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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Hochtemperatur-
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Schnellfärben von Polyesterfasermaterialien mit einer Kombination
von mindestens zwei Dispersionsfarbstoffen, die entsprechenden Färbepräparationen
und Färbebäder mit den spezifisch ausgewählten Dispersionsfarbstoffen.
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Ziel eines Schnell-Färbeverfahrens ist es, reproduzierbare Färbungen
mit den erforderlichen Echtheiten in möglichst kurzer Zeit durchzuführen. Dazu sind
bestimmte Voraussetzungen bezüglich Apparateleistungen und Farbstoffeigenschaften
notwendig. Für eine gegebene Färberezeptur und ein bestimmtes textiles Substrat
hängt der für die Farbstoffadsorptionsphase notwendige Zeitbedarf - unter Einhaltung
der zur Erzielung einer gleichmässigen Farbstoffverteilung jeweils geltenden Regeln
- direkt mit den apparatespezifischen Parametern zusammen. Es besteht ein quantifizierbarer
Zusammenhang zwischen der Anzahl Kontakte Bad-Substrat pro Zeiteinheit und der in
der Farbstoffadsorptionsphase maximal zulässigen Aufheizgeschwindigkeit.
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Bei den heute entwickelten Schnellfärbeapparaten, die im Vergleich
zu konventionellen Apparaten eine hohe Kontaktzahl Bad-Substrat erbringen, kann
der für eine gleichmässige Farbstoffverteilung in der Adsorptionsphase erforderliche
Zeitbedarf erheblich gekürzt werden.
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Bei Dispersionsfarbstoffen hat die Kontaktzahl auf den für die Diffusion
in die Faser notwendigen Zeitbedarf aber keinen Einfl-uss mehr.
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Bei einer gegebenen Farbstoffrezeptur und einem gegebenen Substrat
kann die für die Erzielung einer reproduzierbaren und echten Färbung erforderliche
Zeit fiur die Farbstoffdiffusion (Fixierzeit) nur durch die Wahl der Verweiltemperatur
und untcr Umständen den Einsatz gewisser Chemikalien beeinflusst werden. Man ist
bestrebt, die Verweiltemperatur in der Praxis eher zu senken als anzuheben (nach
wie vor ist die übliche Verweiltemperatur etwa 130°C), und bei den diffusionsfördernden
Chemikalien
werden solche Produkte bevorzugt, die ökolo -gisch unbedenklich und geruchsarm sind
und die.Farbausbeute und Echtheiten nicht merklich beeinflussen.
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In einem optimalen HT-Schnellfärbeverfahren müssen die zu verwendenden
Dispersionsfarbstoffe eine Reihe spezifischer Anforderungen erfüllen.
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Dazu gehören, neben einer möglichst vollkommenen Dispersionsstabilität,
ein hoher Aufziehgrad während der Aufheizphase, auch in hohen Farbtiefen, ein hoher
Sättigungswert, ein optimales Diffusionsvermögen in der Faser sowie eine gute Kombinierbarkeit
der Farbstoffe untereinander.
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Die dadurch möglichen kurzen Fixierzeiten bedingen ihrerseits u.a.
ein sehr gutes Deckvermögen der heute als Rapid Dyes bezeichneten Farbstoffe für
substratabhängige Streifigkeiten. Neben den ueblichen Anforderungen an die Gebrauchsechtheitell
steht auch noch als wichtige Fabrikationsechtheit eine hohe Sublimierechtheit im
Vordergrund.
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Verschiedene Rapid Dyes ür das HT-Färben von Polyestermaterialien
(und Mischungen mit PES) sind schon bekannt, doch erfüllen die heute bekannten Gammen
die obigen Anforderungen noch nicht vollumfänglich.
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So sind z.B. die Sublimierechtheit und/oder die färberischen Eigenschaften
oft noch ungenügend. Charakteristisch für die, heute bekannten Sortimente ist, dass
die darin enthaltenen Farbstoffe Mischungen aus mehreren Einzelfarbstoffen unterschiedlicher
Struktur sind, die zumindest mehrheitlich nicht den oben angegebenen Kriterien entsprechend.
