Textilfärberei
Experimentalvortrag von
Franziska Behrmann
Gliederung:
1.
2.
Geschichte
Textilfarbstoffe und Färbeverfahren
2.1 Küpenfärbung
2.2 Direktfärbung
2.3 Entwicklungsfärbung
2.4 Reaktivfärbung
2.5 Transferdruck
3. Waschen
4. Schulrelevanz
2
1. Geschichte
3000 Färbung von Textilien und Leder mit
v. Chr. Pflanzen- und Tierextrakten in Ägypten
(Indigo, Safran)
1100
Verbreitung der Farbengewinnung im
v. Chr. Mittelmeerraum
ab
Anlegung von Rezeptsammlungen
8. Jh.
3
ab
Extraktion: 1. industrielles Verfahren
1827
→ erste Extraktionsfabriken
(MERCK, RIEDEL)
ab
Entdeckung von Teerfarben
1834
(Anilin, Mauvein)
ab
Synthesen von Diazoverbindungen
1859
und Nitrofarbstoffen
4
6. April Gründung der Aktiengesellschaft
1865
„Badische Anilin- und Soda-Fabrik“
(BASF) in Mannheim
1870
Technische Synthese von Alizarin
1877
Erstes deutsches Farbstoff-Patent
1880
Erstes Patent für Indigo
1960
Neue Farbstoffe für vollsynthetische
Fasern
5
Heute Etwa 7000 Farbstoffe bekannt
1990
545.000 t Textilfarbstoffe zum Färben
von Fasern verbraucht,
2/3 davon allein für Baumwolle
lediglich 46.000 t Farbstoffe zum
Färben von Papier
6
2. Textilfarbstoffe und
Färbeverfahren
Definition: Farbstoffe
• Sammelbezeichnung für in einem
Anwendungsmedium lösliche Farbmittel,
die sich mit den zu färbenden Stoffen
verbinden
• Gegensatz: Pigmente
7
Theorie der Farbe und Konstitution
 Absorption von Licht
→ Komplementärfarbe
sichtbar
 Konjugierte π-Systeme
→ HOMO–LUMO - Anregung
(bathochromer Effekt)
8
Einteilung der Farbstoffe:
 Chemiker:
Einteilung nach chromophoren Gruppen
 Färbepraxis:
Einteilung nach Verhalten gegenüber der
Faser
9
Färbetechniken:
Färbebad
Auftrag
direkte
Einfärbung
KüpenFarbstoffe
DispersionsEntwicklungs- Farbstoffe
Substantive
Farbstoffe
Farbstoffe
PigmentReaktivFarbstoffe
Farbstoffe
10
Versuch 1:
Xanthoproteinreaktion
11
Xanthoproteinreaktion:
Wolle = Polypeptid
O
...
R
O
NH
NH
R = Aminosäurereste
O
R
O
NH
NH
R
O
...
R
NH
3 aromat.
AminosäureReste:
OH
Phenylalanin
Tyrosin
Tryptophan
12
Xanthoproteinreaktion:
Baumwolle =
Cellulosefaser
HO
O
O
OH
HO
Polyester:
O
O
OH
OH
O
O
HO
O
R1
O
R2
n
z.B.: R1= -CH2-CH2R2= -C6H4- 13
Reaktionsmechanismus:
Elektrophile aromatische Substitution:
OH
OH
+ NO2
R
NO2
H
+
farblos
OH
R
+
OH
OH
NO2
H
NO2
H
NO2
H
R
R
R
OH
R = Cellulosefaser
NO 2
- H+
R
gelb
14
2.1 Küpenfärbung
Indigo:
• „Blaulücke“:
• Ursprung der Blaufärberei in Indien
• Blau kostbares Handelsgut, wertvoller als
Gold
15
• Vorstufe des Indigos in verschiedenen
Pflanzen enthalten:
• Farbstoffgehalt der Indigopflanze ~ 30 x
mehr als bei Färberwaid
16
Geschichte der Synthese:
• Adolf Baeyer:
1878: erste Indigo-Synthese
• 10.Juli 1897: erstes synthetisch
hergestelltes Indigo auf dem Markt
• Heute: Heumann / Pfleger - Verfahren
17
Versuch 2:
Indigosynthese
(nach Baeyer)
18
Reaktionsmechanismus:
O
O
OH
O
+
H
+
H3C
CH3
CH3
O
+
N
O
O
N
-
O
O
-
O
O
CH3
OH
+
N
O
-
- H2O
O
H H
O
CH3
N
H
19
O
O
O
-
O
-
+ HO
CH3
- H2O
N
N
CH3
O
OH
O
+
O
-
CH3
N
O
O
H
N
2
N
N
H
O
20
Versuch 3:
Küpenfärbung
mit Indigo
21
Reaktionsmechanismus:
Reduktion
O
+2
N
H
H
N
Na2S2O4
+2
O
Indigo:
blau, unlöslich in Wasser
O2
Oxidation
-
O Na+
0
N
H
H
N
0
-
+
O Na
Leuko - Indigo:
grün-gelb, löslich in Wasser
22
Schematische Darstellung:
farblose Faser
gefärbte Faser
Oxidation
Reduktion
Indigo
Leuko - Indigo
Indigo
- Feste Verbindung durch van-der-WaalsKräfte
→ sehr hohe Wasch- und Lichtechtheit
23
Demonstration 1:
Direktfärbung
mit Kongorot
24
2.2 Direktfärbung
• Kongorot: Erster substantiver Azofarbstoff
von technischer Bedeutung
• Koplanarer Farbstoff:
+
Na
+
SO3 Na
O 3S
N
N
N
NH2
N
H2N
25
Schematische Darstellung:
farblose Faser
eingefärbte Faser
Aufziehen
Kongorot
• Einlagerung in intermicellaren Räumen
• Van-der-Waals-Bindungen (schwach)
→ wenig waschecht
26
Versuch 4:
Entwicklungsfärbung
27
2.3 Entwicklungsfärbung
• Verfahren, bei denen Farbstoffe entstehen
• Zweikomponentenfärbung: Entwicklung des
Farbstoffs auf der Faser
• Haftung durch Adsorption auf der Faser
→ sehr hohe Echtheit
28
Färbe - Verfahren:
1. Grundierung des Färbeguts:
basische Lösung enthält farblose
Kupplungskomponente: 2-Naphtol
HO
29
2. Herstellung der Diazoniumsalz – Lösung:
2.1 Bildung des Nitrosyl - Kations:
HCl
N
O
-
+
O Na
-NaCl
H+
N
O
N
OH
O
+
H
O
H
N
O
+
O
H
+
N
O
N
+
O
+ H2O
H
30
2.2 Diazotierung:
H
H
HO3S
+
N
N
+
O
+
HO3S
N
H
N
O
H
-H+
HO3S
N
HO3S
N
N
N
O
H
+ H+
HO3S
N
- H+
H
N
O
+
- H2O
OH
+
HO3S
N
+ H2O
H
HO3S
+
N
N
HO3S
N
N
+
31
N
3.
