-
Verfahren und Vorrichtung zur Führung von
-
Färbeprozessen.
-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur optimalen Führung
von Färbeprozessen für Materialien nach Ausziehmethoden, die Vorrichtung zur Durchführung
dieses Verfahrens sowie das nach diesem Verfahren gefärbte Material.
-
Beim Färben von Textilmaterial nach Ausziehmethoden wird üblicherweise
das Färbebad linear aufgeheizt. Dieses Aufheizen muss dabei während der gesamten
Zeit langsam erfolgen, um unegale Färbungen zu vermeiden, da es nicht möglich ist,
das unterschiedliche Verhalten der Färbebadkomponenten und des Substrates, z.B.
die unterschiedliche Aufziehgeschwindigkeit der Farbstoffe entsprechend zu berücksichtigen.
Ein relativ grosser Zeitverlust beim Färben ist daher unvermeidlich.
-
Aus der deutschen Offenlegungsschrift Nr.
-
1 794 143 ist ein Färbeverfahren bekannt, in welchem
eine
Zeit, in der das Bad erschöpft sein soll, vorgegeben wird und in welchem die Farbstoffkonzentration
des Färbebades kontinuierlich gemessen und mit einer programmierten Konzentration
verglichen wird, wobei eventuelle Abweichungen durch Aenderungen der Färbetemperatur
kontinuierlich ausgeglichen werden.
-
Die d-eutsche Offenlegungsschrift Nr. 2 361 491 beschreibt ein Verfahren
zur Regelung von Färbeprozessen, in denen man die physikalischen und chemischen
Faktoren, welche den Färbeprozess bestimmen, mittels der Funktion Bad erschöpfung
bezogen auf die Umwälzgeschwindigkeit der Flotte regelt.
-
Beide Verfahren sind jedoch nur beschränkt anwendbar, nämlich nur
auf Farbstoff-Einkomponentensysteme oder auf Mehrkomponentensysteme, die aus ideal
kombinierbaren Komponenten bestehen. Solche Systeme gibt es jedoch in der Praxis
kaum. Zudem wird in beiden Verfahren eine automatisch arbeitende Verdünnungsstation
benötigt, falls das Transmissionsspektrum des Einzelfarbstoffes oder des färberisch
sich ideal kombinierbar verhaltenden Mehrkomponentensystems dem Lambert-Beer'schen
Gesetz nicht folgt, da ohne diese eine Bestimmung der Konzentration der Farbstoffe
nicht möglich ist.
-
Es wurde nun gefunden, dass man diese Schwierigkeiten beseitigen
kann, wenn man den Färbeprozess unter Verwendung eines Prozessrechners führt. Der
Prozessrechner
ist erforderlich zur Bestimmung der Konzentrationsänderung
der Farbstoffe, welche einen Algorithmus benötigt, der eine software-mässige Verarbeitung
verlangt. Zudem kann mit dem Prozessrechner aufgrund der Erfahrungswerte der nahen
Vergangenheit das System berechnet werden und auf diese Weise können die optimalen
Regelparameter bestimmt werden.
-
Die Anordnung ist also selbstanpassend.
-
Ueberraschenderweise gelingt es mit dieser Anordnung, auch Färbeverfahren
optimal zu fUhren, in welchen ein Farbsto£f, der in Lösung nicht dem Lamber.-Beer'schen
Ges etz gehorcht, verwendet wird od er Farbs tof f- Mehrkomponenensysteme, welche
diesem Gesetz nicht folgen, oder solche, welche diesem Gesetz zwar folgen, deren
Farbstoffe jedoch nicht ideal kombinierbar sind. Dies war bisher nicht möglich.
-
Als kombinierbar werden solche Farbstoffe bezeichnet, die in Kombinationen
gleich rasch aufziehen [Textilindustrie 71, 9, Seite 605 (1969)].
-
Die vorliegende Erfindung betrifft also ein Verfahren zur optimalen
Führung von Färbeprozessen für Textilmaterialien nach Ausziehmethoden unter Einsatz
von Farbstoff-Ein- oder Mehrkomponenten Systemen unter Verwendung eines Modelles
der Formel
A = f(X, Y, Z) wobei A eine oder mehrere der zu optimierenden
Grössen Zeitbedarf, Energie-, Farbstoff-, Hilfsmittelverbrauch, Reproduzierbarkeit,
Qualität der Färbung, X einen oder mehrere der Werte für die Messgrössen Flottenum
wälzgeschwindigkeit, Redox-Potential, Temperatur, pH-Wert, Y einen oder mehrere
der prozessbestimmenden Parameter Ausziehgeschwindigkeit, Kombinierbarkeit, scheinbare
Aktivierungsenergie, Diffusionsgeschwindigkeit, Frequenzfaktor, scheinbare Adsorptionsgleichgewichtskonstante
und Z die optischen bedeuten und wobei f bedeutet, dass X, Y und Z Fuktion von A
sind, dadurch gekennzeichnet, dass man a) die für die Farbstoffe ermittelten optischen
Eichdaten in Funktion der Konzentration der Badkomponenten und eines oder mehrerer
der Parameter Temperatur, pH-Wert oder Farbstoffkonzentration in einen direkt angeschlossenen
Prozessrechner eingibt, b) Färbeflotte und Textilmaterial in Kontakt bringt und
mit dem Färben beginnt, c) durch den Prozessrechner die Konzentrationsänderungen
der Farbstoffe während des Färbens in-Funktion der Messgrössen, die in dem verwendeten
Modell enthalten sind, errechnet,
d) mit diesen Grössen anhand
der durch das Modell gegebenen funktionellen Zusammenhänge die prozessbestimmenden
Parameter berechnet, so dass man e) unter Berücksichtigung der Randbedingungen diskrete
Führungswerte für die Stellvariablen erhält und f) diese als Stellwerte auf das
Färbesystem anwendet, womit eine selbstanpassende direkte digitale Regelung des
Färbeaggregates erreicht wird, welche ein optimales Ausziehen der einzelnen Farbstoffe
bezüglich der zu optimierenden Grössen gewährleistet.
