DE4404839A1 - Coating or impregnating substrates with polar cpds., esp. dyes - Google Patents
Coating or impregnating substrates with polar cpds., esp. dyesInfo
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Abstract
Description
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Aufbringen oder Einbringen von Substanzen auf bzw. in Sub strate und/oder Imprägnierungen von Substraten mit Substanzen oder Substanzgemischen, wobei die Substanzen oder Substanz gemische in einem Fluidum gelöst sind.The present invention relates to a method for Application or introduction of substances on or in sub strate and / or impregnation of substrates with substances or substance mixtures, the substances or substance mixtures are dissolved in a fluid.
Die DE 42 00 352 A1 betrifft ein Verfahren zum Aufbringen von Substanzen auf Fasermaterialien und textile Substrate aus fluider Phase, bei dem als Fluid ein überkritisches Fluid bzw. ein verflüssigtes Gas oder Gasgemisch verwendet wird. Die Substanzen werden in dem flüssigen bzw. überkritischen Fluid gelöst und durch Veränderung der Verfahrensparameter auf das Fasermaterial bzw. das textile Substrat aufgebracht und/oder in das Fasermaterial bzw. in das textile Substrat eingebracht. Dabei werden Wirkstoffe verwendet, die die Verarbeitungs- und/oder die Gebrauchseigenschaften der Faser materialien bzw. der textilen Substrate modifizieren. Es handelt sich dabei beispielsweise um Duft- und Aromastoffe, insektenabweisende Mittel, lichtschützende Substanzen, wie UV-Absorber, Bakterizide, Fungizide etc. Die Stoffe, die auf die Fasermaterialien bzw. textilen Substrate auf- bzw. eingebracht werden, sind hydrophobe Verbindungen, wie Carbon säureester.DE 42 00 352 A1 relates to a method for application of substances on fiber materials and textile substrates from the fluid phase, in which the fluid is a supercritical fluid or a liquefied gas or gas mixture is used. The substances are in the liquid or supercritical Fluid dissolved and by changing the process parameters applied to the fiber material or the textile substrate and / or in the fiber material or in the textile substrate brought in. Active ingredients are used that Processing and / or usage properties of the fiber modify materials or the textile substrates. It for example, fragrances and aromas, insect repellents, light-protecting substances, such as UV absorbers, bactericides, fungicides etc. The substances that are on the fiber materials or textile substrates on or are introduced are hydrophobic compounds, such as carbon acid ester.
Die DE 42 02 320 A1 betrifft ein Verfahren zum Imprägnieren von Substraten, bei dem man ein Imprägniermittel mit einem Fluid aufnimmt und das Substrat dann mit dem Fluid für eine bestimmte Zeit in Kontakt bringt. Als Fluid verwendet man ein überkritisches Fluid, wobei man das Fluid während bzw. nach der Imprägnierung anschließend in den nicht kritischen Zustand überführt. Die gemäß DE 42 02 320 A1 zur Im prägnierung von Substraten verwendeten Substanzen können zwar polare Gruppen aufweisen, gehören jedoch eher zu unpolaren Gruppen organischer Verbindungen, wie Ester, Siliconöl derivate, Terpene, wie Zitronenöl, und andere üblicherweise in Wasser nicht lösliche Verbindungen.DE 42 02 320 A1 relates to a method for impregnation of substrates in which an impregnating agent with a Absorbs fluid and then the substrate with the fluid for one certain time in contact. One uses as fluid a supercritical fluid, whereby the fluid during or after impregnation then in the non-critical Condition transferred. According to DE 42 02 320 A1 for Im Substances used in substrates can indeed have polar groups, but rather belong to non-polar ones Groups of organic compounds, such as esters, silicone oil derivatives, terpenes such as lemon oil, and others commonly compounds insoluble in water.
