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Färben von Natur- und Kunstfasern 08:55 min

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Transkript Färben von Natur- und Kunstfasern

Hallo und ganz herzlich willkommen! In diesem Video geht es um das "Färben von Natur- und Kunstfasern".

Naturfasern wurden schon in Ägypten vor 4000 Jahren gefärbt. Drei Farben standen den Menschen im Altertum zur Verfügung: Rot mit dem Krapprot aus der Färberröte. Gelb mit dem Farbstoff Luteolin aus dem Färberwau oder mit Curcuma (Farbstoff Curcumin) aus dem Gelbwurz. Und schließlich wurde das Blau durch das Indigo geliefert. In Deutschland wurde im Mittelalter Indigo aus Färberwaid gewonnen. Mit der Industrialisierung und der Kunstfasersynthese stiegen die Ansprüche an die Qualität sowie die Mengenbewältigung industrieller Färbeverfahren.

Färbeverfahren Bis zur heutigen Zeit hat sich eine Reihe von Färbeverfahren etabliert. Das Wesen der wichtigsten möchte ich kurz erläutern. Ich unterscheide 7 Verfahren.

  1. Direktfärbung
  2. Entwicklungsfärbung
  3. Küpenfärbung
  4. Beizenfärbung
  5. Metallkomplexfärbung
  6. Reaktivitätsfärbung
  7. Dispersionsfärbung

Achtung! In der modernen Färberei unterscheidet man gewöhnlich nur vier Verfahren: 1. Direktfärbung 2. Entwicklungsfärbung 3. Reaktivitätsfärbung 4. Dispersionsfärbung

Generell ist zu sagen, dass Färben nur dann efolgreich ist, wenn ausreichend starke Kräfte zwischen dem Farbstoff und der Textilfaser auftreten. Bei den meisten Färbeverfahren handelt es sich um Van - der - Waals - Kräfte oder Wasserstoffbrückenbindungen. Nur in einem Fall, bei der Reaktivitätsfärbung sind Farbstoff und und Textilfaser über kovalente Bindungen miteineinander verknüpft.

  1. Direktfärbung Durch Eintauchen der Faser in die Färbeflotte kommt es zum Färben. Das ist das einfachste Färbeverfahren.
  2. Entwicklungsfärbung Im ersten Schritt tränkt man das Färbegut mit einer löslichen Vorstufe des späteren Farbstoffs. Die so vorbehandelten Fasern werden in eine Lösung mit Diazonium - Ionen getaucht. Durch die einsetzende chemische Reaktion, die Diazotierung, entsteht ein Azofarbstoff. Dieser Farbstoff haftet fest auf der Faser.
  3. Küpenfärbung Ein typisches Beispiel für die Küpenfärbung ist das Färben mit Indigo. Da Indigo selbst kaum wasserlöslich ist, tränkt man das Färbegut mit einer reduzierten Form des Indigos. An der Luft wird diese Verbindung oxidiert und es entsteht der blaue Indigo. Er haftet fest durch Adsorption an der Faser an.
  4. Beizenfärbung Hier werden den Textilien Salze in Lösung zugeführt. Die Metall - Ionen dieser Salze haften auf der Faser fest. Durch Wasserdampfbehandlung entstehen Hydroxide. Diese reagieren mit dem Säurefarbstoff. Das Reaktionsprodukt wird auf der Faseroberfläche fixiert.
  5. Metallkomplexfärbung Es werden Komplexe aus Metall - Ionen und sauren Farbstoffen vorbereitet. Diese besitzen ein höheres Haftungsvermögen auf der Faser als der reine Farbstoff.
  6. Reaktivfärbung Hier findet eine chemische Reaktion zwischen der Faseroberfläche (z. B. Cellulose) und einem reaktiven Farbstoffmolekül statt. Im Ergebnis entsteht eine stabile kovalente Bindung. Dadurch ist die Textilie ausgesprochen waschecht.
  7. Dispersionsfärbung Um mit wasserunlöslichen Farbstoffen färben zu können, werden diese in eine stabile Suspension überführt. Die Textilfaser extrahiert nun die Farbstoffmoleküle, die auf deren Oberfläche adsorbiert werden.

Was wofür? Die beiden wichtigsten Kriterien für die Anwendbarkeit eines Färbeverfahrens sind: Lichtechtheit und Waschechtheit der Textilie. Liegt jeweils ausreichende Qualität vor, kann entsprechend gefärbt werden.

Ich möchte nun zu verschiedenen Fasern die geeigneten Färbeverfahren benennen.

