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Dr. Ph. Reiß, im Juli 2007

Übungen im Experimentalvortrag für Lehramtskandidaten

Dr. J. Butenuth, Dr. E. Gerstner, Prof. Dr. H. Perst

Sommersemester 1998

Textilfärberei

Caroline Roos

Frankfurter Str. 20

35037 Marburg

Juli 1998

Chemie in der Schule: www.chids.de

2

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung 3

1.1 Farbstoffe - Ein geschichtlicher Überblick 3

1.2 Färbeverfahren - Eine Übersicht 4

1.3 Zusammenhang: Faseraufbau - Färbeverfahren 5

2. Färbeverfahren 8

2.1 Küpenfärbung 8

2.1.1 Indigo - der klassische Küpenfarbstoff 8

2.1.2 Indigosynthese 8

2.1.3 Küpenfärbung mit Indigo 11

2.2 Direktfärbung 13

2.3 Entwicklungsfärbung 16

2.4 Reaktivfärbung 22

2.5 Transferdruck 28

ANHANG 31

I Literaturverzeichnis 31

11 Übersicht über die Versuche 32

III Versuchsvorschriften 33

Versuch 1 Xanthoproteinreaktion 33

Versuch 2 Indigosynthese nach Baeyer 33

Versuch 3 Küpenfärbung mit Indigo 34

Versuch 4 Direktfärbung mit Kongorot 35

Versuch 5 Färben mit dem Entwicklungsfarbstoff Kupfer-Phthalocyanin35

Versuch 6 Färben mit dem Reaktivfarbstoff LEVAFIX® Brillantblau E-B36

Versuch 7 Transferdruck 37


3

1. Einleitung

Textilfärberei ist ein Thema, daß die Menschen schon lange beschäftigt. Wie

auch die folgende Übersicht zeigt, gab es bereits vor 4000 Jahren die ersten

gefärbten Kleidungsstücke.

Seitdem wurden die vorhandenen Farbstoffsortimente natürlich

weiterentwickelt. Neue Chromophore und neue Farbstoffklassen kamen hinzu.

Zu den natürlichen Fasern wie Wolle, Seide, Leinen und Baumwolle kamen

sythetische Fasern und Kunststoffe, für die jeweils geeignete Farbstoffe

gefunden werden mußten.

Heute stehen etwa 7000 Farbstoffe zur Verfügung, die auf den speziellen

Einsatzzweck abgestimmt sind.

Zum Färben von Fasern wurden 545.000 t Textilfarbstoffe (1990) verbraucht.

Davon wurden allein 2/3 für die Baumwolle eingesetzt. Vergleichsweise wenig,

nämlich 46.000 t Farbstoffe wurden zum Färben von Papier verwendet.

1.1 Farbstoffe - Ein geschichtlicher Überblick

2000 v. Chr.

1000 v. Chr.

800 v. ehr.

1200

1400 - 1600

Ägypten: Indigofärbung durch Verküpung,

Safranfärbung - gefärbte Leinkragen, Mumientücher,

Mäntel

Phönizier: Purpurfärberei - Gewinnung aus

Purpurschnecken

Kleinasien: Indigo, Safran, Krapp zum Färben von

Teppich- und Stickgarnen

Florenz als Hochburg mittelalterlicher Färberei: Indigo,

Kermes, Safran, Sandelholz

durch Entdeckungsreisen zu neuen Rohstoffen:

Rotholz, Blauholz, Karmin

auf dem Seeweg gelangt Indigo aus Indien nach Europa,


17. Jh.

1771

1773

1834

1856

1869-1872

1877

1893

1899

1952

4

Krappanbau in Avignon und im Elsaß

Pikrinsäure als erster synthetischer Farbstoff

dt. Handel: Blau-, Rot- und Gelbholz, Indigo, Pernambuk,

Berliner Blau, Cochenille

Anilin aus Schwarzkohlenteer ~ Anilinschwarz-Fabrik

Perkin isoliert erstmals das Mauvein ~ erster industriell

produzierter Synthesefarbstoff (ab 1857)

HOECHST und BAYER entwickeln Herstellungsverfahren

für Alizarin

erstes deutsches Farbstoff-Patent: Methylenblau (H. Caro)

324 künstliche organische Farbstoffe bekannt

weitere 186 künstliche Farbstoffe hergestellt

Entwicklung von Reaktivfarbstoffen

1.2 Färbeverfahren - Eine Übersicht

Baumwolle

• Küpenfärbung

• Direktfärbung

• Reaktivfärbung

• Beizenfärbung

• Entwicklungsfärbung

Wolle

• Küpenfärbung

• Direktfärbung

• Reaktivfärbung

• Säurefärbung

• Chromierfärbung

• Metallkomplexfärbung

Polyester

• Dispersionsfärbung

• Transferdruck


5

Weltweit erzeugte undeingefärbte Textilien (1990: 40 Mio. t)