-
-Die Messvorrichtungen für diese Grössen sind im Prinzip bekannt.
Die optische Dichte der Färbeflotte wird z.B. mit einem Spektrophotometer gemessen.
Durch die Verwendung eines Prozessrechners ist es im erfindungsgemässen Verfahren
möglich, die Konzentrationen der einzelnen Farbstoffe eines Farbstoff-Mehrkomponentensystemes
zu bestimmen, was bisher nur bei einem Einkomponentensystem, dessen Farbstoff dem
Lambert-Beer'schen Gesetz gehorcht, möglich war.
-
Insbesondere kann man bei Einsatz eines Prozessrechners gemäss dem
Verfahren der vorliegenden Erfindung auch für Farbstoffe, deren Extinktionskoeffizienten
nicht konstant sind, die Konzentration spektrophotometrisch bestimmen. In diesen
Fällen wird die Abhängigkeit der einzelnen Extinktionskoeffizienten von der Temperatur,
der Konzentration, dem pH-
Wert, den anderen Badkomponenten usw.
anhand von Eichdaten auf z.B. Magnetband gespeichert, um dann zur Berechnung der
Farbstoffkonzentrationen während der Färbung von dort abgerufen zu werden.
-
Anhand der im Verlauf des Färbeverfahrens durch die Messvorrichtungen
gelieferten Reihe von Werten für die Messgrössen wird nun im erfindungsgemässen
Verfahren die Aenderung dieser Grössen in Funktion der Messgrössen, die in dem verwendeten
Modell enthalten sind, berechnet, z.B. die Konzentrationsänderungen der einzelnen
Farbstoffe in der Färbeflotte in Funktion von z.B. der Zeit, den Konzentrationen,
der Temperatur, des pH-Wertes und des Flottendurchsatzes.
-
Aufgrund dieser Funktionen werden prozessbestimmende Parameter, wie
z.B. Färbegeschwindigkeit, scheinbare Aktivierngsenergie, Kombinierbarkeit, Diffusionsgeschwindingkeit,
scheinbare Adsorptionsgleichgeichtskonstante ermittelt und vorher/ unter BerUcksichtigung
von bestimmten, vorgegebenen und/oder durch das System selbst ermittelten Randbedingungen
zu diskreten Führungswerten für die Stellvariablen, wie z.B.
-
Temperatur, pH-Wert usw. verarbeitet. (Die Bedeutung von "Ranabedingung'
und "diskret" ist z.B. erläutert in: Analyse und Steuerung von Prozessen der Stoffwirtschaft,
Akademie-Verlag Berlin, Leipzig: VEB-1971, Herausgeber Klaus Hartmann).
-
Die bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens
ist diejenige, in welcher die Farbstoffkonzentrationen
die Messgrössen
sind, die durch Messvorrichtungen verfolgt werden. Die Bestimmung der Farbstoffkonzentrationen
und deren Verwendung bei der selbstanpassenden Färbung erfolgt in erfindungsgemässen
Verfahren folgendermassen: Ist das Lambert-Beer'sche Gesetz für alle im optischen
Messbereich absorbierenden Komponenten erfüllt, können für ein N-Komponentensystem
mit N Messpunkten mittels N Gleichungen die einzelnen Konzentrationen Ci errechnet
werden.
-
Diese Methode erweist sich jedoch in den meisten Fällen für Mehrkomponentensysteme
als ungeeignet und zu wenig genau weil bereits kleine Eich- und Messungenauigkeiten
sich in grossen Fehlern für die errechneten Konzentra tion en auswirken.
