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Dr. Ph. Reiß, im Juli 2007

Dr. J. Butenuth, Dr. E. Gerstner, Prof. Dr. H. Perst

Sommersemester 1998

Textilfärberei

Caroline Roos Frankfurter Str. 20

35037

Juli 1998

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung 3

1.1 Farbstoffe - Ein geschichtlicher Überblick 3

1.2 Färbeverfahren - Eine Übersicht 4

1.3 Zusammenhang: Faseraufbau - Färbeverfahren 5

2. Färbeverfahren 8

2.1 Küpenfärbung 8

2.1.1 Indigo - der klassische Küpenfarbstoff 8

2.1.2 Indigosynthese 8

2.1.3 Küpenfärbung mit Indigo 11

2.2 Direktfärbung 13

2.3 Entwicklungsfärbung 16

2.4 Reaktivfärbung 22

2.5 Transferdruck 28

ANHANG 31

I Literaturverzeichnis 31

11 Übersicht über die Versuche 32

III Versuchsvorschriften 33

Versuch 1 Xanthoproteinreaktion 33

Versuch 2 Indigosynthese nach Baeyer 33

Versuch 3 Küpenfärbung mit Indigo 34

Versuch 4 Direktfärbung mit Kongorot 35

Versuch 5 Färbenmit dem Entwicklungsfarbstoff Kupfer-Phthalocyanin35 Versuch 6 Färben mit dem Reaktivfarbstoff LEVAFIX® Brillantblau E-B36

Versuch 7 Transferdruck 37

1. Einleitung

Textilfärberei ist ein Thema, daß die Menschen schon lange beschäftigt. Wie auch die folgende Übersicht zeigt, gab es bereits vor 4000 Jahren die ersten gefärbten Kleidungsstücke.

Seitdem wurden die vorhandenen Farbstoffsortimente natürlich weiterentwickelt. Neue Chromophore und neue Farbstoffklassen kamen hinzu.

Zu den natürlichen Fasern wie Wolle, Seide, Leinen und Baumwolle kamen sythetische Fasern und Kunststoffe, für die jeweils geeignete Farbstoffe gefunden werden mußten.

Heute stehen etwa 7000 Farbstoffe zur Verfügung, die auf den speziellen Einsatzzweck abgestimmt sind.

Zum Färben von Fasern wurden 545.000 t Textilfarbstoffe (1990) verbraucht.

Davon wurden allein 2/3 für die Baumwolle eingesetzt. Vergleichsweise wenig, nämlich 46.000 t Farbstoffe wurden zum Färben von Papier verwendet.

1.1 Farbstoffe - Ein geschichtlicher Überblick

2000 v.Chr.

1000 v.Chr.

800 v. ehr.

1200

1400 - 1600

Ägypten: Indigofärbung durch Verküpung,

Safranfärbung - gefärbte Leinkragen, Mumientücher, Mäntel

Phönizier: Purpurfärberei - Gewinnung aus Purpurschnecken

Kleinasien: Indigo, Safran, Krapp zum Färben von Teppich- und Stickgarnen

Florenz als Hochburg mittelalterlicher Färberei: Indigo, Kermes, Safran, Sandelholz

durch Entdeckungsreisen zu neuen Rohstoffen:

Rotholz, Blauholz, Karmin

auf dem Seeweg gelangt Indigo aus Indien nach Europa,

17. Jh.

1771 1773

1834 1856

1869-1872

1877 1893 1899 1952

Krappanbau in Avignon und im Elsaß

Pikrinsäure als erster synthetischer Farbstoff

dt. Handel: Blau-, Rot- und Gelbholz, Indigo, Pernambuk, Berliner Blau, Cochenille

Anilin aus Schwarzkohlenteer~ Anilinschwarz-Fabrik Perkin isoliert erstmals das Mauvein ~erster industriell produzierter Synthesefarbstoff (ab 1857)

HOECHST und BAYER entwickeln Herstellungsverfahren für Alizarin

erstes deutsches Farbstoff-Patent: Methylenblau (H. Caro) 324 künstliche organische Farbstoffe bekannt

weitere 186 künstliche Farbstoffe hergestellt Entwicklung von Reaktivfarbstoffen

1.2 Färbeverfahren - Eine Übersicht

Baumwolle

• Küpenfärbung

• Direktfärbung

• Reaktivfärbung

• Beizenfärbung

• Entwicklungsfärbung

Wolle

• Küpenfärbung

• Direktfärbung

• Reaktivfärbung

• Säurefärbung

• Chromierfärbung

• Metallkomplexfärbung

Polyester

• Dispersionsfärbung

• Transferdruck

Weltweit erzeugte und

eingefärbte Textilien (1990: 40 Mio. t)