Wolle" .Polyamid,Polyacryl

23%

Polyester22%

Baumwolle55%

1.3 Zusammenhang Faseraufbau - Färbeverfahren

Wie in der Übersicht der Färbeverfahren zu erkennen ist, eignet sich nicht

jedes Verfahren für jede Textilfaser. So ist die Wahl der Verfahren für Polyester

sehr eingeschränkt, während für Baumwolle und Wolle mehrere

Färbeverfahren geeignet sind.

Die Wahl des Färbeverfahrens richtet sich nach dem Faseraufbau. In Versuch

1 soll gezeigt werden, daß Textilfasern unterschiedlich aufgebaut sind.

Versuch 1 Xanthoproteinreaktion

Die Xanthoproteinreaktion ist eine Proteinnachweisreaktion. Hierbei werden die

aromatischen Reste der Aminosäuren nitriert. Dabei entstehen gelbe

Nitrofarbstoffe (gr. xanthos = gelb).

Die Reaktion wird mit zwei Fasern durchgeführt: Baumwolle und Wolle. Dabei

ist nur bei der Wolle eine Gelbfärbung zu erwarten.

Baumwolle ist eine Cellulosefaser. Sie besteht aus ß-1 ,4-glucosidisch

verknüpften Glucoseeinheiten. Somit sind keine aromatischen Reste

vorhanden, die nitriert werden könnten.


6

Aufbau der Baumwolle:

OH

Wolle dagegen ist ein Polypeptid, aufgebaut aus 24 verschiedenen

Aminosäuren (a - Keratin) . Somit besitzt sie nitrierbare aromatische

Seitenketten und kann daher zu gelben Nitrofarbstoffen reagieren .

oNH

Wolle 0 0

/~'NH H

Polypeptid: N N(= Protein) N

H H0 0

~ = Aminosäurereste

Insgesamt gibt es drei aromatische Aminosäuren:

Phenylalanin R =

Tyrosin R =

Tryptophan R =


7

Bei der Reaktion handelt es sich um eine elektrophile aromatische Substitution.

Der Reaktionsmechanismus ist hier am Beispiel des Tyrosin-Restes dargestellt.

Das Nitrylkation, aus der konz. Salpetersäure, fungiert hierbei als Elektrophil.

Der Aromat wird durch die Hydroxygruppe aktiviert und ist ortho- und para

dirigierend. Da die para-Stellung bereits substituiert ist, erfolgt die Nirtierung in

ortho-Position.

Reaktionsmechanismus

OH OH OHr>; 6 + N02

Not NOt H.. •#

~ -../"V'v ~

Aromat n-Komplex Carbenium-Ion

OH OH OH +OH

+ N02~

N02 N02 N02H~ H ...... H ...... H

# +#

-../"V'v V":/"v v"'V"'v -../"V'v

OH OH OH

+ N02 N02- H+ ~

N02H ~ H+ •

# #-./'V'v -./'V'v ~

Carbenium-Ion n-Komplex "Nitroaromat"

gelb


8

2. Färbeverfahren

2.1 Küpenfärbung

2.1.1 Indigo - der klassische Küpenfarbstoff

Der bekannteste Küpenfarbstoff ist Indigo. Indigo ist ein Pflanzenfarbstoff und

in der Indigopflanze enthalten. Diese wurde hauptsächlich in Indien (Bengalen)

angebaut und besaß in Europa keine nennenswerte Konkurrenz. In England,

Frankreich und Deutschland (Thüringen) wurde der Färberwaid angebaut.

Dieser besitzt jedoch nur 1/30 des Indigogehalts der Indigopflanze. Der

Färberwaid verlor den Wettbewerb gegen die Indigopflanze trotz Einfuhrzöllen

und anderen Maßnahmen, die zum Schutz der Färberwaidbauern getroffen

wurden. Anfang des 16. Jahrhunderts wurde Indigo auf dem Seeweg nach

Europa eingeführt. Daraufhin ging der Färberwaidanbau stark zurück.

Abgesehen von Australien ist das Färben mit Indigo auf jedem Kontinent

nachgewiesen.

2.1.2 Indigosynthese

Versuch 2 Indigosynthese nach Baeyer(1882)

Adolf von Baeyer (1835-1917) entwickelte bereits 1878 die ersteVolIsynthese

des Indigos, allerdings ohne Kenntnis der Indigoformel. Diese entschlüsselte er

erst 1883. 1880 bis 1883 fand er weitere Synthesewege für Indigo. Erst 1897

kam durch die BASF und die Farbwerke Hoechst der synthetisch hergestellte

Indigo (Verfahren nach K. Pfleger) auf den Markt.

