Hielscher Ultraschalltechnik

Verbesserte Textilfaserfärbung mit Ultraschall

Das ultraschallunterstützte Färben von Fasern und Stoffen verbessert das Eindringen des Farbstoffes in die Faserporen und erhöht die Farbstärke und Farbechtheit deutlich. Das Ultraschallfärben 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. Ultraschall intensiviert die Färbebehandlung, wodurch bessere Farbergebnisse und ein schneller Prozess erreicht werden.

Vorteile des Ultraschallfärbens

  • Verbesserte Farbstoffpenetration in Fasern
  • Erhöhte Farbstärke
  • Verbesserte Farbeigenschaften
  • Schnelles Färbeverfahren
  • Verbesserte Farbaufnahme und Farbstärke
  • Höhere Wasch-, Reibe- und Schweißechtheit
  • Kompatibel mit verschiedenen Stoffen (z.B. Wolle, Seide, Polyamid etc.)
  • Geringere Gesamtverarbeitungskosten
  • Mildes, umweltfreundliches, grünes Verfahren
  • einfacher und sicherer Betrieb
Infographisches Ultraschallfärben von Wolle mit dem Ultraschallprozessor UP200St

Ultraschallfärben von Wolle: Durch die Beschallung wird die Farbstärke und das Eindringen des Farbstoffes in die Fasern deutlich verbessert.

Ultraschall- Homogenisierer werden als zuverlässige und effiziente Werkzeuge zur Herstellung von Einschlusskomplexen (z.B. für Resveratrol) eingesetzt.

Ultraschallhomogenisator UP200St

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Ultraschallfärben für höhere Farbstärke, Echtheit und Qualität

Ultraschall-Effekte beim Färben

Benetzung & Massentransfer: Durch Ultraschallkavitation und Mikroströmung wird das Eindringen des Farbstoffes in die Faser- und Garnporen des Materials verbessert. Die Ultraschallkavitation beschleunigt die Diffusionsgeschwindigkeit des Farbstoffs in der Faser, indem die äußere Schicht der Faser perforiert wird, so dass der Farbstoff in die Faserporen eindringen kann. Gleichzeitig wird durch die Beschallung die chemische Reaktion zwischen Farbstoff und Faser beschleunigt.
Zerstreuung: Durch die Beschallung werden Tröpfchen, Agglomerate und Aggregate aufgebrochen und eine gleichmäßige Verteilung im Farbstoff hergestellt.
Entgasung: Ultraschallwellen setzen gelöste oder eingeschlossene Gasmoleküle aus der Faser in Flüssigkeit frei, so dass das Gas kavitieren kann, was den Kontakt und das Eindringen des Farbstoffs in die Faser für eine schnelle und vollständige Faserfärbung erleichtert.
Tissera et al. (2016) zeigten, dass die Beschallung auf Baumwollgewebe bei sehr niedrigen Temperaturen wie 30ºC eine gute Farbstärke erreichen kann, die etwa 230% über der Farbstärke liegt, die bei normaler Erwärmung der Färbung erreicht wird. Milde Beschallung von 0,7 W/cm2 mit der UP400St unter milden Temperaturbedingungen bei ca. 30ºC ergab deutlich verbesserte Ergebnisse für die Farbstärke und ein tiefes Eindringen des Farbstoffes in das Baumwollgewebe.
Eine Partikelgrößenanalyse des Farbstoffs ergab, dass Ultraschall die hydrolysierten Farbstoffmoleküle während des Färbens desagglomeriert und dispergiert und dem Farbstoff hilft, tiefer in das Gewebe einzudringen. Gleichzeitig bleibt die Faseroberfläche und Fasermorphologie nach der Beschallung unverändert und vollständig intakt.

Das Färben mit Ultraschall beschleunigt und verbessert das Eindringen von Farbstoffen in Fasern und Stoffe.

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

Ultraschallfärben für verschiedene Faser- und Gewebetypen

Ultraschall ist eine wirksame, aber milde Technik, um Fasern und Stoffe mit Farbstoffen wie organischen und anorganischen Farbstoffen zu färben.
Forschung und Pilotstudien haben die Ultraschall-Färbetechnik für verschiedene Faser- und Gewebetypen erfolgreich getestet.
Ultraschall verbesserte den Färbeprozess von

  • Wolle
  • Seide
  • Angora
  • (biologische) Baumwolle & Baumwollgestricke
  • synthetische Stoffe, z.B. Nylon, Polyester, Polyamid
  • Naturfasern, z.B. Hanf, Bambus
  • zellulosische Stoffe

Die REM-Analyse zeigt, dass die ultraschallunterstützte Färbung die Oberflächenstruktur der (Nano-)Fasern nicht beeinflusst.

Hochleistungs-Ultraschallgeräte für das Färben von Fasern und Geweben

Hielscher Ultrasonics ist Ihr langjährig erfahrener Partner, wenn es um die Hochleistungs-Ultraschallbearbeitung geht. Wir bieten das gesamte Portfolio von Labor- und Tisch-Ultraschallgeräten für Forschung, Machbarkeitsprüfung und Prozessoptimierung bis hin zu vollindustriellen Ultraschallprozessoren für die Großvolumenbearbeitung. Für das Ultraschallfärben von Textilien und Geweben bietet Hielscher je nach Faser bzw. Textil und Farbstoff verschiedene Lösungen an.

