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EP3927879B1 - Method for producing coloured fibrous materials and the use thereof - Google Patents

Method for producing coloured fibrous materials and the use thereof Download PDF

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Publication number
EP3927879B1
EP3927879B1 EP20705968.4A EP20705968A EP3927879B1 EP 3927879 B1 EP3927879 B1 EP 3927879B1 EP 20705968 A EP20705968 A EP 20705968A EP 3927879 B1 EP3927879 B1 EP 3927879B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
vat
dyes
fibres
aramid
urea
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
EP20705968.4A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP3927879A1 (en
Inventor
Andreas Merkel
Frank GÄHR
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Gebr Otto Baumwollfeinzwirnerei & Co Kg GmbH
Original Assignee
Gebr Otto Baumwollfeinzwirnerei & Co Kg GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Gebr Otto Baumwollfeinzwirnerei & Co Kg GmbH filed Critical Gebr Otto Baumwollfeinzwirnerei & Co Kg GmbH
Publication of EP3927879A1 publication Critical patent/EP3927879A1/en
Application granted granted Critical
Publication of EP3927879B1 publication Critical patent/EP3927879B1/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • D06TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06PDYEING OR PRINTING TEXTILES; DYEING LEATHER, FURS OR SOLID MACROMOLECULAR SUBSTANCES IN ANY FORM
    • D06P1/00General processes of dyeing or printing textiles, or general processes of dyeing leather, furs, or solid macromolecular substances in any form, classified according to the dyes, pigments, or auxiliary substances employed
    • D06P1/44General processes of dyeing or printing textiles, or general processes of dyeing leather, furs, or solid macromolecular substances in any form, classified according to the dyes, pigments, or auxiliary substances employed using insoluble pigments or auxiliary substances, e.g. binders
    • D06P1/64General processes of dyeing or printing textiles, or general processes of dyeing leather, furs, or solid macromolecular substances in any form, classified according to the dyes, pigments, or auxiliary substances employed using insoluble pigments or auxiliary substances, e.g. binders using compositions containing low-molecular-weight organic compounds without sulfate or sulfonate groups
    • D06P1/642Compounds containing nitrogen
    • D06P1/649Compounds containing carbonamide, thiocarbonamide or guanyl groups
    • D06P1/6491(Thio)urea or (cyclic) derivatives
    • DTEXTILES; PAPER
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    • D06P3/04Material containing basic nitrogen containing amide groups
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    • D06P3/8204Textiles which contain different kinds of fibres fibres of different chemical nature
    • D06P3/8209Textiles which contain different kinds of fibres fibres of different chemical nature mixtures of fibres containing amide groups
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    • D06P3/8204Textiles which contain different kinds of fibres fibres of different chemical nature

Definitions

  • the invention relates to a process for the production of colored fiber materials based on fiber mixtures containing m-aramid fibers or mixtures containing m-aramid fibers which have been subsequently colored with vat dyes, and the use of the colored fiber materials for the production of articles of clothing.
  • aramid fibers are among the most frequently used fiber types in the field of personal protective clothing, primarily because of their inherently self-extinguishing properties.
  • Known m-aramids are, for example, Nomex® from DuPont de Nemours, Teijinconex® from Teijin or Yantai Newstar® from Yantai.
  • a major problem is the dyeing of textiles made of m-aramid fibers and fiber mixtures containing them.
  • m-aramid fibers can be dyed with selected cationic dyes under high temperature conditions in the exhaust or continuous process (see e.g Fiebig D., Wegr B., Herlinger H.: "One possibility for the continuous coloring of poly-m-phenylene isophthalamide", textilpraxis intern. 49 (1994), 260-262, 265, 266 or the DE 10 2009 039 606 B3 ).
  • the prerequisite is that relatively large amounts of carriers (dyeing accelerators) have to be added to the dyebath. This is mainly due to the fact that the glass transition temperatures (T g ) of m-aramids are very high.
  • the T g is around 270°C.
  • the glass transition temperature is the temperature at which the macromolecules get a certain mobility in the amorphous areas.
  • the T g is relevant in that dye molecules are given the opportunity to diffuse into the fiber interior due to the chain mobility that occurs above the T g .
  • the effect of a carrier is to promote this chain mobility so that, depending on the carrier concentration, coloring is possible at a significantly lower temperature.
  • a piece dyeing of m -aramids is usually carried out at about 120° C., ie under HT (high temperature) conditions, in a weakly acidic medium with the addition of considerable amounts (30-90 g/l) of carrier.
  • HT high temperature
  • the cationic dyeings carried out in production today according to the prior art result in textile samples which are weak in color and only dyed on the surface.
  • the carriers used are usually aromatics. Benzyl alcohol, phenoxypropanol or phenoxyethanol, for example, are frequently used.
  • N-cyclohexylpyrrolidone N-cyclohexylpyrrolidone
  • acetophenone 1,2,4-trichlorobenzene
  • 1-methylnaphthalene o-dichlorobenzene
  • n-butyl benzoate Roberts G. and Solanki R. in J. Soc. dye Col. 95 (1979), 226 and ibid. 427. Due to their generally low solubility in water, the presence of emulsifying agents is necessary so that they can be emulsified in the aqueous dye liquor.
  • Disperse dyes which are dyed according to common formulations for disperse dyeing on aramid with the addition of a carrier show a relatively weak color yield. At the same time, the lightfastness is generally poor, even when using highly lightfast disperse dye types (see F. Gähr, S. Berndt in TextilPlus 2018, issue 5/6, pp. 16-19 ).
  • Vat dyes are commonly used for cellulosic fiber materials when high color fastness is required.
  • the indanthrene dyes developed by BASF Ludwigshafen, which have excellent light fastness properties, are well known here.
  • the general process principles on which the dyeing of cotton with vat dyes is based are known to those skilled in the art.
  • the first step in the dyeing process is the vatting of the water-insoluble dye using suitable reducing agents in an alkaline medium. The water-soluble, molecularly present and generally yellowish leuco form is formed.
  • the molecules of the leuco form have a high affinity especially for cellulose in alkaline medium, so that they are easily absorbed by the cellulose fibre.
  • the cellulose After the cellulose has been drawn down, it is oxidized by atmospheric oxygen (or other oxidizing agents), whereby the water-insoluble dye is reformed and firmly anchored in the pore system of the cellulose.
  • the last step of the dyeing is a post-soaping process, in which dyes adhering to the surface are removed and the brilliance of the dyeing is increased.
  • dye constitution and temperature-dependent affinity of the respective dye to the fiber different variants of the standard method have been developed.
  • vat dyeing procedures that can be of particular interest for the dyeing of synthetic fibers.
  • WO 96/04420 A1 describes the dyeing of textiles made from synthetic fibers with vat dyes in an alkaline medium.
  • a Nomex ® fabric is dyed at 135°C without a carrier.
  • very high amounts of alkali and reducing agents have to be used for this, which in turn leads to extremely severe fiber damage.
  • vat pigments are applied using a pigment padding process and fixed with hot air or superheated steam. Accordingly, the coloring takes place exclusively in the pigment form without the addition of a reducing agent and alkali. Very good light fastness properties are obtained. In order to achieve good color yields, however, the addition of a carrier (benzyl alcohol) is also necessary with this process.
  • a carrier benzyl alcohol
  • the state of the art according to the JP 2010 047850 A deals with colored fiber materials based on colored m-aramid fibers or fiber mixtures containing m-aramid fibers, which are colored with vat dyes and irradiated with lasers.
  • the vat dyes selected according to this prior art are characterized in that they have absorption in the wavelength range of a suitable laser.
  • this means that the aramid is spontaneously heated to temperatures of 300 to 400°C, i.e. also to temperatures above the glass transition temperature.
  • additional fibers since such fibers regularly do not survive a laser treatment unscathed.
  • the EP 0 357 548 A1 relates to a process for dyeing and printing cellulosic fiber materials with vat dyes in the presence of n-diols as reducing agents and alkali, small amounts of organic, water-miscible solvents, for example low molecular weight alcohols, also being used to reduce the vat dyes.
  • organic solvents such as low molecular weight alcohols, ketones, ethers, acetates, glycols, glycol ethers, thioglycols, nitriles, pyridines, lactones, lactams, soramede, ureas, sulfones and sulfoxides.
  • urea is used, albeit as an adjuvant, EP 0 358 548 A1 no indication that this has a positive effect on the dyeing speed and the depth of shade without impairing the color fastness.
  • the corresponding additives which are contained up to a content of 20% by weight based on the cellulose fiber, are successively extracted under the HT conditions of the carrier dyeing necessary for the aramid content. This results in a significant loss of flame resistance of the fiber blend as a whole.
  • Knitted goods lead to unsatisfactory textile properties.
  • Knitted goods are characterized by a significantly higher elasticity than woven fabrics and, especially in the case of clothing textiles, by a lighter and usually softer feel.
  • Knitted fabrics which include knitwear and hosiery, are much more sensitive to mechanical stress than woven fabrics when subjected to thermal or hydrothermal treatment. They lose their elasticity more quickly, which is expressed in the tensile/elongation test with regard to the hysteresis in a reduced springback force and an increased permanent elongation.
  • a particular disadvantage of carrier dyeing is that the dyed m-aramid fibers still contain carrier residues that are difficult to remove by simple washing processes at the end of the finishing chain. This means that at least traces of carrier are often still present in the dyed aramid-containing fibres, yarns or textiles when they are delivered to the customer (see example 1).
  • the object of the present invention is therefore to provide industrial practice with a process for the subsequent coloring of m-aramid fibers and m-aramid-containing fiber mixtures which dispenses with the use of carriers which are harmful to the environment and health and which nevertheless provides good color yields and fastness properties.
  • suitable spinning solvents for m-aramids, which act as carrier-like plasticizers should be ruled out.
  • Another object of the invention is to achieve dyeings in color shades which, according to the prior art, are usually only achieved on m-aramid via dichromisms or trichromisms, with high fastness properties and without using a carrier.
  • the dyeing process according to the invention should also be suitable for lightfast dyeing of knitted goods containing m-aramid, without a significant loss of the elastic properties occurring.
  • the process according to the invention should be able to be carried out on standard dyeing apparatus and machines in the textile industry. In particular, it should allow working in quasi-open dyeing machines.
  • the above objects are achieved by a process for the production of colored fiber materials based on m-aramid fibers or fiber mixtures containing m-aramid fibers dyed subsequently with vat dyes, which is characterized in that the m-aramid fibers are subsequently dyed with vat dyes be colored by a) applying vat dyes in an aqueous dispersion containing urea and/or homologues and/or derivatives of urea directly to the m-aramid fibers or the m-aramid fibers-containing fiber mixtures and then fixing the vat pigment to the Fiber materials is carried out, or b) the vat dyes are converted into the leuco form by adding reducing agents in an alkaline medium, the resulting vat containing urea and/or homologues and/or derivatives of urea and the vat containing the m-aramid fibers or the Fiber mixtures containing m-aramid fibers are brought into contact, the vat dyes are formed by oxidation
  • An essential feature of the process is therefore the addition of urea and/or suitable homologues and/or derivatives of urea to the actual dyeing liquors. It is essential in process step a) as well as in process step b), the urea and/or one or more suitable homologues and/or derivatives of urea before the first step of the dyeing process, namely before the application of the vat dye pigment (process step a)) or the vat dye in the leuco form (process step b)) on the respective fiber material, so that this or this can develop its effect - analogous to a carrier. With this measure, the use of urea as such is particularly advantageous. However, various urea derivatives are also suitable for replacing this, in whole or in part.
  • Urea is very soluble in water. At 5°C 97 g/l and at 25°C 1200 g/l dissolve. In order to satisfactorily achieve the benefit sought according to the invention, the water solubility of the homologues and derivatives of urea should not deviate too far from this. A value of 20 g/l at 20°C could be described as the minimum limit.
  • Urea homologues that are still suitable here include biuret, which is readily soluble in hot water but much less soluble in cold water, namely at 20 g/l at 20°C.
  • N,N'-dimethylurea which is readily soluble in water (765 g/l at 21.5°C).
  • urea derivatives based on substitution are suitable: tetramethyl urea, O-alkyl urea.
  • the type of fibers that are to be subsequently colored is not critical. It is preferred that the m-aramid fibers and the fiber mixtures containing m-aramid fibers are based on fiber tufts, fiber tows, slivers, rovings, yarns, woven fabrics, knitted goods, in particular knitted and warp-knitted fabrics, braids or fleece. It is particularly preferred if the fiber mixtures containing m-aramid contain other fibers that can be dyed with vat dyes, especially in the form of viscose, modal, lyocell, polyamide and/or polypropylene fibers and/or wool.
  • the further fibers mentioned are advantageously formed in that they are inherently flame-retardant and have an LOI according to ASTM D2863 of at least 23, in particular at least 27.
  • the other fibers are advantageously present as cellulose, regenerated cellulose, aliphatic, aliphatic-aromatic and aromatic polyamide and/or polyester fibers. If other fibers are used, it is advantageous if these account for about 1 to 75% by weight, in particular about 5 to 60% by weight, based on the total weight of the fiber mixtures.
  • the particle size of the vat dyes in process step a), which are used in pigment form, is not critical. It is expedient if these have a particle size of about 0.1 to 3 ⁇ m, preferably about 0.1 to 1.5 ⁇ m, in particular about 0.2 to 0.8 ⁇ m, in process step a).
  • vat dyes are used in the form of indigo, indigo derivative, anthraquinone, anthraquinoneoxazole, anthraquinonecarbazole, indanthrone, flavanthrone, benzanthrone or pyranthrone dyes or sulfur dyes.
  • preferred vat dyes are identified as CI Vat Green 1, Vat Green 13, CI Vat Red 32, CI Vat Red 10, CI Vat Blue 4, CI Vat Blue 20, CI Vat Yellow 28, CI Vat Orange 29, CI Vat Brown 9, CI Vat Black 9 and/or CI Sulfur Black 9 are used.
  • the invention is also not subject to any critical limitations when the aqueous dispersion is applied in process step a) and the vat in process step b). It is considered preferred that the aqueous dispersion in process step a) and the vat in process step b) are applied continuously with a padder, a squeegee or a doctor blade, or that the contacting with the fiber material is carried out in the form of a discontinuous exhaust process. It is also preferred that the aqueous dispersion in step a) and the vat in step b) contain about 0.1 to 10 mol/l, in particular 1 to 5 mol/l and particularly preferably 2 to 4 mol/l urea and/or Contain urea derivative. For the broader range of about 0.1 to 10 mol/l, the following advantageous framework conditions also apply: 0.4 to 10 mol/l, preferably 0.6 to 10 mol/l and in particular 0.8 to 10 mol/l.
  • the concentration of the vat dyes in the aqueous dispersion after process step a) or in the alkaline medium after process step b) it is preferred that in the aqueous dispersion of process step a) the vat dyes are present in a concentration of 1.5 to 110 g/ l, in particular from 5 to 60 g/l, and in the alkaline medium in process step b) in a concentration of from 0.05 to 30 g/l, in particular from 0.2 to 20 g/l.
  • An advantageous development of the process according to the invention consists in carrying out a post-soaping step after formation of the vat dyes in process step b).
  • the fixing of the vat dyes in process step a) and process step b) is carried out as a) dry heat fixing between 140 and 260 ° C, in particular between 170 and 220°C, (thermosol process), b) steam setting at a temperature between 100 and 160°C, in particular between 110 and 155°C, and/or c) exhaust dyeing between 70 and 150°C, in particular between 98 and 125 °C
  • the process according to the invention can be carried out on many standard dyeing apparatus and machines in the textile industry. These include discontinuous processes which are carried out in the form of exhaust or piece dyeing using liquor ratios customary in practice. For example, a jigger, a winch or a dye jet can be used for exhaust dyeing. Other dyeing methods of piece dyeing or yarn dyeing, such as dyeing on the beam or on the bobbin, are particularly advantageous embodiments of the method according to the invention.
  • dyeing is preferably carried out from the vat and under HT conditions in suitable overpressure containers.
  • the leuco dye is first vatted in an alkaline medium by adding a reducing agent, then brought into contact with the fiber material and oxidized or fixed after uniform absorption.
  • the alkaline medium is preferably brought to a pH of 9 to 13.5, in particular with sodium hydroxide solution, potassium hydroxide solution and/or ammonia from 10 to 11.
  • the vatting is preferably carried out with a reducing agent in the form of an HT-stable formaldehyde sulfoxylate or hydroxymethane sulfinate.
  • the oxidation or re-oxidation of the leuco dye is preferably carried out using hydrogen peroxide or atmospheric oxygen.
  • the leuco dye located on the fiber is expediently fixed by means of suitable measures, with various advantageous options being available, such as dry heat fixing, steam fixing and dyeing. These measures are discussed below.
  • the above application method corresponds to the prior art, but with the difference that the dyeing liquors contain urea or suitable urea derivatives instead of a carrier.
  • the dyeing liquors contain urea or suitable urea derivatives instead of a carrier.
  • the vatting is dispensed with.
  • the fiber materials containing m-aramid are first impregnated with the urea-containing vat dye liquor using a suitable applicator.
  • the dye liquors are also referred to as padding liquors.
  • Padding liquor is understood to be a highly concentrated solution of one or more dyes, with which a textile web is impregnated using a suitable application device. Suitable application devices are, for example, a foulard, a squeegee, roller or doctor blade systems.
  • a padder is preferably used in the method according to the invention.
  • Process a) is preferred for the continuous procedure. However, working according to method b) is not excluded.
  • the dye is then fixed by heat treatment when working according to the preferred process variant a).
  • the actual fixing reaction of the dye in the m -aramid fiber takes place according to the usual industrial processes using dry heat at temperatures between 150 and 250°C or using superheated steam at 120 to 170°C.
  • the heat treatment is carried out by the usual methods textile equipment. These are known to the person skilled in the art and can be varied in design and adapted to the respective situation in operation. It can be carried out, for example, by the pad steam method (pad steaming method) or by the pad dry method (pad dry heat setting method). These continuous methods can be carried out, for example, with a damper or a clamping frame or a roller skid.
  • urea acts as a moisture-regulating medium due to its hygroscopicity.
  • a constant moist level on the fiber surface is maintained for a relatively long time, so that drying out is avoided and an environment favorable for dye diffusion is thus maintained.
  • process variant b) is used for the continuous process, the dye liquor is vatted before it is applied to the fiber material.
  • the heat treatment is technically carried out according to the possibilities presented in the previous section.
  • the fixation reaction in the fiber occurs through subsequent oxidation of the applied dye by suitable oxidizing agents (see above), thereby converting the dye to its insoluble form.
  • the m-aramid materials colored by the process according to the invention are distinguished by good to very good color fastness.
  • the fastness properties are not adversely affected by the addition of urea. This is due to the fact that the urea is completely removed in the washing processes after the dyeing, while more or less large amounts can still be analytically detected with conventional carriers, depending on the intensity of the washing processes (see example 1).
  • Particular carriers to be mentioned are benzyl alcohol, 2-phenoxyethanol, acetophenone, phenols such as o-phenylphenol or chlorocresols.
  • the amount of carrier that can be determined analytically by chromatography in the colored m-aramid fibers produced according to the invention is therefore below the detection limit, but is ⁇ 0.1 ppm.
  • vat pigment process Particularly good light fastness grades are possible with the vat pigment process.
  • the combination of a foulard and a tenter is suitable as the preferred process for the vat pigment dyeing of m -aramid.
  • concentration of the vat dye pigments and the urea in the dye liquor can be varied over a wide range.
  • the concentration of the vat dye pigments is generally based on the usual specifications. These include the depth of color to be achieved and the desired shade.
  • the preferred urea concentration in the padding liquor is between 0.1 mol I -1 and 6.5 mol I -1 , preferably between 1.5 and 4 mol I -1 and particularly preferably between 2.3 and 3.5 mol I -1 .
  • the dye liquor according to the invention may contain other auxiliaries. Mention should be made of migration inhibitors, leveling aids, defoamers, softening aids, complexing agents and sequestering agents, and salts. Other additives are not excluded, provided they do not adversely affect the stability of the dye liquor.
  • the light fastness of the m-aramid-containing fiber materials colored according to the invention is at least 4-5, their fastness to washing is at least 4-5 and/or their fastness to rubbing is at least 3.
  • Commercial vat dyes can be used to implement the invention.
  • the colored fibers produced by the process according to the invention no longer contain any spinning solvents, since these are largely extracted from the fibers in the course of the dyeing and the subsequent scouring.
  • Spinning solvents which may be mentioned in particular are spinning solvents which are harmful to health or classified as CMR substances, such as dimethylacetamide, dimethylformamide or dimethylimidazolidinone.
  • the spinning solvent content in the m-aramid fibers dyed according to the invention is less than 1 ppm.
  • a further advantage of the process according to the invention is that the elastic properties of the dyed m-aramid-containing textiles are largely retained. Because of the milder fixing conditions that prevail, the process according to the invention is therefore also particularly suitable for dyeing knitted goods.
  • the effect of carriers leads to increased swelling of the fibers and mobility of the molecular chains of the m-aramids under the hydrothermal conditions of HT dyeing. After drying, knitwear therefore generally has a stiffer handle and reduced elasticity, which is perceived as a problem.
  • this swelling step is no longer necessary in the process according to the invention.
  • Substances with a hydrotropic effect, such as urea only have a marginal effect on fiber swelling in m-aramid fibers, so that the elasticity of the knitted goods obtained with the claimed dyeing process is largely retained (see Example 6).
  • LOI Limiting Oxygen Index
  • the teaching according to the invention includes urea or a suitable urea derivative as an essential component in the dyeing formulations.
  • Urea and urea derivatives serve as a substitute for the toxic carriers that are usually used.
  • the required amount used is preferably in a range that is also customary for carriers (50-100 g/l).
  • Example 2 below (Table 7).
  • the determined maximum in relation to the depth of color is around 2 mol/l urea (corresponding to 120 g/l). It is assumed that the urea - similar to a carrier - promotes fiber swelling and thus dye absorption.
  • Tests in the range from 6 to 60 g/l showed depths of color for olive (Ci. Wet Vat Green 26) according to Table 7 below. Reference is made to Examples 6 and 7 below for carrying out the tests.
  • the fiber materials dyed with carrier, oxidized and rinsed were extracted with isopropanol in a Soxhlet extractor and the content of benzyl alcohol in the extracts was determined by means of HPLC. Based on the fiber weight, the amount of benzyl alcohol is on average 0.33% by weight ( ⁇ 0.3% by weight).
  • Nomex ( R) III from DuPont du Nemours consisting of 95% Nomex (R) , 5% Kevlar (R ) (p-aramid) was used for the tests.
  • the fabric had a basis weight of 262 g/m 2 and moderate crystallinity.
  • Color depth was determined using K/S values; for dye liquor 7 (Pantone) at 500 nm and for dye liquor 8 (olive) at 440 nm.
  • the light fastness grades achieved for the urea-free dye liquors Nos. 9-7 and 9-8 are given in brackets in Table 4b.
  • ⁇ u>Table ⁇ /u> 4a Color depths (K/S values) color liquor Shade Pantone K/S (500) Shade olive K/S (440 nm) 7 2.37 - 8th - 4.10 9-7 / 9-8 0.82 1:13 dye liquor lightfastness grade 7 (Pantone) 5-6 (4-5) 8 (olive) 5-6 (4)
  • Example 5 (Dyeing of a highly crystalline m-aramid by the pad-dry, thermosol or pad-dry process on the stenter, process step a))
  • a fabric with the designation Nomex® 450 from DuPont de Nemours was used for the tests, consisting of 100% m-aramid with high crystallinity.
  • the weight per unit area was 140 g/m 2 , the yarn count was Nm 60/2.
  • the dyeing formulations corresponded to those from Example 4.
  • the liquor pick-up was 74%.
  • the dyeings were pre-dried and fixed on a tenter at 100° C./2 min, respectively. 180°C / 3 min.
  • Example 6 Dyeing of a Nomex® Comfort knitted fabric on the stenter/process step a)) A Nomex® Comfort knitted fabric consisting of 93% Nomex® , 5% Kevlar® and 2% antistatic fibers was used.
  • the liquor pickup was 93%.
  • the pre-drying and fixing of the dyeings took place on a tenter at 100° C./2 min and 180° C./3 min.
  • the amount of urea in the liquors was 150 g/l in each case (similarly to Example 4).
  • Hysteresis measurements were carried out on the differently treated knitwear using a tensile tester (universal tensile tester from Zwick). The force at 38% elongation and the residual elongation after relief were determined. In accordance with DIN 53835-13, stretching/relief cycles were carried out with a specified yield strength of 38%. The mean values from 5 individual determinations were determined in each case.
  • Example 7 (concentration series of urea/process step a))
  • Example 8 (dyeing of a fiber mixture)
  • the two dye liquors 7 and 8 were used.
  • the liquor pickup was 70%.
  • the pre-drying and fixing of the dyeings took place analogously to Example 5 in a tenter at 100° C./2 min or 180° C./3 min.
  • the fiber blend fabric from Example 8 was used and, as described in Example 1 using the vat process, with the urea-containing dye liquor 1 and the benzyl alcohol-containing dye liquor 1-BA in the exhaust process on the dyeing beam (laboratory dyeing machine "Turbomat" from Ahiba) at a liquor ratio of 1:12 colored.
  • a dyeing of the fiber material without addition of urea or carrier was dyed under identical parameters (dye liquor 1-0). Then, as described in Example 1, it was oxidized, resoaped and rinsed. After drying and conditioning in a standard climate, the Limiting Oxygen Index of the colored materials was determined in accordance with ASTM D2863. ⁇ u>Table ⁇ /u> 9: Limiting Oxygen Index dye liquor LOI 1 (with urea) 31:6 1 BA 27.9 1-0 33.4

