Fünf Haupteigenschaften von Dispersionsfarbstoffen:

Hebekraft, Deckkraft, Dispersionsstabilität, pH-Empfindlichkeit, Kompatibilität.

1. Hubkraft
1. Definition der Hebekraft:
Die Hebekraft ist eine wichtige Eigenschaft von Dispersionsfarbstoffen. Sie bedeutet, dass mit zunehmender Farbstoffmenge beim Färben oder Bedrucken die Farbtiefe auf dem Gewebe (oder Garn) zunimmt. Bei Farbstoffen mit guter Hebekraft steigt die Farbtiefe proportional zur Farbstoffmenge, was auf eine bessere Tiefenfärbung hindeutet; Farbstoffe mit geringer Hebekraft erzielen hingegen eine geringere Tiefenfärbung. Ab einer bestimmten Farbtiefe verstärkt sich die Farbe bei weiterer Zugabe von Farbstoff nicht mehr.
2. Der Einfluss der Hebekraft auf das Färben:
Die Lichtstärke von Dispersionsfarbstoffen variiert stark je nach Sorte. Farbstoffe mit hoher Lichtstärke eignen sich für intensive und deckende Farben, während Farbstoffe mit geringerer Lichtstärke für helle und leuchtende Farben verwendet werden können. Nur durch die Kenntnis der Farbstoffeigenschaften und deren sachgemäße Anwendung lassen sich Farbstoffe sparen und Kosten senken.
3. Hebetest:
Die Farbstoffaufnahmekraft bei Hochtemperatur-Hochdruckfärbeverfahren wird in Prozent angegeben. Unter den vorgegebenen Färbebedingungen wird der Farbstoffauszug in der Färbelösung gemessen oder der Farbtiefenwert der gefärbten Probe direkt bestimmt. Die Farbtiefe jedes Farbstoffs kann gemäß 1, 2, 3,5, 5, 7,5 und 10 % (OMF) in sechs Stufen eingeteilt werden. Die Färbung erfolgt in einer Kleinproben-Hochtemperatur-Hochdruck-Färbemaschine. Die Farbstoffaufnahmekraft bei Heißschmelz-Pad-Färbeverfahren oder Textildruck wird in g/L angegeben.
In der praktischen Anwendung entspricht die Aufhellungskraft des Farbstoffs der Veränderung der Farbstoffkonzentration, also der Farbtonänderung des fertigen Produkts im Vergleich zum ungefärbten Produkt. Diese Veränderung kann nicht nur unvorhersehbar sein, sondern lässt sich auch mithilfe eines Messgeräts präzise bestimmen. Anschließend kann die Aufhellungskraftkurve des Dispersionsfarbstoffs anhand der Farbtiefenformel berechnet werden.
2. Abdeckungskraft

1. Wie hoch ist die Deckkraft des Farbstoffs?

Ähnlich wie beim Färben von Baumwolle mit Reaktiv- oder Küpenfarbstoffen abgestorbene Fasern kaschiert werden, bezeichnet man hier die Kaschierung von minderwertigem Polyester mit Dispersionsfarbstoffen als Farbdeckung. Polyester- (oder Acetatfaser-) Filamentgewebe, einschließlich Strickwaren, weisen nach dem Stückfärben mit Dispersionsfarbstoffen häufig Farbschattierungen auf. Die Gründe für dieses Farbprofil sind vielfältig; manche sind Webfehler, andere treten erst nach dem Färben aufgrund von Unterschieden in der Faserqualität zutage.

2. Abdeckungstest:

Bei der Verwendung minderwertiger Polyesterfilamentgewebe und dem Färben mit Dispersionsfarbstoffen verschiedener Farben und Sorten unter gleichen Färbebedingungen können unterschiedliche Ergebnisse auftreten. Manche Farbunterschiede sind deutlich, andere kaum sichtbar, was auf die unterschiedliche Deckkraft der Dispersionsfarbstoffe hinweist. Gemäß der Graustufennorm gibt es Grad 1 mit deutlichen Farbunterschieden und Grad 5 ohne Farbunterschiede.

Die Deckkraft von Dispersionsfarbstoffen auf der Farbkarte wird durch die Farbstoffstruktur selbst bestimmt. Die meisten Farbstoffe mit hoher Anfangsfärbegeschwindigkeit, langsamer Diffusion und geringer Migration weisen eine geringe Deckkraft auf. Die Deckkraft korreliert zudem mit der Sublimationsechtheit.

