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Verfahren zum Färben von Fasern: und anderen geformten Gegenständen
aus Polyvinylchlorid Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontinuierlichen,
gleichförmigen und tiefgreifenden Färben von geformten Gegenständen, wie beispielsweise
Fasern, Fäden, Filmen usw., die aus Vinylchlorid erhalten werden, und insbesondere
betrifft sie das Färben von Fasern und anderen Körpern aus Polyvinylchlcrid mit
einem hohen syndiotaktiechen Index.
| Unter den Begriff 1'-Polyvinylchlorid mit einem hohen syndiotak- |
| tischen Indexes, wie er in der vorliegenden Beschreibung und |
| den Ansprüchen verwendet wird, fallen sowohl die Vinylchlorid- |
| homopolymeren und ihre Mischpolymeren als auch Gemische von |
| Polymeren mit wenigstens 85 Gew.-% Vinylchlorid, die einen |
| syndiotaktischen Index haben, der höher als 1,8 ist (der |
| syndiotaktiache Index ist definiert. als das Absorptionsver- |
| hältnis bei den Infrarot-Banden D 635 und D 692 cm l
be- |
| stimmt, wie es von Fordhamg Burlegh und Sturm in J. A. G o
S o |
| I3da XZI,, Seiten 73-82a 1959, beschrieben wurde). ' |
Das Polyvinylchlorid mit einem hohen syndiotaktischen Index kann
durch Trocken- oder Nass-Spinnverfahren-in Fasern umgewandelt werden, und diese
Fasern weisen ausgezeichnete chemische und physikalische Eigenschaften sowie eine
ausgezeichnete Beständigkeit gegenüber Wärme und Trockenreinigung. auf, Die Fasern
lassen sich Jedoch nicht gut färben, da ihre Affinität ggenüber Farbstoffen sehr
gering ist" Andererseits ist es schwierig, den Farbstoff in die Fasern eindringen
zu lassen, wenn das Verfahren nicht unter Druck durchgeführt wird, weil die Fasern
hydrophob und viel kristalliner als die herkömmlichen Polyvinylchloridfasern sind.
Das befriedigenste und"am besten durchführbare Verfahren zum Färben dieser Fasern
besteht darin, den Farbstoff in die Spinnlösung einzuarbeiten, bevor dieselbe durch
die Spinndüse gepresst wird. Bei diesem Verfahren treten jedoch viele Nachteile
auf, von denen der stärkste in der Tatsache besteht, dass eine grosse Menge an Fasern
der gleichen Farbe hergestellt werden muss, da, wenn eine Farbänderung vorgenommen
werden soll, die gesamte Spinnvorrichtung zunächst gründlich gereinigt werden muss,
um sämtliche Spuren des verwendeten Farbstoffs zu entfernen" Nach dem erfindungsgemässen
Verfahren ist es möglich, Fasern oder andere geformte Körper, die durch Nass- oder
Trockenspinnen von Polyvinylchlorid mit hohem syndiotaktischen Index erhalten wurden,
kontinuierlich, schnell, gleichförmig und tiefgreifend zu färben" Das erfindungsgemässe
Verfahren ist durch folgende Stufen gekennzeichnet: a) Eintauchen der frisch gesponnenen
und nach nicht einer Trocknungsbehandlung unterworfenen Fasern in ein Farbbad;
b)
entsprechende Regulierung der Farbstoffmenge auf der Faser; c) anschliessende Wärmebehandlung
der gefärbten Fasern bei hoher Temperatur und d) Entfernen des überschüssigen Farbstoffs
durch Waschen. Tatsächlich wurde überraschenderweise gefunden, dass es nur. möglich
ist, Polyvinylchloridfasern mit hohem syndiotaktischen Index gleichförmig und tiefgreifend
zu färben, wenn man der Imprägnierung der Faser mit einer Lösung oder Dispersion
eines Farbstoffs sogleich eine Wärmebehandlung bei hoher Temperatur folgen lässt.
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Die Behandlung mit einer Lösung oder Dispersion mindestens eines Farbstoffs
kann bei einem beliebigen Stadium während des Spinnverfahrens vor einer Wärmetrockenbehandlung
durchgeführt werden, und zwar während die Fasern sich in einem Zustand befinden,
in dem sie zur Einarbeitung des Farbstoffs geeignet sind.
