Die vorliegende Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur Vorbehandlung von Cellulosefasern und Cellulose-/Synthetikfasergemischen, das Spülen überflüssig macht oder den erforderlichen Spülaufwand erheblich reduziert.

Verschiedene Verfahren zur Vorbehandlung von Cellulosefasern sind bekannt. US 5,562,740 offenbart ein Verfahren zur Behandlung von Cellulosefasern, umfassend die Umsetzung der Fasern mit einem Polycarbonsäurevernetzer wie zum Beispiel Citronensäure, das Erhöhen des pH auf 5,5 bis 6,5 mit Natriumhydroxid und das Behandeln der Fasern mit einem oxidierenden Bleichmittel wie z.B. Wasserstoffperoxid. In einem Artikel mit dem Titel „Treating Fabric Through Alkaline Oxidation For A Silklike Effect" von Ming et al. in "American Dyestuff Reporter", Juli 1996, Seiten 20–26, ist ein Verfahren zur Gewebebehandlung offenbart, bei dem das Gewebe mit einer Kupfersulfatlösung geklotzt wird und Natriumhydroxid und Wasserstoffperoxid hinzugefügt werden.

Ein typisches Beispiel der Herstellung zum Färben von 100 % Baumwollgewebe umfasst:

• a) Badzusammensetzung
  
  0,5–2,0 g/l Netzmittel/Detergent: nichtionische oder anionische Tenside
  
  0,3–0,6 g/l Peroxidstabilisator: auf Organophosphatbasis (z.B. Diethylentriaminpentamethylenphosphorsäure (DTPMP)) und/oder aminoorganischer Säurebasis (z.B. Diethylentriaminpentaessigsäure (DTPA)) und/oder auf Poly-acrylsäurebasis (z.B. Natriumsalz von Gluconsäure) und/oder auf Silicatbasis und/oder Erdalkalisalze (z.B. MgCl₂)
  
  1,5–3,0 g/l Ätznatron (100 %)
  
  1,5–3,0 g/l Wasserstoffperoxid (100 %)
• b) typische Anwendung
  
  Cellulosematerial wird in eine Abziehfärbemaschine oder einen Ausziehfärbeapparat (z.B. Jet-Färbemaschine, Haspel, Packfärbemaschine, Färbebaum usw.) gegeben. Die Maschine wird mit Wasser und eventuell mit einem Netzmittel gefüllt, um ein Bad anzusetzen, bevor eine Materialcharge in die Maschine gegeben wird. Die Wassermenge wird typischerweise auf der Basis des Gewichts der Materialladung berechnet und in Form eines Flottenverhältnisses ausgedrückt. Ein typisches Flottenverhältnis ist 1:10, d.h., für 1 kg Gewebe werden 10 l Flüssigkeit verwendet.
  
  Nach dem Befüllen der Maschine werden die restlichen Chemikalien hinzugefügt, und das resultierende Bad wird auf eine geeignete Temperatur, typischerweise 98 °C – 110 °C erwärmt. Je nach Bauweise der Maschine/des Apparats werden Material und/oder Flotte bewegt, um eine homogene und effiziente Vorbehandlung sicherzustellen.
  
  Nach einer Behandlungszeit von 15–30 Minuten wird das Bad abgekühlt und getropft oder abgelassen. Mehrere Spülgänge und/oder Überlaufwäschen des Cellulosematerials sind erforderlich, um Unreinheiten und insbesondere Restalkalität aus dem Material zu entfernen, die sonst den Wirkungsgrad nachfolgender Prozesse beeinträchtigen würden.
  
  Alkalität, typischerweise geschaffen durch Ätznatron, wird für erforderlich gehalten, um die Oxidationskomponente, Wasserstoffperoxid, zu aktivieren und Wachse und sonstige Baumwollnebenprodukte auf Fettbasis zu verseifen, um diese Unreinheiten besser entfernen zu können. Dieses Vorbehandlungsverfahren für Cellulosematerial wird allgemein als Bleichzyklus bezeichnet, der vor dem Färben des Materials stattfindet.