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung farbiger Fasermaterialien auf der Basis von mit Küpenfarbstoffen nachträglich eingefärbten m-Aramid-Fasern oder m-Aramid-Fasern enthaltenden Fasermischungen sowie die Verwendung der farbigen Fasermaterialien zur Herstellung von Bekleidungsstücken.The invention relates to a process for the production of colored fiber materials based on fiber mixtures containing m-aramid fibers or mixtures containing m-aramid fibers which have been subsequently colored with vat dyes, and the use of the colored fiber materials for the production of articles of clothing.

Aramidfasern gehören im Bereich der persönlichen Schutzbekleidung vor allem aufgrund ihrer inhärent selbstverlöschenden Eigenschaften zu den mengenmäßig am häufigsten verwendeten Faserarten. Bekannte m-Aramide sind zum Beispiel Nomex® der Fa. DuPont de Nemours, Teijinconex® der Fa. Teijin oder Yantai Newstar® der Fa. Yantai. Ein großes Problem stellt die Anfärbung von Textilien aus m-Aramidfasern sowie diese enthaltenden Fasermischungen dar. Grundsätzlich lassen sich m-Aramidfasern mit ausgewählten kationischen Farbstoffen unter Hochtemperatur-Bedingungen im Auszieh- oder Kontinueverfahren färben (siehe z.B. Fiebig D., Küster B., Herlinger H.: "Eine Möglichkeit zur kontinuierlichen Färbung von Poly-m-phenylenisophthalamid", textilpraxis intern. 49 (1994), 260-262, 265, 266 oder die DE 10 2009 039 606 B3 ). Voraussetzung ist, dass dem Färbebad relativ hohe Mengen an Carriern (Färbebeschleunigern) zugesetzt werden müssen. Dies ist vor allem der Tatsache geschuldet, dass die Glasumwandlungstemperaturen (Tg) von m-Aramiden sehr hoch liegen. Für Poly-m-phenylenisophthalamid als typisches m-Aramid liegt der Tg bei ca. 270°C. Die Glasumwandlungstemperatur ist bei Polymeren die Temperatur, ab der die Makromoleküle in den amorphen Bereichen eine gewisse Beweglichkeit bekommen. Färbetechnisch ist der Tg dahingehend relevant, dass Farbstoffmoleküle aufgrund der eintretenden Kettenbeweglichkeit oberhalb des Tg die Möglichkeit bekommen, ins Faserinnere zu diffundieren. Die Wirkung eines Carriers besteht darin, diese Kettenbeweglichkeit zu fördern, so dass Färbungen, je nach Carrierkonzentration, bei deutlich tieferer Temperatur ermöglicht werden. Nach Roberts und Solanki (J. Soc. Dyers Col. 95 (1979), 226 und ibid. 427) führt die Wirkung eines Carriers zu einer Plastifizierung des Polymers bei gleichzeitiger Herabsenkung des Tg. Ein ähnlicher Effekt tritt ein, wenn den Färbebädern Lösemittel zugesetzt werden, die beim Erspinnen der m-Aramide relevant sind, also zum Beispiel Dimethylacetamid (siehe z.B. Moore R. F., Weigmann H.-J.: "Dyeability of Nomex Aramid Yarn", Textile Res. J. 56 (1986), 254-260 ), 1,3-Dimethylimidazolidinon oder ausgewählte ionische Flüssigkeiten. Für die praktische Anwendung in der Färberei verbieten sich jedoch solcherlei Zumischungen.In terms of quantity, aramid fibers are among the most frequently used fiber types in the field of personal protective clothing, primarily because of their inherently self-extinguishing properties. Known m-aramids are, for example, Nomex® from DuPont de Nemours, Teijinconex® from Teijin or Yantai Newstar® from Yantai. A major problem is the dyeing of textiles made of m-aramid fibers and fiber mixtures containing them. In principle, m-aramid fibers can be dyed with selected cationic dyes under high temperature conditions in the exhaust or continuous process (see e.g Fiebig D., Küster B., Herlinger H.: "One possibility for the continuous coloring of poly-m-phenylene isophthalamide", textilpraxis intern. 49 (1994), 260-262, 265, 266 or the DE 10 2009 039 606 B3 ). The prerequisite is that relatively large amounts of carriers (dyeing accelerators) have to be added to the dyebath. This is mainly due to the fact that the glass transition temperatures (T g ) of m-aramids are very high. For poly-m-phenylene isophthalamide as a typical m -aramid, the T g is around 270°C. For polymers, the glass transition temperature is the temperature at which the macromolecules get a certain mobility in the amorphous areas. In terms of dyeing, the T g is relevant in that dye molecules are given the opportunity to diffuse into the fiber interior due to the chain mobility that occurs above the T g . The effect of a carrier is to promote this chain mobility so that, depending on the carrier concentration, coloring is possible at a significantly lower temperature. After Roberts and Solanki (J. Soc. Dyers Col. 95 (1979), 226 and ibid. 427), the effect of a carrier leads to plasticization of the polymer with a simultaneous reduction in the T g . A similar effect occurs when solvents are added to the dyebaths that are relevant when spinning the m-aramids, for example dimethylacetamide (see e.g Moore RF, Weigmann HJ: "Dyeability of Nomex Aramid Yarn", Textile Res. J. 56 (1986), 254-260 ), 1,3-dimethylimidazolidinone or selected ionic liquids. However, such admixtures are not suitable for practical use in dyeing.

