: a) Durch das
Eintauchen der Spule mit dem amorphen Garn in eine Farbstoff-Dispersion, wonach
diese Spule in einer Ziehvorrichtung verzogen, bzw. kontinuierlich oder auch gleichzeitig
verzogen und texturiert werden kann, um die Absorption und die Stabilisierung des
Farbstoffs zu Ende zu führen.
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b) Mittels Durchgang der extrudierten und erkalten Faser durch Farbstoffverteilertröge
oder -Walzen und anschließendem Aufspulen. Dabei ist der Vorteil, daß der amorphe
Faden dazu neigt, sich auf der Spule besser anzupassen, wodurch eine gleichförmigere
Verteilung des Farbstoffs erreicht wird.
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c) Mittels Durchgang der extrudierten und erkalteten Faser durch Rollen
oder Walzen, die die Farbstoffdispersion auf die Faser verteilen. Die Walzen sind
vor der Ziehstufe angeordnet, in der das Verfahren abgeschlossen und der in der
orientierten Gespinstfaser absorbierte Farbstoff stabilisiert wird.
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d) Durch Dispersion des Farbstoffs in einem Träger, der aus "Finishmitteln"
bestehen kann, z.B. Leichtölen, Kohlenwasserstoffen geringen Molekulargewichts,
Wasser usw., wobei der "finish" gleichzeitig mit der Farbstoffvertilung vor dem
Ziehen aufgebracht wird.
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Ferner können die amorphen Fasern Grate oder Rillen aufweisen, welche
auf künstliche Art durch Verdunstung von Lösungsmittel oder Wasser erzeugt werden,
oder auch durch eine chemische oder physikalische Korrosion, wobei die Grate oder
Rillen gleichzeitig mit den makromolekularen Zwischenräumen den Farbstoff einbehalten.
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Beispiele Es konnte festgestellt werden, daß die erfindungsgemäßen
Garne, außer den Vorteilen, die sich aus dem Verfahren selbst im Vergleich zu den
üblichen Färbeverfahren bei ausgerichteten Gespinstfasern ergeben, auch verbesserte
Eigenschaften hinsichtlich ihrer Zähigkeit, ihrer Elastizität und ihres Aussehens
au£weisen, wie dies aus den Vergleichswerten der Versuche hervorgeht, die mit Gespinstfasern
durchgeführt wurden, welche man nach diesem neuen Verfahren färbte, sowie mit solchen,
die man nach den üblichen Verfahren erhielt, und deren Ergebnisse nachstehend tabellenförmig
aufgeführt werden:
Lfde. Nr. Zähigkeit Dehnungs- Volumen d. Endwert
Titer des in fahigkeit irt.Garns des des Versuchs gr/den in % in % Titers amorphen
Garns 1 4,3 44 100 158 546 2 4.00 44 70 155 548 3 4,1 42 90 157 546 4 3,7 38 60
156 548 5 4,00 44 90 158 546 3,6 39 80 154 548 7 4,00 46 100 159 557 (+) 8 3,7 40
70 156 548 9 4,2 42 100 160 557 (+) 10 3,5 38 80 153 548 In der vorstehenden Tabelle
entsprechen di«Versuche, welche mit ungeraden Zahlen, also 1 - 3 - 5 - 7 - 9, bezeichnet
sind, denjenigen Gespinstfasern; die nach dem Verfahren dieser Erfindung gefärbt
wurden, während die mit den geraden Zahlen 2- 4 .- 6 - 8 - 10 bezeichneten den -Gespinstfasern
entsprechen, die nach dem üblichen Verfahren gefärbt worden sind.
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Die vorerwähnten, nach dem üblichen Verfahren erhaltenen Proben (2
- 4 - 6 - 8 - 10) umfassen das Verspinnen, das Aufwickeln, das Ziehen mit anschließendem
Texturieren auf Spulen mit weichem Kern sowie das Färben in einem Scholl-Gerät und
das Aufziehen auf Kegel.
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Die Versuche 1 - 3 - 5 umfassen das Verspinnen, das Aufwickeln und
das Imprägnieren mittels eines Farbstoffs in der Zuführstufe zu dem Zieh- und Texturiervorgang.
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Die Versuche 7 und 9 umfassen das Verspinnen, das Imprägnieren mittels
eines Farbstoffes, das Aufwickeln sowie das anschließende Ziehen und Textureren.
Bei diesen Proben ist die Imprägnierung des Farbstoffs in den Titer mit eingezogen
(+)« den die Gespinstfaser aufweist.
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Das "Volumen" gegenüber der fertigen Gespinstfaser wird als prozentualer
Anteil in Bezug auf das Rohgarn angegeben.
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Bei sämtlichen Versuchen beträgt die Anzahl der Fäden 30 und der Koeffizient
für das Ziehen 1: 4,08.
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Bei den unter 6 und 10 nach dem üblichen Verfahren vorgenommenen Versuchen
wurden einige zarissene Fäden festgestellt.
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Wie aus den erwähnten vergleichenden Versuchen hervorgeht, erbringt
das erfindungsgemäße Verfahren nicht nur eine neuartige Verfahrenstechnik hinsichtlich
der üblichen Färbeverfahren für Spinnstofferzeugnisse; die sich daraus ergebenden
Gespinstfasern weisen auch gegenüber den gewöhnlichen verbesserte Eigenschaften
auf.
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Es unterliegt keinem Zweifel, daß bei einer praktischen Anwendung
der vorliegenden Erfindung in Bezug auf gewisse Einzelheiten derselben Änderungen
auftreten können, obwohl dies nicht bedeutet, daß deshalb vom Grundsätzlichen abgewichen
wird, welches im Einzelnen in den nachstehend aufgeführten Patentansprüchen deutlich
dargelegt wird: