Verbessertes Färben von Textilfasern mit Ultraschall

Das ultraschallunterstützte Färben von Fasern und Geweben verbessert das Eindringen des Farbstoffs in die Faserporen und erhöht die Farbstärke und Farbechtheit deutlich. Das Ultraschallfärben ist ein schnelles Verfahren, das unter schonenden Bedingungen und bei niedrigen Temperaturen durchgeführt werden kann. Die Faserstruktur von Materialien wie Geweben und Textilien wird durch die Beschallung nicht beschädigt und bleibt intakt. Die Ultraschallbehandlung intensiviert den Färbeprozess und ermöglicht dadurch bessere Farbergebnisse und einen schnellen Prozessablauf.

Ultraschallfärben von Wolle: Die Beschallung verbessert die Farbstärke und das Eindringen des Farbstoffs in die Fasern deutlich.

Ultraschallfärben für höhere Farbstärke, Farbechtheit und Qualität

Ultraschalleffekte beim Färben

Benetzung und Stofftransport: Ultraschallkavitation und Mikroströmungen verbessern das Eindringen des Farbstoffs in die Faser- und Garnporen des Materials. Ultraschallkavitation beschleunigt die Farbstoffdiffusion innerhalb der Faser, indem sie die äußere Faserschicht perforiert, sodass der Farbstoff in die Faserporen eindringen kann. Gleichzeitig beschleunigt die Beschallung die chemische Reaktion zwischen Farbstoff und Faser.
Dispergierung: Die Beschallung zerteilt Tröpfchen, Agglomerate und Aggregate und erzeugt so eine gleichmäßige Dispersion des Farbstoffs.
Entgasung: Ultraschallwellen setzen gelöste oder eingeschlossene Gasmoleküle aus der Faser in die Flüssigkeit frei, sodass das Gas kavitieren kann. Dadurch werden der Kontakt zwischen Farbstoff und Faser sowie das Eindringen des Farbstoffs erleichtert und eine schnelle und vollständige Färbung der Fasern ermöglicht.
Tissera et al. (2016) zeigten, dass durch Beschallung bereits bei sehr niedrigen Temperaturen wie 30ºC eine gute Farbstärke auf Baumwollgewebe erzielt werden kann. Diese lag etwa 230% über der Farbstärke, die beim herkömmlichen Färbeverfahren unter Erwärmung erreicht wurde. Eine schonende Beschallung mit 0,7 W/cm² mit dem UP400St unter milden Temperaturbedingungen bei etwa 30ºC führte zu deutlich verbesserten Ergebnissen hinsichtlich der Farbstärke und zu einem tiefen Eindringen des Farbstoffs in das Baumwollgewebe.
Eine Partikelgrößenanalyse des Farbstoffs zeigte, dass die Ultraschallbehandlung die hydrolysierten Farbstoffmoleküle während des Färbens deagglomeriert und dispergiert und dem Farbstoff hilft, tiefer in das Gewebe einzudringen. Gleichzeitig bleiben die Faseroberfläche und die Fasermorphologie nach der Beschallung unverändert und vollständig intakt.

Einfluss der Ultraschallleistung auf die Farbausbeute
(Grafik und Studie von Haddar et al. 2015)

Ultraschallfärben für verschiedene Faser- und Gewebearten

Die Ultraschallbehandlung ist ein wirksames und zugleich schonendes Verfahren zum Färben von Fasern und Geweben mit Farbmitteln wie organischen und anorganischen Farbstoffen.
In Forschungs- und Pilotstudien wurde das Ultraschallfärben erfolgreich für verschiedene Faser- und Gewebearten getestet.
Die Ultraschallbehandlung verbesserte den Färbeprozess bei

• Wolle
• Seide
• Angora
• (Bio-)Baumwolle und Baumwollgestricken
• synthetischen Geweben, z. B. Nylon, Polyester, Polyamid
• Naturfasern, z. B. Hanf, Bambus
• Cellulosegeweben

Rasterelektronenmikroskopische Untersuchungen zeigen, dass das ultraschallunterstützte Färben die Oberflächenstruktur von (Nano-)Fasern nicht beeinträchtigt.

Hochleistungs-Ultraschallgeräte zum Färben von Fasern und Geweben

Hielscher Ultrasonics ist Ihr langjährig erfahrener Partner für die Behandlung mit Hochleistungsultraschall. Wir bieten das gesamte Spektrum von Labor- und Tisch-Ultraschallgeräten für Forschung, Machbarkeitsprüfungen und Prozessoptimierung bis hin zu industriellen Ultraschallprozessoren für die Verarbeitung großer Volumina. Für das Ultraschallfärben von Textilien und Geweben bietet Hielscher je nach Faser oder Textil und Farbstoff verschiedene Lösungen.

Ultraschallfärbesystem mit 2kW-Ultraschallgerät

Die industriellen Ultraschallprozessoren von Hielscher Ultrasonics können sehr geringe bis sehr hohe Amplituden liefern. Sie sind für anspruchsvolle Anwendungen ausgelegt und lassen sich problemlos mit Amplituden von bis zu 200µm kontinuierlich im 24/7-Betrieb betreiben. Für noch höhere Amplituden sind kundenspezifische Ultraschallsonotroden erhältlich. Die Robustheit der Ultraschallgeräte von Hielscher ermöglicht den 24/7-Betrieb unter hoher Belastung und in anspruchsvollen Umgebungen.
Unsere Kunden schätzen die herausragende Robustheit und Zuverlässigkeit der Systeme von Hielscher Ultrasonics. Der Einsatz in Anwendungen mit hoher Belastung, in anspruchsvollen Umgebungen und im 24/7-Betrieb gewährleistet eine effiziente und wirtschaftliche Verarbeitung. Die Prozessintensivierung durch Ultraschall verkürzt die Verarbeitungszeit und erzielt bessere Ergebnisse, d. h. höhere Qualität, höhere Ausbeuten und innovative Produkte.