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Daher kann diese Behandlung beispielsweise während oder nach der Koagulation
der Faseroder nachdem die Faser koaguliert und gewaschen ist oder während oder nach
der Streckung durchgeführt werden.
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Ferner kann eine derartige Behandlung währenddes Spinnens oder danach
durchgeführt werden, vorausgesetzt, dass die Fasern nicht zwischenzeitlich einer
Wärmetrocknungsbehandlung unterworfen wurden.
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Im allgemeinen werden die besten Ergebnisse dann erhalten, wenn@die
Fasern bis auf ihren endgültigen Wert gestreckt worden sind, bevor sie in das Farbbad
getaucht werden.
Es ist jedoch in der Praxis auch möglich, die Fasern
vor. dem Färben teilweise zu strecken. In diesem Fall wird das anschliessende Strecken
auf den gewünschten Wert entweder
| während der Wärmebehandlung oder wi%i4m1 dem,Trocknen. durch- |
geführt. Das Farbbad kann vorteilhafterweise aus einer wässrigen Lösung oder Dispersion
wenigstens eines Farbstoffs bestehen, selbst wenn auch nichtwässrige Lösungen oder
Dispersionen verwendet werden können.
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Die Temperatur des Farbbades ist nicht kritisch im Hinblick auf die
Nuance oder Tiefe der Farbe, die erzielt werden sollen.
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Infolgedessen können alle Temperaturen im Bereich von Raumtemperatur
bis zu 100°C angewandt werden.
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Einer der Vorteile der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass
es möglich ist, ein gleichförmiges, tiefgreifendes und schnelles Färben durch Arbeiten
bei Raumtemperatur zu erzielen: Wird jedoch das Färben während der Streckung durchgeführt,
liegt die Temperatur höher, da die Streckung bei 900 bis 130°C durchgeführt wird.
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Die Konzentration des Farbstoffs in dem Farbbad hängt sowohl von dem
besonderen verwendeten Farbstoff als auch von der Nuance und Tiefe der zu erzielenden
Farbe ab.
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Im allgemeinen kann diese Konzentration von einer sehr niedrigen Konzentration
(0,001 Gew.-%) bis zu einer gesättigten Farbstofflösung.und auch bis zur Imprägnierung
der Faser mit dem Farbstoff reichen.
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In der Praxis wird jedoch eine bessere Durchdringung des
Farbstoffs
sowie eine gleichmässigere Farbe erhalten, wenn verhältnismässig verdünnte Lösungen
als Farbbad verwendet werden.
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Während des Färbens wird die Konzentration des Farbbades ständig dadurch
auf dem gewünschten Wert gehalten, dass man auf eine geeignete Weise eine Lösung
oder Dispersion des Farbstoffs in einer derartigen Konzentration zugibt, so dass
der durch die Fasern aufgenommene Farbstoff ersetzt wird.
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Im allgemeinen können alle wasserlöslichen und in Wasser dispergierbaren
Farbstoffe, einschliesslich der Pigmente, mit Vorteil zur Anwendung kommen. Insbesondere
gehören hierzu die Küpen-, Schwefel- und Direktfarbstoffe sowie metallisierte, basische,
saure Farbstoffe, Azofarbstoffe und in Kunststoffen lösliche Farbstoffe usw.
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Beste Ergebnisse werden jedoch durch Verwendung von in Kunststoffen
löslichen Farbstoffen erzielt, Die Zeit, während welcher die Faser in das Farbbad
eingetaucht bleibt, ist sehr kurz, und der Spinnvorgang darf dadurch nicht verlangsamt
werden. Diese Zeit hängt vom Denier der Fasern und nicht von der Anzahl der Fäden
ab, aus denen das Faserbündel besteht, und bewegt sich zwischen einigen Bruchteilen
einer Sekunde und einigen Sekunden.
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Um den Gehalt des Farbstoffs auf den Fasern je nach der zu erzielenden
Nuance zu regulieren, werden gemäss der vorliegenden Erfindung die aus dem Farbbad
kommenden Fasern gewrungen, was auf eine beliebige Art vorgenommen werden kann.
Beispielsweise kann man das Faserbündel entweder durch Druckwalzen oder durch eine
enge Öffnung oder unter Spannung über eine scharfe Kante führen usw. Vorzugsweise
wird jedoch ein Paar Druckwalzen verwendet, bei denen der zwischen den beiden Walzen
auf das Faserbündel angewandte Druck nach Belieben schwanken kann.