Bei der vorliegenden Erfindung handelt es sich um ein Verfahren zur Vorbehandlung eines Cellulose- oder Cellulose-/Synthetikfasergemischsubstrats. In einer grundlegendsten Form ist das Verfahren der Erfindung zur Vorbehandlung von Cellulose- oder Cellulosegemischsubstrat ein Bleichzyklus, der folgende Schritte umfasst: Bereitstellung eines Behälters; Bereitstellung des Cellulose- oder Cellulose-/Synthetikfaser-gemischsubstrats; Bereitstellung eines Wasserbads; Hinzufügen einer aktiven Menge einer Aktivierungsverbindung, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Salzen organischer Säuren, organischen Aminderivaten, Übergangsmetallen, Übergangsmetallsalzen und Übergangsmetallkomplexen, Pigmenten und Kombinationen davon; Hinzufügen einer aktiven Menge Ätznatron; Hinzufügen einer aktiven Menge Wasserstoffperoxid während des Bleichzyklus; Erreichen eines pH von ungefähr 6,0 bis ungefähr 9,0 am Ende des Bleichzyklus-Vorbehandlungsverfahrens; Erwärmen des Wasserbads auf eine Temperatur über 50 Grad Celsius während eines vorbestimmten Zeitraums; und Ablassen des Bads.

Bei der vorliegenden Erfindung handelt es sich um ein innovatives und neuartiges Verfahren und eine Zusammensetzung zur Vorbehandlung eines Cellulose- oder Cellulose-/Synthetikfasergemischsubstrats, das den erforderlichen Spülaufwand überflüssig macht oder zumindest erheblich reduziert. Das Verfahren der Erfindung wird idealerweise zur Vorbehandlung von Cellulose- oder Cellulosefasergemischmaterial verwendet, bevor dieses gefärbt wird. Bei Verwendung des Verfahrens der Erfindung können beträchtliche Mengen Wasser, Energie und Arbeitszeit gespart werden. Ausserdem schafft das Verfahren der Erfindung zusätzliche Maschinenkapazität.

In dem Verfahren und der Zusammensetzung der Erfindung werden beträchtliche Mengen Alkali, die normalerweise in konventionellen Verfahren verwendet werden, durch alternative Chemikalien und Chemikalien ersetzt, was in einem gut hergestellten Cellulose- (z.B. Baumwolle) oder Cellulose-/Synthetikfasergemischsubstrat resultiert, das keinen Spülgang nach einer Bleichanwendung erfordert. Dies lässt sich aufgrund eines resultierenden neutralen oder fast neutralen pH und ausreichender Sauberkeit der hergestellten Ware erzielen. Die Sauberkeit ist angegeben durch einen Grad der Wasseraufnahme und Weissheit sowie durch den visuellen Aspekt (Entfernen von Samen) der Bleichware.

Alternativen zu einem üblicherweise verwendeten Alkali-Ätznatron umfassen aber sind nicht beschränkt auf: Alkalisalze organischer Säuren, vorzugsweise Trinatriumcitrat; Übergangsmetallsalze und -komplexe, vorzugsweise Kupfersalze und -komplexe; organische Aktivatoren, vorzugsweise Harnstoff, Dicyandiamid oder Tetraacetylethylendiamin, Acetylcaprolactam; Pigmente, vorzugsweise pigmentiertes Schwefelschwarz 1 mit einer Teilchengrösse unter 150 um oder Titandioxid mit einer Teilchengrösse unter 150 &mgr;m; und Kombinationen davon.

Bei Verwendung innerhalb vorbestimmter Parameter, die im Folgenden näher beschrieben sind, ist mit keinem bzw. einem sehr akzeptablen Grad der Beschädigung des Cellulose- oder Cellulose-/Synthetikfasergemisch-substrats zu rechnen. Die Verwendung von Erdalkalisalzen, vorzugsweise Mg-Salzen (z.B. MgSO₄), hat eine stabilisierende Funktion. Zum Beispiel verhindern die Erdalkalisalze vorzeitiges und unkontrolliertes Zerstören von Wasserstoffperoxid, was zu mangelhaften Bleichergebnissen und Beschädigung von Fasern führen könnte.