-
Im erfindungsgemässen Verfahren werden nun mehr Messpunkte M verwendet
als Komponenten N im System-vorhanden sind. Dadurch lassen sich die einzelnen Konzentrationen
Ci mittels einer multiplen linearen Regressionsrechnung ermitteln. Es wurde dabei
bestätigt, dass der Fehler in den Konzentrationen in einem gegebenen System mit
steigender Differenz M-N tendenziell abnimmt. Ein Messwert oder StUtzpunkt setzt
sich zusammen aus der Summe der optischen Dichten
der Einzelkomponenten
dieser Wellenlänge #
D opt. Dichte bei der Wellenlänge A d Schichtdicke der Küvette Ci Konzentration
der i-ten Komponente CiA Extinktionskoeffizient der roten Komponente bei der Wellenänge
# N Anzahl der Komponenten im Bad Ist das Lambert-Beer'sche Gesetzt nicht erfüllt,
so werden die N Konzentrationen nach folgendem Iterationsverfahren ermittelt: Es
wird für jede Komponente i eine willkürliche Konzentration Coi angenommen, mit welcher
zusammen mit den anderen Parametern wie Temperatur, pH-Wert etc. anhand von Eichdaten
die Extinktionskoeffizienten £i L (Coi, T, pH, etc.) bestimmt werden. Nun wird eine
multiple lineare Regression durchgeführt, wobei für jede Komponente i eine Konzentration
Cli gefunden wird. Mit diesem neuen Satz von N Konzentrationen werden wie oben neue
Extinktionskoeffizienten #i#(Cli, T, pH, etc.) ermittekt, die wiederum für eine
multiple lineare Regression benötigt werden. Dieses Verfahren wird fortgesetzt,
bis die neu ermittelten Konzentrationen Cki sich nicht um mehr als eine kleine vorgegebene
Limite von den zuvor eingegebenen Konzentrationen C(k l)i unterscheiden, womit die
Konzentrationen bis auf die vorgegebene Limite bestimmt sind.
-
Die ermittelten Konzentrationen werden benötigt, um zusammen mit
den Resultaten vorheriger Konzentrationsbestimmungen die prozessbestimmenden Parameter,
wie die scheinbare Aktivierungsenergie Ea* und den Frequenzfaktor G, zu bestimmen,
mit welchen schliesslich die Sollwertsfunktion fUr die Temperatur T berechnet wird.
(Zu "scheinbare Aktivierungsenergie' siehe z.B. H. Sand, Kolloid-Zeitschrift und
Zeitschrift für Polymere, 218, 124 [1967]).
-
R = Gaskonstante t = Zeit T = (absolute) Temperatur e = Basis des
natürlichen Logarithmus Gleichtung (1) kann verwendet werden, um mittels dc der
letzten Messwerte T, und ( ), aus der nahen Vergangend#t heit Ea* und G für jede
Komponente i durch eine Regression zu bestimmen. Zusammen mit der zur Zeit herrschenden
Temperatur T0 werden diese Parameter zur Festlegung der Sollwertsfunktion der Temperatur
für die nahe Zukunft eingesetzt. Man verwendet dann dafür Gleichung (2)
dc c = dt #t = Zeitdifferenz zur nahen Zukunft Bei der Herleitung von Gleichung
(2) wird angenommen, dass die Ausziehgeschwindigkeit c konstant ist (lineares Ausziehen)
und dass das sogenannte Gesetz (siehe Gleichung 3) erfüllt ist.
-
(3) dc d#t = Konstant bei Konstanter Temperatur Ist Gleichung (3)
nicht erfüllt, kann die Sollwertsfunktion für die Temperatur T auch folgendermassen
berechnet werden: Anhand von Ausgleichsrechnungen mit Daten aus der nahen Vergangenheit
werden die Differenziale dT/dt und dC/dt bestimmt. Die Differenz des Sollwertes
von c mit seinem Istwert bezeichnen wir mit Q c. Um den Istwert innerhalb eines
Zeitzyclus X, der für eine Konzentrationsbestimmung benötigt wird, also um das Spektrum
der Flotte abzufahren, linear auf den Sollwert zu bringen, kann Gleichung (4) angewendet
werden.
-
Die effektive Sollwertsfunktion für die Temperatur wird durch jene
Komponente bestimmt, deren T-Wert jeweilen der tiefste ist, da diese Komponente
offenbar diejenige ist, die,bezogen auf die Anfangskonzentration,am schnellsten
aufzieht.
-
Durch das erfindungsgemässe Verfahren kann der Färbeprozess optimal
geführt werden im Hinblick auf gute Reproduzierbarkeit und Qualität,z.B. Egalität
der Färbung und/oder Minimalisierung des AuSvandes für z.B. Zeit, Energie, Verbrauch
an Hilfschemikalien, beispielsweise Verbrauch an Retardern, Das erfindungsgemässe
Verfahren ist im Prinzip für alle Färbeapparate anwendbar, in welchen nach dem Auszierverfahren
gefärbt werden kann. Beispielsweise kommen in Betracht: Trommelfärbemaschinen, Haspelkufe,
Jet, Jigger, Kreuzspul-, Baum-, Paddel- oder Packfärbeapparate. Diese Apparate müssen
mit den entsprechenden Mess- und Regeleinrichtungen versehen sein, die an einen
digitalen Prozessrechner angeschlossen sind.
-
Mit dem erfindungsgemässen Färbeverfahren lassen sich alle Arten
von organischen Materialien, vor allem textile Gebilde aus natürlichen und synthetischen
Fasern, wie Garne, Flocken, Gewebe, Gewirke, halb- und ganzkonfektionierte Artikel,
Strickaren, textile Bodenbeläge, wie getuftete
Teppiche, ferner
gaçcbene und nichtgewobene Flächengebilde, z.B. non-wovens, Filme, sowie Leder,
Kunstleder und Papier aus Wasser und/oder organischen Lösungsmitteln gleichmässig
färben.