Gemäss
dem erfindungsgemässen Verfahren ist es notwendig und unerlässlich, dass auf die
Behandlung mit einer Lösung oder Dispersion eines Farbstoffs und das anschliessende
Wringen eine Wärmebehandlung bei hoher Temperatur folgt, um die Faserstruktur zu
fixieren und deshalb den Farbstoff fest in die Fasern einzuarbeiten.
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Eine derartige Wärmebehandlung wird bei einer Temperatur über 1000C
und vorzugsweise zwischen 1200 und 2200C durchgeführt. Nach dem erfindungsgemässen
Verfahren werden die nach der Wärmebehandlung gefärbten Fasern mit heissem Wasser
oder wässrigen Lösungen aus Seife oder einem anderen Waschmittel, vorzugsweise bei
Siedetemperatur, gewaschen, um den überschüssigen, nicht in die Fasern eingedrungenen
Farbstoff zu entfernen.
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Die auf diese Weise erhaltenen Fasern können dann weiteren Behandlungen,
beispielsweise der Ausrüstung, Glättung usw., unterworfen werden, bevor sie an der
Luft oder in einem inerten Gas bei einer zwischen 1000 und 2000C liegenden Temperatur
getrocknet werden.
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Die so erhaltenen gefärbten Fasern besitzen ausgezeichnete physikalische
Eigenschaften und sind ausserdem tiefgreifend und gleichförmig im Querschnitt und
in der Länge gefärbt. Unter Hinweis auf Fig. 1 wird eine bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beschrieben. Ein Faserbündel 1, das nach bekannten Verfahren
durch Trocken- oder Nassspinnverfahren von Vinylchlorid mit hohem syndiotaktischen
Index erhalten wurde, wird am Auslass des Koagulierungsbades oder der Verdampfungskolonne
gewaschen, wenigstens teilweise gestreckt, über eine Führungswalze 2 geführt und
über die Führungswalzen 4 und 5 in das Farbbad 3 eingetaucht. Das gefärbte Faserbündel
6 wird von den Druckwalzen 7 genommen, die die Farbstoffmenge auf den Fasern regulieren,
wodurch eine zu grosse Menge ausgeschaltet wird. Das gefärbte Faserbündel
wird
anschliessend dadurch wärmebehandelt, dass man es über weine Reihe von heissen Walzen
$ führt. Das auf diese Weise erhaltene gefärbte und getrocknete Faserbündel wird
reichlich mit siedendem Wasser gewaschen, das auch ein Waschmittel enthalten kann;
es wird anschliessend weiteren möglichen Behandlungsverfahren unterworfen, die gewöhnlich
Ausrüstungsbehandlungen genannt werden, und schliesslich getrocknet.
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Die nachfolgenden Beispiele dienen der Erläuterung der vorliegenden
Erfindung.
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Beispiel 1
2 kg Polyvinylehlorid mit einem syndiotaktischen
Index von 2 und einer Viskositätszahl (it) von 1,3 dl/g, die bei 250C in Cyelohexanon
bestimmt wurde, wurden bei 145®C in $ kg Cyclohexanon gelöst. Die Lösung wurde«durcllii'einen
Spinnkopf mit 500 Löchern,, wobei jedes hoch einen Durchmesser von 0,125 mm hat,
in ein Koagulerungsbad extrudiert, das aus Wasser, Alkohol und Cyclohexanon bestand.
| Das auf diese Weiaemfanrksaltene Faserbündel wurde auf einem |
| - |
| Paar Walzen mit einer d'eschwindigkeit von 7 m/min. zusammen- |
gefasst. Anschliessend wurde das Faserbündel mit siedendem Wasser gewaschen und
auf einem zweiten Walzenpaar, das eine Umfangsgeschwindigkeit von 49 in/min. hatte,
um etwa 700 % gestreckt. Das Faserbündel (i) wurde mittels Walzen 2, 4 und 5 in
die Farbküpe 3 getaucht, die eine wäserige Dispersion oder Lösung einer der nachstehend
aufgeführten Farbstoffe enthielt. Das BündelVurde hochgenommen, zwischen dem Walzenpaar
7 gewrungen und dann einer Wärmebehandlung unterworfen, indem man es über die bei
1500C gehaltenen Walzen 8 leitete.