Die DE 39 06 724.6 betrifft ein Verfahren zum Färben von textilen Substraten, bei denen die Substrate von einem den Farbstoff oder die Farbstoffe enthaltenden Fluid angeströmt bzw. durchströmt werden. Als Fluid wird hier ein über kritisches Fluid verwendet. Als Färbemittel werden Dispersionsfarbstoffe eingesetzt. Dispersionsfarbstoffe sind in Wasser schwerlösliche synthetische Farbstoffe, wie Azo farbstoffe oder Anthrachinonderivate, wie auch Naphtol-AS- Farbstoffe, die zusammen mit Dispergiermitteln sehr fein zermahlen zum Färben und Drucken von Acetat-, Polyester-, Polyamid-, Polyacrylnitril-, PCV- und Polyurethan-Fasern verwendet werden. Beim Färben dringen die im Färbebad mole kular gelösten Farbstoffanteile durch Diffusion in die Faser ein und geben dadurch echte Färbungen.DE 39 06 724.6 relates to a method for dyeing textile substrates, in which the substrates of one of the Dye or the fluid containing dyes flowed or are flowed through. As a fluid here is an over critical fluid used. As a colorant Disperse dyes used. Are disperse dyes synthetic dyes which are sparingly soluble in water, such as azo dyes or anthraquinone derivatives, as well as Naphtol-AS- Dyes that together with dispersing agents are very fine grind for dyeing and printing acetate, polyester, Polyamide, polyacrylonitrile, PCV and polyurethane fibers be used. When dyeing, the moles penetrate into the dye bath Specially dissolved dye components by diffusion into the fiber and give real colorings.
Das der Erfindung zugrundeliegende technische Problem besteht darin, heteropolare Substanzen oder Substanzgemische, wie Salze und/oder organische Verbindungen mit freien Säure gruppen oder deren konjugierten Basen, auf Substrate auf zubringen bzw. Substrate damit zu imprägnieren, wobei diese heteropolaren Verbindungen möglichst dauerhaft an dem Substrat verankert werden bzw. in das Substrat verbracht werden. Dabei sollen insbesondere auch relativ unpolare Substrate oder polymere Substrate behandelt werden können. Das bereitzustellende Verfahren soll dabei in wirtschaft licher Weise eine Imprägnierung oder Beschichtung der Substrate mit Substanzen oder Substanzgemischen erlauben.The technical problem underlying the invention exists in heteropolar substances or substance mixtures, such as Salts and / or organic compounds with free acid groups or their conjugate bases, on substrates to bring or to impregnate substrates with them heteropolar connections as long as possible on the Be anchored substrate or placed in the substrate become. Relatively non-polar should in particular also Substrates or polymeric substrates can be treated. The process to be provided should be economical Licher impregnation or coating the Allow substrates with substances or mixtures of substances.
Überraschenderweise wird das der Erfindung zugrundeliegende Problem gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die Unteransprüche 2 bis 14 betreffen bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens.Surprisingly, that is the basis of the invention Problem solved by a method with the features of Claim 1. The sub-claims 2 to 14 relate to preferred Embodiments of the method according to the invention.
Erfindungsgemäß ist das Verfahren zum Aufbringen oder Ein bringen von Substanzen auf bzw. in Substrate und/oder Im prägnieren von Substraten mit Substanzen oder Substanzge mischen, wobei die Substanzen oder Substanzgemische in einem Fluidum gelöst sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Sub stanzen oder Substanzgemische Salzverbindungen und/oder organische Verbindungen mit freien Säuregruppen oder deren konjugierten Basen sind. Diese Substanzen oder Substanzge mische sind in einem Fluidum aufgenommen, wobei das Fluidum sich in einem überkritischen Zustand befindet. Die Mischung aus Fluidum und Substanzen oder Substanzgemischen wird mit dem zu behandelnden Substrat in Kontakt gebracht.According to the invention, the method for applying or on bring substances on or in substrates and / or Im impregnate substrates with substances or substance mix, the substances or substance mixtures in one Fluidum are solved, characterized in that the sub punch or mixtures of substances salt compounds and / or organic compounds with free acid groups or their are conjugate bases. These substances or substance Mixtures are taken up in a fluid, the fluid is in a supercritical state. The mixture from fluid and substances or substance mixtures with brought into contact with the substrate to be treated.