Carrierfärbungencarrier stains

Üblicherweise wird eine Stückfärbung von m-Aramiden bei etwa 120°C, also unter HT(Hochtemperatur)-Bedingungen, im schwach sauren Milieu unter Zusatz erheblicher Mengen (30-90 g/l) an Carrier durchgeführt. Ohne Zusatz eines Carriers in der Färbeflotte resultieren bei den nach dem Stand der Technik heutzutage in der Produktion durchgeführten kationischen Färbungen farbschwache, nur oberflächlich angefärbte Textilmuster. Bei den verwendeten Carriern handelt es sich in der Regel um Aromaten. Häufig eingesetzt werden z.B. Benzylalkohol, Phenoxypropanol oder Phenoxyethanol. Weitere Verbindungen, die die Wirkung eines Carriers entfalten können, sind N-Cyclohexylpyrrolidon, Acetophenon, 1,2,4-Trichlorbenzol, 1-Methylnaphthalin, o-Dichlorbenzol oder n-Butylbenzoat ( Roberts G. und Solanki R. in J. Soc. Dye. Col. 95 (1979), 226 und ibid. 427). Aufgrund ihrer im Allgemeinen geringen Wasserlöslichkeit ist die Anwesenheit von Emulgierhilfsmittel erforderlich, damit diese in den wässrigen Farbstoffflotten emulgiert werden.A piece dyeing of m -aramids is usually carried out at about 120° C., ie under HT (high temperature) conditions, in a weakly acidic medium with the addition of considerable amounts (30-90 g/l) of carrier. Without the addition of a carrier in the dyeing liquor, the cationic dyeings carried out in production today according to the prior art result in textile samples which are weak in color and only dyed on the surface. The carriers used are usually aromatics. Benzyl alcohol, phenoxypropanol or phenoxyethanol, for example, are frequently used. Other compounds that can develop the effect of a carrier are N-cyclohexylpyrrolidone, acetophenone, 1,2,4-trichlorobenzene, 1-methylnaphthalene, o-dichlorobenzene or n-butyl benzoate ( Roberts G. and Solanki R. in J. Soc. dye Col. 95 (1979), 226 and ibid. 427). Due to their generally low solubility in water, the presence of emulsifying agents is necessary so that they can be emulsified in the aqueous dye liquor.

Bei allen zur Verfügung stehenden Carriern handelt es sich um gesundheits- und umweltgefährdende Stoffe. In der Praxis der Carrierfärbung sind daher weitreichende und teure Maßnahmen erforderlich, um Emissionen von Carriern in die Luft und ins Abwasser zu minimieren. Gleichzeitig bedeutet dieses kritische Emissionsverhalten eine deutliche Einschränkung in Bezug auf die zur Verfügung stehenden Färbeverfahren. Gefärbt wird üblicherweise in geschlossenen, Hochtemperatur- und Überdruck-geeigneten Apparaten. Färbungen in quasi offenen Systemen wie zum Beispiel in einem Dämpfer oder auf einem Spannrahmen sind praktisch nicht möglich. Ein weiterer Nachteil ist, dass die Lichtechtheit der mit kationischen Farbstoffen und Carriern gefärbten Aramidmuster mangelhaft ist, was für viele Applikationen nicht genügend ist. Dispersionsfarbstoffe, die nach gängigen Rezepturen für Dispersionsfärbungen auf Aramid mit Carrierzusatz gefärbt werden, zeigen eine relativ schwache Farbausbeute. Gleichzeitig sind die Lichtechtheiten, selbst bei Verwendung von hochlichtechten Dispersionsfarbstofftypen, generell schlecht (siehe F. Gähr, S. Berndt in TextilPlus 2018, Heft 5/6, S. 16-19 ).All available carriers are substances that are hazardous to health and the environment. Extensive and expensive measures are therefore necessary in the practice of carrier dyeing in order to minimize emissions of carriers into the air and into the waste water. At the same time, this means critical Emission behavior is a clear limitation with regard to the available dyeing processes. Dyeing is usually carried out in closed apparatus suitable for high temperatures and overpressure. Dyeing in quasi-open systems, such as in a steamer or on a stenter, is practically impossible. A further disadvantage is that the light fastness of the aramid samples dyed with cationic dyes and carriers is poor, which is insufficient for many applications. Disperse dyes which are dyed according to common formulations for disperse dyeing on aramid with the addition of a carrier show a relatively weak color yield. At the same time, the lightfastness is generally poor, even when using highly lightfast disperse dye types (see F. Gähr, S. Berndt in TextilPlus 2018, issue 5/6, pp. 16-19 ).

Verfahren der FaservorbehandlungFiber pretreatment process

Weitere nach dem Stand der Technik beschriebene Alternativen zielen auf die Vorbehandlung der Faser durch geeignete Maßnahmen ab, die eine erhöhte Affinität der Faseroberfläche zu verschiedenen Farbstoffen auslösen. In DE 43 35 717 A1 wird die Behandlung von aromatischen Polyamiden in einer alkoholischen Lösung eines hydrolysierbaren Alkoxysilans wie (3-Triethoxysilylpropyl)octadecyl-dimethyl-ammonium-chlorid beschrieben. Das ausgerüstete, kationisierte Fasermaterial kann danach reaktiv gefärbt werden. Nachteile des Verfahrens sind zum einen die lösemittelbasierte Prozessführung, zum anderen werden aufgrund der Kationisierung und der dadurch erzeugten Randfärbungen mangelhafte Farbechtheiten erhalten. In Melliand Textilber. 4/2018, 159-161 wird die Möglichkeit der Ausrüstung von Aramiden mit Polyvinylamin zur Verbesserung der UV-Beständigkeit und Färbbarkeit beschrieben. Die mit anionischen Farbstoffen erzielbaren Farbechtheiten, insbesondere die Licht- und Reibechtheit, sind aber auch bei diesem Verfahren aufgrund der Randfärbung mangelhaft. Auch physikalische Vorbehandlungsmaßnahmen, wie z.B. eine Faseraktivierung durch Plasmen, sind zwar generell von Interesse, jedoch sind die Farbechtheiten auch hier äußerst unbefriedigend. Die Wirkung des Plasmas bleibt auf die Faseroberfläche beschränkt (ca. 4-10 nm), so dass Randfärbungen die Regel sind und infolgedessen fast zwangsläufig schlechte Echtheiten resultieren.Other alternatives described in the prior art are aimed at pretreating the fiber using suitable measures that trigger an increased affinity of the fiber surface for various dyes. In DE 43 35 717 A1 describes the treatment of aromatic polyamides in an alcoholic solution of a hydrolyzable alkoxysilane such as (3-triethoxysilylpropyl)octadecyldimethylammonium chloride. The finished, cationized fiber material can then be reactively dyed. Disadvantages of the process are, on the one hand, the solvent-based process control, and on the other hand, poor color fastness is obtained due to the cationization and the resulting edge coloring. In Melliand Textilber. 4/2018, 159-161 describes the possibility of equipping aramids with polyvinylamine to improve UV resistance and colorability. However, the color fastness that can be achieved with anionic dyes, in particular light fastness and rubbing fastness, is also unsatisfactory in this process because of the edge coloring. Physical pre-treatment measures, such as fiber activation by plasma, are generally of interest, but here too the color fastness is extremely unsatisfactory. The effect of the plasma is limited to the fiber surface (approx. 4-10 nm), so that edge coloring is the rule and consequently poor fastness results almost inevitably.

Küpen- und KüpenpigmentfärbungVat and vat pigment dyeing

Als Alternative zum Färben mit kationischen (basischen) Farbstoffen sind im Stand der Technik Ansätze beschrieben, m-Aramide mit Küpenfarbstoffen einzufärben. Küpenfarbstoffe werden gewöhnlich für cellulosische Fasermaterialien verwendet, und zwar dann, wenn hohe Farbechtheiten gefordert sind. Bekannt sind hier die von der BASF Ludwigshafen entwickelten Indanthrenfarbstoffe, die exzellente Lichtechtheiten aufweisen. Die allgemeinen Verfahrensprinzipien, die dem Färben von Baumwolle mit Küpenfarbstoffen zugrunde liegen, sind dem Fachmann bekannt. Erster Schritt des Färbeprozesses ist die Verküpung des wasserunlöslichen Farbstoffes durch geeignete Reduktionsmittel in alkalischem Medium. Es entsteht die wasserlösliche, molekular vorliegende und im Allgemeinen gelblich erscheinende Leukoform. Speziell zur Cellulose besitzen die Moleküle der Leukoform im Alkalischen eine hohe Affinität, so dass sie gut auf die Cellulosefaser aufziehen. Nach dem Aufziehen erfolgt die Oxidation durch Luftsauerstoff (oder andere Oxidationsmittel), wodurch sich der wasserunlösliche Farbstoff zurückbildet und dabei im Porensystem der Cellulose fest verankert wird. Letzter Schritt der Färbung ist ein Nachseifprozess, bei dem oberflächlich anhaftende Farbstoffe entfernt werden und auch die Brillanz der Färbung gesteigert wird. Je nach Redoxpotenzial, Farbstoffkonstitution und temperaturabhängiger Affinität des jeweils zu betrachtenden Farbstoffs zur Faser haben sich unterschiedliche Varianten des Standardverfahrens entwickelt. Neben diesem Standardprozess gibt es noch einige besondere Verfahrensweisen der Küpenfärbung, die speziell für die Kolorierung synthetischer Fasern interessant sein können. In der WO 96/04420 A1 ist das Färben von Textilien aus Synthesefasern mit Küpenfarbstoffen im alkalischen Medium beschrieben. Die Färbung eines Nomex®-Gewebes läuft bei 135°C ab, und zwar ohne Carrier. Dafür müssen jedoch sehr hohe Mengen an Alkali und Reduktionsmittel eingesetzt werden, was wiederum zu einer extrem starken Faserschädigung führt.As an alternative to dyeing with cationic (basic) dyes, approaches for dyeing m-aramids with vat dyes are described in the prior art. Vat dyes are commonly used for cellulosic fiber materials when high color fastness is required. The indanthrene dyes developed by BASF Ludwigshafen, which have excellent light fastness properties, are well known here. The general process principles on which the dyeing of cotton with vat dyes is based are known to those skilled in the art. The first step in the dyeing process is the vatting of the water-insoluble dye using suitable reducing agents in an alkaline medium. The water-soluble, molecularly present and generally yellowish leuco form is formed. The molecules of the leuco form have a high affinity especially for cellulose in alkaline medium, so that they are easily absorbed by the cellulose fibre. After the cellulose has been drawn down, it is oxidized by atmospheric oxygen (or other oxidizing agents), whereby the water-insoluble dye is reformed and firmly anchored in the pore system of the cellulose. The last step of the dyeing is a post-soaping process, in which dyes adhering to the surface are removed and the brilliance of the dyeing is increased. Depending on the redox potential, dye constitution and temperature-dependent affinity of the respective dye to the fiber, different variants of the standard method have been developed. In addition to this standard process, there are also some special vat dyeing procedures that can be of particular interest for the dyeing of synthetic fibers. In the WO 96/04420 A1 describes the dyeing of textiles made from synthetic fibers with vat dyes in an alkaline medium. A Nomex ® fabric is dyed at 135°C without a carrier. However, very high amounts of alkali and reducing agents have to be used for this, which in turn leads to extremely severe fiber damage.

Gähr und Berndt beschreiben in TextilPlus 2018, Heft 5/6, S. 16-19 ein Leuko-HT-Verfahren, welches an den oben beschriebenen Prozess des Küpenfärbens von Baumwolle angelehnt ist. Jedoch sind zum Färben von Artikeln aus 100% m-Aramid sowie z.B. Nomex® Comfort (93% m-Aramid, 5% p-Aramid und 2% Antistatikfaser), analog zur Färbung mit kationischen Farbstoffen, HT-Bedingungen (115°C) sowie der Zusatz eines Carriers notwendig. Die resultierenden Textilmuster sind bei Carrierzusatz farbtief. Die Lichtechtheiten liegen ohne Carrierzusatz je nach Farbstoff auf einem deutlich höheren Niveau als bei kationisch gefärbten Aramiden. Der Zusatz eines Carriers im Färbebad führt, analog der kationischen Färbung, generell zu deutlich verbesserten Farbausbeuten, gleichzeitig ergeben sich durch den Carrier jedoch Einbußen in der Lichtechtheit um 1-2 Notenpunkte.Gähr and Berndt describe in TextilPlus 2018, issue 5/6, pp. 16-19 a Leuco-HT process, which is based on the cotton vat dyeing process described above. However, for dyeing articles made of 100% m-aramid as well as, for example, Nomex ® Comfort (93% m-aramid, 5% p-aramid and 2% antistatic fibre), similar to dyeing with cationic dyes, HT conditions (115°C) and the addition of a carrier necessary. The resulting textile samples are deep in color when the carrier is added. Without the addition of a carrier, the lightfastness is, depending on the dye, at a significantly higher level than with cationically dyed aramids. The addition of a carrier to the dyebath generally leads, analogously to cationic dyeing, to significantly improved color yields, but at the same time the carrier results in losses in lightfastness of 1-2 points.

In der US 6,942,706 B2 wird für die Färbung von synthetischen Fasern ein Verfahren auf der Basis von Küpensäuren beschrieben, das angeblich geeignet ist, hohe Farbtiefen und Waschechtheiten zu liefern. Hierbei werden die Fasern mit Leukoküpensäuren unter geeigneten Bedingungen behandelt. Entscheidender Faktor ist das Aufrechterhalten eines schwach sauren Reduktionsmilieus, wobei spezielle Reduktionsmittelzumischungen gepaart mit kontrollierten Nachsätzen an Citronensäure einzuhalten sind. Wie Gähr und Berndt (s.o.) beim Vergleich der verschiedenen Verfahren festgestellt haben, liegen die anhand der K/S-Werte bestimmten Farbtiefen bei Weglassen des Carriers für das Küpensäureverfahren stets niedriger als beim Leuko-HT-Verfahren. Weiterhin verschlechtern sich in Gegenwart eines Carriers auch hier die Lichtechtheitsnoten deutlich.In the U.S. 6,942,706 B2 a process based on vat acids is described for the dyeing of synthetic fibers which is said to be suitable for delivering high depths of color and fastness to washing. Here, the fibers are treated with leuco vat acids under suitable conditions. The decisive factor is maintaining a weakly acidic reducing environment, whereby special reducing agent admixtures coupled with controlled additions of citric acid must be observed. As Gähr and Berndt (see above) found when comparing the different processes, the color depths determined using the K/S values are always lower for the vat acid process than for the leuco-HT process if the carrier is omitted. Furthermore, in the presence of a carrier, the light fastness grades also deteriorate significantly here.

In der DE 10 2015 114 501 A1 ist ein Verfahren beschrieben, welches ohne den Verküpungsschritt arbeitet. Die Küpenpigmente werden nach einem Pigment-Klotzverfahren appliziert und mit Heißluft oder Heißdampf fixiert. Die Färbung findet demnach ausschließlich in der Pigmentform ohne Zugabe eines Reduktionsmittels und Alkali statt. Es werden sehr gute Lichtechtheiten erhalten. Um gute Farbausbeuten zu erzielen, ist aber auch nach diesem Verfahren der Zusatz eines Carriers (Benzylalkohol) notwendig.In the DE 10 2015 114 501 A1 a method is described which works without the vatting step. The vat pigments are applied using a pigment padding process and fixed with hot air or superheated steam. Accordingly, the coloring takes place exclusively in the pigment form without the addition of a reducing agent and alkali. Very good light fastness properties are obtained. In order to achieve good color yields, however, the addition of a carrier (benzyl alcohol) is also necessary with this process.