3. Prüfung der Färbeeigenschaften von Polyesterfilamenten:

Im Gegensatz dazu können Dispersionsfarbstoffe mit geringer Deckkraft zur Qualitätsprüfung von Polyesterfasern eingesetzt werden. Instabile Faserherstellungsprozesse, einschließlich Änderungen der Verstreckungs- und Einstellparameter, führen zu Inkonsistenzen in der Faseraffinität. Die Prüfung der Färbbarkeit von Polyesterfilamenten erfolgt üblicherweise mit dem typischen Farbstoff mit geringer Deckkraft Eastman Fast Blue GLF (CI Disperse Blue 27). Die Färbetiefe beträgt 1 %, die Fasern werden 30 Minuten bei 95–100 °C gekocht und anschließend gewaschen und getrocknet. Die Bewertung erfolgt anhand des Farbunterschieds.

4. Prävention in der Produktion:

Um Farbunterschiede in der Produktion zu vermeiden, ist es unerlässlich, die Qualitätskontrolle der Polyesterfaser-Rohstoffe zu optimieren. Die Weberei muss überschüssiges Garn aufbrauchen, bevor sie das Produkt wechselt. Bei bekanntermaßen minderwertigem Rohmaterial können Dispersionsfarbstoffe mit guter Deckkraft eingesetzt werden, um eine massive Beeinträchtigung des Endprodukts zu verhindern.

3. Dispersionsstabilität

1. Dispersionsstabilität von Dispersionsfarbstoffen:

Dispersionsfarbstoffe werden in Wasser gelöst und anschließend in feine Partikel dispergiert. Die Partikelgrößenverteilung folgt der Binomialformel mit einem Mittelwert von 0,5 bis 1 Mikrometer. Hochwertige kommerzielle Farbstoffe weisen eine sehr enge Partikelgrößenverteilung und einen hohen Anteil auf, was sich in der Partikelgrößenverteilungskurve ablesen lässt. Farbstoffe mit einer ungleichmäßigen Partikelgrößenverteilung bestehen aus groben Partikeln unterschiedlicher Größe und weisen eine geringe Dispersionsstabilität auf. Überschreitet die Partikelgröße den Mittelwertbereich deutlich, kann es zur Rekristallisation kleiner Partikel kommen. Durch die Zunahme großer rekristallisierter Partikel fallen die Farbstoffe aus und lagern sich an den Wänden der Färbemaschine oder auf den Fasern ab.

Um die feinen Farbstoffpartikel in eine stabile wässrige Dispersion zu überführen, ist eine ausreichende Konzentration an siedendem Farbstoffdispergiermittel im Wasser erforderlich. Die Farbstoffpartikel werden vom Dispergiermittel umhüllt, wodurch ein Zusammenfließen der Partikel und somit eine Aggregation oder Agglomeration verhindert wird. Die Ladungsabstoßung der Anionen trägt zur Stabilisierung der Dispersion bei. Häufig verwendete anionische Dispergiermittel sind natürliche Lignosulfonate oder synthetische Naphthalinsulfonsäure-Dispergiermittel. Daneben gibt es nichtionische Dispergiermittel, zumeist Alkylphenol-Polyoxyethylen-Derivate, die speziell für den Druck mit synthetischen Pasten eingesetzt werden.

2. Faktoren, die die Dispersionsstabilität von Dispersionsfarbstoffen beeinflussen:

Verunreinigungen im Ausgangsfarbstoff können den Dispersionszustand negativ beeinflussen. Auch die Kristallstruktur des Farbstoffs spielt eine wichtige Rolle. Manche Kristallzustände lassen sich leicht dispergieren, andere weniger. Während des Färbeprozesses kann sich die Kristallstruktur des Farbstoffs verändern.

Bei der Dispergierung des Farbstoffs in wässriger Lösung wird der stabile Dispersionszustand durch äußere Einflüsse zerstört, was zu Phänomenen wie Farbstoffkristallwachstum, Partikelaggregation und Ausflockung führen kann.

Der Unterschied zwischen Aggregation und Flockung besteht darin, dass Aggregation reversibel ist und sich durch Rühren wieder auflösen lässt, während ausgeflockter Farbstoff eine Dispersion darstellt, die nicht wieder stabilisiert werden kann. Zu den Folgen der Flockung von Farbstoffpartikeln gehören: Farbflecken, langsamere Färbung, geringere Farbausbeute, ungleichmäßige Färbung und Verschmutzung des Tanks.

Die Faktoren, die zur Instabilität der Farbstoffflottendispersion führen, sind im Wesentlichen folgende: schlechte Farbstoffqualität, hohe Farbstoffflottentemperatur, zu lange Einwirkzeit, zu hohe Pumpgeschwindigkeit, niedriger pH-Wert, ungeeignete Hilfsstoffe und verschmutzte Textilien.