-
Als erfindungsgemäss verwendbare faseraffine Farbstoffe kommen dieselben
organischen Farbstoffe in Betracht, die üblicherweise in der Färberei für das Färben
von organischen Materialien, besonders Textilfasern, angewendet werden. Je nach
dem zu färbenden Substrat handelt es sich hierbei um wasserlösliche anionische oder
kationische Farbstoffe, sowie um in Wasser dispergierbare Farbstoffe.
-
Die erfindungsgemäss verwendbaren Farbstoffe können verschiedenen
Farbstoffklassen angehören. Insbesondere handelt es sich um Mono-, Dis- oder Polyazofarbstoffe,
Formazan-, Anthrachinon , Nitro-, Methin-, Styryl-, Azastyryl-, Triph enylmethan-
od er Phthalocyaninfarbstoffe.
-
Als wasserlösliche anionische Farbstoffe kommen insbesondere die
Alkali- oder Ammoniumsalze der sogenannten sauren Wollfarbstoffe, der Reaktivfarbstoffe,
wobei bei diesen in vielen Fällen nur der Adsorptionsvorgang kontrolliert werden
kannoder der substantiven Baumwollfarbstoffe der Azo-, Anthrachinon- und Phthalocyaninreihe
in Betracht. Als Azofarbstoffe sind beispielsweise metallfreie Mono- und Disazofarbstoffe,
die eine oder mehrere Sulfonsäuregruppen
enthalten, schwermetallhaltige,
namentlich kupfer- chrom-, nickel- oder kobalthaltige Monoazo-, Disazo-und Formazanfarbstoffe
und zwar 1:1 oder 1:2 Komplexe geeignet. Als Anthrachinonfarbstoffe sind z.B. l-Amino-4-arylaminoanthrachinon-
2- sulfonsäuren und als Ph thalocyaninfarbstof-fe besonders sulfierte Kupfer- und
Nickelphthalocyanine oder sulfierte Phthalocyaninarylamide zu erwähnen.
-
Als Reaktivfarbstoffe kommen besonders die wasserlöslichen sulfogruppenhaltigen
Farbstoffe der Azo-> Anthrachinon- und Phthalocyaninreihe in Frage, die mindestens
eine faserreaktive Gruppe enthalten, welche mit dem zu färbenden Fasermaterial eine
chemische, d.h. eine kovalente Bindung einzugehen vermögen, beispielsweise eine
Monochlortriazinyl-, Dichlortriazinyl-, Dichlorchinoxalinyl-, Di- oder Trichloryprimidinyl-,
Difluorchlorpyrimidinyl-, α-Bromacrylamid-oder die p-Oxyäthylsulfonylschwefelsäureester-
und Vinylsulfongruppe.
-
Als wasserlösliche kationische Farbstoffe kommen die gebräuchlichen
Salze oder Metallhalogenid-, beispielsweise Zinkchloriddoppelsalze der bekannten
kationischen Farbstoffe, besonders der Methin-, Azomethin-, bzw. Azofarbstoffe,
die den Indolinium-, Pyrazolium-, Imidazolium-, Triazolium-, Tetrazolium-, Oxdiazolium-,
Thiodiazolium-, Oxazolium-, Thiazolium-, Pyridinium-, Pyrimidinium- oder Pyrazinium-Ring
enthalten, in Betracht. Ferner kommen auch
kationische Farbstoffe
der Diphenylmethan-, Triphenylmethan-, Oxazill-, und Thiazinreihe in Frage, sowie
schliesslich auch Farbsalze der Arylazo-, und Anthrachinonreihe mit externer Oniumgruppe,
beispielsweise einer externen Cyclammoniumgruppe oder Alyklammoniumgruppe.
-
Bei den in Wasser dispergierbaren Farbstoffen handelt es sich insbesondere
um Azofarbstoffe, sowie um Anthrachinon-, Nitro-, Methin-, Styryl-, Azostyryl->
Naphthoperinon- Chinophthalon- oder Naphthochinonimin-Farbstoffe. Die dispergierbaren
Farbstoffe können metallfrei sein oder lietall komplex gebunden enthalten. Mit Vorteil
verwendet man metallfreie Dispersionsfarbstoffe für Polyestefasern und Metall komplex
gebunden enthaltende Dispersionsfarbstoffe für synthetisches Polyamid. Diese in
Wasser schwer löslichen Farbstoffe bilden in feingemahlenem Zustand mit Hilfe von
Dispergiermitteln sehr feine wässrige Suspensionen.
-
Das erfindungsgemässe Verfahren eignet sich auch zum Weisstönen ungefärbter
Textilmaterialien mit Dispersions-und mit wasserlöslichen anionischer. und kationischen
optischen Aufhellern. Diese können beliebigen Aufhellerklassen angehören.