Solche Ansätze zur Lösung der Probleme sind z.B. aus der englischen Patentschrift
1.541.929 und der deutschen Offenlegungsschrift 2.922.223 bekannt. Bis heute sind
auch nur sehr wenige Einzelfarbstoffe im Handel, die den oben geschilderten Anforderungen
entsprechen (z.B. C.I. Disperse Yellow 211 und C.I. Disperse Red 73).
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Einevollständige Minimalgamme oder auch nur eine Trichromie aus einheitlichen
(den hier angegebenen Bedingungen entsprechenden) "Rapid Dyes existiert zur Zeit
am Merkt noch nicht.
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Gegenstand der Erfindung ist nun ein Verfahren zum Hochtemperatur-Schnellfärben
von Polyesterfasermaterialien, das dadurch gekennzeichnet
ist, dass
mit einer Kombination von mindestens zwei Einzelkomponenten, worunter in erweitertem
Sinn auch die bei der technischen Fabrikation anfallenden Homologen- und Isomerengemische
zu verstehen sind, gefärbt wird, wobei für jede Einzel komponente a) der prozentuale
Aufziehgrad A bei l30°C und 5 und 20 Minuten Verweilzeit des Polyestersubstrats
in der Färbeflotte, b) der Diffusionskoeffizient D bei 130°C, c) der Quotient aus
der Sättigungskonzentration (in mg Farbstoff/g Substrat) und der für 1/1 Richttyptiefe
erforderlichen Konzen-(C°) tration in mg Farbstoff pro g Substrat ( ) und C° d)
die kinetische Kennzahl Z = .#D . k RTT bestimmt wird, und dass nur solche Dispersionsfarbstoffe
ausgewählt werden, bei denen der prozentuale Aufziehgrad bei l30°C, 5 Minuten Verweilzeit
# 90% und bei 130°C, 20 Minuten # 95%, D # 1,6 . 10-10cm² sec-1, °C 14, vorzugsweise
# 16 und CRTT > 14, vorzugsweise > 16 und Z # 1,6 . 10-4 ist.
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Vorzugsweise ist Z # 1,8 - 10-4, insbesondere # 2,0 -Besonders geeignet
als RD- (= Rapid Dyeing) Dispersionsfarbstoffe, für die Auswahl zu Kombinations-Färbepräparaten,
sind diejenigen Farbstoffe, bei denen der prozentuale Aufziehgrad A auf Polyäthylenterephthalatfasermaterial
(bei einem Flottenverhältnis von 1:10) in 4 x 1/1 Richttyptiefe (nach reduktiver
Reinigung) wie folgt ist:
Strattemperatur 70°C, Heizrate 3°C/Min.,
Haltetemperatilr 1300C, Verweilzeit 5 Minuten, A 9D%> Haltetemperatur 125°C,
Verweilzeit 5 Minuten, A 80b, Haltetemperatur 120°C, Verweilzeit 10 Minuten, A 70%,
Haltetemperatur 1300C, Verweilzeit 20 Minuten, A 95%.
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C° Die obenerwähnte Kennzahl Z ist das Produkt aus . #D k . Diese
RTT Kennzahl kann annäherungsweise als kinetische Kennzahl betrachtet werden (s.
Textile Research Journal, May 1967, S. 348). In der obigen Formel bedeuten D den
Diffusionskoeffizienten bei 130°C (cm2 sec-1). Die Versuchsanordnung ftlr seine
Bestimmung ist beschrieben in Melliand 52 (1971), 1063. Die Berechnung von D er-folgt
aus dem Konzentrationsprofil gefärbter Folienlagen, die, in vielen Lagen übereinandergewickelt,
mehrere Stunden in einer Flotte mit dem zu prüfenden Farb-C° stoff gefärbt werden.