3. Prüfung der Dispersionsstabilität:

A. Filterpapiermethode:
Eine 10 g/L Dispersionsfarbstofflösung wird mit Essigsäure auf den pH-Wert eingestellt. 500 ml der Lösung werden über einen Porzellantrichter mit Filterpapier Nr. 2 filtriert, um die Partikelfeinheit zu bestimmen. Weitere 400 ml werden in einer HTP/HD-Färbemaschine für einen Blindversuch auf 130 °C erhitzt, eine Stunde lang warmgehalten, abgekühlt und erneut mit Filterpapier filtriert, um die Veränderungen der Farbstoffpartikelfeinheit zu vergleichen. Nach dem Filtrieren der erhitzten Färbelösung sind keine Farbflecken auf dem Filterpapier zu sehen, was auf eine gute Dispersionsstabilität hinweist.

B. Farbmethode für Haustiere:
Farbstoffkonzentration 2,5 % (Gewicht bezogen auf Polyester), Badverhältnis 1:30, 1 ml 10%iges Ammoniumsulfat zugeben, pH-Wert mit 1%iger Essigsäure auf 5 einstellen, 10 Gramm Polyester-Strickgewebe nehmen, auf die poröse Wand rollen und die Farbstofflösung darin zirkulieren lassen. In der Hochtemperatur-Hochdruck-Färbemaschine für kleine Proben wird die Temperatur von 80 °C auf 130 °C erhöht, 10 Minuten gehalten, auf 100 °C abgekühlt, in Wasser gewaschen und getrocknet und beobachtet, ob sich Farbstoffflecken auf dem Gewebe gebildet haben.

Viertens, pH-Empfindlichkeit

1. Was versteht man unter pH-Empfindlichkeit?

Es gibt viele verschiedene Dispersionsfarbstoffe mit breiten Farbverläufen und sehr unterschiedlicher pH-Empfindlichkeit. Färbelösungen mit unterschiedlichen pH-Werten führen oft zu unterschiedlichen Färbeergebnissen, beeinflussen die Farbtiefe und können sogar zu gravierenden Farbveränderungen führen. In einem schwach sauren Milieu (pH 4,5–5,5) sind Dispersionsfarbstoffe am stabilsten.

Die pH-Werte handelsüblicher Farbstofflösungen sind nicht einheitlich; einige sind neutral, andere leicht alkalisch. Vor dem Färben sollte der pH-Wert mit Essigsäure auf den gewünschten Wert eingestellt werden. Während des Färbeprozesses kann der pH-Wert der Farbstofflösung allmählich ansteigen. Gegebenenfalls können Ameisensäure und Ammoniumsulfat zugegeben werden, um die Farbstofflösung im schwach sauren Bereich zu halten.

2. Der Einfluss der Farbstoffstruktur auf die pH-Empfindlichkeit:

Einige Dispersionsfarbstoffe mit Azostruktur sind sehr alkaliempfindlich und nicht reduktionsbeständig. Die meisten Dispersionsfarbstoffe mit Ester-, Cyano- oder Amidgruppen werden durch alkalische Hydrolyse beeinträchtigt, was zu Farbveränderungen führt. Manche Farbstoffe können im selben Färbebad mit Direktfarbstoffen oder im Pad-Dye-Verfahren mit Reaktivfarbstoffen gefärbt werden, selbst bei hohen Temperaturen unter neutralen oder schwach alkalischen Bedingungen, ohne dass es zu einer Farbveränderung kommt.

Beim Drucken von Farbmitteln, die Dispersions- und Reaktivfarbstoffe für die gleiche Druckgröße benötigen, dürfen nur alkalistabile Farbstoffe verwendet werden, um den Einfluss von Natron oder Soda auf den Farbton zu vermeiden. Besonderes Augenmerk muss auf die Farbabstimmung gelegt werden. Vor dem Wechsel des Farbstoffs ist ein Test erforderlich, um den pH-Stabilitätsbereich des Farbstoffs zu ermitteln.
5. Kompatibilität

1. Definition von Kompatibilität:

In der Massenfärberei ist für eine gute Reproduzierbarkeit in der Regel erforderlich, dass die Färbeeigenschaften der drei verwendeten Primärfarbstoffe ähnlich sind, um einen gleichbleibenden Farbunterschied zwischen den einzelnen Chargen zu gewährleisten. Wie lässt sich der Farbunterschied zwischen Chargen gefärbter Fertigprodukte innerhalb der zulässigen Qualitätsgrenzen halten? Dies entspricht der Frage der Farbkompatibilität von Färberezepturen, auch Farbstoffkompatibilität genannt. Die Kompatibilität von Dispersionsfarbstoffen hängt zudem von der Färbetiefe ab.