Wolle". Polyamid,

Polyacryl 23%

Polyester 22%

Baumwolle 55%

1.3 Zusammenhang Faseraufbau - Färbeverfahren

Wie in der Übersicht der Färbeverfahren zu erkennen ist, eignet sich nicht jedes Verfahren für jede Textilfaser. So ist die Wahl der Verfahren für Polyester sehr eingeschränkt, während für Baumwolle und Wolle mehrere Färbeverfahren geeignet sind.

Die Wahl des Färbeverfahrens richtet sich nach dem Faseraufbau. In Versuch 1 soll gezeigt werden, daß Textilfasern unterschiedlich aufgebaut sind.

Versuch 1 Xanthoproteinreaktion

Die Xanthoproteinreaktion ist eine Proteinnachweisreaktion. Hierbei werden die aromatischen Reste der Aminosäuren nitriert. Dabei entstehen gelbe Nitrofarbstoffe (gr. xanthos= gelb).

Die Reaktion wird mit zwei Fasern durchgeführt: Baumwolle und Wolle. Dabei ist nur bei der Wolle eine Gelbfärbung zu erwarten.

Baumwolle ist eine Cellulosefaser. Sie besteht aus

ß-1

Aufbau der Baumwolle:

OH

Wolle dagegen ist ein Polypeptid, aufgebaut aus 24 verschiedenen Aminosäuren (a - Keratin). Somit besitzt sie nitrierbare aromatische Seitenketten und kann daher zu gelben Nitrofarbstoffen reagieren.

o

NH

Wolle 0 0

/~'N

Polypeptid: N N

(= Protein) N

H H

0 0

~ =Aminosäurereste

Insgesamt gibt es drei aromatische Aminosäuren:

Phenylalanin R=

Tyrosin R =

Tryptophan R

=

Bei der Reaktion handelt es sich um eine elektrophile aromatische Substitution.

Der Reaktionsmechanismus ist hier am Beispiel des Tyrosin-Restes dargestellt.

Das Nitrylkation, aus der konz. Salpetersäure, fungiert hierbei als Elektrophil.

Der Aromat wird durch die Hydroxygruppe aktiviert und ist ortho- und para- dirigierend. Da die para-Stellung bereits substituiert ist, erfolgt die Nirtierung in ortho-Position.

Reaktionsmechanismus

OH OH OH

r>;

6

^..

^•

Aromat n-Komplex Carbenium-Ion

OH OH OH +OH

+ N02 _~ N02 N02 N02

H~ H ... H ... H

# + #

-../"V'v V":/"v v"'V"'v -../"V'v

OH OH OH

+ N02 N02

- H+ ^~ N02

H ^~ H+

•

# #

-./'V'v -./'V'v _~

Carbenium-Ion n-Komplex "Nitroaromat"

gelb

2. Färbeverfahren

2.1 Küpenfärbung

2.1.1 Indigo - der klassische Küpenfarbstoff

Der bekannteste Küpenfarbstoff ist Indigo. Indigo ist ein Pflanzenfarbstoff und in der Indigopflanze enthalten. Diese wurde hauptsächlich in Indien (Bengalen) angebaut und besaß in Europa keine nennenswerte Konkurrenz. In England, Frankreich und Deutschland (Thüringen) wurde der Färberwaid angebaut.

Dieser besitzt jedoch nur 1/30 des Indigogehalts der Indigopflanze. Der Färberwaid verlor den Wettbewerb gegen die Indigopflanze trotz Einfuhrzöllen und anderen Maßnahmen, die zum Schutz der Färberwaidbauern getroffen wurden. Anfang des 16. Jahrhunderts wurde Indigo auf dem Seeweg nach Europa eingeführt. Daraufhin ging der Färberwaidanbau stark zurück.

Abgesehen von Australien ist das Färben mit Indigo auf jedem Kontinent nachgewiesen.

2.1.2 Indigosynthese

Versuch 2 Indigosynthese nach Baeyer(1882)

Adolf von Baeyer (1835-1917) entwickelte bereits 1878 die ersteVolIsynthese des Indigos, allerdings ohne Kenntnis der Indigoformel. Diese entschlüsselte er erst 1883. 1880 bis 1883 fand er weitere Synthesewege für Indigo. Erst 1897 kam durch die BASF und die Farbwerke Hoechst der synthetisch hergestellte Indigo (Verfahren nachK. Pfleger) auf den Markt.