1905 erhielt er den Nobelpreis für Chemie für seine Arbeiten über Farbstoffe

und hydroaromatische Verbindungen.


9

Bei der Indigosynthese nach Baeyer handelt es sich um eine

Kondensationsreaktion:

o"Kondensation"

H Aceton

NaOH/H20

o-Nitrobenzaldehyd

o

Indigo

o

Der Reaktionsmechanismus dieser Reaktion ist noch nicht vollständig geklärt:

0OH 0

0 O-Na+c(H

NaOH ,,9 N02

Ä A~ ~

- H20 Aldoladdition

o-Nitrophenylmilchsäureketon

o

u.a.Oxidation des Alkohols Reduktionder NitrogruppeAbspaltung von Essigsäure Indoxyl

DimerisierungIndigo

Dieses Verfahren erwies sich zur industriellen Herstellung als zu teuer. Der

Ausgangsstoff für den o-Nitrobenzaldehyd ist Toluol. Da aber nur 5000-6000 t

Toluol pro Jahr zur Verfügung standen und allein 4 t für die Synthese von 1t

Indigo benötigt wurden, wurde dieser Syntheseweg nicht weiter verfolgt. Das

Verfahrenspatent für diese Reaktion ist in Besitz von BAYER und HOECHST.


10

Heute wird Indigo nach Heumann/Pfleger (1902) synthetisiert, z.B. bei der

BASF. Karl Heumann entwickelte bereits 1890 die "erste" und "zweite"

Heumann-Synthese. Dieses Verfahren wurde dann von Johannes Pfleger

optimiert.

Die Synthese umfaßt insgesamt 5 Stufen:

H1)

a

NH2aN~CN

I # + CH20 + HCN85 -c

1#+ H20

.,

Phenylglycinnitrilr>.

H H _ +2) VN~CN VN~COO K

I # + KOH + H20100 -c I + NH3

.,#

Phenylglycin-K-Salz

Stufe 1 und 2 ist auch als Aminosäuresynthese nach Strecker bekannt.

3) 380 -c


11

o

Die 5. Stufe entspricht dem letzten Schritt der Indigo-Synthese nach Baeyer.

Indigo ist neben Alizarin, dem Farbstoff der Krappwurzel, der einzige industriell

hergestellte Naturfarbstoff.

99% der Indigoproduktion gehen in die Jeansindustrie. Dabei wird mit ca. 10 g

pro Hose gefärbt.

2.1.3 Küpenfärbung mit Indigo

Küpenfarbstoffe sind nicht in der Lage direkt auf die Faser aufzuziehen. Daher

werden sie zu der Leukoform reduziert, die löslich und substantiv ist.

'Substantiv' bedeutet, daß die Leukoform in der Lage ist, auf die Faser

aufzuziehen. Auf der Faser wird sie anschließend wieder zu dem unlöslichen

Farbstoff oxidiert. Durch die negative Ladung an den Sauerstoffatomen ist die

Leukoform löslich. D.~r Name Leukoform kommt von gr. 'Ieuko' = weiß, hell,

glänzend.


12

Das Wort 'Küpe' hat seinen Ursprung im lt, 'cuba' = Tonne. Es ist

wahrscheinlich eine niederdeutsche Ableitung von Holzgefäß ('Kübel'). Heute

ist Küpe die reduzierende Färbeflotte.

Schema: Färben mit einem Küpenfarbstoff

Faser

/' .. -: ~, -: Reduktion,~ Oxidation ~, -: .-~

.-~, -: ~ ~-: s-: /

Indigo Leukoindigo gefärbte Faser

Die Färbung ist sehr naß- und lichtecht, aber nur wenig reibecht (vgl. .stone

washed Jeans").

Versuch 3 Küpenfärbung mit Indigo

Indigo wird mit dem Reduktionsmittel Natriumdithionit in das lösliche

Leukoindigo überführt. In diese reduzierende Färbeflotte werden die Fasern

gefärbt. Anschließend erfolgt durch Luftsauerstoff die Oxidation zum

unlöslichen Indigopigment auf der Faser. Dieses Färbeverfahren ist nur für

Wolle und Baumwolle geeignet und nicht für Synthetikfasern (z.B. Polyester).