Die zum Färben von Celluloseacetat verwendeten Dispersionsfarbstoffe müssen üblicherweise bei nahezu 80 °C gefärbt werden. Die Färbetemperatur der Farbstoffe ist entweder zu hoch oder zu niedrig, was eine Farbanpassung erschwert.

2. Kompatibilitätstest:

Beim Färben von Polyester unter hohen Temperaturen und hohem Druck verändern sich die Färbeeigenschaften von Dispersionsfarbstoffen häufig durch den Zusatz anderer Farbstoffe. Grundsätzlich werden Farbstoffe mit ähnlichen kritischen Färbetemperaturen für eine optimale Farbanpassung ausgewählt. Um die Kompatibilität der Farbstoffe zu untersuchen, können Färbeversuche mit kleinen Proben unter Bedingungen durchgeführt werden, die denen der Färbeanlage ähneln. Dabei werden die wichtigsten Prozessparameter wie die Konzentration der Rezeptur, die Temperatur der Färbelösung und die Färbezeit variiert, um die Farb- und Lichtkonsistenz der gefärbten Stoffproben zu vergleichen. Farbstoffe mit besserer Färbekompatibilität werden anschließend in einer Kategorie zusammengefasst.

3. Wie wählt man die Farbstoffkompatibilität sinnvoll aus?

Beim Schmelzfärben von Polyester-Baumwoll-Mischgeweben müssen die Farbanpassungsfarbstoffe die gleichen Eigenschaften wie die einfarbigen Farbstoffe aufweisen. Schmelztemperatur und -zeit müssen mit den Fixiereigenschaften des Farbstoffs kompatibel sein, um eine optimale Farbausbeute zu gewährleisten. Jeder einfarbige Farbstoff besitzt eine spezifische Schmelzfixierkurve, die als Grundlage für die Vorauswahl der Farbanpassungsfarbstoffe dient. Hochtemperatur-Dispersionsfarbstoffe lassen sich in der Regel nicht mit Niedertemperatur-Farbstoffen kombinieren, da sie unterschiedliche Schmelztemperaturen erfordern. Mitteltemperatur-Farbstoffe hingegen sind sowohl mit Hochtemperatur- als auch mit Niedertemperatur-Farbstoffen kompatibel. Eine sinnvolle Farbanpassung muss die Übereinstimmung der Farbstoffeigenschaften mit der Farbechtheit berücksichtigen. Eine willkürliche Farbanpassung führt zu Farbschwankungen und einer mangelhaften Farbwiedergabe des Produkts.

Es wird allgemein angenommen, dass die Form der Schmelzfixierungskurve von Farbstoffen gleich oder ähnlich ist und dass auch die Anzahl der monochromatischen Diffusionsschichten auf der Polyesterfolie identisch ist. Werden zwei Farbstoffe zusammen gefärbt, bleibt die Farbintensität in den einzelnen Diffusionsschichten unverändert, was auf eine gute Farbkompatibilität der beiden Farbstoffe hinweist. Im Gegensatz dazu unterscheiden sich die Formen der Schmelzfixierungskurven der Farbstoffe (beispielsweise steigt die eine Kurve mit zunehmender Temperatur an, die andere fällt), und die monochromatischen Diffusionsschichten auf der Polyesterfolie unterscheiden sich. Werden zwei Farbstoffe mit unterschiedlicher Anzahl an Diffusionsschichten zusammen gefärbt, unterscheiden sich die Farbtöne in den Diffusionsschichten, sodass eine Farbabstimmung nicht möglich ist. Farbstoffe mit gleichem Farbton unterliegen dieser Einschränkung jedoch nicht. Nehmen wir ein Beispiel: Disperse Dark Blue HGL und Disperse Red 3B oder Disperse Yellow RGFL weisen völlig unterschiedliche Schmelzklebstoff-Fixierkurven auf, und die Anzahl der Diffusionsschichten auf der Polyesterfolie variiert stark, sodass sie farblich nicht aufeinander abgestimmt werden können. Da Disperse Red M-BL und Disperse Red 3B ähnliche Farbtöne aufweisen, können sie trotz ihrer unterschiedlichen Schmelzklebstoffeigenschaften weiterhin zur Farbabstimmung verwendet werden.