Im Einzelnen geht aus der DE 19 2915 114501 A1 noch hervor ein Verfahren zur Herstellung farbiger Textilien auf der Basis von mit Küpenfarbstoffen nachträglich eingefärbten m-Aramid-Fasern oder m-Aramid enthaltenden Fasermischungen, insbesondere zur Herstellung von farbigen Textilien, wobei die Textilien, insbesondere in Form von Geweben, Maschenwaren und Vlies, zur Einfärbung mit Küpenfarbstoffen behandelt werden, indem a) die Küpenfarbstoffe direkt als Küpenpigment auf die Fasern des m-Aramids bzw. der m-Aramid enthaltenden Fasermischungen aufgebracht werden und anschließend eine Fixierung des Küpenpigments durchgeführt wird oder b) die Küpenfarbstoffe vor Inkontaktbringen mit den m-Aramid-Fasern oder den m-Aramid enthaltenden Fasermischungen durch Zusatz von Reduktionsmitteln in alkalischem Medium in die Leukoform überführt werden, die dabei erhaltene Küpe auf das Textil aufgebracht, der Küpenfarbstoff oxidativ aus der Leukoform gebildet und anschließend eine Fixierung des Küpenfarbstoffs auf den Fasern durchgeführt wird. Der Einbezug von Harnstoff und/oder Homologen und/oder Derivaten von Harnstoff in Küpenfarbstoffe enthaltenden wässrigen Dispersionen wird nicht angesprochen.In detail goes from the DE 19 2915 114501 A1 still emphasizes a process for the production of colored textiles based on m-aramid fibers or m-aramid-containing fiber mixtures subsequently dyed with vat dyes, in particular for the production of colored textiles, the textiles, in particular in the form of woven fabrics, knitted goods and fleece, for Coloring with vat dyes are treated by a) applying the vat dyes directly as vat pigment to the fibers of the m-aramid or the fiber mixtures containing m-aramid and then fixing the vat pigment is carried out or b) the vat dyes before bringing them into contact with the m- Aramid fibers or the m-aramid-containing fiber mixtures are converted into the leuco form by adding reducing agents in an alkaline medium, the resulting vat is applied to the textile, the vat dye is formed from the leuco form by oxidation and then the vat dye is fixed to the fibers . The inclusion of urea and/or homologues and/or derivatives of urea in aqueous dispersions containing vat dyes is not addressed.

Der Stand der Technik nach der JP 2010 047850 A befasst sich mit farbigen Fasermaterialien auf Basis von eingefärbten m-Aramid-Fasern oder m-Aramid-Fasern enthaltenden Fasermischungen, wobei diese mit Küpenfarbstoffen gefärbt sind und mit Lasern bestrahlt werden. Die nach diesem Stand der Technik ausgewählten Küpenfarbstoffe zeichnen sich dadurch aus, dass sie eine Absorption im Wellenlängenbereich eines geeigneten Lasers aufweisen. Dies führt bei der Laserbehandlung dazu, dass ein spontanes Erhitzen des Aramids auf Temperaturen von 300 bis 400°C stattfindet, also auch auf Temperaturen oberhalb der Glasumwandlungstemperatur. Von der Möglichkeit, zusätzliche weitere Fasern heranzuziehen, wird nicht gesprochen, da derartige Fasern regelmäßig eine Laserbehandlung nicht unbeschadet überstehen.The state of the art according to the JP 2010 047850 A deals with colored fiber materials based on colored m-aramid fibers or fiber mixtures containing m-aramid fibers, which are colored with vat dyes and irradiated with lasers. The vat dyes selected according to this prior art are characterized in that they have absorption in the wavelength range of a suitable laser. During the laser treatment, this means that the aramid is spontaneously heated to temperatures of 300 to 400°C, i.e. also to temperatures above the glass transition temperature. There is no mention of the possibility of using additional fibers, since such fibers regularly do not survive a laser treatment unscathed.

Die EP 0 357 548 A1 betrifft ein Verfahren zum Färben und Bedrucken von cellulosischen Fasermaterialien mit Küpenfarbstoffen in Gegenwart von n-Diolen als Reduktionsmittel und Alkali, wobei zur Reduktion der Küpenfarbstoffe zusätzlich geringe Mengen an organischen, mit Wasser mischbaren Lösungsmitteln, zum Beispiel niedermolekulare Alkohole, einsetzt werden. Es wird eine umfangreiche Liste organischer Lösungsmittel angegeben, die hier in Frage kommen, so niedermolekulare Alkohole, Ketone, Ether, Acetate, Glykole, Glykolether, Thioglykole, Nitrile, Pyridine, Laktone, Laktame, Soramede, Harnstoffe, Sulfone und Sulfoxide. Obwohl Harnstoffe, wenngleich als Hilfsmittel, genutzt werden, findet sich in der EP 0 358 548 A1 kein Hinweis, dass hierdurch die Färbegeschwindigkeit und die Farbtiefe positiv beeinflusst werden, ohne die Farbechtheiten zu verschlechtern.The EP 0 357 548 A1 relates to a process for dyeing and printing cellulosic fiber materials with vat dyes in the presence of n-diols as reducing agents and alkali, small amounts of organic, water-miscible solvents, for example low molecular weight alcohols, also being used to reduce the vat dyes. An extensive list of organic solvents is given that can be used here, such as low molecular weight alcohols, ketones, ethers, acetates, glycols, glycol ethers, thioglycols, nitriles, pyridines, lactones, lactams, soramede, ureas, sulfones and sulfoxides. Although urea is used, albeit as an adjuvant, EP 0 358 548 A1 no indication that this has a positive effect on the dyeing speed and the depth of shade without impairing the color fastness.

Probleme nach dem Stand der TechnikPrior Art Problems

Alle beschriebenen Verfahren der nachträglichen Einfärbung von m-Aramidfasern, sei es diskontinuierlich oder kontinuierlich, haben die Nachteile erstens einer mangelhaften Farbaufnahme, sofern auf Carrier verzichtet wird und zweitens, dass die gefärbten Textilien ungenügende Farbechtheiten, insbesondere eine schlechte Lichtechtheit aufweisen. Dies ist die Ursache dafür, dass der überwiegende Anteil gefärbter Aramidfasern heute immer noch spinngefärbt in den Handel kommt (>90%), dies mit sämtlichen Nachteilen, die von spinngefärbten Fasern hinreichend bekannt sind:

  • ein rascher Wechsel auf den vom Kunden gewünschten Farbton ist erschwert,
  • viele Farbtöne für die Dichromie- oder Trichromiefärbungen die Voraussetzung sind, sind nicht einstellbar und daher nicht realisierbar,
  • es müssen ständig spinngefärbte Fasern in größerer Menge vorgehalten werden, um bei Bedarf, d.h. Auftragseingang, rasch reagieren zu können,
  • bei Fasermischungen müssen die Farbtöne beider Fasern meist entsprechend angepasst sein,
spinngefärbte Fasern aus m-Aramid liegen kostenmäßig auf einem etwa doppelt so hohen Preisniveau wie ungefärbte Fasern.All the processes described for the subsequent coloring of m-aramid fibers, whether batchwise or continuously, have the disadvantages, firstly, of poor color absorption if carriers are dispensed with and, secondly, that the dyed textiles have insufficient color fastness properties, in particular one have poor lightfastness. This is the reason why the majority of dyed aramid fibers are still spun-dyed today (>90%), with all the disadvantages that are well known for spun-dyed fibers:
  • a quick change to the color desired by the customer is difficult,
  • many color shades for which dichroic or trichromatic colorings are a prerequisite, cannot be adjusted and therefore cannot be realised,
  • large quantities of spun-dyed fibers must be kept in stock in order to be able to react quickly when required, i.e. when an order is received,
  • in the case of fiber mixtures, the color shades of both fibers usually have to be matched accordingly,
Spun-dyed fibers made of m-aramid are about twice as expensive as undyed fibers.

Das Thema der nachträglichen Einfärbung von m-aramidhaltigen Fasermaterialien, und zwar in den notwendigen hohen Echtheiten und ohne Einsatz von Carriern, genießt aus diesen Gründen in der Textilindustrie daher eine hohe Priorität. Die Verwendung von Carriern stellt aus ökologischer Sicht ein großes Problem dar. Von diesen geht eine starke Geruchsbelästigung am Arbeitsplatz aus und sie machen aufwändige Maßnahmen hinsichtlich der Minimierung von Emissionen und getrennter Entsorgung von carrierhaltigen Restflotten erforderlich.For these reasons, the subject of subsequent coloring of fiber materials containing m-aramid, namely with the necessary high fastness properties and without the use of carriers, enjoys high priority in the textile industry. From an ecological point of view, the use of carriers represents a major problem. These cause a strong odor nuisance at the workplace and require costly measures to minimize emissions and separate disposal of residual fleets containing carriers.

Ein weiteres Problem der Carrierfärbung ergibt sich beim Färben von Fasermischungen aus m-Aramid mit anderen flammhemmenden Fasern, wie zum Beispiel Viskose FR, Modal FR oder Lyocell FR (FR = flame retardant). Die flammhemmenden Cellulosefasern werden den m-Aramidfasern gerne aus Komfortgründen zugemischt. Die nachträgliche Einfärbung erfolgt mit kationischen Farbstoffen. In der Regel enthalten sie zum Zweck der Schwerentflammbarkeit Additive auf Basis von Phosphor-Schwefel-Verbindungen (siehe z.B. R. Wolf "Flame Retardant Viscose Rayon Containing a Pyrophosphate" in Ind. Eng. Chem. Res. Dev. 20 (1981), 413-420 ). Die entsprechenden Additive, die bis zu einem Gehalt an 20 Gew.-% bezogen auf die Cellulosefaser enthalten sind, werden unter den HT-Bedingungen der für den Aramidanteil notwendigen Carrierfärbung sukzessive extrahiert. Dies führt zu einem deutlichen Verlust der Flammbeständigkeit des Faserblends insgesamt.Another problem with carrier dyeing arises when dyeing fiber blends made from m-aramid with other flame-retardant fibers, such as viscose FR, Modal FR or Lyocell FR (FR = flame retardant). The flame-retardant cellulose fibers are often added to the m-aramid fibers for reasons of comfort. Subsequent coloring is done with cationic dyes. As a rule, they contain additives based on phosphorus-sulphur compounds for the purpose of low flammability (see e.g R. Wolf "Flame Retardant Viscose Rayon Containing a Pyrophosphate" in Ind. Eng. Chem. Res. Dev. 20 (1981), 413-420 ). The corresponding additives, which are contained up to a content of 20% by weight based on the cellulose fiber, are successively extracted under the HT conditions of the carrier dyeing necessary for the aramid content. This results in a significant loss of flame resistance of the fiber blend as a whole.

Auch aus diesem Grund ist der Wunsch in der Praxis groß, auf ein Verfahren zugreifen zu können, das den Zusatz eines Carriers überflüssig macht.For this reason, too, there is a great desire in practice to be able to access a method that makes the addition of a carrier superfluous.

Ein weiterer Nachteil nach dem Stand der Technik durchgeführter Färbefahren mit Carriern ist der, dass solche Färbungen bei Maschenwaren zu unbefriedigenden textilen Eigenschaften führen. Maschenwaren zeichnen sich gegenüber Geweben durch eine deutlich höhere Elastizität und, vor allem im Falle von Bekleidungstextilien, auch durch einen leichteren und meist weicheren Griff aus. Maschenwaren, zu denen Strickwaren und Wirkwaren zählen, sind bei thermischer oder hydrothermischer Behandlung wesentlich empfindlicher gegen mechanischen Stress als Gewebe. Sie verlieren rascher ihre Elastizität, was sich im Zug-/Dehnungsversuch bezüglich der Hysterese in einer verminderten Rücksprungkraft und einer erhöhten bleibenden Dehnung ausdrückt. Diese vorteilhaften Eigenschaften werden im Zuge einer Einfärbung unter HT-Bedingungen bei Zusatz der erwähnten aromatischen Carrier negativ beeinflusst.A further disadvantage of dyeing processes with carriers carried out according to the prior art is that such dyeings in knitted goods lead to unsatisfactory textile properties. Knitted goods are characterized by a significantly higher elasticity than woven fabrics and, especially in the case of clothing textiles, by a lighter and usually softer feel. Knitted fabrics, which include knitwear and hosiery, are much more sensitive to mechanical stress than woven fabrics when subjected to thermal or hydrothermal treatment. They lose their elasticity more quickly, which is expressed in the tensile/elongation test with regard to the hysteresis in a reduced springback force and an increased permanent elongation. These advantageous properties are adversely affected in the course of coloring under HT conditions when the aromatic carriers mentioned are added.

Ein besonderer Nachteil der Carrierfärbung ist der, dass die gefärbten m-Aramid-fasern noch Reste an Carrier enthalten, die durch einfache Waschprozesse am Ende der Veredelungskette nur schwer zu entfernen sind. Dies bedeutet, dass in den gefärbten aramidhaltigen Fasern, Garnen oder Textilien bei Auslieferung an den Kunden häufig noch Carrier zumindest in Spuren vorhanden ist (siehe Beispiel 1).A particular disadvantage of carrier dyeing is that the dyed m-aramid fibers still contain carrier residues that are difficult to remove by simple washing processes at the end of the finishing chain. This means that at least traces of carrier are often still present in the dyed aramid-containing fibres, yarns or textiles when they are delivered to the customer (see example 1).

Aufgabe der Erfindungobject of the invention

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, der industriellen Praxis ein Verfahren zur nachträglichen Einfärbung von m-Aramidfasern und m-Aramid enthaltenden Fasermischungen bereitzustellen, das auf die Verwendung umwelt- und gesundheitsschädlicher Carrier verzichtet und trotzdem gute Farbausbeuten und Echtheiten liefert. Gleichzeitig ist der Einsatz von in Frage kommenden Spinnlösemitteln für m-Aramide, die als carrierähnlich wirkende Plastifizierungsmittel wirken, auszuschließen.The object of the present invention is therefore to provide industrial practice with a process for the subsequent coloring of m-aramid fibers and m-aramid-containing fiber mixtures which dispenses with the use of carriers which are harmful to the environment and health and which nevertheless provides good color yields and fastness properties. At the same time, the use of suitable spinning solvents for m-aramids, which act as carrier-like plasticizers, should be ruled out.

Aufgabe der Erfindung ist es weiterhin, Färbungen in Farbtönen, die nach dem Stand der Technik üblicherweise auf m-Aramid nur über Di- oder Trichromien erreicht werden, in hohen Echtheiten und ohne Verwendung eines Carriers zu realisieren.Another object of the invention is to achieve dyeings in color shades which, according to the prior art, are usually only achieved on m-aramid via dichromisms or trichromisms, with high fastness properties and without using a carrier.

Gemäß einer weiteren Aufgabe der Erfindung soll das erfindungsgemäße Färbeverfahren auch für m-aramidhaltige Maschenwaren zur lichtechten Einfärbung geeignet sein, ohne dass ein signifikanter Verlust der elastischen Eigenschaften eintritt.According to a further object of the invention, the dyeing process according to the invention should also be suitable for lightfast dyeing of knitted goods containing m-aramid, without a significant loss of the elastic properties occurring.

Gemäß einer weiteren Aufgabe soll das erfindungsgemäße Verfahren auf gängigen Färbeapparaten und Maschinen der Textilindustrie durchführbar sein. Insbesondere soll es das Arbeiten in quasi offenen Färbemaschinen erlauben.According to a further object, the process according to the invention should be able to be carried out on standard dyeing apparatus and machines in the textile industry. In particular, it should allow working in quasi-open dyeing machines.