13

Reduktion

o

0 O-Na+

Indigo (O2) Leukoindigo

blau, unlöslich Oxidation grün-gelb, löslichsubstantiv

;--'-

Reduktion:

Indigo + Na2S204 + 4 NaOH ~ Leukoindigo + 2 Na2S03 + 2 H20

Oxidation:

Leukoindigo + 1/2 O2 + H20

2.2 Direktfärbung "

Textilgut--~..-..I~... Indigo + 2 NaOH

Direktfarbstoffe ziehen direkt auf die Faser auf. Sie werden auch substantive

Farbstoffe genannt, da sie in Substanz auf die Faser aufziehen. Natriumchlorid

wird als Elektrolyt zugegeben: Die Cellulosefaser lädt sich in Wasser negativ

auf und würde das Farbstoffanion abstoßen. Die Natrium-Kationen

neutralisieren die Faseroberfläche und erleichtern somit das Aufziehen des

Farbstoffs.

Die Anfärbung erfolgt durch:

• Dipolkräfte

• v.an-der-Waals-Kräfte

• Wasserstoffbrückenbindung

• Ausbildung von schwerlöslichen Farbstoffassoziaten in der Faser


14

Schema: Direktfärbung

-: ~, -: ~, -: Aufziehen ~..-: (NaCI)

~, -: s-:Faser

Insgesamt ist die Ausbildung schwerlöslicher Farbstoffassoziate1 der für die·

Anfärbung wichtigste Aspekt. Die Färbung mit Direktfarbstoffen ist aber nicht

besonders naßecht: Durch die Zufuhr von "freiem" Wasser können die

Farbstoffassoziate aufgehoben und der Farbstoff somit ausgewaschen werden.

Bei den Direktfarbstoffen gibt es das Problem der Substantivität: Je stärker die

Farbstoffmoleküle aggregieren, desto besser ist die Haftung in der Faser. Aber

je größer die Aggregation ist, desto schlechter zieht der Farbstoff auf. Das

Problem ist das zu frühe Ausflocken: Durch das Ausflocken werden weitere

Farbstoffmoleküle daran gehindert auf die Faser aufzuziehen. In der Industrie

ist es aber von größerem Interesse, daß der Farbstoffe leicht auf die Faser

aufzieht. Daher wird bei Temperaturen von über 100 "C gefärbt. Dabei wird der

Einfluß der gegenseitigen Anziehung durch die gesteigerte Wärmebewegung

überwunden und somit ein zu frühes Ausflocken verhindert.

1 Assoziate = Aggregate = Zusammenlagerung gleichartiger Moleküle


15

Versuch 4 Direktfärbung mit Kongorot

- +503 Na

Kongorot - +503 Na

Kongorot ist der erste substantive Azofarbstoff von technischer Bedeutung. Er

wurde erstmals 1884 von Bättiger synthetisiert.

Kongorot ist ein koplanarer' Farbstoff und daher besonders als Direktfarbstoff

geeignet: Bei koplanaren Farbstoffen sind die gegenseitigen Anziehungskräfte

größer. Auch ist nachgewiesen, daß große, langgestreckte Farbstoffe mit vielen

Doppelbindungen besonders gut geeignet sind.

Die Synthese von Kongorot erfolgt in 2 Schritten:

1) Kupplung von bisdiazotierten Benzidin und 2 Äquivalenten

Naphtionsäure

=> blaue Farbsäure

2) Aussalzen mit Natriumchlorid

=> rotes Dinatriumsalz (Kongorot)

Das Färben mit Direktfarbstoffen ist nur für Wolle und Baumwolle geeignet.

Synthetikfasern (z.B. Polyester) werden nicht gefärbt.

Aufgrund der geringen Naßechtheit der Direktfärbung geht der Einsatz in der

Industrie zurück.

2 Alle vier aromatischen Systeme liegen in einer Ebene.


16

2.3 Entwicklungsfärbung

Bei der Entwicklungsfärbung ziehen Vor- bzw. Zwischenstufen des endgültigen

Farbstoffes auf die Faser auf. Aus diesen wird dann auf der Faser der

unlösliche Farbstoff entwickelt. Das im Schema gezeigte Verhältnis der

Vorstufen von 1:2 ist nicht obligatorisch, bei den Naphtol AS - Farbstoffen z. B.

beträgt das Verhältnis 1:1, bei dem im Versuch benutzten Entwicklungsfarbstoff

(Phthalogen® Brillantblau IF3GM) 1:4.

Schema: Färben mit einem Entwicklungsfarbstoff

Faser

, -: -: ~-: Aufziehen ~ Entwicklung ~, -: .. -: ..~, -: e-: ~/ . ~ /

Vorstufen unlöslicherFarbstoff

Versuch 5 Färben mit dem Entwicklungsfarbstoff Kupfer-Phthaloeyanin

(Cu-Pe)

Die Phthalocyanine wurden zu Beginn des 20 Jahrhunderts entdeckt. Der

Name Phthalocyanin wurde erstmals 1933 von R. P. Linstead verwendet und

kommt von gr. 'naphtha' =Erdöl und gr. 'cyanin' =dunkelblau. In den Jahren

1930 -1940 wurde die Struktur aufgeklärt.