Überraschenderweise lassen sich heteropolare Verbindungen, zu denen die im erfindungsgemäßen Verfahren zu verarbeitenden Substanzen oder Substanzgemische zu zählen sind, auch in Fluida im überkritischen Zustand aufnehmen. Diese Tatsache ist für den Fachmann überraschend, da bislang das Vorurteil galt, daß Substanzen oder Substanzgemische, die sich nicht in organischen Lösungsmitteln, wie höherkettigen Aliphaten, beispielsweise Octan lösen lassen, sich nicht in ebenfalls relativ wenig polaren überkritischen Fluida aufnehmen lassen. Als Substanzen kommen heteropolare Verbindungen, wie Verbin dungen aus Metallen und Nichtmetallen oder Metallen und Nichtmetalloxiden, reziproke Salzpaare, innere Salze, Onium salze, Salze organischer Säuren, Phenolate, Hydrohalogenide oder andere durch Säure/Base-Reaktionen entstehenden Salze in Betracht. Insbesondere kommen Salze organischer Säuren oder Basen oder deren korrespondierende freien Säuren oder Basen in Frage.Surprisingly, heteropolar compounds, to which those to be processed in the method according to the invention Substances or mixtures of substances are to be counted, also in Absorb fluids in the supercritical state. this fact is surprising for the expert, because so far the prejudice was considered to be substances or mixtures of substances that are not in organic solvents, such as higher-chain aliphates, For example, octane can be dissolved, not in also relatively little polar supercritical fluids. Heteropolar compounds such as Verbin come as substances metal and non - metal or metal and Non-metal oxides, reciprocal salt pairs, inner salts, onium salts, salts of organic acids, phenates, hydrohalides or other salts resulting from acid / base reactions into consideration. In particular come salts of organic acids or bases or their corresponding free acids or Bases in question.
Die Substrate, die im erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden, sind vorzugsweise natürliche oder künstliche Polyme re, welche der thermischen Belastung des Verfahrens widerste hen. Insbesondere kommen als Substrate Materialien wie Holz, Papier, Leder, textile Materialien jeder Art, poröse, an organische Materialien, Kunststoffe in Faser- oder Folienform Keramiken, insbesondere poröse Keramiken in Betracht.The substrates used in the method according to the invention are preferably natural or artificial polymers re, which resisted the thermal stress of the process hen. In particular, materials such as wood, Paper, leather, textile materials of all kinds, porous, on organic materials, plastics in the form of fibers or foils Ceramics, especially porous ceramics.
Die heteropolaren oder carboxylgruppenhaltigen Substanzen, die im erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden können, sind insbesondere Bakterizide, Fungizide, Herbizide, Pestizide, pharmazeutische Stoffe, Farbstoffe usw.The heteropolar or carboxyl-containing substances, which can be used in the process according to the invention, are in particular bactericides, fungicides, herbicides, Pesticides, pharmaceuticals, dyes, etc.
Vorzugsweise besteht das Fluidum, in dem die Substanzen oder die Substanzgemische aufgenommen sind, aus einem Stoff im überkritischen Zustand, der bei Standardbedingungen gasförmig ist. Als bei Standardbedingungen gasförmiger Stoff kommt insbesondere Ethylen, Propan, Kohlendioxid, Lachgas, Ammoniak oder Kombinationen davon in Betracht. Es können jedoch auch bei Standardbedingungen flüssige Stoffe, wie Diethylether, Fluorkohlenwasserstoffe oder andere Stoffe wie Schwefel hexafluorid eingesetzt werden.The fluid preferably contains the substances or the substance mixtures are taken up from a substance in the supercritical state, which is gaseous under standard conditions is. Comes as a gaseous substance under standard conditions especially ethylene, propane, carbon dioxide, laughing gas, ammonia or combinations thereof. However, it can also at standard conditions liquid substances such as diethyl ether, Fluorocarbons or other substances such as sulfur hexafluoride can be used.