LösungSolution

Erfindungsgemäß werden die obigen Aufgaben durch ein Verfahren zur Herstellung farbiger Fasermaterialien auf der Basis von mit Küpenfarbstoffen nachträglich eingefärbten m-Aramid-Fasern oder m-Aramid-Fasern enthaltenden Fasermischungen gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die m-Aramid-Fasern nachträglich mit Küpenfarbstoffen eingefärbt werden, indem a) Küpenfarbstoffe in einer Harnstoff und/oder Homologe und/oder Derivate von Harnstoff enthaltenden wässrigen Dispersion direkt auf die m-Aramid-Fasern oder die m-Aramid-Fasern enthaltenden Fasermischungen aufgebracht werden und anschließend eine Fixierung des Küpenpigments auf den Fasermaterialien durchgeführt wird, oder b) die Küpenfarbstoffe durch Zusatz von Reduktionsmitteln in alkalischem Medium in die Leukoform überführt werden, wobei die anfallende Küpe Harnstoff und/oder Homologe und/oder Derivate von Harnstoff enthält und die Küpe mit den m-Aramid-Fasern oder den m-Aramid-Fasern enthaltenden Fasermischungen in Kontakt gebracht wird, die Küpenfarbstoffe oxidativ aus der Leukoform gebildet werden und eine Fixierung der Küpenfarbstoffe auf den Fasermaterialien durchgeführt wird.According to the invention, the above objects are achieved by a process for the production of colored fiber materials based on m-aramid fibers or fiber mixtures containing m-aramid fibers dyed subsequently with vat dyes, which is characterized in that the m-aramid fibers are subsequently dyed with vat dyes be colored by a) applying vat dyes in an aqueous dispersion containing urea and/or homologues and/or derivatives of urea directly to the m-aramid fibers or the m-aramid fibers-containing fiber mixtures and then fixing the vat pigment to the Fiber materials is carried out, or b) the vat dyes are converted into the leuco form by adding reducing agents in an alkaline medium, the resulting vat containing urea and/or homologues and/or derivatives of urea and the vat containing the m-aramid fibers or the Fiber mixtures containing m-aramid fibers are brought into contact, the vat dyes are formed by oxidation from the leuco form and the vat dyes are fixed on the fiber materials.

Die obigen Aufgaben werden also erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Färben mit Küpenfarbstoffen unter gleichzeitiger Einwirkung von Harnstoff und/oder Homologe und/oder Derivate hiervon durchgeführt wird. Überraschenderweise wurde gefunden, dass Harnstoff eine positive Wirkung auf die Färbegeschwindigkeit und die Farbtiefe ausübt, ohne die Farbechtheiten zu verschlechtern. Beim Harnstoff handelt es sich um eine gut umwelt- und körperverträgliche Substanz. Weitere Vorteile von Harnstoff sind:

  • die Geruchsneutralität,
  • eine hervorragende Wasserlöslichkeit, die zum einen den Einsatz von Emulgierhilfsmitteln erübrigt und zum zweiten für eine leichte Auswaschbarkeit des Harnstoffs am Ende der Färbung sorgt,
  • seine hydrotropen Eigenschaften, die für die Löslichkeit der handelsüblichen Küpenfarbstoffpigmente förderlich sind und zur Beschleunigung der Farbstoffdiffusion in die m-Aramidfasern beitragen,
  • seine hygroskopischen Eigenschaften, die insbesondere bei Farbstofffixierungsprozessen in einem Dämpfer oder auf einem Spannrahmen zum Tragen kommen.
  • Die Färbung der m-Aramidfasern kann nach Verfahren der für Küpenfarbstoffe üblichen Färbepraxis durchgeführt werden.
The above objects are therefore achieved according to the invention in that the dyeing with vat dyes is carried out with the simultaneous action of urea and/or homologues and/or derivatives thereof. Surprisingly, it was found that urea has a positive effect on the dyeing speed and the depth of color without impairing the color fastness. Urea is a substance that is well tolerated by the environment and the body. Other benefits of urea include:
  • the odor neutrality,
  • excellent water solubility, which on the one hand makes the use of emulsifying agents unnecessary and on the other hand ensures that the urea can be easily washed out at the end of the dyeing,
  • its hydrotropic properties, which are beneficial for the solubility of commercial vat dye pigments and contribute to the acceleration of dye diffusion into the m-aramid fibers,
  • its hygroscopic properties, which are particularly important in dye fixation processes in a steamer or on a stenter.
  • The dyeing of the m-aramid fibers can be carried out according to the usual dyeing practice for vat dyes.

Essentielles Merkmal des Verfahrens ist demzufolge die Zumischung von Harnstoff und/oder von geeigneten Homologen und/oder Derivaten des Harnstoffs zu den eigentlichen Färbeflotten. Dabei ist es beim Verfahrensschritt a) als auch beim Verfahrensschritt b) unerlässlich, den Harnstoff und/oder ein oder mehrere geeignete Homologe und/oder Derivate des Harnstoffs bereits vor dem ersten Schritt des Färbeprozesses, nämlich vor dem Aufziehen des Küpenfarbstoffpigments (Verfahrensschritt a)) bzw. des Küpenfarbstoffs in der Leukoform (Verfahrensschritt b)) auf das jeweilige Fasermaterial, einzusetzen, damit dieser bzw. dieses seine Wirkung - analog einem Carrier - entfalten kann. Bei dieser Maßnahme ist der Einsatz von Harnstoff als solchem besonders vorteilhaft. Jedoch sind auch verschiedene Harnstoffderivate geeignet, diesen, ganz oder auch teilweise, zu ersetzen. Bei der Auswahl geeigneter Harnstoffderivate ist es wichtig, dass diese im Hinblick auf die Wasserlöslichkeit dem Harnstoff ähnlich sind. Harnstoff löst sich sehr gut in Wasser. Bei 5°C lösen sich 97 g/l und bei 25°C 1200 g/l. Um den erfindungsgemäß angestrebten Nutzen zufriedenstellend zu erreichen, sollte die Wasserlöslichkeit der Homologen und Derivate des Harnstoffs hiervon nicht zu weit abweichen. Man könnte als Minimalgrenze einen Wert von 20 g/l bei 20°C bezeichnen. Zu Harnstoffhomologen, die hier noch Eignung zeigen, zählt Biuret, das in heißem Wasser gut löslich ist, deutlich weniger jedoch in kaltem Wasser, nämlich mit 20 g/l bei 20°C. Geeignet ist auch N,N'-Dimethylharnstoff, das in Wasser leicht löslich ist (765 g/l bei 21,5°C). Des Weiteren sind noch folgende auf Substitution zurückgehende Harnstoffderivate geeignet: Tetramethylharnstoff, O-Alkylharnstoff.An essential feature of the process is therefore the addition of urea and/or suitable homologues and/or derivatives of urea to the actual dyeing liquors. It is essential in process step a) as well as in process step b), the urea and/or one or more suitable homologues and/or derivatives of urea before the first step of the dyeing process, namely before the application of the vat dye pigment (process step a)) or the vat dye in the leuco form (process step b)) on the respective fiber material, so that this or this can develop its effect - analogous to a carrier. With this measure, the use of urea as such is particularly advantageous. However, various urea derivatives are also suitable for replacing this, in whole or in part. When selecting suitable urea derivatives, it is important that they are similar to urea in terms of water solubility. Urea is very soluble in water. At 5°C 97 g/l and at 25°C 1200 g/l dissolve. In order to satisfactorily achieve the benefit sought according to the invention, the water solubility of the homologues and derivatives of urea should not deviate too far from this. A value of 20 g/l at 20°C could be described as the minimum limit. Urea homologues that are still suitable here include biuret, which is readily soluble in hot water but much less soluble in cold water, namely at 20 g/l at 20°C. Also suitable is N,N'-dimethylurea, which is readily soluble in water (765 g/l at 21.5°C). In addition, there are the following urea derivatives based on substitution are suitable: tetramethyl urea, O-alkyl urea.

Die Erfindung kann vielfältige vorteilhafte Weiterbildungen erfahren, auf die zunächst nachfolgend eingegangen wird: Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Art der Fasern, die nachträglich eingefärbt werden sollen, nicht kritisch. Es ist bevorzugt, dass die m-Aramid-Fasern und die m-Aramid-Fasern enthaltenden Fasermischungen auf Faserflocken, Faserkabeln, Kammzügen, Vorgarnen, Garnen, Geweben, Maschenwaren, insbesondere Gestricke und Gewirke, Geflechte oder Vlies beruhen. Besonders bevorzugt ist es, wenn in den m-Aramid enthaltenden Fasermischungen weitere mit Küpenfarbstoffen einfärbbare Fasern enthalten sind, insbesondere in Form von Viskose-, Modal-, Lyocell-, Polyamid- und/oder Polypropylen-Fasern und/oder Wolle. Die angesprochenen weiteren Fasern erfahren dadurch eine vorteilhafte Ausbildung, dass sie inhärent flammhemmend sind und einen LOI nach ASTM D2863 von mindestens 23, insbesondere von mindestens 27, aufweisen. Vorteilhafterweise liegen die weiteren Fasern als Cellulose-, Celluloseregenerat-, aliphatische, aliphatisch-aromatische und aromatische Polyamid- und/oder Polyester-Fasern vor. Bei Einsatz von weiteren Fasern ist es vorteilhaft, wenn diese, bezogen auf das Gesamtgewicht der Fasermischungen, etwa 1 bis 75 Gew.-%, insbesondere etwa 5 bis 60 Gew.-%, ausmachen.The invention can undergo a variety of advantageous developments, which will first be discussed below: When carrying out the method according to the invention, the type of fibers that are to be subsequently colored is not critical. It is preferred that the m-aramid fibers and the fiber mixtures containing m-aramid fibers are based on fiber tufts, fiber tows, slivers, rovings, yarns, woven fabrics, knitted goods, in particular knitted and warp-knitted fabrics, braids or fleece. It is particularly preferred if the fiber mixtures containing m-aramid contain other fibers that can be dyed with vat dyes, especially in the form of viscose, modal, lyocell, polyamide and/or polypropylene fibers and/or wool. The further fibers mentioned are advantageously formed in that they are inherently flame-retardant and have an LOI according to ASTM D2863 of at least 23, in particular at least 27. The other fibers are advantageously present as cellulose, regenerated cellulose, aliphatic, aliphatic-aromatic and aromatic polyamide and/or polyester fibers. If other fibers are used, it is advantageous if these account for about 1 to 75% by weight, in particular about 5 to 60% by weight, based on the total weight of the fiber mixtures.

Die Partikelgröße der Küpenfarbstoffe beim Verfahrensschritt a), die in Pigmentform eingesetzt werden, ist nicht kritisch. Es ist zweckmäßig, wenn diese im Verfahrensschritt a) eine Partikelgröße von etwa 0,1 bis 3 µm, vorzugsweise etwa 0,1 bis 1,5 µm, insbesondere von etwa 0,2 bis 0,8 µm, aufweisen.The particle size of the vat dyes in process step a), which are used in pigment form, is not critical. It is expedient if these have a particle size of about 0.1 to 3 μm, preferably about 0.1 to 1.5 μm, in particular about 0.2 to 0.8 μm, in process step a).

In der Wahl der Küpenfarbstoffe ist der Fachmann nicht eingeschränkt. Es gilt als bevorzugt, dass die Küpenfarbstoffe in Form von Indigo-, Indigoderivat-, Anthrachinon-, Anthrachinonoxazol-, Anthrachinoncarbazol-, Indanthron-, Flavanthron- , Benzanthron- oder Pyranthron-Farbstoffen oder Schwefelfarbstoffen eingesetzt werden. Konkret bevorzugte Küpenfarbstoffe werden als C.I. Vat Green 1, Vat Green 13, C.I. Vat Red 32, C.I. Vat Red 10, C.I. Vat Blue 4, C.I. Vat Blue 20, C.I. Vat Yellow 28, C.I. Vat Orange 29, C.I. Vat Brown 9, C.I. Vat Black 9 und/oder C.I. Sulphur Black 9 eingesetzt.The person skilled in the art is not restricted in his choice of vat dyes. It is considered preferred that the vat dyes are used in the form of indigo, indigo derivative, anthraquinone, anthraquinoneoxazole, anthraquinonecarbazole, indanthrone, flavanthrone, benzanthrone or pyranthrone dyes or sulfur dyes. Concretely preferred vat dyes are identified as CI Vat Green 1, Vat Green 13, CI Vat Red 32, CI Vat Red 10, CI Vat Blue 4, CI Vat Blue 20, CI Vat Yellow 28, CI Vat Orange 29, CI Vat Brown 9, CI Vat Black 9 and/or CI Sulfur Black 9 are used.

Auch beim Auftrag der wässrigen Dispersion im Verfahrensschritt a) und der Küpe im Verfahrensschritt b) unterliegt die Erfindung keinen kritischen Einschränkungen. Es gilt als bevorzugt, dass die wässrige Dispersion im Verfahrensschritt a) und die Küpe im Verfahrensschritt b) mit einem Foulard, einer Pflatsche oder einer Rakel kontinuierlich aufgetragen werden oder das Inkontaktbringen mit dem Fasermaterial in Form eines diskontinuierlichen Ausziehverfahrens durchgeführt wird. Ferner ist es bevorzugt, dass die wässrige Dispersion im Verfahrensschritt a) und die Küpe im Verfahrensschritt b) etwa 0,1 bis 10 mol/l, insbesondere 1 bis 5 mol/l und besonders bevorzugt 2 bis 4 mol/l Harnstoff und/oder Harnstoffderivat enthalten. Für den weiter gefassten Bereich von etwa 0,1 bis 10 mol/l gelten noch folgende vorteilhafte Rahmenbedingungen: 0,4 bis 10 mol/l, vorzugsweise 0,6 bis 10 mol/l und insbesondere 0,8 bis 10 mol/l.The invention is also not subject to any critical limitations when the aqueous dispersion is applied in process step a) and the vat in process step b). It is considered preferred that the aqueous dispersion in process step a) and the vat in process step b) are applied continuously with a padder, a squeegee or a doctor blade, or that the contacting with the fiber material is carried out in the form of a discontinuous exhaust process. It is also preferred that the aqueous dispersion in step a) and the vat in step b) contain about 0.1 to 10 mol/l, in particular 1 to 5 mol/l and particularly preferably 2 to 4 mol/l urea and/or Contain urea derivative. For the broader range of about 0.1 to 10 mol/l, the following advantageous framework conditions also apply: 0.4 to 10 mol/l, preferably 0.6 to 10 mol/l and in particular 0.8 to 10 mol/l.

Im Hinblick auf die Konzentration der Küpenfarbstoffe in der wässrigen Dispersion nach Verfahrensschritt a) bzw. im alkalischen Medium nach Verfahrensschritt b) ist es bevorzugt, dass in der wässrigen Dispersion des Verfahrensschritts a) die Küpenfarbstoffe in einer Konzentration von 1,5 bis 110 g/l, insbesondere von 5 bis 60 g/l, und im alkalischen Medium im Verfahrensschritt b) in einer Konzentration von 0,05 bis 30 g/l, insbesondere von 0,2 bis 20 g/l, enthalten sind. Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass nach Bildung der Küpenfarbstoffe im Verfahrensschritt b) ein Nachseifschritt durchgeführt wird.With regard to the concentration of the vat dyes in the aqueous dispersion after process step a) or in the alkaline medium after process step b), it is preferred that in the aqueous dispersion of process step a) the vat dyes are present in a concentration of 1.5 to 110 g/ l, in particular from 5 to 60 g/l, and in the alkaline medium in process step b) in a concentration of from 0.05 to 30 g/l, in particular from 0.2 to 20 g/l. An advantageous development of the process according to the invention consists in carrying out a post-soaping step after formation of the vat dyes in process step b).