Wolle Direktfärbung (mit sauren Farbstoffen) Metallkomplexfärbung Beizenfärbung

Seide Direktfärbung (mit sauren und basischen Farbstoffen) Beizenfärbung

Cellulose und Reaktivfärbung Baumwolle Küpenfärbung
Entwicklungsfärbung Beizenfärbung (mit basischen Farbstoffen) Polyester Dispersionsfärbung (direkt)

Polyamid Direktfärbung (mit sauren Farbstoffen) Metallkomplexfärbung

Polyacryl Beizenfärbung (mit basischen Farbstoffen)

Gesetzmäßigkeiten

(a) Auffällig ist, dass Kunstfasern schlechter direkt eingefärbt werden können. Sie sind generell schlechter färbbar, da sie wasserabweisend sind. (b) Naturfasern besitzen eine komplexere Struktur. Dadurch und durch die funktionellen Gruppen zeigen sie stärkere vdW - Wechselwirkungen und stabilere Wasserstoffbrückenbindungen. Schließlich können sie (Beispiel Cellulose) mit Farbstoffmolekülen reagieren. (c) Bemerkenswert ist die Anwendbarkeit von Metallkomplexfärbung und Beizenfärbung für fast alle Fasern. (d) Für Polyester ist nur die Dispersionsfärbung anwendbar.

Was kann man selbst färben? Naturfasern lassen sich unter häuslichen Bedingungen leicht färben oder umfärben. Man tut das mit der Direktfärbung. Besteht ein Bekleidungsstück aus einer Kunstfaser, so kann es zu Problemen kommen. Polyacryl oder Polyester lassen sich leider nicht direkt färben.

Das war es auch schon wieder für heute. Ich wünsche euch alles Gute und viel Erfolg. Tschüs

Euer André

Färben von Natur- und Kunstfasern Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Färben von Natur- und Kunstfasern kannst du es wiederholen und üben.

  • Nenne einige Färbeverfahren für Textilien.

    Tipps

    Überlege, mit welchem Färbeverfahren Textilien mit Indigo gefärbt werden.

    Manche Farben entwickeln sich erst nach einigen Schritten auf der Textilfaser.

    Lösung

    Um Stoffe zu färben, benötigt man nicht nur die Farbstoffe, sondern auch ein Verfahren, das den Stoff in der entsprechenden Farbe herstellen lässt. Manche Textilien können nur mit bestimmten Färbeverfahren gefärbt werden, die wiederum bei anderen Textilien nicht funktionieren würden.

    Die wichtigsten Färbeverfahren der heutigen Zeit sind:

    • Direktfärbung,
    • Entwicklungsfärbung,
    • Reaktivfärbung und
    • Dispersionsfärbung.

  • Bestimme die Färbeverfahren, die für folgende Textilstrukturen besonders gebräuchlich sind.

    Tipps

    Für das Färben von Wolle kann unter anderem das einfachste Färbeverfahren genutzt werden.

    Um Baumwolle zu färben, kommt in einem Färbeverfahren ein Azofarbstoff zum Einsatz.

    Beim Färben von Polyester muss man zunächst eine stabile Suspension herstellen.

    Baumwolle wird z.B. mit Indigo gefärbt. Überlege, zu welcher Farbstoffklasse Indigo gehört.

    Lösung

    Verschiedene Stoffe verlangen verschiedene Färbeverfahren. Wolle kann direkt eingefärbt werden, weil die Struktur es zulässt. Es kann aber auch gebeizt werden oder über die Metallkomplexfärbung eingefärbt werden. Bei Baumwolle eignen sich vor allem Färbeverfahren, bei denen sich die Farbe direkt auf der Faser entwickelt, wie z.B. Beizenfärbung oder Entwicklungsfärbung, aber auch die Reaktivfärbung kommt zum Einsatz. Im Gegensatz dazu steht der Polyester. Er kann nur über die Dispersionsfärbung eingefärbt werden. Das liegt darin, dass Polyester im Grunde wasserabweisend ist und auch keine ionischen Eigenschaften besitzt.

  • Begründe, warum Stoffe farbig sind.

    Tipps

    Vergrößert sich der Chromophor, verstärkt sich auch die Delokalisation.

    Überlege, welche Teilchen in einem Molekül delokalisiert werden.

    Wird die Energiedifferenz zwischen Grundzustand und angeregtem Zustand größer, dann wird das absorbierte Licht langwelliger.

    Lösung

    Das Wichtigste an einem Farbstoff ist sein Chromophor, denn dieser Teil des Moleküls sorgt für die Farbe.