Entwicklung des Farbstoffs:
HO
HO3S
+
N
N
+
HO3S
HO
N
+
N
H
HO
- H+
N
N
HO3S
32
Versuch 5:
Reaktivfärbung
33
2.4 Reaktivfärbung
Aufbauprinzip:
hydrophile
Brückenglied/
Chromophor
Elektrophil
Abgangsgruppe
direkte Bindung
Gruppe
farbgebende Komponente
O
Reaktivkomponente
NH2
SO 3H
O
HN
O
HO
S
O
O
S
O
O
34
Reaktionsmechanismus:
F
H
F
OH
O
S
O
O
S
S
O
O
O
CH2
+
H
- HSO4
O
O
O
S
H
OH H
O
H
O
H
O
-
CH2
F
HO
F
S
+ OH-
OH
O
H
O
H
OH H
H
H
OH
35
Prinzip der Reaktivfärbung:
O
NH2
SO 3H
Farbstoff
O
HN
HO
OO
O
HO
OH
S
OO
O
O
H
OH
OH
OO
HO
OH
H
OO
OH
OH
OH
Cellulosefaser
O
OH
36
Geeignete Fasern:
Baumwolle:
Wolle:
OH
OH
HO
OO
OH
OO
NH
OH
OH
HO
O
NH
O
NH
NH
NH2
OH
CH3
O
Polyester:
O
O
O
R1
O
R2
n
z.B.: R1= -CH2-CH2R2= -C6H4- 37
Mögliche Reaktivanker:
1) Vinylsulfone:
F
S
O
CH2
O
2) Halogensubstituierte Heterocyclen:
Cl
F
N
NH
F
F
N
N
NH
N
N
Cl
Cl
F
38
Demonstration 2:
Transferdruck
39
2.5 Transferdruck
• Besonders geeignet für Synthetikfasern
• Polyester = hydrophobe Faser ohne
funktionelle Gruppen
• Verwendung von kleinen, unpolaren
Farbstoffmolekülen (Dispersionsfarbstoffe)
40
Schematische Darstellung:
Druck + Wärme
Farbfilm
farblose Faser
eingefärbte Faser
41
Demonstration 3:
Waschen von
Bunt- und Weißwäsche
42
3. Waschen
43
4. Schulrelevanz
G8-Lehrplan:
LK 11G.2: Kohlenstoffchemie II
fakultativ: Farbstoffe
12G.2: Angewandte Chemie
Alternativen:
Projektwoche
Lernzirkel
44
Vielen Dank für Ihre
Aufmerksamkeit!
45
46
Heumann / Pfleger:
47
48
Indigosynthese
H OH O
O
N
H
O
+
O
O
O
[b]
N
OH
N H
O
O
O
O
[a] - H2O
- H2O
O
H OH
O
O
O
N
N
O
- H2O
O
O
O
O
- H2O
N
H
N
OH
+OHO
O
O
O
H
N
+
O
N
OH
49
Dimerisierung des Indigo
O
O
2
2
H
N
N
H
O
O
H N
N
H
O
N
H
H
N
O
50
Indigosynthese (genauerer Anfang)
+
O
+
O
H
NaOH + H2C
Na O
O
Na
CH3
+
CH3
- H2O
H
+
O
-
-
Na O
-
NO2
CH3
OH
O
CH3
NO2
H2C
+ H2O
- NaOH
H
NO2
O
CH3
NO2
51
Methylrot
N
N
H3C
O
N
N
<H+>
O
HO
H3C
N
CH3
rot
H3C
O
H3C
N
-
gelb
CH3
52
Phenolphthalein
OH O-
HO
O
-
O
O
-2 H+
O
O
+ 2H+
O
O
O
-
O
+ OHO
-
O
-
HO
O
-
53
O
-
Indigogewinnung aus Pflanzen:
OH
OH
O
O
H
H
OH
H
OH
OH
N
H
H2O
H
O
OH
H
H
OH
OH
H
OH
OH
N
H
H
OH
+
O
N
H
N
H
O
O
+ O2
H
N
2
N
H
- H2O
N
H
O
54

ppt - ChidS