Der Ausdruck (dimensionslos) bedeutet den RTT Quotienten aus der Sättigungskonzentration
C° (übereinstimmend mit der aus dem Diffusionsprofil extrapolierten Randkonzentration)
in mg Farbstoff pro g Substrat und der für 1/1 Richttyptiefe (RTT) erforderlichen
Konzentration in mg Farbstoff pro g Substrat. Der ert k ist die Proportionalitätskonstante,
sie wird 1 . cm-1 sec. 1/2 gesetzt, womit Z dimensionslos wird. Die Richttyptiefe
(RTT) entspricht der allgemein bekannten ISO-Norm (Standard Depth).
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Alle obengenannten Werte werden durch Färbung von "Dacron"-Polyesterniaterial
(Hersteller: DuPont) Qualität T 56 (geliefert von tTestfabrics Middlesex) erhalten.
Diese Polyesterqualität ist durch eine mittlere Affinität zu Dispersionsfarbstoffen
gekennzeichnet. Falls die Messungen auf anderen Polyestermaterialien durchgeführt
werden, kann sich, entsprechend der Farbstoffaffinität des Substrats eine Verschiebung
der Werte ergeben. Die genannte "reduktive Reinigung erfolgt auf eine, jedem Fachmann
bekannte Weise.
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Gegenstand der Erfindung sind weiters die, zwei oder mehr, den obigen
Kriterien a) bis d) entsprechende Farbstoffe enthaltenden Färbepräparationen
und
Färbebäder. Die für das erfindungsgemässe Verfahren geeigneten Dispersionsfarbstoffe
können alle bekannten Strukturen aufweisen (Azo, Anthrachinon, Styryl etc), bevorzugt
sind die Monoazofarbstoffe.
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Die erfindungsgemässen Kombinations-Farbstoffpräparationen enthalten
die üblichen Zusätze (z.B. Dispergiermittel). Sie werden beim Hochtemperaturfärben
im allgemeinen ohne weitere Färbereihilfsmittel verwendet. In speziellen Fällen
(z.B. beim Färben von Substraten mit unterschiedlicher Farbstoffaffinität, d.h.
bei Substraten, die zum Streifigfärben neigen) können die bekannten "Carrier" und/oder
Egalisiermittel als weitere Färbehilfsmittel empfohlen werden.
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Die erfindungsgemäss hergestellten Präparationen eignen sich für die
Anwendung in sogenannten kurzen oder langen Flotten (Verhältnis Substrat zu Färbeflotte
etwa 1:0,2 bis 1:100), für das Klotzfärben und das Ausziehfärbell. Der wesentliche
Vorteil ist die Reduktion der Fixierzeit, bzw. Fixiertemperatur. Während bei einer
normalen Färbung im Färbeautoklaven, zur Erreichung tieferer Färbungen (über 1/1
Richttyptiefe) mindestens 30 Min. (bei Marineblau- und Schwarzfärbungen noch länger
!) bei l30°C gefärbt werden müssen, ist mit den erfindunysgemässen Kombinations-Färbepräparaten
im allgemeinen nur eine Fixierzeit bis zu maximal 20 Minuten (bei 130"C) nötig.
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In der folgenden Tabelle sind neben einigen Handelsfarbstoffen, die
die erfindungsgemäss definierten Kriterien erfüllen, eine Reihe von Handeldprodukten
angegeben, d;e diese Kriterien nicht erfüllen.