1905 erhielt er den Nobelpreis für Chemie für seine Arbeiten über Farbstoffe und hydroaromatische Verbindungen.

Bei der Indigosynthese nach Baeyer handelt es sich um eine Kondensationsreaktion:

o

"Kondensation"

H Aceton

NaOH/H₂₀

o-Nitrobenzaldehyd

o

Indigo

o

Der Reaktionsmechanismus dieser Reaktion ist noch nicht vollständig geklärt:

0

OH 0

0 O-Na+

c(H

NaOH ^,,9 N0

Ä

A

o-Nitrophenyl- milchsäureketon

o

u.a.

Oxidation des Alkohols Reduktion der Nitrogruppe

Abspaltung von Essigsäure

Indoxyl

Dimerisierung

Indigo

Dieses Verfahren erwies sich zur industriellen Herstellung als zu teuer. Der Ausgangsstoff für den o-Nitrobenzaldehyd ist Toluol. Da aber nur 5000-6000 t Toluol pro Jahr zur Verfügung standen und allein 4 t für die Synthese von 1t Indigo benötigt wurden, wurde dieser Syntheseweg nicht weiter verfolgt. Das Verfahrenspatent für diese Reaktion ist in Besitz von BAYER und HOECHST.

Heute wird Indigo nach Heumann/Pfleger (1902) synthetisiert, z.B. bei der BASF. Karl Heumann entwickelte bereits 1890 die "erste" und "zweite"

Heumann-Synthese. Dieses Verfahren wurde dann von Johannes Pfleger optimiert.

Die Synthese umfaßt insgesamt 5 Stufen:

H 1)

a

NH2

aN~CN

I # + CH20 + HCN

85

-c

1 # ^{+ H20}

.,

Phenylglycinnitril r>.

H H _ +

2)

VN~CN ^VN~COO

I

^{-c .,} I

#

Phenylglycin-K-Salz

Stufe 1 und 2 ist auch als Aminosäuresynthese nach Strecker bekannt.

3) 380

-c

o

Die 5. Stufe entspricht dem letzten Schritt der Indigo-Synthese nach Baeyer.

Indigo ist neben Alizarin, dem Farbstoff der Krappwurzel, der einzige industriell hergestellte Naturfarbstoff.

99% der Indigoproduktion gehen in die Jeansindustrie. Dabei wird mit ca. 10 g pro Hose gefärbt.

2.1.3 Küpenfärbung mit Indigo

Küpenfarbstoffe sind nicht in der Lage direkt auf die Faser aufzuziehen. Daher werden sie zu der Leukoform reduziert, die löslich und substantiv ist.

'Substantiv' bedeutet, daß die Leukoform in der Lage ist, auf die Faser aufzuziehen. Auf der Faser wird sie anschließend wieder zu dem unlöslichen Farbstoff oxidiert. Durch die negative Ladung an den Sauerstoffatomen ist die Leukoform löslich. D.~r Name Leukoform kommt von gr. 'Ieuko'

=

Das Wort 'Küpe' hat seinen Ursprung im lt, 'cuba' = Tonne. Es ist wahrscheinlich eine niederdeutsche Ableitung von Holzgefäß ('Kübel'). Heute ist Küpe die reduzierende Färbeflotte.

Schema: Färben mit einem Küpenfarbstoff

Faser

/ '

-: _~

, , _{-: -:}

^.- , _{~ ~}

^.- _{~ ~}

, ^-: _{-: s-: ~ ~}

/

Indigo Leukoindigo gefärbte Faser

Die Färbung ist sehr naß- und lichtecht, aber nur wenig reibecht (vgl. .stone - washed Jeans").

Versuch 3 Küpenfärbung mit Indigo

Indigo wird mit dem Reduktionsmittel Natriumdithionit in das lösliche Leukoindigo überführt. In diese reduzierende Färbeflotte werden die Fasern gefärbt. Anschließend erfolgt durch Luftsauerstoff die Oxidation zum unlöslichen Indigopigment auf der Faser. Dieses Färbeverfahren ist nur für Wolle und Baumwolle geeignet und nicht für Synthetikfasern (z.B.Polyester).