Nach dem Auftrag bzw. der Ausbildung der Küpenfarbstoffe nach dem Verfahrensschritt a) bzw. Verfahrensschritt b) ist es bevorzugt, dass die Fixierung der Küpenfarbstoffe im Verfahrensschritt a) und Verfahrensschritt b) durchgeführt wird als a) Trockenhitzefixierung zwischen 140 und 260°C, insbesondere zwischen 170 und 220°C, (Thermosolverfahren), b) Dampffixierung bei einer Temperatur zwischen 100 und 160°C, insbesondere zwischen 110 und 155°C, und/oder c) Ausziehfärbung zwischen 70 und 150°C, insbesondere zwischen 98 und 125°C.After the application or the formation of the vat dyes after process step a) or process step b), it is preferred that the fixing of the vat dyes in process step a) and process step b) is carried out as a) dry heat fixing between 140 and 260 ° C, in particular between 170 and 220°C, (thermosol process), b) steam setting at a temperature between 100 and 160°C, in particular between 110 and 155°C, and/or c) exhaust dyeing between 70 and 150°C, in particular between 98 and 125 °C

Im Hinblick darauf, dass die Erfindung besonders vorteilhaft mit ihren Effekten in Erscheinung tritt, wenn keine Carrier-Materialien vorliegen, gilt es demzufolge als sehr zweckmäßig, dass bei der Durchführung des Verfahrens Carrier-Materialien, insbesondere Benzylalkohol, N-Cyclohexylpyrrolidon, Phenoxypropanol oder Phenoxyethanol, weitgehend ausgeschlossen sind.In view of the fact that the invention appears particularly advantageous with its effects when no carrier materials are present, it is therefore considered very expedient that when carrying out the process carrier materials, in particular benzyl alcohol, N-cyclohexylpyrrolidone, phenoxypropanol or phenoxyethanol , are largely excluded.

Der besondere Vorteil des erfindungsgemäß erhaltenen Verfahrenserzeugnisses als solches erweist sich in seiner Verwendung. Dabei gilt die Verwendung zur Herstellung von Bekleidungsstücken und Ausrüstungsgegenständen, insbesondere von flammhemmenden oder Feuerschutztextilien für persönliche Schutzbekleidung, insbesondere für Militär-, Feuerwehr- und Polizeipersonal, von Berufsbekleidung, von Gesichtsmasken und Schutzhauben (Balaclava), von Handschuhen, von Unterwäsche (long-arm-shirts, Long-Johns), von Hüllen für Heißluftballone oder zum Einsatz im Objektbereich, als besonders bevorzugt.The particular advantage of the process product obtained according to the invention as such is evident in its use. The use for the manufacture of clothing and equipment applies, in particular flame-retardant or fire-retardant textiles for personal protective clothing, in particular for military, fire brigade and police personnel, work clothing, face masks and protective hoods (balaclava), gloves, underwear (long-sleeved -shirts, Long-Johns), covers for hot-air balloons or for use in the contract sector, as particularly preferred.

In Übereinstimmung mit den obigen bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung sollen die nachfolgenden Ausführungen verstanden werden, die einerseits weitere vorteilhafte Weiterbildungen betreffen, jedoch auch der Erläuterung des oben im Einzelnen dargestellten erfindungsgemäßen Verfahrens dienen sollen:
Das erfindungsgemäße Verfahren ist auf vielen gängigen Färbeapparaten und Maschinen der Textilindustrie durchführbar. Hierzu zählen diskontinuierliche Verfahren, die in Form einer Auszieh- oder Stückfärbung unter Anwendung praxisüblicher Flottenverhältnisse durchgeführt werden. Für die Ausziehfärbung kann beispielsweise ein Jigger, eine Haspelkufe oder ein Färbe-Jet eingesetzt werden. Andere Färbeverfahren der Stückfärbung oder der Garnfärbung, wie zum Beispiel das Färben auf dem Baum bzw. auf der Spule, sind besonders vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens. Für das Arbeiten nach dem Ausziehverfahren wird bevorzugt aus der Küpe und unter HT-Bedingungen in geeigneten Überdruck Behältern gefärbt. Der Leukofarbstoff wird in alkalischem Medium durch Reduktionsmittelzugabe zunächst verküpt, dann mit dem Fasermaterial in Kontakt gebracht, und nach dem gleichmäßigen Aufziehen oxidiert bzw. fixiert. Das alkalische Medium wird vorzugsweise mit Natronlauge, Kalilauge und/oder Ammoniak auf einen pH-Wert von 9 bis 13,5, insbesondere von 10 bis 11, eingestellt. Das Verküpen erfolgt vorzugsweise mit einem Reduktionsmittel in Form eines HT-stabilen Formaldehydsulfoxylats oder Hydroxymethansulfinats. Die Oxidation bzw. Reoxidation des Leukofarbstoffs wird vorzugsweise vorgenommen mit Wasserstoffperoxid oder Luftsauerstoff.
In accordance with the above preferred embodiments of the invention, the following statements should be understood, which on the one hand relate to further advantageous developments, but are also intended to explain the method according to the invention presented in detail above:
The process according to the invention can be carried out on many standard dyeing apparatus and machines in the textile industry. These include discontinuous processes which are carried out in the form of exhaust or piece dyeing using liquor ratios customary in practice. For example, a jigger, a winch or a dye jet can be used for exhaust dyeing. Other dyeing methods of piece dyeing or yarn dyeing, such as dyeing on the beam or on the bobbin, are particularly advantageous embodiments of the method according to the invention. When working according to the exhaust process, dyeing is preferably carried out from the vat and under HT conditions in suitable overpressure containers. The leuco dye is first vatted in an alkaline medium by adding a reducing agent, then brought into contact with the fiber material and oxidized or fixed after uniform absorption. The alkaline medium is preferably brought to a pH of 9 to 13.5, in particular with sodium hydroxide solution, potassium hydroxide solution and/or ammonia from 10 to 11. The vatting is preferably carried out with a reducing agent in the form of an HT-stable formaldehyde sulfoxylate or hydroxymethane sulfinate. The oxidation or re-oxidation of the leuco dye is preferably carried out using hydrogen peroxide or atmospheric oxygen.

Zwischenmaßnahmen sind möglich. So erfolgt zweckmäßigerweise eine Fixierung des sich auf der Faser befindenden Leukofarbstoffs mittels geeigneter Maßnahmen, wobei verschiedene vorteilhafte Möglichkeiten bestehen, so eine Trockenhitzefixierung, eine Dampffixierung sowie eine Ausfärbung. Auf diese Maßnahmen wird nachfolgend noch eingegangen.Intermediate measures are possible. Thus, the leuco dye located on the fiber is expediently fixed by means of suitable measures, with various advantageous options being available, such as dry heat fixing, steam fixing and dyeing. These measures are discussed below.

Prinzipiell entspricht obiges Auftragsverfahren dem Stand der Technik, jedoch mit dem Unterschied, dass die Färbeflotten Harnstoff oder geeignete Harnstoffderivate anstelle eines Carriers enthalten. Insbesondere ist es dem Fachmann überlassen, das Färben nach der Maßnahme b) oder auch nach der Maßnahme a) vorzunehmen, bei der feinstverteilte Küpenpigmente herangezogen werden. Hier wird also auf die Verküpung verzichtet.In principle, the above application method corresponds to the prior art, but with the difference that the dyeing liquors contain urea or suitable urea derivatives instead of a carrier. In particular, it is up to the person skilled in the art to carry out the dyeing according to measure b) or also according to measure a), in which extremely finely divided vat pigments are used. Here, therefore, the vatting is dispensed with.

Aufgrund der Geruchsneutralität von Harnstoff ist aber auch eine kontinuierliche Verfahrensweise möglich. Hierbei werden die m-Aramid enthaltenden Fasermaterialien zunächst mittels eines geeigneten Auftragsgerätes mit der harnstoffhaltigen Küpenfarbstoffflotte imprägniert. Die Farbstoffflotten werden auch als Klotzflotten bezeichnet. Unter Klotzflotte wird eine hochkonzentrierte Lösung eines oder mehrerer Farbstoffe verstanden, mit der eine Textilbahn unter Zuhilfenahme eines geeigneten Auftragsgeräts imprägniert wird. Geeignete Auftragsgeräte sind zum Beispiel ein Foulard, eine Pflatsche, Walzen- oder Rakelsysteme. Bevorzugt kommt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Foulard zum Einsatz.Due to the odor neutrality of urea, however, a continuous procedure is also possible. Here, the fiber materials containing m-aramid are first impregnated with the urea-containing vat dye liquor using a suitable applicator. The dye liquors are also referred to as padding liquors. Padding liquor is understood to be a highly concentrated solution of one or more dyes, with which a textile web is impregnated using a suitable application device. Suitable application devices are, for example, a foulard, a squeegee, roller or doctor blade systems. A padder is preferably used in the method according to the invention.

Für die kontinuierliche Verfahrensweise ist das Verfahren a) bevorzugt. Ein Arbeiten nach Verfahren b) ist jedoch nicht ausgeschlossen.Process a) is preferred for the continuous procedure. However, working according to method b) is not excluded.

Nach dem Auftrag und einer optional durchgeführten Vortrocknung wird der Farbstoff beim Arbeiten nach der bevorzugten Verfahrensvariante a) anschließend durch eine Heißbehandlung fixiert. Die eigentliche Fixierreaktion des Farbstoffs in der m-Aramidfaser erfolgt nach den technisch üblichen Verfahren durch Trockenhitze bei Temperaturen zwischen 150 bis 250°C oder durch Heißdampf bei 120 bis 170°C. Die Heißbehandlung erfolgt nach üblichen Verfahren der Textilausrüstung. Diese sind dem Fachmann bekannt und in ihrer Ausgestaltung variabel und der jeweiligen Situation im Betrieb anpassbar. Sie kann beispielsweise nach dem Pad Steam- (Klotz-Dämpfverfahren) oder nach dem Pad-Dry-Verfahren (Klotz-Trockenhitzefixierverfahren) durchgeführt werden. Diese kontinuierlichen Verfahren können beispielsweise mit einem Dämpfer bzw. einem Spannrahmen oder einer Rollenkufe durchgeführt werden. Während dieses Heißbehandlungsschritts wirkt Harnstoff, aufgrund seiner Hygroskopizität, als feuchteregulierendes Medium. Dadurch wird ein konstant feuchtes Niveau an der Faseroberfläche relativ lange aufrechterhalten, so dass eine Austrocknung vermieden wird und somit ein für die Farbstoffdiffusion günstiges Milieu aufrechterhalten wird.After application and optional pre-drying, the dye is then fixed by heat treatment when working according to the preferred process variant a). The actual fixing reaction of the dye in the m -aramid fiber takes place according to the usual industrial processes using dry heat at temperatures between 150 and 250°C or using superheated steam at 120 to 170°C. The heat treatment is carried out by the usual methods textile equipment. These are known to the person skilled in the art and can be varied in design and adapted to the respective situation in operation. It can be carried out, for example, by the pad steam method (pad steaming method) or by the pad dry method (pad dry heat setting method). These continuous methods can be carried out, for example, with a damper or a clamping frame or a roller skid. During this heat treatment step, urea acts as a moisture-regulating medium due to its hygroscopicity. As a result, a constant moist level on the fiber surface is maintained for a relatively long time, so that drying out is avoided and an environment favorable for dye diffusion is thus maintained.

Kommt die Verfahrensvariante b) für den kontinuierlichen Prozess zum Einsatz, wird die Farbstoffflotte vor dem Auftrag auf das Fasermaterial verküpt. Die Heißbehandlung wird technisch entsprechend den im vorhergehenden Abschnitt dargelegten Möglichkeiten ausgeführt. Die Fixierreaktion in der Faser erfolgt durch anschließende Oxidation des aufgebrachten Farbstoffs durch geeignete Oxidationsmittel (siehe oben), wodurch der Farbstoff in seine unlösliche Form überführt wird.If process variant b) is used for the continuous process, the dye liquor is vatted before it is applied to the fiber material. The heat treatment is technically carried out according to the possibilities presented in the previous section. The fixation reaction in the fiber occurs through subsequent oxidation of the applied dye by suitable oxidizing agents (see above), thereby converting the dye to its insoluble form.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gefärbten m-Aramidmaterialien zeichnen sich durch gute bis sehr gute Farbechtheiten aus. Im Gegensatz zu gewöhnlichen Carriern werden die Echtheiten durch die Harnstoffzugabe nicht negativ beeinflusst. Dies hat seine Ursache darin, dass der Harnstoff bei den Waschprozessen nach der Färbung komplett entfernt wird, während bei üblichen Carriern, je nach Intensität der Waschprozesse, immer noch mehr oder weniger große Mengen analytisch nachweisbar sind (siehe Beispiel 1). Als Carrier sind insbesondere Benzylalkohol, 2-Phenoxyethanol, Acetophenon, Phenole wie o-Phenylphenol oder Chlorkresole zu nennen. Die analytisch durch Chromatographie erfassbare Carriermenge in den nach dem erfindungsgemäß erzeugten gefärbten m-Aramidfasern liegt daher unterhalb der Nachweisgrenze, ist aber <0,1 ppm.The m-aramid materials colored by the process according to the invention are distinguished by good to very good color fastness. In contrast to ordinary carriers, the fastness properties are not adversely affected by the addition of urea. This is due to the fact that the urea is completely removed in the washing processes after the dyeing, while more or less large amounts can still be analytically detected with conventional carriers, depending on the intensity of the washing processes (see example 1). Particular carriers to be mentioned are benzyl alcohol, 2-phenoxyethanol, acetophenone, phenols such as o-phenylphenol or chlorocresols. The amount of carrier that can be determined analytically by chromatography in the colored m-aramid fibers produced according to the invention is therefore below the detection limit, but is <0.1 ppm.

Besonders gute Lichtechtheitsnoten sind mit dem Küpenpigmentverfahren möglich. Als bevorzugtes Verfahren für die Küpenpigmentfärbung von m-Aramid ist die Kombination aus einem Foulard und einem Spannrahmen geeignet. Die Konzentration der Küpenfarbstoffpigmente und des Harnstoffs in der Farbflotte kann über einen weiten Bereich variiert werden. Die Konzentration der Küpenfarbstoffpigmente erfolgt in der Regel anhand üblicher Vorgaben. Hierzu zählen die zu erzielende Farbtiefe und der gewünschte Farbton. Die bevorzugte Harnstoffkonzentration in der Klotzflotte beträgt zwischen 0,1 Mol I-1 und 6,5 Mol I-1, bevorzugt zwischen 1,5 und 4 Mol I-1 und besonders bevorzugt zwischen 2,3 und 3,5 Mol I-1. Besonders vorteilhaft ist auch die Einhaltung folgender Rahmenbedingungen: 0,4 bis 6,5 Mol I-1, insbesondere 0,6 bis 6,5 Mol I-1, besonders bevorzugt von 0,8 bis 6,5 Mol I-1 und ganz besonders bevorzugt 1 bis 6,5 Mol I-1.Particularly good light fastness grades are possible with the vat pigment process. The combination of a foulard and a tenter is suitable as the preferred process for the vat pigment dyeing of m -aramid. The concentration of the vat dye pigments and the urea in the dye liquor can be varied over a wide range. The concentration of the vat dye pigments is generally based on the usual specifications. These include the depth of color to be achieved and the desired shade. The preferred urea concentration in the padding liquor is between 0.1 mol I -1 and 6.5 mol I -1 , preferably between 1.5 and 4 mol I -1 and particularly preferably between 2.3 and 3.5 mol I -1 . It is also particularly advantageous to comply with the following framework conditions: 0.4 to 6.5 moles of I -1 , in particular 0.6 to 6.5 moles of I -1 , particularly preferably from 0.8 to 6.5 moles of I -1 and completely particularly preferably 1 to 6.5 moles of I -1 .