-
Insbesondere handelt es sich um Stilbenverbindungen, Cumarine, Benzocumarine,
Pyrazin, Pyrazoline, Oxazine, Dibenzoxazolyl-oder Dibenzimidazolylverbindungen sowie
Naphthalsäureimide.
-
Die Mengen, in denen die Farbstoffe in den Farbebädern verwendet
werden, können je nach der gewünschten Farbtiefe in weiten Grenzen schwanken, im
allgemeinen haben sich Mengen von 0,001 bis 10 Gewichtsprozent, bezogen auf das
Färbegut, eines oder mehrerer Farbstoffe als vorteilhaft erwiesen.
-
Zum Färben von natürlichen Polyamiden, wie Wolle und Seide, synthetischen
Polyamiden, wie Polyhexamethylendiaminadipat, Poly-c>-caprolactam oder Poly-#-aminundecansääure,
Leder und Polyurethanen eignen sich vor allem die wasserlöslichen sauren Wollfarbstoffe
. Bevorzugt sind metallfreie Azofarbstoffe, Komplexfarbstoffe, die an ein Metallatom
zwei Moleküle Azofarbstoff gebunden enthalten, sowie Anthrachinonfarbstoffe.
-
Zum Färben sowohl von Woll- als auch von Baumwollfasern eignen sich
auch die sogenannten Reaktivfarbstoffe, die mit den genannten Fasern reagieren und
die sich besonders von den Azo-, Formazan-, Anthrachinon- oder Phthalocyanillfarbstoffen
ableiten.
-
Zum Färben von natürlicher und regenerierter Cellulose, insbesondere
Baumwolle und anderen nativen oder regenerierten pflanzlichen Fasern, wie Zellwolle,
Rayon, Polynosics und Papier, sind die sogenannten substantiven gegebenenfalls schwermetallhaltigen
Mono-, Dis- oder Polyzofarbstoffe,
Abthrachinonfarbstoffe, Nitro-
oder Phthalocyaninfarbstoffe geeignet, sowie die kupferhaltigen Formazanfarbstoffe.
-
Zum Färben von Fasermaterialien aus synthetischen Polyestern, wie
Polyäthylenglykolt er eph thalat, Polycyclohexandimethylenterephthalat, synthetischen
Polyamiden, Polyacrylnitrilen und deren Copolymerisaten; oder von Polyolefinen sind
dispergierte Azo-, Anthrachinon-, Nitro-, Methin-, Xanthon-, Naphthazarin- und Chinophthalonfarbstoffe,
die frei von wasserlöslichmachenden Gruppen sind, speziell geeignet.
-
Zum Färben von Fasermaterial aus Polyacrylnitril und dessen Copolymerisaten
oder aus synthetischem sauer modifiziertem Polyamid oder Polyester verwendet man
vorzugsweise kationische Farbstoffe, d.h. solche, deren färbender Bestandteil ein
Kation istj namentlich Methin-, Azamethin-5 Tri- und Diphenylmethanfarbstoffe, oder
Farbsalze der Arylazo- und Anthrachinonreihe mit externer Oniumgruppe.
-
Das erfindungsgemässe Verfahren eignet sich auch zum Färben von Fasergemischen,
z.B. Mischungen aus Poly acrylnitril/Zellwolle, Polyester/Wolle, Polyester/Zellwolle,
Polyamid/Baumwolle, Cellulose-2½-acetat/Zellwolle, Cellulosetracetat/Zellwolle,
Polyacrynitril/Polyester und besonders Polyester/Baumfolle, mit einem Gemisch der
für die zu färbenden Substrate geeigneten Farbstoffe.
-
Neben den Farbstoffen oder optischen Aufhellern kann die Färbeflotte
noch weitere Hilfsmittel enthalten, wie z.B. Säuren, Basen, Salze, Netzmittel, Retarder,
Egalisiermittel oder auch Ausrüstmittel wie z.B. Antistatika, Weichgriffmittel oder
antlmikrobielle Mittel.
-
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung
des erfindungsgemC;ssen Verfahrens, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass diese
durch Messvorrichtungen verfolgt Werte der Messgrössen der Färbeflotte durch einen
direkt angeschlossenen Prozessrechner erfasst, verarbeitet und unter Berücksichtigung
von gestellten und/oder durch das System. selbst ermittelten Randbedingungen zu
diskreten Führungswerten für die Stellvariablen aufarbeitet und damit zur selbstanpassenden
direkten digitalen Regelung und Optimierung der das Ausziehen der einzelnen Farbstoffe
beeinflussenden Stellvariablen verwendet.
-
Man erhält nach dem erfindungsgemässen Verfahren baw. mit Hilfe der
erfindungsgemässen Vorrichtung gefärbtes Material, welches in seinen Eigenschaften
gleich gut oder besser ist, als Material, welches nach den bekannten Methoden gefärbt-wurde,
wobei das erfindungsgemässe Verfahren dank der optimalen Führung ökonomischer und/oder
in ökologischer Hinsicht günstiger ist.
-
Die folgenden Beispiele dienen der Erläuterung der Erfindung, ohne
sie darauf zu beschränken. Darin bedeuten Prozente Gewichtsprozente und die Temperaturen
sind in Grad Celsius angegeben.