Bei der vorliegenden Erfindung handelt es sich um ein Verfahren zur Vorbehandlung eines Cellulose- oder Cellulose-/Synthetikfasergemischsubstrats, bestehend aus folgenden Schritten: Bereitstellung eines Behälters; Bereitstellung des Cellulose- oder Cellulose-/Synthetikfasergemischsubstrats; Bereitstellung eines Wasserbads; Hinzufügen einer aktiven Menge einer Aktivierungsverbindung, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Salzen organischer Säuren, organischen Aminderivaten, Übergangsmetallen, Pigmenten mit einer Teilchengrösse unter 150 &mgr;m und Kombinationen davon; Hinzufügen einer aktiven Menge Ätznatron; Hinzufügen einer aktiven Menge Wasserstoffperoxid während eines Bleichzyklus; Erreichen eines pH von ungefähr 6,0 bis ungefähr 9,0 am Ende des Bleichzyklus; Erwärmen des Wasserbads auf eine Temperatur über 50 Grad Celsius während eines vorbestimmten Zeitraums; und Ablassen des Bads.

Wenn es sich bei der Aktivierungsverbindung um ein Salz einer organischen Säure handelt, umfassen einige nicht einschränkende Beispiele, die als gut funktionierend befunden wurden: Natriumsalze von Citronensäure; Natriumstearat; Natriumsalze von Gluconsäure; Natriumoleat; Kaliumsalz von Citronensäure; Kaliumstearat; Kaliumsalz von Gluconsäure; Kaliumoleat; Ammoniumsalze von Citronensäure; Ammoniumstearat;Ammoniumsalze von Gluconsäure; Ammoniumoleat; und Kombinationen davon. Vorzugsweise ungefähr 0,2 bis ungefähr 5,0 %, basierend auf dem Gewicht des Substrats, im Folgenden als „owg" bezeichnet, des Salzes einer organischen Säure werden verwendet.

Wenn es sich bei der Aktivierungsverbindung um ein organisches Aminderivat handelt, umfassen einige nicht einschränkende Beispiele, die als gut funktionierend befunden wurden: Harnstoff; Dicyandiamid; Tetraacetylethylendiamin; Acetylcaprolactam; und Kombinationen davon. Vorzugsweise werden ungefähr 0,2 bis ungefähr 5,0 % owg des organischen Aminderivats verwendet.

Wenn es sich bei der Aktivierungsverbindung um ein Übergangsmetallsalz oder einen Übergangsmetallkomplex handelt, umfassen einige nicht einschränkende Beispiele, die als gut funktionierend befunden wurden: Kupfergluconat; Kupfersulfat; Kupferacetat; Kupfercarbonat; Kupfercitrat; Kupfernitrat; Kupfer-EDTA; Kupferkomplexe; und Kombinationen davon. Wenn Kupferverbindungen als Übergangsmetallsalz oder - komplex verwendet werden, werden vorzugsweise ungefähr 0,1 bis ungefähr 10 ppm, basierend auf dem Gewicht des Bads, im Folgenden als „owb" bezeichnet, basierend auf dem Element Kupfer verwendet.

Wenn es sich bei der Aktivierungsverbindung um ein Pigment handelt, umfassen einige nicht einschränkende Beispiele, die als gut funktionierend befunden wurden:

pigmentiertes Schwefelschwarz 1 mit einer Teilchengrösse unter 150 &mgr;m; vollständig voroxidierte Schwefelfarbstoffe wie z.B. Diresul Black 4G-EV oder Titandioxid, und Kombinationen davon. Vollständig voroxidierte Schwefelfarbstoffe oder Titandioxid werden vorzugsweise ausgewählt, weil ihre Verwendung die Bleichweissbasis sowie der visuelle Weissaspekt des Substrats synergistisch verbessert. Vorzugsweise werden ungefähr 1 bis ungefähr 200 ppm owb des Pigments verwendet.

Wenn Ätznatron hinzugefügt wird, werden vorzugsweise ungefähr 0,1 bis ungefähr 1,0 % owg verwendet. Wenn Wasserstoffperoxid hinzugefügt wird, richtet sich die Menge nach den erwünschten Weisseffekten aber liegt vorzugsweise im Bereich von ungefähr 0,5 bis ungefähr 5,0 % owg.