    Weiterhin sind die auxochromen und antiauxochromen Gruppen von Bedeutung. Auxochrome sind funktionelle Gruppen in Farbstoff-Molekülen, welche das Absorptionsmaximum des Chromophors in den kürzer-welligen Bereich des Spektrums verschieben, und dadurch eine Farbänderung hervorrufen. Die Antiauxochrome machen genau das Gegenteil. Je größer dieses Chromophor ist und je stärker die Auxochrome und Antiauxochrome sind, desto größer ist die Delokalisation der Elektronen im Chromophor und desto kleiner ist die Energiedifferenz zwischen Grundzustand (HOMO) und angeregtem Zustand (LUMO).

    Je kleiner der Abstand zwischen den Orbitalen, desto geringer wird die benötigte Energie, um ein Elektron vom unteren ins obere Energieniveau anzuregen. Je energieärmer das Licht ist, desto größer ist seine Wellenlänge. Wenn nun also die Energiezustände soweit zusammenrücken, dass das Elektron mit Licht aus dem sichtbaren Bereich angeregt werden kann, dann wird dieses Licht dabei absorbiert und das Molekül erscheint in der Komplementärfarbe.

  • Erkläre, wie die einzelnen Färbeverfahren funktionieren.

    Tipps

    Ein Beispiel für die Küpenfärbung ist das Färben mit Indigo.

    Das Beizfärben ist umstritten, da oft Schwermetalle zum Einsatz kommen.

    Lösung

    Als Entwicklungsfärbungen kann man alle Verfahren bezeichnen, welche die Farbe entstehen lassen. Bei der einfachen Entwicklungsfärbung wird der Stoff in eine lösliche Vorstufe des Farbstoffes getränkt. Im Anschluss wird die Textilie in eine Lösung mit Diazonium-Ionen getaucht. Dabei entsteht ein Azofarbstoff, der fest auf der Faser haftet.

    Auch die Küpenfärbung kann als Entwicklungsfärbung bezeichnet werden. Hier wird die Textilie zunächst in die reduzierte Form des Farbstoffes getaucht und an der Luft oxidiert der Farbstoff zurück.

    Die Beizenfärbung ist auch eine Art Entwicklungsfärbung. Zunächst werden Salze einer Lösung zugeführt. Die Metall-Ionen haften auf der Faser und es erfolgt eine Wasserdampfbehandlung. Die entstandenen Hydroxide reagieren nun mit dem Säurefarbstoff und die Farbe wird auf der Faseroberfläche fixiert.

    Die Reaktivfärbung ist ein besonderes Färbeverfahren, denn hier haftet die Farbe auf der Faser aufgrund von kovalenten Bindungen.

  • Entscheide, zu welcher Farbstoffklasse das Kongorot gehört.

    Tipps

    Überlege, wie die $-N=N-$Gruppe bezeichnet wird.

    Lösung

    Kongorot ist ein synthetisch hergestellter Farbstoff, d.h., er ist nicht natürlich vorzufinden. Er gehört zur Gruppe der Azofarbstoffe. Charakteristisch für diese Farbstoffklasse sind eine oder mehrere Azobrücken $(-N=N-)$. Da Kongorot zwei Azobrücken besitzt, bezeichnet man ihn auch als Diazofarbstoff.

  • Erläutere das Verfahren der Küpenfärbung.

    Tipps

    Überlege, wo der Unterschied zwischen dem Indigo und dem Leukoindigo besteht.

    Überlege, welche Reaktion mit Sauerstoff abläuft.

    Lösung

    Für die Küpenfärberei werden die Farbstoffe zunächst mithilfe eines Reduktionsmittels in wasserlösliche, farblose Leukoverbindungen überführt. Beim Indigo entsteht daraus das Leukoindigo. In unserem Experiment ist das Reduktionsmittel das Natriumdithionit. Das Natriumhydroxid macht die Lösung basisch, denn darin löst sich das Leukoindigo besser. Die Textilie wird in die entstandene Küpe getaucht und an der Luft getrocknet. Dadurch bildet sich der Farbstoff zurück und erscheint uns blau.

    Oxidation: ${S_2O_4}^{2-} \to 2~SO_2 + 2e^-$

    Reduktion: $Indigo + 2~H_2O + 2 e^- \to Leukoindigo + H_2 + 2~OH^-$

    Redox: ${S_2O_4}^{2-} + Indigo + 2~H_2O \to 2~SO_2 + Leukoindigo + H_2 + 2~OH^-$