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es nun auch, hetero polare Verbindungen, wie Salzverbindungen oder andere oben genannte Substanzen oder Substanzgemische in Substrate oder auf Substrate zu verbringen. Damit werden neue Stoffklassen Imprägnierungs-, Färbe- und Beschichtungsverfahren zugeführt. The method according to the invention now also allows hetero polar compounds such as salt compounds or others above mentioned substances or substance mixtures in substrates or to spend on substrates. This creates new classes of substances Impregnation, dyeing and coating processes supplied.
Es kann vorteilhaft sein, die Substanzen oder Substanzge mische in überkritischen Fluiden oder Fluidgemischen zusammen mit Moderatoren anzuwenden. Als Moderatoren kommen insbe sondere solche Stoffe in Betracht, die die Polarität des Fluidums erhöhen oder erniedrigen können, beispielsweise wäßrige Zusätze, Ammoniak etc. Üblicherweise liegen die Konzentrationen der zuvor genannten Moderatoren zwischen 1 Vol.-% und etwa 10 Vol.-%, vorzugsweise zwischen 2 Vol.-% und etwa 5 Vol.-%, bezogen auf das Volumen des jeweils verwendeten Fluids bzw. Fluidgemisches. Vorzugsweise wird nach Beendigung des Kontaktes des Substrates mit den Substanzen oder Substanzgemischen das Fluidum stufenweise oder kontinuierlich expandiert. Die Behandlung selbst findet vorzugsweise bei einem Druck von 130 bis 500 bar statt, wobei die Temperatur in Abhängigkeit von der Temperaturempfindlich keit der zu behandelnden Substrate und des Fluidgemisches, üblicherweise zwischen 25°C bis 320°C gehalten wird.It may be advantageous to use the substances or substances mix together in supercritical fluids or fluid mixtures apply with moderators. In particular, as moderators especially those substances that consider the polarity of the Fluidum can increase or decrease, for example aqueous additives, ammonia, etc. Usually Concentrations of the aforementioned moderators between 1 vol .-% and about 10 vol .-%, preferably between 2 vol .-% and about 5 vol .-%, based on the volume of each used fluids or fluid mixture. Preferably after the contact of the substrate with the Substances or mixtures of substances gradually or the fluid continuously expanding. The treatment itself takes place preferably at a pressure of 130 to 500 bar, where the temperature depending on the temperature sensitive speed of the substrates to be treated and the fluid mixture, is usually kept between 25 ° C to 320 ° C.
Die Menge des Substanzgemisches oder der Substanzen im Fluidum beträgt 0,1 bis 10 Gew.-% und die Einwirkungszeit der Substanzen oder Substanzgemische beträgt auf das Substrat 1 bis 180 min.The amount of the substance mixture or substances in the Fluidum is 0.1 to 10 wt .-% and the exposure time of the substances or substance mixtures on the substrate 1 to 180 min.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist in besonderes vorteil hafter Weise geeignet, die Substrate ohne Vorbehandlung dem Behandlungsprozeß, wie Imprägnierung oder Auf- oder Ein bringung von Substanzen zuzuführen.The method according to the invention is particularly advantageous suitable way, the substrates without the pretreatment Treatment process, such as impregnation or opening or closing bringing in substances.