17

,N

blau

Es wird mit dem Farbstoff Phthalogen® Brillantblau IF3GM (BAYER) gefärbt. In

diesem ist das 1-Amino-3-imino-isoindolenin und ein Kupfer(lI)salz enthalten.

Triethylenglykol wird als Reduktionsmittel zugegeben.

Nach dem Aufziehen hat die Baumwollfaser eine schwach blau-graue Farbe.

Erst mit dem Erhitzen (150-200°C) erscheint die leuchtend blau-grüne Farbe

des Kupfer - Phthalocyaninkomplexes (::::::> Entwickeln).

Reaktions9leichun9:

NH

Amino-iminoisoindolenin

+ Cu2+ + 2 e - 150-200oC

• Cu-Pe + 4 NH3

(. aus Triethylenglykol

Die Reaktion läuft in 3 Schritten ab:


18

1) Kondensation der Amino-imino-isoindolenine

Die Aminogruppe des Isoindolenins greift als Nukleophil intermolekular die

Iminogruppe eines zweiten Moleküls an. Das dabei entstehende Zwitterion geht

in die neutrale Verbindung über. Geminale Diamine sind analog zu geminalen

Diolen instabil. Die Verbindung reagiert unter Ammoniakabspaltung zu dem

dargestellten Dimer.

Mechanismus

NH2

~NIVc~

elektrophil (\~H -- NH2

CG~ nukteophll

· I NI~

NH

~I~

H-NI- +- NH2

~NINH

~ -IN1N)NH~ #

Polykondensation

Diese Kondensation findet mit 4 Molekülen nach dem oben dargestellten

Mechanismus statt. Dabei werden insgesamt 4 Äquivalente Ammoniak

abgespalten.


r>.

19

2) Reduktion

Antiaromat(4N)

Aromat(4N+2)

2-

Nach der Hueckel-Regel handelt es sich bei dem entstandenen

Zwischenprodukt um einen Antiaromaten (16 Elektronen:=) 4N; N=4). Wird

dieser nun reduziert erhält man einen Aromaten mit 18 Elektronen (4N+2; N=4).

Dieser besitzt eine zweifach-negative Ladung. Da durch die Reduktion ein

aromatisches System entsteht, welches enrgetisch stabiler ist, reicht ein

schwaches Reduktionsmittel wie Triethylenglykol aus, um die Verbindung zu

reduzieren.


~N

20

3) Komplexierung

Im letzten Schritt kommt es zu der Komplexierung des zweifach-negativ

geladenen Aromaten mit dem Cu2+. Als Endprodukt erhält man den blauen

Kupfer-Phthalocyaninkomplex.

Phthalocyaninkomplexe sind analog zu natürlichen Porphyrin - Komplexen in

der Natur:

Allen drei unten dargestellten Verbindungen gemeinsam ist dasPorphin

Grundgerüst. Sie unterscheiden sich durch ihre Zentralatome (Eisen, Kupfer

und Magnesium). Außerdem sind im Phthalocyaninkomplex die Methinbrücken

durch Azabrücken ersetzt.


21

~N

,N

Kupfer-Phthalocyaninblau

CH3 HH -7"C

-7"C H3C C2HsH3C

~

'CH'CH

H3CCH3

H3C ~C

H

COOHC2oH39OOC

OCH 3

Eisen-Protoporphyrinrot

Chlorophyll agrün

Phthalocyanine selbst kommen in der Natur nicht vor.


22

2.4 Reaktivfärbung

Schema: Färbung mit einem Reaktivfarbstoff

Farbstoffmolekül..__n__IIIIIIIIIIFaser mit funktioneller

Gruppe

IIIIIIIIII

Die Reaktivfarbstoffe reagieren mit der Faser unter Ausbildung einer

kovalenten Bindung. Darin liegt auch der Unterschied zu der Küpenfärbung

(unlöslicher Farbstoff in der Faser) und der Direktfärbung (schwerlösliche

Farbstoffassoziate in der Faser). Die Vorteile dieser Färbung ist die einfache

Handhabung, die brillanten Farben und außerdem ist die Färbung sehr naß

und lichtecht.