Reduktion

o

0 O-Na+

Indigo (O2) Leukoindigo

blau, unlöslich Oxidation grün-gelb, löslich substantiv

;--'-

Reduktion:

Indigo + Na2S204 + 4 NaOH ^~ Leukoindigo + 2 Na2S03 + 2 _H20

Oxidation:

Leukoindigo + 1/2 _O2 + H20

2.2 Direktfärbung "

Textilgut

--~..-..I~... Indigo + 2 NaOH

Direktfarbstoffe ziehen direkt auf die Faser auf. Sie werden auch substantive Farbstoffe genannt, da sie in Substanz auf die Faser aufziehen. Natriumchlorid wird als Elektrolyt zugegeben: Die Cellulosefaser lädt sich in Wasser negativ auf und würde das Farbstoffanion abstoßen. Die Natrium-Kationen neutralisieren die Faseroberfläche und erleichtern somit das Aufziehen des Farbstoffs.

Die Anfärbung erfolgt durch:

• Dipolkräfte

• v.an-der-Waals-Kräfte

• Wasserstoffbrückenbindung

• Ausbildung von schwerlöslichen Farbstoffassoziaten in der Faser

Schema: Direktfärbung

-: _~

, _-:

, _-:

_.. ~ _~

-:

_~

, _{-: s-:}

Faser

Insgesamt ist die Ausbildung schwerlöslicher Farbstoffassoziate¹ der für die·

Anfärbung wichtigste Aspekt. Die Färbung mit Direktfarbstoffen ist aber nicht besonders naßecht: Durch die Zufuhr von "freiem" Wasser können die Farbstoffassoziate aufgehoben und der Farbstoff somit ausgewaschen werden.

Bei den Direktfarbstoffen gibt es das Problem der Substantivität: Je stärker die Farbstoffmoleküle aggregieren, desto besser ist die Haftung in der Faser. Aber je größer die Aggregation ist, desto schlechter zieht der Farbstoff auf. Das Problem ist das zu frühe Ausflocken: Durch das Ausflocken werden weitere Farbstoffmoleküle daran gehindert auf die Faser aufzuziehen. In der Industrie ist es aber von größerem Interesse, daß der Farbstoffe leicht auf die Faser aufzieht. Daher wird bei Temperaturen von über 100 "Cgefärbt. Dabei wird der Einfluß der gegenseitigen Anziehung durch die gesteigerte Wärmebewegung überwunden und somit ein zu frühes Ausflocken verhindert.

Versuch 4 Direktfärbung mit Kongorot

- +

50₃ Na Kongorot - +

503 Na

Kongorot ist der erste substantive Azofarbstoff von technischer Bedeutung. Er wurde erstmals 1884 von Bättiger synthetisiert.

Kongorot ist ein koplanarer' Farbstoff und daher besonders als Direktfarbstoff geeignet: Bei koplanaren Farbstoffen sind die gegenseitigen Anziehungskräfte größer. Auch ist nachgewiesen, daß große, langgestreckte Farbstoffe mit vielen Doppelbindungen besonders gut geeignet sind.

Die Synthese von Kongorot erfolgt in 2 Schritten:

1) Kupplung von bisdiazotierten Benzidin und 2 Äquivalenten Naphtionsäure

=> blaue Farbsäure

2) Aussalzen mit Natriumchlorid

=> rotes Dinatriumsalz (Kongorot)

Das Färben mit Direktfarbstoffen ist nur für Wolle und Baumwolle geeignet.

Synthetikfasern (z.B. Polyester) werden nicht gefärbt.

Aufgrund der geringen Naßechtheit der Direktfärbung geht der Einsatz in der Industrie zurück.

2Alle vier aromatischen Systeme liegen in einer Ebene.

2.3 Entwicklungsfärbung

Bei der Entwicklungsfärbung ziehen Vor- bzw.Zwischenstufen des endgültigen Farbstoffes auf die Faser auf. Aus diesen wird dann auf der Faser der unlösliche Farbstoff entwickelt. Das im Schema gezeigte Verhältnis der Vorstufen von 1:2 ist nicht obligatorisch, bei den Naphtol AS - Farbstoffen z. B.

beträgt das Verhältnis 1:1, bei dem im Versuch benutzten Entwicklungsfarbstoff (Phthalogen® Brillantblau IF3GM) 1:4.