Weiterhin ist das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft, weil die Behandlungsprozesse in Hochdruckanlagen, wie sie auch zum Färben von Synthesefasermaterialien mit Dispersions farbstoffen bekannt sind, durchgeführt werden können. Insbe sondere ist Kohlendioxid als Fluidum im erfindungsgemäßen Verfahren geeignet. Das gasförmige Kohlendioxid wird bei spielsweise von einem Membrankompressor auf Arbeitsdruck komprimiert oder aus einer Steigrohr-CO₂-Flasche flüssig eingefüllt. Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders zur Färbung von textilen Substraten jedweder Art inklusive Leder und Fellen geeignet. Die Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele betreffend die Färbung von textilen Substraten näher erläutert.Furthermore, the method according to the invention is advantageous because the treatment processes in high pressure systems like them also for dyeing synthetic fiber materials with dispersions dyes are known can be carried out. In particular special is carbon dioxide as a fluid in the invention Suitable method. The gaseous carbon dioxide is at for example from a diaphragm compressor on working pressure compressed or liquid from a riser CO₂ bottle filled. The method according to the invention is particularly suitable for Coloring of all types of textile substrates including leather and skins suitable. The invention will be more apparent from the following Examples relating to the coloring of textile substrates explained in more detail.
Die im folgenden beschriebenen Versuche wurden in einer Hochdruckanlage für Färbeexperimente durchgeführt. Diese Hochdruckanlage zum Färben von Synthesefasermaterialien mit Dispersionsfarbstoffen ist beispielsweise in der DE 39 06 724 beschrieben. Gasförmiges Kohlendioxid wurde von einem Mem brankompressor auf Arbeitsdruck komprimiert oder aus einer Steigrohr-CO₂-Flasche flüssig eingefüllt. Für den Färbeprozeß wurde Probenmaterial von 2 bis 4 g um den Färbebaum, einen perforierten Edelstahlzylinder, gewickelt. Der pulverförmige Farbstoff wurde auf den Autoklavenboden gegeben. Die Führung von Druck und Temperatur erfolgte im wesentlichen gemäß der im Stand der Technik empfohlenen Vorgehensweise und umfaßt Behandlungstemperaturen bis 130°C und Drücke von 200 bis 300 bar bei Färbezeiten von 10 bis 60 min. Nach Druckentspannungen wurden die Probemuster gegebenenfalls durch Extraktion mit Aceton (diejenigen mit Farbstoffen C6 bis C8 auch mit Wasser) von anhaftendem Farbstoff befreit und bezüglich farbmetrischer Daten und Waschechtheiten analysiert.The experiments described below were carried out in one High pressure system for dyeing experiments carried out. These High pressure system for dyeing synthetic fiber materials with Disperse dyes are described, for example, in DE 39 06 724 described. Gaseous carbon dioxide was from a mem Brankompressor compressed to working pressure or from a Riser tube CO₂ bottle filled in liquid. For the dyeing process was sample material of 2 to 4 g around the staining tree, a perforated stainless steel cylinder, wrapped. The powdery Dye was placed on the bottom of the autoclave. The leadership of pressure and temperature was essentially in accordance with the procedure recommended in the prior art and includes Treatment temperatures up to 130 ° C and pressures of 200 to 300 bar with dyeing times of 10 to 60 min. To Pressure relief was the sample if necessary by extraction with acetone (those with dyes C6 up to C8 also with water) from adhering dye and regarding colorimetric data and wash fastness analyzed.
Die in den Tabellen verwendeten Abkürzungen betreffen als Probenmaterial die folgenden Materialien:The abbreviations used in the tables refer to as Sample material the following materials:
- E1) PES-Gewirke Trevira 2000, 217 g/m²,E1) PES knitted fabrics Trevira 2000, 217 g / m²,
- E2) PA 6.6 Strümpfe, mit und ohne Elastomerfasern im Bund,E2) PA 6.6 stockings, with and without elastomer fibers in the waistband,
- E3) PA 6 Gewebe in Leinwandbindung,E3) PA 6 plain weave fabric,
- E4) PA 6.6 Gewebe in Leinwandbindung,E4) PA 6.6 plain weave fabric,
- E5) Polyacrylnitril-Garn Dunova®,E5) Dunova® polyacrylonitrile yarn,
- E6) "Crust"-Leder,E6) "Crust" leather,
- E7) Nerzfell.E7) Mink fur.
