Färbeverfahren

In der Textilproduktion werden Fasern, Garne oder das fertig genähte Produkt durch Färben veredelt. Dabei gibt es verschiedene Färbeverfahren, deren Anwendung von der Art der Fasern und den Eigenschaften des verwendeten Farbstoffes abhängt. Von der Textilfärbung erwartet man, dass diese möglichst farbecht ist. Dabei meint Farbechtheit das Verhalten von gefärbten Textilien unter bestimmten Umwelt- und Alltagsbedingungen. Der eingesetzte Farbstoff sollte sich also nicht schon bei der ersten Wäsche oder durch Reibung von der Faser lösen. Entsprechend muss der Farbstoff fest mit der Faser verankert werden.

Es lassen sich drei Färbeverfahren unterscheiden:

  1. Direktfärbung: unbehandelter Stoff wird in eine Lösung des Farbstoffes getaucht
  2. Entwicklungsfärbung: Farbstoff entsteht erst auf der Faser
  3. Dispersionsfärbung: Farbstoff wird in der Faser gelöst

Traditionelles Färben und Gerben von Wolle und Leder in Marokko Abb. 1: Traditionelles Färben und Gerben von Wolle und Leder in Marokko

Frisch gefärbte Wolle trocknet in Marokko Abb. 2: Frisch gefärbte Wolle trocknet in Marokko

1. Direktfärbung

Wenn der Farbstoff direkt auf die Faser gebracht wird, spricht man von Direktfärbung. Eine Vorbehandlung der Fasern ist bei dem Verfahren nicht nötig. Die Fasern ziehen direkt den wasserlöslichen Farbstoff aus dem pH-neutralen Färbebad (sog. Flotte). Dieser diffundiert in die Fasern und verankert sich dort.

Je nach Verankerung unterscheidet man zwei Typen:

Bei der substanziellen Direktfärbung haftet der Farbstoff durch van-der-Waals-Wechselwirkungen und Wasserstoffbrücken an den Fasern. Diese Verankerungen sind zumeist nicht besonders fest, weswegen Stoffe, die durch diese Methode gefärbt wurden nicht waschecht sind. Zu den substanziellen Farbstoffen zählen vor allem Azofarbstoffe. Diese Art von Färbung wird bei Baumwoll- und anderen Cellulosefasern angewendet.

Bei der ionischen Direktfärbung tragen die Farbmoleküle, wie bspw. Kristallviolett, eine positive oder negative Ladung. Diese Farbstoffe gehen eine Ionenbindung mit den entgegengesetzt geladenen Atomgruppen der Fasern ein. Besonders proteinhaltige Fasern wie Wolle oder Seide können mit dieser Methode gut gefärbt werden. Hierzu eigenen sich vor allem saure Farbstoffmoleküle, welche durch die Abgabe von Protonen Anionen bilden. Deswegen bezeichnet man sie als anionische Farbstoffe. Die entstehenden Ionenbindungen sind stärker als die zwischenmolekularen Kräfte bei der substanziellen Direktfärbung und machen die gefärbten Textilien waschechter.

2. Entwicklungsfärbung

Anders als bei der Direktfärbung, entstehen beim Entwicklungsfärben die Farbstoffe erst direkt auf der Faser. Man unterscheidet die Küpenfärbung, die Beizenfärbung und die Reaktivfärbung.

Die Farbstoffe bei der Küpenfärbung sind wasserunlöslich und weisen so eine höhere Waschechtheit auf. Sie können daher aber auch nicht direkt auf die Fasern aufgebracht werden. Man überführt sie deswegen zunächst mittels eines Reduktionsmittels in eine wasserlösliche Form. Da die reduzierte Form zumeist nicht mehr farbig ist, nennt man sie Leukoform (griechisch leukos = weiß). Wie bei einer Direktfärbung kann nun mit der Lösung weiter verfahren werden. Während das Färbgut trocknet, oxidiert die Leukoform des Farbstoffes und erhält seine Farbe zurück. Mit Oxidationsmitteln lässt sich der Vorgang beschleunigen. Zu den wichtigsten Vertreter der Küpenfarbstoffe zählt Indigo. Auch wenn diese eine höhere Waschechtheit aufweisen, bleichen indigogefärbte Stoffe mit der Zeit aus. Der Farbstoff haftet aufgrund von van-der-Waals-Wechselwirkungen und Wasserstoffbrücken an der Faser und löst sich durch mechanischer Belastung von ihr.

Aufgrund der hohen Schwermetallbelastung der Fasern und der Gewässer wird die Beizenfärbung heute kaum noch verwendet. Bei diesem Verfahren werden die Fasern vor dem Färben mit metallhaltigen Salzen vorbehandelt. Vor allem Aluminium- und Eisensalze finden Anwendung. Die Metallsalze lagern sich in die Fasern ein und bilden mit den Farbstoffmolekülen stabile Komplexverbindungen. Die Beizenfärbung findet vor allem bei Wolle Anwendung, weil der Farbstoff aufgrund des chemischen Aufbaus von Wolle an den Fasern besonders gut haftet und eine sehr hohe Waschechtheit gegeben ist.

Bei der Reaktivfärbung besitzt der Farbstoff eine reaktive Gruppe, die mit der Farbigkeit selbst nichts zu tun hat. Diese ist in der Lage, mit den Hydroxy-Gruppen von Cellulosefasern eine Atombindung einzugehen. Er reagiert unter Abspaltung eines Chloratoms mit der Zellulosefasern. Der Farbstoff ist dadurch besonders fest mit der Faser verankert, wodurch eine sehr haltbare Färbung mit sehr hohe Waschechtheit entsteht.