Schema: Färben mit einem Entwicklungsfarbstoff

Faser

, ^-: _{-: ~}

-:

^~

~

, _-: ^.. _-: ^.. _~

, _{-: e-:}

/ . ~ ~ ^/

Vorstufen unlöslicher

Farbstoff

Versuch 5 Färben mit dem Entwicklungsfarbstoff Kupfer-Phthaloeyanin (Cu-Pe)

Die Phthalocyanine wurden zu Beginn des 20 Jahrhunderts entdeckt. Der Name Phthalocyanin wurde erstmals 1933 von R. P. Linstead verwendet und kommt von gr. 'naphtha'

=

=

,

blau

Es wird mit dem Farbstoff Phthalogen® Brillantblau IF3GM (BAYER) gefärbt. In diesem ist das 1-Amino-3-imino-isoindolenin und ein Kupfer(lI)salz enthalten.

Triethylenglykol wird als Reduktionsmittel zugegeben.

Nach dem Aufziehen hat die Baumwollfaser eine schwach blau-graue Farbe.

Erst mit dem Erhitzen (150-200°C) erscheint die leuchtend blau-grüne Farbe des Kupfer - Phthalocyaninkomplexes (::::::> Entwickeln).

Reaktions9 leich un9:

NH Amino-imino- isoindolenin

+ Cu2+ + 2 e - 150-200^oC • Cu-Pe + 4 NH

3

( . aus Triethylenglykol

Die Reaktion läuft in 3 Schritten ab:

1) Kondensation der Amino-imino-isoindolenine

Die Aminogruppe des Isoindolenins greift als Nukleophil intermolekular die Iminogruppe eines zweiten Moleküls an. Das dabei entstehende Zwitterion geht in die neutrale Verbindung über. Geminale Diamine sind analog zu geminalen Diolen instabil. Die Verbindung reagiert unter Ammoniakabspaltung zu dem dargestellten Dimer.

Mechanismus

NH₂

~NI Vc~

elektrophil

(\~H

- NH2

CG ^~

· I

~

NH

~I

~

H-NI- +

- NH₂

~NI

NH

~ -

IN 1N)NH

^#

Polykondensation

Diese Kondensation findet mit 4 Molekülen nach dem oben dargestellten Mechanismus statt. Dabei werden insgesamt 4 Äquivalente Ammoniak abgespalten.

r>.

2) Reduktion

Antiaromat (4N)

Aromat (4N+2)

2-

Nach der Hueckel-Regel handelt es sich bei dem entstandenen Zwischenprodukt um einen Antiaromaten (16 Elektronen:=) 4N; N=4). Wird dieser nun reduziert erhält man einen Aromaten mit 18 Elektronen (4N+2; N=4).

Dieser besitzt eine zweifach-negative Ladung. Da durch die Reduktion ein aromatisches System entsteht, welches enrgetisch stabiler ist, reicht ein schwaches Reduktionsmittel wie Triethylenglykol aus, um die Verbindung zu reduzieren.

~N 3) Komplexierung

Im letzten Schritt kommt es zu der Komplexierung des zweifach-negativ geladenen Aromaten mit dem Cu²+. Als Endprodukt erhält man den blauen Kupfer-Phthalocyan inkomplex.

Phthalocyaninkomplexe sind analog zu natürlichen Porphyrin - Komplexen in der Natur:

Allen drei unten dargestellten Verbindungen gemeinsam ist dasPorphin - Grundgerüst. Sie unterscheiden sich durch ihre Zentralatome (Eisen, Kupfer und Magnesium). Außerdem sind im Phthalocyaninkomplex die Methinbrücken durch Azabrücken ersetzt.

~N

,

Kupfer-Phthalocyanin blau

CH₃ H

H -7"C

-7"C ^{H3C C2H}s

H_3C

~

'CH 'CH

H_3C CH₃

H_{3C ~C}

H COOH

C_2oH39OOC

OCH₃ Eisen-Protoporphyrin

rot

Chlorophyll a grün

Phthalocyanine selbst kommen in der Natur nicht vor.

2.4 Reaktivfärbung

Schema: Färbung mit einem Reaktivfarbstoff

Farbstoffmolekül

..

__n_ _

IIIIIIIIII

Faser mit funktioneller Gruppe

IIIIIIIIII

Die Reaktivfarbstoffe reagieren mit der Faser unter Ausbildung einer kovalenten Bindung. Darin liegt auch der Unterschied zu der Küpenfärbung (unlöslicher Farbstoff in der Faser) und der Direktfärbung (schwerlösliche Farbstoffassoziate in der Faser). Die Vorteile dieser Färbung ist die einfache Handhabung, die brillanten Farben und außerdem ist die Färbung sehr naß- und lichtecht.