23

Versuch 6 Färben mit dem Reaktivfarbstoff Levafix® Brillantblau E-B

S03H

o HN

~O, ,OHS SQ~ Q~o 0 0 0

Aufbauprinzip eines Reaktivfarbstoffs

farbgebende Komponente Reaktivkomponente

Chromophor

löslichmachendeGruppe

Brückengliedldirekte Bindung Elektrophil Abgangsgruppe

Aufbauprinzip am Beispiel des Levafix® - Farbstoffes:

Chromophor: Anthrachinongerüst

Läslichmachende Gruppe: Sulfonsäuregruppe

Brückenglied: aromatisches Amin

Reaktivkomponente: Schwefelsäureester eines ß-Hydroxyethylsulfons


24

Prinzip der Reaktivfärbung:

Farbstoff

o HN'Q1# 0s~q~

o 0

OH

OH

Cellulosefaser

OH

Reaktion:

Da die Reaktion unter basischen Bedingungen

Reaktivhaken Vinylsulfon in-situ darzustellen,

Natriumchlorid und Natriumcarbonatzugesetzt.

ablaufen muß, um den

wird dem Färbebad

Eliminierung

(OH )~

Vinylsulfon

CD = Farbstoffmolekül

Addition

& °s~Q~

o °

HO).-O,9-\,,~

OH

OH


25

Die Reaktivfärbung ist nicht für jede Faser geeignet. Voraussetzung ist das

Vorhandensein einer (oder mehrerer) reaktiven Gruppen:

q Baumwolle

(Cellulose: Glucoseeinheiten)

OH

Primäre Alkohole sind reaktiver als sekundäre, daher sind diese die reaktiven

Stellen der Baumwollfaser.

o

Hydroxy(Threonin)

H~N

HO

Hydroxy(Serin)

(a-Keratin: Polypeptid)

Amino(Lysin)

q Wolle

Bei der Wolle kommen sowohl primäre/sekundäre Alkohole, als auch primäre

Aminogruppen als reaktive Stellen in Frage.

c::> Polyester

(z.B.: R =-CH2-CH2

R1 = -CSH4-

=> Trevira®)


26

Polyester besitzt keine reaktiven Gruppen und ist somit nicht mit

Reaktivfarbstoffen zu färben.

Für die Reaktivfarbstoffe kommen verschiedene Reaktivhaken in Frage. Sie

sind in zwei Gruppen zu unterteilen:

1) Halogensubstituierte Heterocyclen, die eine Substitutionsreaktion mit der

Faser eingehen können (Halogenide als Abgangsgruppen).

o = Farbstoffmolekül

F

0-~N--\

f NCI CI F

N--\CI CI0-~-{ N

N=<0-~

f 'NNHR

N=<S02CH3

2) Vinylsulfone (in-situ-Darstellung), die eine Additionsreaktion mit der Faser

eingehen können.


27

Es gibt Reaktivhaken, die für Wolle und Baumwolle geeignet sind und solche,

die speziell für Wolle .entwickelt worden sind.

Als Chromophor" gibt es ebenfalls ein breites Spektrum, so z.B.:

~ = Reaktivhaken

Azofarbstoffe S03H

OH

orange N=Nr>.

H03S ~---§

TriphendioxazineCI

0

3 Von gr. 'chrornos' =Farbe und gr. 'phoros' =Träger.


28

Man unterscheidet hierbei zwischen mono- und bifunktionellen Farbstoffen, je

nach Anzahl der Reaktivhaken. Bifunktionelle Farbstoffe haben zwei, nicht

unbedingt identische, Reaktivhaken und sind in der Industrie auf dem

Vormarsch. Sie haben den Vorteil, daß die Fixierausbeute, d.h. der Anteil des

Farbstoffes aus dem Färbebad, der an die Faser gebunden ist, größer ist und

somit die Abwasserbelastung geringer ist.

2.5 Transferdruck

Schema: Transferdruck

Hitze + Druck

~-- -- ~--- -- --Papier -- --

Farbfilm... , • , I .. , . , ' . , • ,•• ,~ e .. e •

Faser li/li t7"/~1 iY:~%r

Ausgangszustand Transfer Endzustand

Der Transferdruck eignet sich besonders für Synthetikfasern, speziell für

Polyester. Polyester ist eine hydrophobe Faser ohne funktionelle Gruppen, die

eine kovalente oder salzartige Bindung mit dem Farbstoff eingehen könnten.

Daher eignen sich besonders unpolare und kleine Farbstoffmoleküle für die

Färbung. Da die Färbung aus wässriger Lösung geschieht, werden

Dispersionsfarbstoffe eingesetzt.

Bei Temperaturen über 100 oe sublimiert der Farbstoff durch die plötzliche

Energiezufuhr in die Faser und löst sich dort. Am Ende verbleiben weniger als

20% der Farbstoffe auf dem Papier.