Im dem Verfahren der Erfindung zur Vorbehandlung eines Cellulose- oder Cellulose/Synthetikfasergemisch-substrats wird das Wasserbad vorzugsweise auf eine Temperatur im Bereich von ungefähr 80 Grad Celsius bis ungefähr 140 Grad Celsius erwärmt. Das Substrat wird während eines Zeitraums von ungefähr 0,5 Sekunden bis ungefähr einer Stunde innerhalb dieses Temperaturbereichs gehalten. In einem alternativen Verfahren kann der Temperaturpunkt vorbestimmt sein, und das Bad wird bis zum Erreichen dieses Punkts erwärmt. Anschliessend wird das Bad einfach abgekühlt. In diesem alternativen Verfahren wäre die Zeitdauer im Temperaturbereich länger als 0,5 Sekunden.

In dem Verfahren der Erfindung wird eine aktive Menge, zum Beispiel von ungefähr 0,1 bis ungefähr 1,5 % owg eines Netz- oder Scheuermittels optional verwendet. Ein Beispiel für ein Netzmittel ist ein ethoxylierter und/oder propoxylierter Fettalkohol, und ein Beispiel für ein Scheuermittel ist ein ethoxylierter und/oder propoxylierter Fettalkohol. Auch wenn die Wirkung dieser Art Scheuer- oder Netzmittel für gut befunden wurde, können viele andere Arten konventioneller Scheuer- oder Netzmittel ebenfalls verwendet werden. Eine aktive Menge, zum Beispiel von ungefähr 0,1 bis ungefähr 1,5 % owg eines Peroxidstabilisators wird vorzugsweise zu dem Bad hinzugefügt. Beispiele für Peroxidstabilisatoren umfassen aber sind nicht beschränkt auf: Mittel auf der Basis von Organophosphat (z.B. Diethylentriaminpenta(methylenphosphonsäure)); Mittel auf der Basis organischer Aminsäuren (z.B. Diethylentriaminpentaessigsäure); Mittel auf der Basis organischer Säure (z.B. Natriumsalz von Gluconsäure); Mittel auf der Basis von Polyacrylsäure; Erdalkalisalze (z.B. Mg⁺²-Salze); und Kombinationen davon.

Im dem Verfahren der Erfindung zur Vorbehandlung eines Cellulose- oder Cellulose/Synthetikfasergemisch-substrats wird durch Erzielen eines fast neutralen pH erreicht, dass sich der Bedarf nach anschliessenden Wasserbädern reduziert oder völlig wegfällt. Während des Verfahrens der Erfindung beginnt das Bad mit einem leicht basischen pH. Im weiteren Verlauf des Verfahrens der Erfindung wird ein pH von ungefähr 6,0 bis ungefähr 9,0, und vorzugsweise von ungefähr 6,5 bis ungefähr 8,5, erzielt.

Typische Beispiele für das neue Verfahren sind:

1 kg eines 100 % Baumwollstrickmaterials wurde in eine Labor-Jet-Färbemaschine gegeben. Die Maschine wurde vor dem Einfüllen mit Wasser, nicht schäumendem Netzmittel/Detergent gefüllt. Das gewählte Flottenverhältnis betrug 1:10, so dass 10 l Behandlungsflotte verwendet wurden. Nach dem Befüllen der Maschine wurden die restlichen Chemikalien hinzugefügt, und das Bad wurde bis auf 110 °C (4 °C/min) erwärmt. Die Behandlungszeit bei dieser Temperatur betrug 20 Minuten, gefolgt von einer Abkühlphase auf 75 °C (4 °C/min). Schliesslich wurde das Bad abgelassen, und das Gewebe wurde geschleudert, getrocknet und analysiert.

In einem Produktionsverfahren würde das Bad nach dem Ablassen wieder gefüllt, und eine Peroxidase (Katalase) (enzymatischer Peroxideliminator) würde hinzugefügt, um das restliche Peroxid zu entfernen. Der nachfolgende Vorgang (z.B. Färben) kann in demselben Bad beginnen.