Neben einem oder mehreren Küpenfarbstoffen, in Pigmentform oder gelöst in der Leukoform, sowie Harnstoff und/oder Harnstoffderivat kann die erfindungsgemäße Farbstoffflotte weitere Hilfsmittel enthalten. Zu nennen sind Migrationsverhinderer, Egalisierhilfsmittel, Entschäumer, Weichgriffhilfsmittel, Komplexbildner und Sequestriermittel sowie Salze. Weitere Zusätze sind nicht ausgeschlossen, soweit diese die Stabilität der Färbeflotte nicht negativ beeinflussen.In addition to one or more vat dyes, in pigment form or dissolved in the leuco form, and urea and/or urea derivative, the dye liquor according to the invention may contain other auxiliaries. Mention should be made of migration inhibitors, leveling aids, defoamers, softening aids, complexing agents and sequestering agents, and salts. Other additives are not excluded, provided they do not adversely affect the stability of the dye liquor.

Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich, wenn die Küpenfarbstoffe sowohl bei dem Verfahrensschritt a) als auch bei dem Verfahrensschritt b) in Mischung eingesetzt werden. Dies ermöglicht, im Gegensatz zu einer Färbung in der Spinnmasse, abgestufte bi- oder trichrome Färbungen, deren Realisierung zum Zwecke des Erzielens bestimmter Farbtonvorlagen wünschenswert ist. Das heißt, dass neben speziellen Farbtönen auch Färbungen in Melange-Tönen möglich sind. Es werden gefärbte m-Aramid enthaltende Fasermaterialien erhalten, die gekennzeichnet sind durch eine Lichtechtheit nach DIN EN ISO 105 B-02 (50°C und 72 h Belichtung) von mindestens 4, eine Waschechtheit nach DIN EN ISO 105-C08 von mindestens 4 sowie eine Reibechtheit nach DIN EN ISO 105-X12 trocken von mindestens 2-3. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Lichtechtheit der erfindungsgemäß gefärbten m-Aramid enthaltenden Fasermaterialien mindestens 4-5, deren Waschechtheit mindestens 4-5 und/oder deren Reibechtheit mindestens 3 beträgt. Bei der Verwirklichung der Erfindung kann auf handelsübliche Küpenfarbstoffe zurückgegriffen werden.A particular advantage of the process according to the invention results when the vat dyes are used in a mixture both in process step a) and in process step b). In contrast to dyeing in the dope, this allows graded bichrome or trichrome dyeings, the realization of which is desirable for the purpose of achieving specific color templates. This means that in addition to special shades, coloring in melange shades is also possible. Dyed m -aramid-containing fiber materials are obtained which are characterized by a light fastness according to DIN EN ISO 105 B-02 (50° C. and 72 h exposure) of at least 4, a wash fastness according to DIN EN ISO 105-C08 of at least 4 and rubbing fastness according to DIN EN ISO 105-X12 dry of at least 2-3. It is particularly advantageous if the light fastness of the m-aramid-containing fiber materials colored according to the invention is at least 4-5, their fastness to washing is at least 4-5 and/or their fastness to rubbing is at least 3. Commercial vat dyes can be used to implement the invention.

Bei der Verwirklichung der Erfindung steht es dem Fachmann frei, mit geeigneten Vorversuchen solche Küpenfarbstoffe auszuwählen, die im Rahmen der Erfindung besonders vorteilhaft sind.When implementing the invention, the person skilled in the art is free to use suitable preliminary tests to select those vat dyes which are particularly advantageous in the context of the invention.

Im Gegensatz zu spinngefärbten Fasern enthalten die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugten gefärbten Fasern auch keine Spinnlösungsmittel mehr, da diese im Zuge der Färbung und der anschließenden Nachwäsche weitestgehend aus der Faser extrahiert werden. Als Spinnlösungsmittel sind insbesondere gesundheitlich bedenkliche oder als CMR-Stoffe eingestufte Spinnlösungsmittel wie Dimethylacetamid, Dimethylformamid oder Dimethylimidazolidinon zu nennen. Der Gehalt an Spinnlösungsmittel beträgt in den erfindungsgemäß gefärbten m-Aramidfasern weniger als 1 ppm.In contrast to spun-dyed fibers, the colored fibers produced by the process according to the invention no longer contain any spinning solvents, since these are largely extracted from the fibers in the course of the dyeing and the subsequent scouring. Spinning solvents which may be mentioned in particular are spinning solvents which are harmful to health or classified as CMR substances, such as dimethylacetamide, dimethylformamide or dimethylimidazolidinone. The spinning solvent content in the m-aramid fibers dyed according to the invention is less than 1 ppm.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der weitgehende Erhalt der elastischen Eigenschaften der gefärbten m-Aramid enthaltenden Textilien. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich aufgrund der herrschenden milderen Fixierbedingungen daher besonders auch zur Färbung von Maschenwaren. Die Einwirkung von Carriern führt zu einer verstärkten Quellung der Faser und Beweglichkeit der Molekülketten der m-Aramide unter den hydrothermischen Bedingungen der HT-Färbung. Nach dem Trocknen wird bei Maschenwaren daher in der Regel ein steiferer Warengriff und eine verminderte Elastizität erhalten, was als störend empfunden wird. Durch die Eliminierung von Carriern aus der Färbeflotte entfällt dieser Quellungsschritt beim erfindungsgemäßen Verfahren. Hydrotrop wirkende Substanzen wie Harnstoff zeigen in Bezug auf die Faserquellung bei m-Aramidfasern einen nur marginalen Einfluss, so dass die Elastizität der mit dem anspruchsgemäßen Färbeverfahren erhaltenen Maschenwaren weitgehend erhalten bleibt (siehe Beispiel 6).A further advantage of the process according to the invention is that the elastic properties of the dyed m-aramid-containing textiles are largely retained. Because of the milder fixing conditions that prevail, the process according to the invention is therefore also particularly suitable for dyeing knitted goods. The effect of carriers leads to increased swelling of the fibers and mobility of the molecular chains of the m-aramids under the hydrothermal conditions of HT dyeing. After drying, knitwear therefore generally has a stiffer handle and reduced elasticity, which is perceived as a problem. By eliminating carriers from the dyeing liquor, this swelling step is no longer necessary in the process according to the invention. Substances with a hydrotropic effect, such as urea, only have a marginal effect on fiber swelling in m-aramid fibers, so that the elasticity of the knitted goods obtained with the claimed dyeing process is largely retained (see Example 6).

Beim Färben von Fasermischungen aus m-Aramid mit anderen flammhemmenden Fasern wie zum Beispiel Viskose FR, Modal FR oder Lyocell FR (FR=flame retardant) wird das der Cellulosefaser zugegebene Flammschutzmittel nicht extrahiert. Demzufolge wird die Flammwidrigkeit entsprechender Faserblends durch den Färbeprozess kaum verändert. Entsprechende Versuche mit Zahlenangaben zum Wert des Limiting Oxygen Index (LOI) sind in Beispiel 9 angegeben. Der LOI ist ein Maß für die Güte der Flammschutzausrüstung. Der LOI nach ASTM D2863 gibt den Grenzwert des Volumenbruchs an Sauerstoff in einem Sauerstoff/Stickstoff-Gasgemisch wieder, bei dem ein textiles Flächengebilde von oben nach unten gerade noch brennt. Je höher der LOI-Wert, desto besser ist der Flammschutzeffekt. Ab einem LOI von 24 spricht man von flammhemmenden und bei Werten von 27 und höher von selbstverlöschenden Eigenschaften. Nach allgemeinem Konsens besitzen inhärent flammhemmende Fasermaterialien mit dem Zusatz "FR" (FR = flame retardant) einen LOI von mindestens 28. Der LOI von gängigen Nomex®-Artikeln liegt zwischen 28 und 30.When dyeing fiber blends made of m-aramid with other flame-retardant fibers such as Viscose FR, Modal FR or Lyocell FR (FR=flame retardant), the flame retardant added to the cellulose fiber is not extracted. As a result, the flame resistance of the corresponding fiber blends is hardly changed by the dyeing process. Corresponding experiments with numerical data on the value of the Limiting Oxygen Index (LOI) are given in Example 9. The LOI is a measure of the quality of the flame retardant finish. The LOI according to ASTM D2863 gives the limit of the volume fraction of oxygen in an oxygen/nitrogen gas mixture again, in which a textile fabric just barely burns from top to bottom. The higher the LOI value, the better the flame retardant effect. From a LOI of 24 one speaks of flame-retardant properties and with values of 27 and higher of self-extinguishing properties. According to general consensus, inherently flame-retardant fiber materials with the addition "FR" (FR = flame retardant) have an LOI of at least 28. The LOI of common Nomex ® articles is between 28 and 30.

Es erscheint zweckmäßig, den Grundgedanken der Erfindung noch einmal herauszustellen. Die erfindungsgemäße Lehre bezieht als essentiellen Bestandteil in die Färberezepturen Harnstoff bzw. ein geeignetes Harnstoffderivat ein. Harnstoff und Harnstoffderivat dienen als Ersatz der in der Regel üblichen toxischen Carrier. Die notwendige Einsatzmenge liegt, wie ermittelt, vorzugsweise in einem Bereich, der auch für Carrier üblich ist (50-100 g/l). Diesbezüglich sei auf das nachfolgende Beispiel 2 (Tabelle 7) verwiesen. Das ermittelte Maximum in Bezug auf die Farbtiefe liegt bei etwa 2 mol/l Harnstoff (entsprechend 120 g/l). Es wird vermutet, dass der Harnstoff - analog einem Carrier - die Faserquellung und damit die Farbstoffaufnahme begünstigt.It seems appropriate to emphasize the basic idea of the invention again. The teaching according to the invention includes urea or a suitable urea derivative as an essential component in the dyeing formulations. Urea and urea derivatives serve as a substitute for the toxic carriers that are usually used. As determined, the required amount used is preferably in a range that is also customary for carriers (50-100 g/l). In this regard, reference is made to Example 2 below (Table 7). The determined maximum in relation to the depth of color is around 2 mol/l urea (corresponding to 120 g/l). It is assumed that the urea - similar to a carrier - promotes fiber swelling and thus dye absorption.

Versuche im Bereich von 6 bis 60 g/l (entsprechend 0,1 bis 1 mol) zeigten für Oliv (Ci. Wet Vat Green 26) Farbtiefen gemäß der folgenden Tabelle 7. Zur Versuchsdurchführung sei auf die nachfolgenden Beispiele 6 und 7 verwiesen.Tests in the range from 6 to 60 g/l (corresponding to 0.1 to 1 mol) showed depths of color for olive (Ci. Wet Vat Green 26) according to Table 7 below. Reference is made to Examples 6 and 7 below for carrying out the tests.

Die Erfindung soll anhand der nachfolgenden Beispiele näher erläutert werden.The invention is to be explained in more detail using the following examples.

Die Bestimmung der Lichtechtheit erfolgte in allen Beispielen nach DIN EN ISO 105-B02, Juli 2002:

  • Gerät: Xenotest Beta LM der Fa. Atlas
  • Lichtechtheit bei 50 °C
  • Bewertung nach 72 Stunden Belichtung
  • Bestimmung der Waschechtheit nach EN ISO 105-C08:
  • Prüfung A1M mit Mehrfaser-Begleitgewebe
  • 40°C / 150 ml / 45 min / 10 Stahlkugeln
  • 4 g/l Skip-Waschmittel (ohne opt. Aufheller)
  • Bestimmung der Reibechtheiten trocken/nass nach EN ISO 105 - X12:
  • Begleitgewebe Baumwolle, ISO 105 - F09
The lightfastness was determined in all examples according to DIN EN ISO 105-B02, July 2002:
  • Device: Xenotest Beta LM from Atlas
  • Light fastness at 50 °C
  • Rating after 72 hours exposure
  • Determination of wash fastness according to EN ISO 105-C08:
  • Test A1M with multi-fiber adjoining fabric
  • 40°C / 150 ml / 45 min / 10 steel balls
  • 4 g/l skip detergent (without optical brightener)
  • Determination of rub fastness dry/wet according to EN ISO 105 - X12:
  • Accompanying fabric cotton, ISO 105 - F09

Beispiel 1 (Ausziehfärbung von Stückware/ Verfahrensschritt b)): Example 1 (exhaust dyeing of piece goods/process step b)):

Die Färbungen wurden in Form von Ausziehfärbungen auf dem Färbebaum durchgeführt. Verwendet wurde eine Maschenware mit der Bezeichnung Nomex Comfort®, bestehend aus 93% Nomex®, 5% Kevlar® und 2% Antistatikfaser. Es wurden wässrige Flotten folgender Zusammensetzung angesetzt: Die Flotten enthielten jeweils 90 g/l Harnstoff, 6 g/l stabilisiertes Formaldehydsulfoxylat (Reduktionsmittel Rongal HT), 10 ml/l 32,5 gew.%-ige Natronlauge sowie 2 g/l eines Dispergierhilfsmittels (Naphthalinsulfonat).

  • Farbstoffflotte 1 für den Farbton Oliv:
    5% C.I. Vat Green 13, bezogen auf das Gewicht des Fasermaterials
  • Farbstoffflotte 2 für den Farbton Pantone:
    2,5% C.I. Vat Brown 9 + 2,1% C.I. Vat Orange 29
  • Farbstoffflotte 3 für den Farbton Gelblich-Blau:
    1,7% C.I. Vat Blue 4 + 0,6% C.I. Vat Green 1 + 0,3% C.I. Vat Yellow 28
  • Farbstoffflotte 4 für den Farbton dunkeloliv:
    6,0% C.I. Vat Black 9 + 2,5% C.I. Vat Green 1
The dyeings were carried out in the form of exhaust dyeings on the dyeing beam. A knitted fabric called Nomex Comfort® , consisting of 93% Nomex® , 5% Kevlar® and 2% antistatic fibers, was used. Aqueous liquors with the following composition were prepared: The liquors each contained 90 g/l of urea, 6 g/l of stabilized formaldehyde sulfoxylate (Rongal HT reducing agent), 10 ml/l of 32.5% strength by weight sodium hydroxide solution and 2 g/l of a dispersing agent (Naphthalenesulfonate).
  • Dye liquor 1 for the shade olive:
    5% CI Vat Green 13 based on the weight of the fiber material
  • Dye liquor 2 for the Pantone shade:
    2.5% CI Vat Brown 9 + 2.1% CI Vat Orange 29
  • Dye liquor 3 for the shade of yellowish blue:
    1.7% CI Vat Blue 4 + 0.6% CI Vat Green 1 + 0.3% CI Vat Yellow 28
  • Dye liquor 4 for the shade dark olive:
    6.0% CI Vat Black 9 + 2.5% CI Vat Green 1

Die Färbungen der Ware wurden im Wickelkörper (Baum) in 400 ml Färbebechern in einem Turbomat (Fa. Ahiba) bei einem Flottenverhältnis von 1:12 durchgeführt.