Versuch 6 Färben mit dem Reaktivfarbstoff Levafix® Brillantblau E-B

S03H

o

~O,

,OH

S S

Q~ Q~

o

Aufbauprinzip eines Reaktivfarbstoffs

farbgebende Komponente Reaktivkomponente

Chromophor

löslich machende Gruppe

Brückengliedl

direkte Bindung Elektrophil Abgangsgruppe

Aufbauprinzip am Beispiel des Levafix® - Farbstoffes:

Chromophor: Anthrachinongerüst

Läslichmachende Gruppe: Sulfonsäuregruppe Brückenglied: aromatisches Amin

Reaktivkomponente: Schwefelsäureester eines ß-Hydroxyethylsulfons

Prinzip der Reaktivfärbung:

Farbstoff

o HN'Q

1#

o

OH

OH Cellulosefaser

OH

Reaktion:

Da die Reaktion unter basischen Bedingungen Reaktivhaken Vinylsulfon in-situ darzustellen, Natriumchlorid und Natriumcarbonat zugesetzt.

ablaufen muß, um den wird dem Färbebad

Eliminierung

(OH )

~

Vinylsulfon

CD

Addition

&

^°

o °

HO).-O,

9-\

,,~

OH

OH

Die Reaktivfärbung ist nicht für jede Faser geeignet. Voraussetzung ist das Vorhandensein einer (oder mehrerer) reaktiven Gruppen:

q

(Cellulose: Glucoseeinheiten)

OH

Primäre Alkohole sind reaktiver als sekundäre, daher sind diese die reaktiven Stellen der Baumwollfaser.

o

Hydroxy- (Threonin)

~NH

HO

Hydroxy- (Serin) (a-Keratin: Polypeptid)

Amino- (Lysin)

q

Bei der Wolle kommen sowohl primäre/sekundäre Alkohole, als auch primäre Aminogruppen als reaktive Stellen in Frage.

c::>

(z.B.: R

=

R1=-CSH4-

=> Trevira®)

Polyester besitzt keine reaktiven Gruppen und ist somit nicht mit Reaktivfarbstoffen zu färben.

Für die Reaktivfarbstoffe kommen verschiedene Reaktivhaken in Frage. Sie sind in zwei Gruppen zu unterteilen:

1) Halogensubstituierte Heterocyclen, die eine Substitutionsreaktion mit der Faser eingehen können (Halogenide als Abgangsgruppen).

o ⁼

F

0-~ ^{f N--\ N}

CI CI F

N--\

0-~-{ N N=<

0-~ ^{f 'N}

NHR

N=<

S02^CH3

2) Vinylsulfone (in-situ-Darstellung), die eine Additionsreaktion mit der Faser eingehen können.

Es gibt Reaktivhaken, die für Wolle und Baumwolle geeignet sind und solche, die speziell für Wolle .entwickelt worden sind.

Als Chromophor"gibt es ebenfalls ein breites Spektrum, so z.B.:

~

Azofarbstoffe _S03H

OH

orange

N=N

r>.

H03S

~---§

Triphendioxazine

CI 0

3Von gr. 'chrornos'

=

=

Man unterscheidet hierbei zwischen mono- und bifunktionellen Farbstoffen, je nach Anzahl der Reaktivhaken. Bifunktionelle Farbstoffe haben zwei, nicht unbedingt identische, Reaktivhaken und sind in der Industrie auf dem Vormarsch. Sie haben den Vorteil, daß die Fixierausbeute, d.h. der Anteil des Farbstoffes aus dem Färbebad, der an die Faser gebunden ist, größer ist und somit die Abwasserbelastung geringer ist.

2.5 Transferdruck

Schema: Transferdruck

Hitze +Druck

- - --

~ - - - - --

Papier

- - --

Farbfilm ^{. . . ,• • ,~• ,e .. eI}

^• .. _, . , ' . ^{, • ,}

Faser

li/li _t7"/~1 iY:~%r

Ausgangszustand Transfer Endzustand

Der Transferdruck eignet sich besonders für Synthetikfasern, speziell für Polyester. Polyester ist eine hydrophobe Faser ohne funktionelle Gruppen, die eine kovalente oder salzartige Bindung mit dem Farbstoff eingehen könnten.

Daher eignen sich besonders unpolare und kleine Farbstoffmoleküle für die Färbung. Da die Färbung aus wässriger Lösung geschieht, werden Dispersionsfarbstoffe eingesetzt.