29

Der Transferdruck gewinnt seit seiner Einführung Ende der 6Der Jahre immer

mehr an Bedeutung. Der Vorteil dieses Verfahren ist die absolut

konturenscharfe Übertragung von dem Papier auf die Faser. Auch handelt es

sich um eine besonders umweltfreundliche Methode, da keine

Abwasserbelastung auftritt (das Papier wird anschließend verbrannt).

Versuch 7 Transferdruck

Die benutzten Farbstoffe:

Batifixan® Gelb G

HO

N=N

Batifixan® Rot BF

o

o OH

Batifixan® Blau 2RL

o OH

o HN

Batifixan® Schwarz BN ist eine Mischung aus Gelb, Rot und Blau


30

Die Voraussetzung für die für den Transferdruck geeigneten Farbstoffe ist ein

Sublimierverhalten im Bereich 170-230°C. In diesem Bereich soll der Farbstoff

möglichst schnell und vollständig in die Faser eindringen.

Als Chromophor kommen wieder mehrere in Frage. So z.B. Azofarbstoffe und

Anthrachinonfarbstoffe.


31

ANHANG

I Literaturverzeichnis

• AG Naturwissenschaften - sozial (Hg.): Naturwerkstatt I: Wolle,

Pflanzenfarben, Farben (Materialien für den Unterricht, Bd. 29), Marburg,

1990.

• BAYER AG (Hg.): Berneth, Horst: Farbstoffe, eine Obersicht, Leverkusen,

1996.

• Baeyer, A. et al.: "Darstellung von Indigoblau aus Orthonitrobenzaldehyd". In:

Ber. Dtsch. Chem. Ges., 15 (1882), 2856.

• BASF (Hg.): Färbepraktikum. (Ohne Jahresangabe)

• Beyer, H./Walter, W.: Lehrbuch der Organischen Chemie, Stuttgart: Hirzel,

1991 22.

• Fond der Chemischen Industrie (Hg.): Farbstoffe und Pigmente (Folienserie

des Fonds der Chemischen Industrie, Bd. 15), Frankfurt, 1993 2.

• Haus, Artur: "Der Transferdruck". In: Chemie in unserer Zeit, 12 (1978),41.

• Keune, Hans (Hg.): Chemische Schulexperimente. Bd. 4. Organische

Chemie, Berlin: Volk und Wissen, 1987.

• Kral, Paul: Einfache chemische Experimente für Schule und Ausbildung,

Stuttgart: Klett, 1993 2.

• Leube, H. et al.: .Textütärberel". In: VIImanns Enzyklopädie der technischen

Chemie, Bd. 22, 1982 4,565.

• Pfeil, E. et al.: .Molekülaufbau und Haftung substantiver Farbstoffe auf

Cellulose". In: Angew. Chem., 75 (1963), 407.

• Römpp (Hg.): Römpp Chemie Lexikon, Stuttgart/New York: Thieme, 1995.

• Schallies, Michael: Kunststoffe - Farbstoffe - Waschmittel, Bamberg:

Buchner, 1980.

• Schmidt, Helmut: "Indigo - 100 Jahre industrielle Synthese", In: Chemie in

unserer Zeit, 31 (1997), 121.


32

• Schwedt, Georg: Farbstoffen analytisch auf der Spur, Köln: Aulis, 1996.

• Sich, Kurt: Kollegstufe Chemie. Makromoleküle - Farbstoffe - Heilmittel,

Hannover, Darmstadt, Dortmund, Berlin: Schroedel, 1973.

• Whiting, Mark C.: "Die Farbstoffe in frühen Orientteppichen". In: Chemie in

unserer Zeit, 15 (1980),179.

• Zollinger, Heinrich: "Chemismus der Reaktivfarbstoffe". In: Angew. Chem.,

73 (1961), 125.

11 Übersicht über die Versuche

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

Xanthoproteinreaktion

Indigosynthese nach Baeyer

Küpenfärbung mit Indigo

Direktfärbung mit Kongorot

Färben mit dem Entwicklungsfarbstoff Kupfer - Phthalocyanin

Färben mit dem Reaktivfarbstoff Levafix® Brillantblau E-B

Transferdruck


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111 Versuchsvorschriften

Versuch 1 Xanthoproteinreaktion

Geräte:

2 Demo - Reagenzgläser, 2 25 ml Meßzylinder, Faserproben (Wolle,

Baumwolle)

Chemikalien:

HN03 konz., NaOH

Durchführung:

• Die beiden Proben (Wolle und Baumwolle) im Demo - Reagenzglas mit

HN03 konz. übergießen

• => Gelbfärbung bei Wolle durch Bildung gelber Nitrofarbstoffe

• nach Behandlung mit Natronlauge kommt es zu einer Orangefärbung der

Wolle

Versuch 2 Indigosynthese nach Baeyer

Geräte:

50 ml Erlenmeyerkolben mit Schliff und Stopfen, Pipette

Chemikalien:

o-Nitrobenzaldehyd, Aceton, NaOH aq (3M), Ethanol, Diethylether, H20 dest.