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Ärischliessend wurde das Bündel kontinuierlich mit siedendem Wasser
gewaschen, ausgerüstet und schliesslich getrocknet.
.:iuf diese
Weise erhielt man ein Faserbündel von insgesamt 1.250 den, das gleichförmig und
tiefgreifend, je nach den besonderen Nuance der nachfolgend aufgeführten Farbstoffe,
gefärbt ist:
| Farbstoff Typ _ Konzentration des |
| Farbstoffs in dem |
| Farbbad, Gew.-% |
| Artisilgelb 2 G1 kunststofflöslich 0,5 |
| Artisilgelb,6-GFL, |
| brilliant r' 1,5 |
| Foronrot FL " 1 |
| Foronrot S-GL t@ 1 |
| Foronscharlachrot |
| 3-GFL t@ 1,5 |
| Foronrubinrot GFL " 0,5 |
| Foronviolett 2-RFL @° 1. |
| Foronblau S-BGL @t 1 |
| Artisilbläu 2RP 2000e @@ 1,5 |
| Artisilge'mbraun 2-RFL @@ 0,5 |
| Foronbraun 3RL @@ 1 |
| Foronbraun 2BL " 1 |
| Foronschwarz 2BL " 1 |
| Acetochinongelb, hell, |
| 2JZ " 1 |
| Acetochinonrosa, heil, |
| RLZ " 1 |
| Esterochinonblau,hell, |
| JL n 1 |
| Astrazongelb, 7GLL basisch 0,5 |
| Astrazonblau FGL tt 0,5 |
| Neolangelb BE metallisiert 0,5 |
| Neolanblau 2G 't o..4 |
| Anthracenerikablau, |
| brilliant, BFF sauer 0,5 |
| Xylolgelb, fest, 2GP @@ 0,3 |
Beispiel 2
Ein Faserbündel von Polyvinylehlorid mit hohem
syndiotaktischem Index, das nach Beispiel 1 erhalten wurde, wurde am Auslass aus
dem üoagulierungsbad von einem Paar Walzen aufgenommen, die eine Umfangsgeschwindigkeit
von 7 m/min. hatten. Das Bündel wurde mit siedendem Wasser gewaschen und durch ein
zweites Walzenpaar, das eine Umfangsgeschwindigkeit von 21 ml min. hatte, etwa 300
% gestreckt. Das so erhaltene, teilweise gestreekte Bündel wurde durch Eintauchen
in ein Farbbad gefärbt, das einen der in Beispiel 1 aufgeführten Farbstofft enthielt,
dann wurde es einer Wärmebehandlung unterworfen, indem man es über eine Reihe von
Walzen, die bei 160oC gehalten wurden, leitete. Das so erhaltene Bündel wurde mit
siedendem Wasser gewaschen, ausgerüstet, getrocknet und dann kontinuierlich einer
Strekkung von 200 % durch ein Walzenpaar mit einer Umfangsgeschwindigkeit von #2
mjmin. unterworfen. Das auf diese Weise erhaltene Bündel hatte insgesamt 1.500 den
und Eigenschaften, die denen des nach Beispiel 1 erhaltenen Bündels glichen.
Beispiel 3
Ein Bündel von 50 Fasern, das durch Trockenspinnen einer
Lösung von Polyvinylehlorid mit hohem syndiotaktisehen Index in Cyclohexari%`erhalten
worden war, wurde auf' Haspel gewickelt. 10 dieser Haspel waren auf einem Spulengestellt
aufgebracht und wurden mit einer Geschwindigkeit von 10 m/min. durch ein Walzenpaar
abgewickelt, auf dem die 10 Faserbündel zusammengenommen wurden unter Bildung eines
einzigen Bündels mit 500 Fäden.
Dieses letztere wurde gewaschen
und etwa 500 % durch ein zweites Walzenpaar gestreekt, das eine Umdrehungsgeschwindigkeit
vori50 m/min. hatte. Anschliessend wurde das Bündel dadurch gefärbt, dass man es
ein Farbbad passieren liess, das einen der in Beispiel 1 aufgeführten Farbstoffe
enthielt, dann wurde es bei 150°C wärmebehandelt, mit siedendem Wasser gewaschen
und schliesslich getrocknet. Man erhielt ein Bündel von insgesamt 1.250 den, das
gleichförmig und tiefgreifend gefärbt war.