Formeln für das Behandlungsbad (Konzentrationen in Gew.-% des Substrats (owg), falls nicht anders angegeben):

Behandlung 4 (Tabelle 1) stellt eine typische Bleiche nach dem Stand der Technik dar. Ein End-pH von 10,5, wie bei der Bleiche nach dem Stand der Technik von Behandlung 4 (Tabelle 1), erfordert mehrere Spülgänge. Behandlung 5 (Tabelle 1) stellt eine alkaliarme Bleich-Vorbehandlung ohne irgendeinen Aktivator dar. Die folgenden in Tabelle 2 aufgeführten Ergebnisse zeigen, dass die Gegenwart verschiedener Aktivatoren das Bleichen mit hervorragendem Absorptionsvermögen und einem hohen Reinheitsniveau ermöglicht, wobei erheblich geringere Mengen Alkali als in konventionellen Verfahren verwendet werden.

Ergebnisse für verschiedene Gewebearten:

• a) 100 % Interlock-Baumwollgewirk
• a) 100 % Fischgrät-Baumwollgewirk
• c) 100 % Jersey-Baumwollgewirk
• d) 100 % Pikee-Baumwollgewirk

Behandlung MG 11–7 (Tabelle 3) stellt eine typische Bleiche nach dem Stand der Technik dar. Der End-pH von 11,0, wie bei der Bleiche nach dem Stand der Technik (Behandlung MG 11–7, Tabelle 3), erfordert mehrere Spülgänge. Behandlung MG 11–3 (Tabelle 3) stellt eine typische Bleiche ohne Hinzufügen irgendeiner der beschriebenen Aktivierungsverbindungen dar. Behandlung MG 11–3 (Tabelle 3) liefert erwartungsgemäss inakzeptable Weissheit und Absorptionsvermögen. Das Hinzufügen der Aktivierungsverbindung Trinatriumcitrat (Behandlung MG 11–2, Tabelle 3) und Trinatriumcitrat plus Tetraacetylenethylendiamin (Behandlung MG 11–4, Tabelle 3) resultiert in der Herstellung von Baumwollsubstrat gemäss der vorliegenden Erfindung, das geeignet ist für anschliessende Färbeverfahren ohne Erfordernis zusätzlicher Spülgänge. Formeln für das Behandlungsbad (Konzentrationen in % owg, wenn nicht anders angegeben):

Behandlung 7 (Tabelle 4) stellt eine typische Bleiche nach dem Stand der Technik dar. Der End-pH von 10,5 von Behandlung 7 (Tabelle 4) erfordert mehrere Spülgänge. Alle anderen Behandlungen gemäss der vorliegenden Erfindung, aufgeführt in Tabelle 4, demonstrieren eine ausreichende Vorbereitung für die meisten Färbeverfahren ohne Erfordernis von Spülgängen. Hinzufügen von Schwefelschwarz 1 (Behandlung 4, Tabelle 4) sorgt für bessere Weissheitsgrade im Vergleich zur alleinigen Verwendung von Trinatriumcitrat (Behandlung 3, Tabelle 4). Weiteres Hinzufügen von Kupfercluconat (Behandlungen 1, 2, 8 und 9, Tabelle 4) verbessert die Weisheit noch mehr und schafft ein sehr absorbierendes Substrat. Die Verwendung von Wasserstoffperoxid nimmt bei Verwendung von Kupfergluconat erheblich zu.

(Konzentrationen in % owg, wenn nicht anders angegeben)

Hinzufügen von Schwefelschwarz 1 (Behandlungen SS-3-13-3 und SS-3-13-4, Tabelle 5) gemäss der Erfindung verbessert den Weissheitsgrad. Hinzufügen von Kupfergluconat (Behandlung 2, Tabelle 5) gemäss der vorliegenden Erfindung verbessert die Weissheit noch mehr und schafft ein sehr absorbierendes Substrat. Die Kombination aus Schwefelschwarz 1 und Kupfergluconat demonstriert optimierte Bedingungen (Behandlung SS 3-13-3, Tabelle 5).

(Konzentrationen in % owg, wenn nicht anders angegeben)

Wie zuvor schon erwähnt, verbessert das Hinzufügen von Schwefelschwarz 1 gemäss der vorliegenden Erfindung die Weissheitsgrade. Wie anhand der Behandlungen EK-4-87-1 (Tabelle 6) und EK-4-87-3 (Tabelle 6) gezeigt, verbessert das Austauschen von 5 ppm Schwefelschwarz 1-Pigment durch 1 ppm Titandioxidpigment die Weissheit noch mehr gemäss der vorliegenden Erfindung.