Bei Temperaturen über 100

oe

Der Transferdruck gewinnt seit seiner Einführung Ende der 6Der Jahre immer mehr an Bedeutung. Der Vorteil dieses Verfahren ist die absolut konturenscharfe Übertragung von dem Papier auf die Faser. Auch handelt es sich um eine besonders umweltfreundliche Methode, da keine Abwasserbelastung auftritt (das Papier wird anschließend verbrannt).

Versuch 7 Transferdruck

Die benutzten Farbstoffe:

Batifixan® Gelb G

HO

N=N

Batifixan® Rot BF

o

o

Batifixan® Blau 2RL

o

o HN

Batifixan® Schwarz BN ist eine Mischung aus Gelb, Rot und Blau

Die Voraussetzung für die für den Transferdruck geeigneten Farbstoffe ist ein Sublimierverhalten im Bereich 170-230°C. In diesem Bereich soll der Farbstoff möglichst schnell und vollständig in die Faser eindringen.

Als Chromophor kommen wieder mehrere in Frage. So z.B. Azofarbstoffe und Anthrachinonfarbstoffe.

ANHANG

I Literaturverzeichnis

• AG Naturwissenschaften - sozial (Hg.): Naturwerkstatt I: Wolle, Pflanzenfarben, Farben (Materialien für den Unterricht, Bd. 29), Marburg, 1990.

• BAYER AG (Hg.): Berneth, Horst: Farbstoffe, eine Obersicht, Leverkusen, 1996.

• Baeyer, A. et al.: "Darstellung von Indigoblau aus Orthonitrobenzaldehyd". In:

Ber. Dtsch. Chem. Ges., 15 (1882), 2856.

• BASF (Hg.): Färbepraktikum. (Ohne Jahresangabe)

• Beyer, H./Walter, W.: Lehrbuch der Organischen Chemie, Stuttgart: Hirzel, 1991 22.

• Fond der Chemischen Industrie (Hg.): Farbstoffe und Pigmente (Folienserie des Fonds der Chemischen Industrie, Bd. 15), Frankfurt, 1993 2.

• Haus, Artur: "Der Transferdruck". In:Chemie in unserer Zeit, 12 (1978),41.

• Keune, Hans (Hg.): Chemische Schulexperimente. Bd. 4. Organische Chemie, Berlin: Volk und Wissen, 1987.

• Kral, Paul: Einfache chemische Experimente für Schule und Ausbildung, Stuttgart: Klett, 1993 2.

• Leube, H. et al.: .Textütärberel". In: VIImanns Enzyklopädie der technischen Chemie, Bd. 22, 1982 4,565.

• Pfeil, E. et al.: .Molekülaufbau und Haftung substantiver Farbstoffe auf Cellulose". In:Angew. Chem., 75 (1963), 407.

• Römpp (Hg.): Römpp Chemie Lexikon, Stuttgart/New York: Thieme, 1995.

• Schallies, Michael: Kunststoffe - Farbstoffe - Waschmittel, Bamberg:

Buchner, 1980.

• Schmidt, Helmut: "Indigo - 100 Jahre industrielle Synthese", In: Chemie in unserer Zeit, 31 (1997), 121.

• Schwedt, Georg: Farbstoffen analytisch auf der Spur, Köln: Aulis, 1996.

• Sich, Kurt: Kollegstufe Chemie. Makromoleküle - Farbstoffe - Heilmittel, Hannover, Darmstadt, Dortmund, Berlin: Schroedel, 1973.

• Whiting, Mark C.: "Die Farbstoffe in frühen Orientteppichen". In: Chemie in unserer Zeit, 15 (1980),179.

• Zollinger, Heinrich: "Chemismus der Reaktivfarbstoffe". In: Angew. Chem., 73 (1961), 125.

11 Übersicht über die Versuche

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

Xanthoproteinreaktion

Indigosynthese nach Baeyer Küpenfärbung mit Indigo Direktfärbung mit Kongorot

Färben mit dem Entwicklungsfarbstoff Kupfer - Phthalocyanin Färben mit dem Reaktivfarbstoff Levafix® Brillantblau E-B Transferdruck

111 Versuchsvorschriften

Versuch 1 Xanthoproteinreaktion

Geräte:

2 Demo - Reagenzgläser, 2 25 ml Meßzylinder, Faserproben (Wolle, Baumwolle)

Chemikalien:

HN03 konz., NaOH

Durchführung:

• Die beiden Proben (Wolle und Baumwolle) im Demo - Reagenzglas mit HN03konz. übergießen

• => Gelbfärbung bei Wolle durch Bildung gelber Nitrofarbstoffe

• nach Behandlung mit Natronlauge kommt es zu einer Orangefärbung der Wolle

Versuch 2 Indigosynthese nach Baeyer

Geräte:

50 ml Erlenmeyerkolben mit Schliff und Stopfen, Pipette

Chemikalien:

o-Nitrobenzaldehyd, Aceton, NaOH aq (3M), Ethanol, Diethylether, H20dest.