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T a b e l l e
| Aufziehgrad (%) in einer Färbeflotte die es er- |
| möglicht, Färbungen von 4 x 1/1 RTT zu erhalten. |
| D (130°C) C° 120° 125° 130° |
| Farbstoff C.I. RTT Z |
| x10-10cm² sec-1 "Rapid |
| x10-4 5 10 5 10 0 5 20 Dye" |
| 1. Disperse Yellow 211 1,85 16,2 2,20 73 86 93 97 85 97 98
* |
| 2. Disperse Yellow 119 3,85 5,8 1,14 27 63 62 |
| 3. Disperse Orange 139 1,25 7,5 0,84 13 32 66 |
| 4. Disperse Yellow 64 2,24 9,4 1,40 45 75 95 |
| 5. Disperse Yellow 210 1,1 8,6 0,90 25 46 81 |
| 6. Disperse Red 73 1,88 21,2 2,89 82 90 90 96 91 96 97 * |
| 7. Disperse Red 183 1,88 14,4 1,97 51 71 66 87 51 93 97 (*) |
| 8. Disperse Red 106 2,41 14,9 2,37 64 72 80 88 71 91 94 * |
| 9. Disperse Red 202 1,04 12,8 1,31 37 65 92 |
| 10. Der rote Disper- 1,68 28,8 3,73 80 85 90 94 84 94 96 * |
| a) |
| sionsfarbstoff |
| 11. Disperse Red 184 2,17 10,1 1,49 42 50 59 71 35 67 94 |
a) Formel auf der nächsten Seite
T a b e l l e
| Aufziehgrad (%) in einer Färbeflotte, die es er- |
| möglicht, Färbungen von 4 x 1/1 RTT zu erhalten |
| D (130°C) C° 120° 125° 130° |
| Farbstoff C.I. Z |
| x10-10cm²sec-1 RTT "Rapid |
| Dye" |
| x10-4 5 10 5 10 0 5 20 |
| 12. Disperse Blue 183 0,81 13,9 1,25 26 87 |
| 13. Disperse Blue 165 0,91 5,1 0,49 20 57 |
| 14. Disperse Blue 165:1 0,96 7,8 0,76 24 32 38 49 26 75 95 |
| 15. Disperse Blue 148 1,96 23,5 3,29 79 88 90 93 81 93 96 * |
| 16. Disperse Blue 79 0,95 16,7 1,63 40 70 93 |
a) Der Farbstoff entspricht der Formel
Beir;piel 2.200 g texturiertes Polyestergarn in Form einer Präzisions-Kreuzspule
werden in einem HT-Zirkulationsfärbeapparat bei einem Flottenverhältnis 1:7 und
einer Durchflussleistung von 4 Umwälzungen pro minute mit einer erfindungsgemässen
"Rapid-Dye" - Trichromie gefärbt. Die Starttemperatur ist 70°C, Heizrate 3°C pro
Minute. Die Färbeflotte enthält 0,78% (bezogen auf Substratgewicht) der Handelsform
von Disperse Yellow 211, 0,56% (des 35:65 mit handelsüblichen Ligninsulfonaten coupierten)
des Farbstoffs 10 aus der obigen Tabelle und 0,60% der Handelsform des Farbstoffs
Disperse Blue 148 und wurde mit Ameisensäure / Ammonsulfat auf pH 5 gestellt.
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Nach einer Verweilzeit von 10 Minuten bei 125"C, bzw. einer Verweilzeit
von 5 Minuten bei l30°C erhält man eine voll entwickelte braune Färbung mit ausgezeichneten
Echtheiten. Der Ausziehgrad (Saderschöpfung) ist 95%.
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Färbt man unter gleichen Bedingungen mit einer Flotte von "Nicht-RD"-Farbstoffen,
z.B. einer Flotte die 1,12 Disperse Yellow 119, 1,2% Disperse Red 184 und 0,5% Disperse
Blue 165 enthält (die völlig ausgezogen etwa denselben Braunton wie oben, liefert)
enthält, ist die Baderschöpfung nach 10 Minuten bei 125°C, resp. 5 tinuten bei 1300C
noch weit unter 95%, die Farbstoffe sind nur zu einem unzureichenden Teil in die
Faser0 eingedrungen, was völlig unzureichende Echtheiten (Reib-, Licht-, Sublimier-
und Waschechtheiten) beciingt. Um die Färbung perfekt zu iaciien, muss man die Verweilzeit
um mindestens 15 bis 30 Minuten (je nach Färbetemperatur) verlängern.