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Durchführung:

• 0,3 g o-Nitrobenzaldehyd in 3 ml Aceton lösen

• mit desto Wasser auf das doppelte Volumen verdünnen

• tropfenweise NaOH (3M) zugeben

• =:> blauer Niederschlag von Indigo

• den blauen Niederschlag mit Ethanol und Diethylether auswaschen

Versuch 3 Küpenfärbung mit Indigo

Geräte:

600 ml Becherglas, Magnetrührer m. Kontaktthermometer, Glasstab, Rührfisch

(3 cm), Faserproben (Wolle, Baumwolle, Polyester)

Chemikalien:

Indigo, NaOH aq konz., Natriumdithionit, H20 desto

Durchführung:

• 1 g Indigo in 50 ml desto Wasser von 60 "C lösen

• 2 ml NaOH aq konz. und

• 2 g Natriumdithionit zugeben

• Rühren bis eine klare gelblich-grüne Lösung entstanden ist (Leukoindigo)

• Faser einige Minuten unter Rühren (Glasstab)" hinzugeben

• Faser abwaschen und trocknen lassen

• => Blaufärbung durch Oxidation auf der Faser

4 Nach Zugabe der Faser empfiehlt es sich, den MagnetrOhrer auszuschalten, und mit einemGlasstab zu rühren. Die Faserproben (v.a. Wolle) könnten sich sonst mit dem Rührfischverwickeln.


~\

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Versuch 4 Direktfärbung mit Kongorot

Geräte:

600 ml Becherglas, Magnetrührer, Glasstab, Rührfisch (3 cm), Siedesteine,

Faserproben (Wolle, Baumwolle, Polyester)

Chemikalien:

Durchführung:

• 0,25 9 Kongorot in 100 ml dest. Wasser von 60 °C lösen

• 15 9 NaCI und

• 0,5 g Natriumcarbonat zugeben

• Faser zugeben und zum Sieden bringen (Glasstab, Siedesteine)

anschI. noch ca. 30 Min im Färbebad belassen, herausnehmen, abwaschen

und trocknen

Versuch 5 Färben mit dem Entwicklungsfarbstoff Kupfer-Phthalocyanin

Geräte:

Demo-Reagenzglas, Petrischale, Filterpapier, Fön, Magnetrührer, 2 10 ml

Meßzylinder, Faserprobe (Baumwolle)

Chemikalien:

Phthalogen® Brillantblau IF3GM (BAYER), Triethylenglykol, Ethanol


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Durchführung:

• 0,5 g Phthalogen® Brillantblau IF3GM im Demo - Reagenzglas mit

• 2 ml Triethylenglykol und

• 4 ml Ethanol lösen

• Faser damit in einer Petrischale übergießen und trocknen (Filterpapier, Fön)

• Stoff auf die heiße Platte (150-200°C) eines Magnetrührers legen

~ Blaufärbung durch Bildung des Kupfer - Phthalocyaninkomplexes

Versuch 6 Färben mit dem Reaktivfarbstoff LEVAFIX® Brillantblau E-B

Geräte:

600 ml Becherglas, M'agnetrührer m. Kontaktthermometer, Glasstab, Rührfisch

(3 cm), Faserproben (Wolle, Baumwolle, Polyester)

Chemikalien:

Levafix® Brillantblau E-B (BAYER), NaCI, Na2C03, H20 desto

Durchführung:

• 0,5 g Levafix® Brillantblau E-B in 100 ml desto Wasser bei Raumtemperatur

lösen

• Faser und 5 9 NaCI zugeben

• 10Min. bei Raumtemperatur mit dem Glasstab rühren

• 2 9 Natriumcarbonat zugeben, umrühren (Glasstab) und 20 Min. bei 40-50°C

färben

• Stoff abspülen und trocknen


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Versuch 7 Transferdruck

Geräte:

Bügeleisen, Pinsel, weißes Papier, Polyesterfaser

Chemikalien:

Batifixan® Farbstoffe (rot, gelb, blau und schwarz) (BASF)

Durchführung:

• mit den Batifixan®-Farbstoffen auf ein Blatt Papier malen

• mit einem Bügeleisen (Einstellung Baumwolle) das Muster von dem Papier

auf die Polyesterfaser bügeln


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