-
Beispiel 1 Apparatur: Eine Färbeapparatur (wie in der schweizerischen
Patentschrift No. 538 303 beschrieben) wurde mit einem VARIAN 620 L-Prozessrechner,
der mit einerReal-time-clock,Magnetbandeinheit, Teletype und Magnetplatte mit beweglichem
Kopf bestückt ist, verbunden. Es wurde sowohl die Flottentemperatur als auch die
Temperatur des Blocks kontinuierlich mit einem Platinwiderstandsfühler (Rosemount
Pt 100), der über eine Linearmessbrücke(141L/3/A/A/H) mit einem 4i-stelligen (BCD)
Digitalvoltmeter verbunden ist, gemessen. Das Transmissionsspektrum der Flotte wurde
laufend mit einem VARTAN-Techtron 635 D Spektrophotometer mit zusätzlichem Wellenlängenprogrammer
registriert. Die digitalen Daten wurden über den DIM (Digital Input Modul) in den
Prozessrechner gebracht, um dort von diesem mittels einer geeigneten Software zur
Berechnung der Stellwerte benützt zu werden. Die berechneten Stellwerte für die
Temperatur wurden über den DOM (Digital Output Modul) auf ein Solldstate-Relais
übertragen, welches die Heizung je nach Bedarf ein oder ausschaltet.
-
Der Block wurde mit vier Heizpatronen aufgeheizt. Seine Temperatur
wurde immer unter jener der Flotte gehalten, so dass dieser als Kühlaggregat diente.
Die Flotte wurde mit einer Philips-Thermocoax-Reizung aufgeheizt. Die Uebertragungsfunktion
dieser vermaschten Regelkreise wurde ausgleicht
und in die eingebaut.
Die Transmissionsspektren der einzelnen Farbstoffe wurden in Funktion von deren
Kon zentration und der Temperatur gemessen und als Eichdaten auf Magnetband gespeichert,
um dann zur Berechnung deren Konzentration während der Färbung von dort abgerufen
zu werden (Anhand solcher Konz entrationsbes tiIiiniungen wurde die Temperatur optimal
geregelt). Die Konzentration von Farbstoffen, die nicht dem Lambert-Beer'schen Gesetz
gehorchen, wurde mittels eines speziell dafür geeigneten Iterationsverfahrens bestimmt.
Zur Regelung der Temperatur, welche die Färbegeschwindigkeit in der nachfolgenden
Zeit zu jedem Zeitpunkt mitberücksichtigt, diente folgende Gleichung (4) als Grundlage
Färb everfahr en: In 200 ml einer wässrigen Flotte von 87°, die
je 0.01 N an Essigsäure und Natriumacetat ist, und 0.03 g des gelben Farbstoff es
der Formel
0.02 g des roten Farbstoffes der Formel
und 0.03 g des blauen Farbstoffes der Formel
enthält, werden 5 g eines Gewebes aus Polyacrylnitrilfasern (Orlon 75 R ), das die
Materialträgerhülse umwickelt, eingebracht.
-
Die anfängliche Flottenumwälzungsgeschwindigkeit beträgt 8 Umwälzungen
pro Minute, die Pumpenleistung wird konstant gehalten und a Is als Ausziehgeschwindigkeit
wird 2,15% pro Minute eingegeben und die Temperatur wird gemäss obenstehender Gleichung
geregelt.
-
Wie aus der Abb. I hervorgeht, ist die Ausziehgeschwindigkeit fUr
jeden der drei Farbstoffe von der 3. bis zur 39. Minute (Erreichen der Siedetemperatur)
konstant, was ohne Verwendung eines Prozessrechners nicht der Fall ist.
-
Das Temperatur-Zeit Diagramm für diesen Färbevorgang ist in Abb.
2 gezeigt.
-
Das gefärbte Material wird heiss und kalt gespült und getrocknet.
Man erhält auf diese Weise eine sehr gleichmässige Bordeaux-Färbung.
-
Bei diesem Beispiel ist speziell zu bemerken, dass das Transmissionsspektrum
vor allem des eingesetzten blauen Farbstoffes stark temperatur- und konzentrationsabhängig
ist und nicht den Lambert-Beer'schen Gesetz folgt. Dieses spezielle Verhalten wird
von der eingesetzten Software berücksichtigt. Die Funktion der Extinktionskoeffizienten
in Temperatur und Konzentration wurde linear angenommen.
-
= ao# + a1#c + a2#T = Extinktionskoefizient bei de Wellenlänge ai-x
Regressionskoeffizienten c Konzentration T Temperatur Die anhand von Eichdaten bestimmten
Regressionskoeffiziente-n ai# sind für den blauen Farbstoff in Tabelle 1 dargestellt.