Ultraschall-Inline-Färbesystem für verbesserte Farbstärke und -echtheit bei kürzerer Färbezeit

Ultraschallfärbeanlage mit 2kW Ultraschall

Hielscher Ultrasonics‘ industrielle Ultraschallprozessoren können sehr milde bis sehr hohe Amplituden liefern. Gebaut für Heavy-Duty-Anwendungen können Amplituden bis 200µm im 24/7 Betrieb problemlos im Dauerbetrieb gefahren werden. Für noch höhere Amplituden sind kundenspezifische Ultraschall-Sonotroden 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.

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Literatur



Wissenswertes

Stoff-Farbstoffe

Stofffarbstoffe (auch Textilfarbstoffe) sind flüssige Substanzen, mit denen textile Materialien wie Fasern, Garne und Gewebe mit dem Ziel eingefärbt werden, eine Farbe mit der gewünschten Farbechtheit zu erreichen. Die Farbstoffe dringen in den Stoff ein und verändern ihn chemisch, was zu einer dauerhaften Färbung führt.
Üblicherweise werden Acrylfasern mit basischen Farbstoffen gefärbt, während Nylon- und Eiweißfasern wie Wolle und Seide mit Säurefarbstoffen verarbeitet werden und für Polyestergarn Dispersionsfarben verwendet werden. Baumwolle kann mit verschiedenen Arten von Farbstoffen gefärbt werden, darunter Küpenfarbstoffe und moderne synthetische Reaktiv- und Direktfarbstoffe.
Reaktivfarbstoffe sind der wichtigste Farbstofftyp für Cellulosefasern wie Baumwolle und Viskose, aber auch für Wolle und Polyamid gewinnen sie zunehmend an Bedeutung. Aufgrund der breiten Palette an Reaktivfarbstofftypen können sie für vielfältige Färbetechniken eingesetzt werden. Reaktivfarbstoffe lassen sich in zwei Haupttypen unterscheiden: heiße (Monochlortriazin-Farbstoffe) und kalte Reaktivfarbstoffe (Dichlortriazin-Farbstoffe). Die Verwendung von kalten Reaktivfarbstoffen ermöglicht es, Färbeprozesse bei Raumtemperatur durchzuführen, da die kalten Farbstoffe aufgrund der Anwesenheit von zwei Chloratomen reaktiver sind.
Reaktivfarbstoffe sind für eine schlechte Farbstofffixierung bekannt. Das Problem der Farbfixierung tritt vor allem bei der Batch-Färbung von Cellulosefasern auf, bei der normalerweise eine erhebliche Menge an Salz zugegeben wird, um die Farbausbeute (und damit auch die Farbfixierung) zu verbessern.

Färben von Cellulosefasern

Beim Färben von Cellulosefasern mit Reaktivfarbstoffen werden folgende Chemikalien und Hilfsmittel eingesetzt:

  • Alkali (Natriumkarbonat, Bikarbonat und Natronlauge)
  • Salz (hauptsächlich Natriumchlorid und Sulfat)
  • Harnstoff kann der Polsterflotte in kontinuierlichen Verfahren zugesetzt werden
  • Natriumsilikat kann im Cold-Pad-Batch-Verfahren zugegeben werden.

Unten finden Sie eine Liste von Farbstoffen mit Colour Index International Gattungsnamen und Nummern.

Gebräuchliche Namen Synonyme C.I. Generischer Name C.I.Nummer
Alkisch Blau 8GX Blau-Alcian Ingrain-Blau 74240
Alcian-Gelb GXS Sudanorange Ingrain gelb 1 12840
Alizarin Beize rot 11 58000
Alizarinrot S Beize rot 3 58005
Alizaringelb GG Beize gelb 1 14025
Alizaringelb R Beize orange 1 14030
Azophloxin Azogeranin B Säure rot 1 18050
Bismarck braun R Vesuvine braun Grundbraun 4 21010
Bismarck braun Y Vesuvin Phenylenbraun Grundbraun 1 21000
Brillantes Kresylblau Kresylblau BBS Basischer Farbstoff 51010
Chrysoidin R Grundlegend orange 1 11320
Chrysoidin Y Grundlegend orange 2 11270
Kongorot Direkt rot 28 22120
Kristallviolett Grundlegend violett 3 42555
Ethyl Grün 42590
Fuchsinsäure Säure violett 19 42685
Gentianaviolett Grundlegend violett 1 42535
janusgrün Basischer Farbstoff 11050
Lissamin schnell gelb Gelb 2G Säuregelb 17 18965
Malachitgrün
Martiusgelb Säuregelb 24 10315
Meldolablau Phenylenblau Grundblau 6 51175
Metanil-Gelb Säuregelb 36 13065
Methylorange Säure-Orange 52 13025
Methylrot Säure rot 2 13020
Naphthalin schwarz 12B Amido schwarz 10B Säure schwarz 1 20470
Naphtholgrün B Säure-Grün 1 10020
Naphthol-Gelb S Säuregelb 1 10316
Orange G Säure-Orange 10 16230
Purpurin Verantin
Rosenbengal Säure rot 94 45440
Sudan II Lösemittel orange 7 12140
Titan-Gelb Direkt gelb 9 19540
Tropaeolin O Sulfo-Orange Säure orange 6 14270
Tropaeolin OO Säure orange 5 13080
Tropaeolin OOO Orange II Säure-Orange 7 15510
Viktoria-Blau 4R Grundblau 8 42563
Victoria-Blau B Grundblau 26 44045
Victoria-Blau R Grundblau 11 44040
Xylol Cyanol FF Säureblau 147 42135