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 erheblich. Das Färben mit Ultraschall ist ein schneller Prozess, der unter milden Bedingungen und bei niedrigen Temperaturen durchgeführt werden kann. Die Faserstruktur von Materialien wie Stoffen und Textilien wird durch die Beschallung nicht beschädigt und bleibt intakt. Durch die Ultraschallbehandlung wird die Färbebehandlung intensiviert, wodurch bessere Farbergebnisse und ein schnellerer Prozess erzielt werden.

Ultraschallfärbung von Wolle: Die Ultraschallbehandlung verbessert die Farbstärke und das Eindringen des Farbstoffs in die Fasern erheblich.

Ultraschallfärbung für höhere Farbstärke, Farbechtheit und Qualität

Ultraschalleffekte beim Färben

Benetzung & Stoffaustausch: Ultraschallkavitation und Mikroströmung verbessern das Eindringen des Farbstoffs in die Faser- und Garnporen des Materials. Die Ultraschallkavitation beschleunigt die Farbstoffdiffusion innerhalb der Faser, indem sie die äußere Schicht der Faser perforiert, so dass der Farbstoff in die Faserporen eindringen kann. Gleichzeitig wird durch die Beschallung die chemische Reaktion zwischen Farbstoff und Faser beschleunigt.
Dispersion: Durch die Beschallung werden Tröpfchen, Agglomerate und Aggregate aufgebrochen und eine gleichmäßige Dispersion des Farbstoffs hergestellt.
Entgasung: Die Ultraschallwellen setzen gelöste oder eingeschlossene Gasmoleküle aus der Faser in die Flüssigkeit frei, so dass das Gas kavitieren kann, was den Kontakt und das Eindringen des Farbstoffs in die Faser erleichtert und eine schnelle und vollständige Färbung der Faser ermöglicht.
Tissera et al. (2016) wiesen nach, dass durch Beschallung eine gute Farbstärke auf Baumwollgewebe bei sehr niedrigen Temperaturen wie 30 ºC erreicht werden kann, die etwa 230 % über der Farbstärke liegt, die bei der normalen Erhitzungsmethode des Färbens erzielt wird. Milde Beschallung mit 0,7 W/cm² mit dem UP400St unter milden Temperaturbedingungen bei ca. 30ºC führte zu deutlich besseren Ergebnissen bei der Farbstärke und einem tiefen Eindringen des Farbstoffs in das Baumwollgewebe.
Eine Analyse der Partikelgröße des Farbstoffs ergab, 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 Gewebetypen

Die Ultraschallfärbung ist ein wirksames, aber dennoch schonendes Verfahren zum Färben von Fasern und Geweben mit Farbstoffen wie organischen und anorganischen Farbstoffen.
In Forschungs- und Pilotstudien wurde die Ultraschallfärbetechnik für verschiedene Faser- und Gewebetypen erfolgreich getestet.
Die Ultraschallbehandlung verbesserte den Färbeprozess von

• Wolle
• Seide
• angora
• (Bio-)Baumwolle & Baumwollstrickwaren
• synthetische Stoffe, z. B. Nylon, Polyester, Polyamid
• Naturfasern, z. B. Hanf, Bambus
• Zellulosegewebe

Die REM-Analyse zeigt, dass das ultraschallunterstützte Färben die Oberflächenstruktur der (Nano-)Fasern nicht beeinträchtigt.

Hochleistungs-Ultraschallgeräte zum Färben von Fasern und Geweben

Hielscher Ultrasonics ist Ihr langjährig erfahrener Partner, wenn es um die Hochleistungs-Ultraschallbearbeitung geht. Vom Labor- und Tisch-Ultraschallgerät für Forschung, Machbarkeitsprüfung und Prozessoptimierung bis hin zum vollindustriellen Ultraschallprozessor für die Großserienverarbeitung bieten wir das gesamte Portfolio. Für das Ultraschallfärben von Textilien und Geweben bietet Hielscher je nach Faser oder Textil und Farbstoff verschiedene Lösungen an.

Ultraschall-Färbeanlage mit 2kW-Ultraschallgerät

Hielscher Ultrasonics‘ industrielle Ultraschallprozessoren können sehr geringe bis sehr hohe Amplituden liefern. Für Hochleistungsanwendungen gebaut, können Amplituden von bis zu 200µm problemlos im 24/7-Betrieb gefahren werden. Für noch höhere Amplituden sind kundenspezifische Ultraschallsonotroden erhältlich. Die Robustheit der Hielscher-Ultraschallgeräte ermöglicht einen 24/7-Betrieb unter hoher Belastung und in anspruchsvollen Umgebungen.
Unsere Kunden sind von der herausragenden Robustheit und Zuverlässigkeit der Hielscher Ultraschallsysteme überzeugt. Die Installation in Bereichen mit hoher Beanspruchung, anspruchsvollen Umgebungen und 24/7-Betrieb sorgt für eine effiziente und wirtschaftliche Verarbeitung. Die Intensivierung des Ultraschallprozesses verkürzt die Prozesszeit und erzielt bessere Ergebnisse, d.h. höhere Qualität, höhere Ausbeute, innovative Produkte.