-
Funktion: Epsilon = al* Konz. + A2* Temp. + A# LAMBDA A1 A2 A# VARIANZ
UN EPS 700 6.640E-01 1) 2.304E-03 -5.483E-01 3.951E-03 670 3.331E-01 1.136E-02 -5.788E-01
2.462E-03 640 -1.650E+00 3.740E-02 4.517E-01 6.769E-02 610 -2.665E+20 5.200E-02
3.361E+00 1.924E-01 580 9.899E-01 -1.203E-02 2.325E+01 6.746E-02 550 2.762E+00 -4.493E-02
2.746E+01 6.253E-02 520 1.335E+00 -1.755E-02 1.135e+01 2.187E-02 490 6.518E-01 -1.646E-03
2.853E+00 5.949E-03 460 3.121E-01 3.241E-03 2.800E-01 2.385E-03 430 1.450E-01 3.995E-03
-4.720E-01 2.464E-03 400 2.592E-01 2.523E-03 -1.003E-01 2.213E-03 370 3.642E-01
3.402E-03 -2.012E-01 2.458E-03 1) 6.640E-01 bedeutet 6.640.10-1 Beispiel 2 Mit Hilfe
der in Beispiel 1 beschriebenen Vorrichtung und Verfahren werden 6 g Helanca-Tricot
aus Polyamid 6,6 in 240 ml einer wässrigen Flotte mit einem
pH-Wert
von 5,5 gefärbt, welche pro Liter enthält: 0,3 g des blauen Farbstoffes der Formel
0,3 g des gelben Farbstoffes der Formel
3 ml Essigsäure 82%ig und 37,3 ml Natronlauge 1N.
-
Die Anfangstemperatur beträgt 510, die Umwälzgeschwindigkeit der
Flotte beträgt 2 pro Minute. Als höchstzulässige aber vom schneller ziehenden Farbstoff
einzuhaltende Aufziehgeschwindigkeit der Farbstoffe wurden 1,70% pro Minute festgelegt.
-
Abb. 3 zeigt die Aufziehgeschwindigkeit der beiden Farbstoffe
Die
beiden Farbstoffe sind nicht gut kombinierbar.
-
In Mischung zieht der blaue Farbstoff schneller als der gelbe. Man
beachte, dass von der vierten Minute an bis zur 43 Minute der blaue, von der 43.
Minute bis zur 60. Minute der gelbe Farbstoff mit der vorgegebenen Geschwindigkeit
von 1,70 %, bezogen auf die Anfangsmcnge, pro Minute auszieht.
-
Die Kochtemperatur wird nach 60 Minuten erreicht.
-
Abb. 4 zeigt den Temperaturverlauf dieses Färbeprozesses: Nach insgesamt
90 Minuten Färbezeit wird das Material heiss und kalt gespült und getrocknet. Man
erhält auf diese Weise eine sehr gleichmässige blaustichig grüne Färbung.
-
Färbt man mit den in diesem Beispiel verwendeten Farbstoffen nach
dem üblichen Färbeverfahren, d.h. mit linearer Erhöhung der Temperatur (10 pro Minute),
so erhält man ein Ausziehen wie in Abb4 5 dargestellt.
-
Obwohl die für das Ausziehen der Farbstoffe benötigte Zeit in beiden
Fällen etwa gleich ist, ergibt ein linear es Aufheizen immer eine zumindest kurzfristig
höhere Ausziehgeschwindigkeit, Diese liegt bei diesem Experiment bei 3,33% pro Minute
gegenüber 1,70% pro Minute im erflndungsgemässen Verfahren (Abb.3). Eine zu hohe
Ausziehgeschwindigkeit verursacht Unegalitäten und ist damit unsicher.
-
Beispiel 3 In 250 ml einer wässrigen Flotte von 36"C mit einem pH-Wert
von 6, die 0,02 g des blauen Farbstoffes aus Beispiel 2 und 0,01 g des roten Farbstoffes
der Formel
sowie 0,01 g des gelben Farbstoffes der Formel
enthält, werden 5 g Helanca-Tricot aus Polyamid 6,6 mit der in Beispiel 1 beschriebenen
Vorrichtung gefärbt. Die Ausziehgeschwindigkeit wird auf 2,5 pro Minute festgelegt.
Die resultierenden Ausziehkurven sind in Abb. 6 und die Temperatur/Zeit-Kurve in
Abb. 7 dargestellt. Man erhält auf diese Weise eine sehr gleichmässige gelbstichige
graue Färbung.
-
Beispiel 4 In 250 ml einer wässrigen Flotte von 360C mit einem pH-Wert
vou 5,5, die 0,072 g des blauen Farbstoffes aus Beispiel 2 und 0,014 g des roten
sowie 0,045 g des gelben Farbstoffes aus Beispiel 3 enthält, werden 5g Helanca-Tricot
aus Polyamid 6,6 mit der in Beispiel 1 beschriebenen Vorrichtung gefärbt. Die Ausziehgeschwindigkeit
wird auf 1,6% pro Minute festgelegt. Die resultierenden Ausziehkurven sind in Abb.
8 und die Temperatur/Zeit-Kurve in Abb. 9 dargestellt. Man erhält auf diese Weise
eine sehr gleichmässige graustichige blaue Färbung.