Durchführung:

• 0,3 g o-Nitrobenzaldehyd in 3 ml Aceton lösen

• mit desto Wasser auf das doppelte Volumen verdünnen

• tropfenweise NaOH (3M) zugeben

• =:> blauer Niederschlag von Indigo

• den blauen Niederschlag mit Ethanol und Diethylether auswaschen

Versuch 3 Küpenfärbung mit Indigo

Geräte:

600 ml Becherglas, Magnetrührer m. Kontaktthermometer, Glasstab, Rührfisch (3 cm), Faserproben (Wolle, Baumwolle, Polyester)

Chemikalien:

Indigo, NaOH aq konz., Natriumdithionit, H20 desto

Durchführung:

• 1 g Indigo in 50 ml desto Wasser von 60 "Clösen

• 2 ml NaOH aq konz. und

• 2 g Natriumdithionit zugeben

• Rühren bis eine klare gelblich-grüne Lösung entstanden ist (Leukoindigo)

• Faser einige Minuten unter Rühren (Glasstab)" hinzugeben

• Faser abwaschen und trocknen lassen

• => Blaufärbung durch Oxidation auf der Faser

4 Nach Zugabe der Faser empfiehlt es sich, den MagnetrOhrer auszuschalten, und mit einem

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Versuch 4 Direktfärbung mit Kongorot

Geräte:

600 ml Becherglas, Magnetrührer, Glasstab, Rührfisch (3 cm), Siedesteine, Faserproben (Wolle, Baumwolle, Polyester)

Chemikalien:

Durchführung:

• 0,25 9 Kongorot in 100 ml dest. Wasser von 60 °C lösen

• 15 9 NaCI und

• 0,5 g Natriumcarbonat zugeben

• Faser zugeben und zum Sieden bringen (Glasstab, Siedesteine)

anschI. noch ca. 30 Min im Färbebad belassen, herausnehmen, abwaschen und trocknen

Versuch 5 Färben mit dem Entwicklungsfarbstoff Kupfer-Phthalocyanin

Geräte:

Demo-Reagenzglas, Petrischale, Filterpapier, Fön, Magnetrührer, 2 10 ml Meßzylinder, Faserprobe (Baumwolle)

Chemikalien:

Phthalogen® Brillantblau IF3GM (BAYER), Triethylenglykol, Ethanol

Durchführung:

• 0,5 g Phthalogen® Brillantblau IF3GM im Demo - Reagenzglas mit

• 2 ml Triethylenglykol und

• 4 ml Ethanol lösen

• Faser damit in einer Petrischale übergießen und trocknen (Filterpapier, Fön)

• Stoff auf die heiße Platte (150-200°C) eines Magnetrührers legen

~ Blaufärbung durch Bildung des Kupfer - Phthalocyaninkomplexes

Versuch 6 Färben mit dem Reaktivfarbstoff LEVAFIX® Brillantblau E-B

Geräte:

600 ml Becherglas, M'agnetrührer m. Kontaktthermometer, Glasstab, Rührfisch (3 cm), Faserproben (Wolle, Baumwolle, Polyester)

Chemikalien:

Levafix® Brillantblau E-B (BAYER), NaCI, Na2C03, H20 desto

Durchführung:

• 0,5 g Levafix® Brillantblau E-B in 100 ml desto Wasser bei Raumtemperatur lösen

• Faser und 5 9 NaCI zugeben

• 10Min. bei Raumtemperatur mit dem Glasstab rühren

• 2 9 Natriumcarbonat zugeben, umrühren (Glasstab) und 20 Min. bei 40-50°C färben

• Stoff abspülen und trocknen

Versuch 7 Transferdruck

Geräte:

Bügeleisen, Pinsel, weißes Papier, Polyesterfaser

Chemikalien:

Batifixan® Farbstoffe (rot, gelb, blau und schwarz) (BASF)

Durchführung:

• mit den Batifixan®-Farbstoffen auf ein Blatt Papier malen

• mit einem Bügeleisen (Einstellung Baumwolle) das Muster von dem Papier auf die Polyesterfaser bügeln