3. Dispersionsfärbung

Bei unpolaren Fasern, wie bspw. Polyesterfasern, wird die Dispersionsfärbung angewandt. Die wasserunlöslichen Farbstoffe, zumeist Azofarbstoffe, werden mit Hilfsstoffen zu einer Suspension verarbeitet. In dieser ist das Farbmittel fein verteilt . Durch Temperatur und andere Hilfsmitteln werden die Fasern „aufgeweitet“. Das Farbmittel diffundiert in die Fasern hinein, wodurch eine sehr waschechte und lichtechte Färbung entsteht.

Bleichverfahren

Unter Bleichen versteht man ein textilchemisches Verfahren, bei dem vorhandene Färbungen an Naturfasern beseitigt und der Weißegrad erhöht wird. Dies geschieht mit einem oxidativ, oder reduktiv wirkenden Bleichmittel. Bei Baumwolle und anderen Cellulosefasern ist das Bleichen zur Vorbereitung der Faserstruktur vor dem eigentlichen Färben üblich. Für moderne Synthetikfasern ist das Verfahren nicht notwendig. Hier wird schon bei der Produktion der Fasern auf einen entsprechenden Weißegrad geachtet.

Der Bleichprozess wird meistens mit Wasserstoffperoxid, Natronlauge und Tensiden sowie anderen chemischen Hilfsmitteln wie bspw. Bleichstabilisatoren durchgeführt. Je nachdem, ob pflanzliche (Cellulose z.B. Baumwolle) oder tierische Fasern (Proteine z.B. Schafwolle) gebleicht werden soll, ist der pH-Wert unterschiedlich. Baumwolle z.B. wird alkalisch und Schafwolle dagegen im sauren Bereich gebleicht. Dabei reagieren die chemischen Komponenten miteinander. Durch den Bleichstabilisator wird der Sauerstoff aus dem Wasserstoffperoxid langsam und kontrolliert abgespalten. Eine unkontrollierte, spontane Zersetzung würde die Länge der Molekülketten der Cellulose verringern, was sich durch eine verminderte Reißfestigkeit äußert.

Mit der Bleiche werden mehrere Ziele verfolgt:

  • Entfärbung durch die Oxidation des Grundfarbstoffes
  • Entfernen von pflanzlichen Verunreinigungen (Blattreste und ähnliches aus Ernte)
  • Entfernen von Fetten
  • Saugfähigkeit für nachfolgende Prozesse wird erhöht und gleichmäßiger

Man unterscheidet zwei Bleichverfahren: 1. Kontinuierliches Bleichverfahren 2. Diskontinuierliches Bleichverfahren

Bleichen - Ein Gemälde von Max Liebermann Abb. 3: Bleichen - Ein Gemälde von Max Liebermann

1. Kontinuierliches Bleichverfahren

Bei diesem Verfahren wird eine Mischung aus Wasserstoffperoxid, Natronlauge, Stabilisatoren und Wasser (sog. Bleichflotte) auf das Textilgewebe aufgetragen. Danach wird in einem Durchlaufdämpfer bei etwa 100°C der Zerfall des Wasserstoffperoxids aktiviert. Das Verfahren braucht wenig Zeit, bei jedoch hohen Energiekosten.

2. Diskontinuierliches Bleichverfahren

Bei diesen Verfahren trägt man die Bleichflotte auf das Gewebe auf, welches für bis zu 24 Stunden auf große Rollen (Kaulen oder Docken) drehend lagert. Da keine Prozesswärme wie bei dem kontinuierlichen Bleichverfahren benötigt wird, spart man die hohen Energiekosten. Zu diesem Verfahren zählt auch das Bleichen von Garn auf Spulen oder Kettbäumen. Der Prozess wird in großen Kesseln unter Druck und hohen Temperaturen in der Bleichflotte durchgeführt.

Je nach des Verfahrens setzt man der Bleichflotte die einzelnen Bestandteile in unterschiedlichen Mischungsverhältnissen zu. Auch muss man das Gewebe nach dem Bleichen waschen, damit nachfolgenden Prozessen bspw. in der Druckerei oder beim Färben nicht gestört werden. Übrig gebliebenes Wasserstoffperoxid kann die Farbstoffe zerstören.

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Flora_Jana 2018-06-13 10:23:51
Liebe Annka,
ich habe hier einmal die Unterschriften so bearbeitet, dass sie richtlinienkonform sind.
Auch hier wäre es toll, wenn du noch Bilder einfügen könntest, um deinen Text leserfreundlicher zu gestalten.
Wir versuchen interdisziplinäres Wissen zu vermitteln, deswegen ist es besonders spannend, dass du so auf die chemische Ebene eingehst. Bei diesen Begriffen wäre eine Verlinkung zu den jeweiligen Chemie-Seiten auf serlo.org (falls vorhanden) sehr hilfreich, um allen das Verstehen des Artikels zu ermöglichen.
Wie du verlinkst, kannst du unter www.serlo.org/90408#links nachschauen.
LG,
Flora
Annka_Bremer 2018-06-13 11:15:55
Hi, danke für die Rückmeldung. Wirklich viele Bilder findet man leider nicht. Schon gar nicht zur heutigen industriellen Vorgehensweise. Oder kann ich auch Bilder nutzen, die nicht zur freien Wiederverwendung gekennzeichnet sind?
Ich hab jetzt erstmal ein paar "traditionelle" drin...

LG
Annka
Flora_Jana 2018-06-13 13:01:22
Hi, cool, dass du so schnell Änderungen unternommen hast! Nein, du solltest nur Bilder verwenden, die zur freien Wiederverwendung gekennzeichnet sind. Nochmal ein Tipp: Verwende- gerade, wenn du Bilder einfügst- auch mal mehrspaltige Layouts. So können die Bilder besser zur Geltung kommen und manchmal bieten sich auch nur für Text mehrspaltige Layout an.
LG,
Flora
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