-
Beispiel 5 Es werden 250 rnl einer wässrigen Lösung bestehend aus
0,0125 g des gelben Farbstoffes aus Beispiel 1 und 0,025 g des blauen Farbstoffes
der Formel
hergestellt. Die Lösung ist je 0,01. N an Essigsäure und Natriumacetat und wird
zum Färben von 5 g eines Gewebes von Polyacrylnitrilfasern (Orlon 75 R ) mittels
der in Beispiel 1 beschriebenen Vorrichtung eingesetzt. Die Anfangstemperatur beträgt
83,5°C. Die Ausziehgeschwindigkeit wird auf 2% pro Minute eingestellt. Im übrigen
verfährt man genau wie in Beispiel 1 beschrieben. Man erhält auf diese Weise eine
sehr gleichmässig grüne Färbung.
-
Wie Abb. 10 zeigt, sind die Farbstoffe nicht kombinierbar. Die Temperaturführung
richtet sich zu jedem Zeitpunkt nach dem jeweils schneller ziehenden Farbstoff und
sorgt dafür, dass dieser den Sollwert (2%/Min.) einhält. Die resultierende Temperatur/Zeit-Kurve
ist in Abb. 11 dargestellt.
-
Beispiel 6 In 250 ml einer wässrigen Flotte von 95°C, die je 0,01
N an Essigsäure und Natriumacetat ist und 0,0025 g des blauen, 0,0025 g des roten
und 0,0025 g des gelben Farbstoff es aus Beispiel 1, sowie 0,025 g des Hilfsmittels
der Formel
enthält, werden 5 g eines Gewebes aus Polyacrylnitrilfasern (Orlon 75 R ) mit der
in Beispiel 1 beschriebenen Vorrichtung gefärbt. Die vorgegebene Ausziehgeschwindigkeit
wird auf 2% pro Minute festgelegt. Die resultierenden Ausziehkurven sind in Abb.
12 und die Temperatur/Zeit-Kurve ist in Abb. 13 dargestellt. Die Farbstoffe ziehen,
wie erwünscht, nahezu linear aus. Aus der Temperatur/Zeit-Kurve ist ersichtlich,
dass das Hilfsmittel deutlich schneller aufzieht als die Farbstoffe.
-
Am Anfang der Färbung, wo vor allem das Hilfsmittel aufzicht, muss
die Temperatur hoch sein, damit die Farbstoffe mit der vorgegebenen Geschwindigkeit
aufziehen. Sobald jedoch das Hilfsmittel weitgehend ausgezogen ist (nach etwa 12
Minuten) würden die Farbstoffe bei gleichbleibender Temperatur schneller färben.
-
Deshalb kühlt das System die Flotte ab, damit die zur Erzielung einer
egalen Färbung maximal zulässige Färbegeschwindigkeit nicht überschritten wird.
Schliesslich muss dann in der letzten Phase (ab 31. Minute wieder aufgeheizt werden.
Man erhält eine sehr gleichmSssige lila Färbung.
-
Beispiel 7 In 250 ml einer wässrigen Flotte von 92,5°C, die je 0,01
N an Essigsäure und Natriumacetat ist, und 0,003 g des blauen Farbstoff es aus Beispiel
5, 0,0035 g des gelben und 0,0025g des roten Farbstoffes aus Beispiel 1, sowie 0,0187
g des Hilfsmittels aus Beispiel 6 enthält, werden 5 g eines Gewebes aus Polyacrylnitrilfasern
(Orlon 75) mit der in Beispiel 1 beschriebenen Vorrichtung gefärbt. Die Ausziehgeschwin
digkeit wird auf 1,8% pro Minute festgelegt. Die resultierenden Ausziehkurven sind
in Abb. 14 und die Temperatur/Zeit-Kurve in Abb. 15 dargestellt. Das Experiment
stellt recht hohe Ansprüche an das System, da das Hilfsmittel deutlich schneller
aufzieht als der gelbe und der rote Farbstoff, die miteinander kombinierbar sind.
Der blaue Farbstoff zieht jedoch langsamer auf. Man erhält eine sehr gleichmässige
gedeckt rcsa Färbung.
-
Beispiel 8 In 225 ml einer wässrigen Flotte von 50"C, die je 0,01
N an Essigsäure und Natriumacetat ist, und 0,1 g eines amphoteren Hilfsmittels enthält,
werden 10 g eines Gewebes aus Wollserge, das die Materialträgerhülse umwickelt,
5 Minuten vorbehandelt. Anschliessend werden 25 ml einer wässrigen Lösung, die 0,.05
g des gelben Farbstoffes der Formel
0,05 g des roten Farbstoffes der Formel
und 0,05 g des blauen Farbstoffes der Formel
enthält, zugegeben. Es wurde eine Ausziehgeschwindigkeit von 3%
pro Minute vorgegeben. Die entsprechenden Ausziehkurven sind in Abb. 16 und die
Aufheizkurve in Abb. 17 hergestellt. Nach Erreichen der Kochtemperatur wird diese
noch 30 Minuten gehalten um den Farbstoff auf der Faser zu fixieren. Das gefärbte
FXterial wird heiss und kalt gespült und getrocknet. Man erhält eine sehr gleichmässige
braune Färbung.