Als Farbstoffe wurden die unter C1 bis C8 genannten verwen det, wobei im einzelnen bedeuten:The dyes mentioned under C1 to C8 were used det, where in particular:
- C1) Ethylrot: 4′-(N-Diethylamino)-azobenzol-2-carbonsäure- Natriumsalz,C1) ethyl red: 4 ′ - (N-diethylamino) -azobenzene-2-carboxylic acid- Sodium salt,
- C2) Lithiumsalz der 4′-(N-Diethylamino)-azobenzol-2-carbon säure,C2) Lithium salt of 4 ′ - (N-diethylamino) -azobenzene-2-carbon acid,
- C3) Alizaringelb GG (C.I. 14025, Mordant Yellow 1), 5-(3- Nitrobenzolazo)-salicylsäure Natriumsalz, ca. 50%-ig,C3) Alizarin Yellow GG (C.I. 14025, Mordant Yellow 1), 5- (3- Nitrobenzolazo) salicylic acid sodium salt, approx. 50%,
- C4) Lithiumsalz der 5-(3-Nitrobenzolazo)-salicylsäure,C4) lithium salt of 5- (3-nitrobenzolazo) salicylic acid,
- C5) Ethylrot: 4′-(N-Diethylamino)-azobenzol-2-carbonsäure,C5) ethyl red: 4 ′ - (N-diethylamino) -azobenzene-2-carboxylic acid,
- C6) Methylenblau (Hydrochlorid),C6) methylene blue (hydrochloride),
- C7) Salz der Perfluoroctansulfonsäure mit dem Methylenblau- Kation,C7) Salt of perfluorooctanesulfonic acid with methylene blue Cation,
- C8) Resazurin (7-Hydroxy-3H-phenoxazin-3-on-N-oxid Natrium salz).C8) Resazurin (7-hydroxy-3H-phenoxazin-3-one-N-oxide sodium salt).
Die Tabelle 1 gibt Parameter für die Färbeexperimente an.Table 1 gives parameters for the staining experiments.
Die atomspektroskopische Analyse der gefärbten PES-Probe 2 bzgl. des Natrium-Gehalts ergibt nach Veraschung der ge waschenen Probe als Differenz zum ungefärbten Material 0,092% Na-Gehalt, woraus sich eine Farbstoffaufnahme von 4,1 mg/g Gewirke ergibt.Atomic spectroscopic analysis of the colored PES sample 2 Regarding the sodium content, the as washing sample as the difference to the undyed material 0.092% Na content, resulting in a dye absorption of 4.1 mg / g knitted fabrics gives.
Die Tabelle 2 gibt die visuelle Beurteilung erhaltender Färbung wieder, die nach einer sich der Färbung anschließen den Acetonspülung erhalten werden. Tabelle 3 zeigt anhand von Remissionsdaten nach dem CIE-Lab-System (Lichtart D65) die Färbeergebnisse an.Table 2 gives the visual assessment more conservative Coloring again, which follows the coloring after one the acetone rinse can be obtained. Table 3 shows of remission data according to the CIE-Lab system (light type D65) the staining results.
Claims (14)
- - die Substanzen oder Substanzgemische, Salzver bindungen und/oder organische Verbindungen mit freien Säuregruppen oder deren konjugierten Basen sind und
- - die in dem Fluidum, welches sich in einem über kritischen Zustand befindet, aufgenommenen Sub stanzen oder Substanzgemische mit dem Substrat in Kontakt gebracht werden.
- - The substances or mixtures of substances, Salzver compounds and / or organic compounds with free acid groups or their conjugate bases and
- - The in the fluid, which is in a critical condition, recorded substances or substance mixtures are brought into contact with the substrate.
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