  • Färbung:
    • Mit 3°C/min auf 115°C aufheizen, 35 min bei 115°C
    • Abkühlen
  • Oxidation:
    4 g/l Wasserstoffperoxid (35%-ig), pH 5, 35 min bei Raumtemperatur.
  • Seifen und Spülen:
    • 1. Bad: 1,5 g/l Dispergator, 10 min bei 100°C
    • 2. Bad: 1 g/l anionaktives Tensid, 15 min bei 100°C
    • 3. Bad: deionisiertes Wasser, 10 min bei 100°C
    • 4.-6. Bad: deionisiertes Wasser, 80°C, je 3 min
The goods were dyed in the package (beam) in 400 ml dyeing beakers in a Turbomat (from Ahiba) at a liquor ratio of 1:12.
  • Coloring:
    • Heat at 3°C/min to 115°C, 35 min at 115°C
    • cooling down
  • Oxidation:
    4 g/l hydrogen peroxide (35%), pH 5, 35 min at room temperature.
  • Soaps and rinses:
    • 1st bath: 1.5 g/l dispersant, 10 min at 100°C
    • 2nd bath: 1 g/l anionic surfactant, 15 min at 100°C
    • 3rd bath: deionized water, 10 min at 100°C
    • 4th-6th Bath: deionized water, 80°C, 3 min each

In der nachfolgenden Tabelle sind die Farbtiefen der Färbungen anhand des K/S-Wertes dargestellt. Die Werte in Klammern für die K/S-Werte und Lichtechtheitsnoten stehen für die entsprechenden Färbungen ohne Harnstoffzugabe. Tabelle 1a: Farbtiefen (K/S-Werte) und Lichtechtheitsnoten Farbflotte Farbtiefe K/S Lichtechtheitsnote 1 (Oliv), 440 nm 4,22 (0,73) 4-5 (3) 2 (Pantone), 500 nm 2,60 (0,61) 5 (3-4) 3 (Blaugelb), 600 nm 1,48 (0,35) 5 (4) 4 (Dunkeloliv), 600 nm 8,60 (2,70) 5-6 (4) The color depths of the dyeings are shown in the table below based on the K/S value. The values in brackets for the K/S values and light fastness grades stand for the corresponding dyeings without the addition of urea. <u>Table</u> 1a: Color depths (K/S values) and lightfastness grades color liquor Color depth K/S lightfastness grade 1 (olive), 440 nm 4.22 (0.73) 4-5 (3) 2 (Pantone), 500nm 2.60 (0.61) 5 (3-4) 3 (blue-yellow), 600 nm 1.48 (0.35) 5 (4) 4 (dark olive), 600 nm 8.60 (2.70) 5-6 (4)

Veraleichsbeispiel 1:Comparison example 1:

Die Färbungen wurden identisch durchgeführt, mit dem Unterschied, dass anstelle von Harnstoff in der Farbstoffflotte 70 g/l Benzylalkohol als Carrier zugesetzt wurde (Farbflotte "Nr.-BA"). Tabelle 1 V: Farbtiefen (K/S-Werte) und Lichtechtheitsnoten für Carrierfärbung mit Benzylalkohol Farbflotte Farbtiefe K/S Lichtechtheitsnote 1-BA, 440 nm 3,72 3-4 2-BA, 500 nm 2,06 3-4 3-BA, 600 nm 1,35 4 4-BA, 600 nm 7,90 4-5 The dyeings were carried out identically, with the difference that instead of urea in the dye liquor, 70 g/l of benzyl alcohol was added as a carrier (dye liquor "No.-BA"). <u>Table 1 V</u>: Color depths (K/S values) and lightfastness grades for carrier dyeing with benzyl alcohol color liquor Color depth K/S lightfastness grade 1-BA, 440nm 3.72 3-4 2-BA, 500nm 2.06 3-4 3-BA, 600nm 1.35 4 4-BA, 600nm 7.90 4-5

Die mit Carrier gefärbten, oxidierten und gespülten Fasermaterialien wurden im Soxhlet-Extraktor mit Isopropanol extrahiert und der Gehalt an Benzylalkohol in den Extrakten mittels HPLC bestimmt. Bezogen auf das Fasergewicht ergibt sich eine Benzylalkoholmenge von durchschnittlich 0,33 Gew.-% (±0,3 Gew.-%).The fiber materials dyed with carrier, oxidized and rinsed were extracted with isopropanol in a Soxhlet extractor and the content of benzyl alcohol in the extracts was determined by means of HPLC. Based on the fiber weight, the amount of benzyl alcohol is on average 0.33% by weight (±0.3% by weight).

Beispiel 2 (Garnfärbuna/Verfahrensschritt b)):Example 2 (yarn dyeing/process step b)):

Eingesetzt wurde ein m-Aramid-Garn der Bezeichnung Yantai Newstar® 50/1 Nm auf Färbespule gewickelt. Die Garnfärbung wurde in einem Labor-Spulenfärbeapparat (Fa. Mathis AG, CH-Oberhasli) mit einem Flottenverhältnis von 1:5 durchgeführt.

  • Farbstoffflotte 5 für den Farbton Oliv:
    • 5% C.I. Vat Green 13 (bezogen auf das Gewicht des Fasermaterials) 38 ml/l Natronlauge 32,5%-ig
    • 11 g/l Rongal Reducer HT (stab. Formaldehydsulfoxylat)
  • Varianten:
    1. a) ohne weiteren Zusatz
    2. b) 30 g/l 2-Phenoxyethanol
    3. c) 150 g/l Harnstoff
  • Färbung:
    • Aufheizen der Flotte auf 60°C und dann mit 3°C/min auf 115°C aufheizen 35 min bei 115°C
    • Oxidation, Seifen und Spülen analog Beispiel 1.
Tabelle 2: Farbtiefen (K/S-Werte) und Lichtechtheitsnoten Farbflotte 5 Variante Farbtiefe K/S (440 nm) Lichtechtheitsnote a) 0,81 3-4 b) 3,77 3-4 c) 4,43 4-5 An m-aramid yarn of the designation Yantai Newstar® 50/1 Nm wound on a dye bobbin was used. Yarn dyeing was carried out in a laboratory bobbin dyeing machine (Mathis AG, CH-Oberhasli) with a liquor ratio of 1:5.
  • Dye liquor 5 for the shade olive:
    • 5% CI Vat Green 13 (based on the weight of the fiber material) 38 ml/l 32.5% sodium hydroxide solution
    • 11 g/l Rongal Reducer HT (stab. formaldehyde sulfoxylate)
  • Variants:
    1. a) without further addition
    2. b) 30 g/l 2-phenoxyethanol
    3. c) 150 g/l urea
  • Coloring:
    • Heat up the liquor to 60°C and then at 3°C/min to 115°C 35 minutes at 115°C
    • Oxidation, soaping and rinsing analogous to example 1.
<u>Table</u> 2: Color depths (K/S values) and lightfastness grades Color fleet 5 variant Color depth K/S (440 nm) lightfastness grade a) 0.81 3-4 b) 3.77 3-4 c) 4.43 4-5

Beispiel 3 (Ausziehfärbung ohne Verküpuna/Verfahrensschritt a)):Example 3 (exhaust dyeing without Verkupuna/process step a)):

In einem Becherfärbeapparat Labomat der Fa. Mathis AG wurde eine Ausziehfärbung mit der Farbstoffflotte 2 aus Beispiel 1 bei einem Flottenverhältnis von 1:20 durchgeführt, jedoch ohne die Zusatzstoffe Natronlauge und Formaldehydsulfoxylat (Reduktionsmittel Rongal HT). Die Bedingungen der Färbung und des Seif-/ Spülvorgangs waren identisch, der Oxidationsschritt entfiel. Die Färbungen enthielten zum einen 150 g/l Harnstoff (= Flotte 6) und zum anderen 70 g/l Benzylalkohol (= Flotte 6-BA). Tabelle 3: Farbtiefen (K/S-Werte) und Lichtechtheitsnoten Farbflotte Pantone Farbtiefe K/S (500 nm) Lichtechtheitsnote 6 2,15 4-5 6-BA 1,72 3-4 Exhaust dyeing was carried out in a Labomat beaker dyeing apparatus from Mathis AG with dye liquor 2 from Example 1 at a liquor ratio of 1:20, but without the additives sodium hydroxide solution and formaldehyde sulfoxylate (Rongal HT reducing agent). The conditions of the dyeing and the soaping/rinsing process were identical, the oxidation step was omitted. The dyeings contained 150 g/l of urea (= liquor 6 ) and 70 g/l of benzyl alcohol (= liquor 6-BA ). <u>Table</u> 3: Color depths (K/S values) and lightfastness grades Color fleet Pantone Color depth K/S (500 nm) lightfastness grade 6 2:15 4-5 6-BA 1.72 3-4

Beispiel 4 (Pad Steam- oder Klotz-Dämpf-Verfahren/Verfahrensschritt a)):Example 4 (pad steam or pad steam process/process step a)):

Es wurde Gewebe mit der Bezeichnung Nomex® III der Fa. DuPont du Nemours bestehend aus 95% Nomex®, 5% Kevlar® (p-Aramid) für die Versuche herangezogen. Das Gewebe hatte ein Flächengewicht von 262 g/m2 und eine moderate Kristallinität.Fabric with the designation Nomex ( R) III from DuPont du Nemours consisting of 95% Nomex (R) , 5% Kevlar (R ) (p-aramid) was used for the tests. The fabric had a basis weight of 262 g/m 2 and moderate crystallinity.

Das Gewebe in einer Dimension von 45 cm x 30 cm wurde unter Zusatz von hierzu üblichen Tensiden in schwach alkalischem Medium vorgewaschen und getrocknet. Anschließend wurde mittels eines Foulards eine Klotzflotte folgender Zusammensetzung aufgebracht:

  • x,y,z g/l Farbstoff
  • 150 g/l Harnstoff (= 2,5 Mol/l)
  • 2 g/l Dispergator (Naphthalinsulfonat)
  • pH 6-7
  1. a) Farbton Pantone (braun):
    Farbflotte 7: 30,1 g/l C.I. Vat Brown 9 + 25,3 g/l C.I. Vat Orange 29
  2. b) Farbton Oliv:
    Farbflotte 8: 43 g/l C.I. Vat Green 13
The fabric, measuring 45 cm×30 cm, was prewashed in a weakly alkaline medium with the addition of surfactants customary for this purpose and dried. A padding liquor with the following composition was then applied using a foulard:
  • x,y,zg/l dye
  • 150 g/l urea (= 2.5 mol/l)
  • 2 g/l dispersant (naphthalene sulfonate)
  • pH 6-7
  1. a) Pantone color (brown):
    Dye liquor 7 : 30.1 g/l CI Vat Brown 9 + 25.3 g/l CI Vat Orange 29
  2. b) Color olive:
    Dye liquor 8 : 43 g/l CI Vat Green 13

Des Weiteren wurden für beide Farbtöne die Flotten ohne Harnstoff als Vergleich angesetzt und analog gefärbt (= Flotten Nr. 9-7 und 9-8).

  • Flottenaufnahme: jeweils 70%
  • Vortrocknung: Dämpfer ohne Feuchte 2 min, 100°C, 20% Gebläse
  • Fixierung:
    Dämpfer: 5 min, 155°C, 45% Dampf
  • Nachseifen und Spülen erfolgten analog Beispiel 1.
In addition, the liquors without urea were used as a comparison for both shades and dyed analogously (= liquor numbers 9-7 and 9-8).
  • Fleet pickup: 70% each
  • Pre-drying: Steamer without moisture 2 min, 100°C, 20% fan
  • fixation:
    Steamer: 5 min, 155°C, 45% steam
  • Soaping up and rinsing were carried out in the same way as in example 1.

Die Farbtiefe wurde anhand der K/S-Werte bestimmt; für Farbflotte 7 (Pantone) bei 500 nm und für Farbflotte 8 (Oliv) bei 440 nm. Die für die harnstofffreien Farbflotten Nr. 9-7 und 9-8 jeweils erreichten Lichtechtheitsnoten sind in der Tabelle 4b in Klammern gehalten. Tabelle 4a: Farbtiefen (K/S-Werte) Farbflotte Farbton Pantone K/S (500) Farbton Oliv K/S (440 nm) 7 2,37 - 8 - 4,10 9-7 / 9-8 0,82 1,13 Tabelle 4b: Lichtechtheitsnoten Farbstoffflotte Lichtechtheitsnote 7 (Pantone) 5-6 (4-5) 8 (Oliv) 5-6 (4) Color depth was determined using K/S values; for dye liquor 7 (Pantone) at 500 nm and for dye liquor 8 (olive) at 440 nm. The light fastness grades achieved for the urea-free dye liquors Nos. 9-7 and 9-8 are given in brackets in Table 4b. <u>Table</u> 4a: Color depths (K/S values) color liquor Shade Pantone K/S (500) Shade olive K/S (440 nm) 7 2.37 - 8th - 4.10 9-7 / 9-8 0.82 1:13 dye liquor lightfastness grade 7 (Pantone) 5-6 (4-5) 8 (olive) 5-6 (4)

Vergleichsbeispiel 2 (mit Carrier):Comparative example 2 (with carrier):

Die Färbungen wurden mit Prozessparametern durchgeführt, die mit denen des Beispiels 4 identisch sind. Jedoch wurden in den Rezepturen anstelle von Harnstoff zwei handelsübliche Carrier eingesetzt.

  • Farbflotte 10: 30 g/l 2-Phenoxyethanol
  • Farbflotte 11: 70 g/l Benzylalkohol
  • Farbstoffflotte Nr. x,y-7: Farbton Pantone
  • Farbstoffflotte Nr. x,y-8: Farbton Oliv
Tabelle 4 V a: Farbtiefen (K/S-Werte) Farbstoffflotte Farbton Pantone K/S (500 nm) Oliv K/S (440 nm) 10-7 / 10-8 2,09 3,61 11-7 / 11-8 2,04 3,45 Tabelle 4 V b: Lichtechtheitsnoten Farbstoffflotte Pantone Oliv 10-7 / 10-8 4 3-4 11-7 / 11-8 4 4 The dyeings were carried out with process parameters which are identical to those of Example 4. However, two commercially available carriers were used in the formulations instead of urea.
  • Dye liquor 10: 30 g/l 2-phenoxyethanol
  • Dye liquor 11: 70 g/l benzyl alcohol
  • Dye liquor No. x,y-7: Pantone shade
  • Dye liquor No. x,y-8: shade olive
<u>Table 4 V a:</u> Color depths (K/S values) dye liquor Hue Pantone K/S (500nm) Olive K/S (440 nm) 10-7 / 10-8 2.09 3.61 11-7 / 11-8 2.04 3.45 dye liquor Pantone Olive 10-7 / 10-8 4 3-4 11-7 / 11-8 4 4

Beispiel 5: (Färbung eines hochkristallinen m-Aramids nach dem Pad-Dry-, Thermosol- oder Klotz-Trocken-Verfahren auf dem Spannrahmen, Verfahrensschritt a))Example 5: (Dyeing of a highly crystalline m-aramid by the pad-dry, thermosol or pad-dry process on the stenter, process step a))

Es wurde ein Gewebe mit der Bezeichnung Nomex® 450 der Fa. DuPont de Nemours für die Versuche herangezogen, bestehend aus 100% m-Aramid mit hoher Kristallinität. Das Flächengewicht betrug 140 g/m2, die Garnstärke Nm 60/2. Die Färberezepturen entsprachen denen aus Beispiel 4. Die Flottenaufnahme betrug 74%. Die Vortrocknung und Fixierung der Färbungen erfolgte auf einem Spannrahmen bei 100°C / 2 min beziehungsweise. 180°C / 3 min.A fabric with the designation Nomex® 450 from DuPont de Nemours was used for the tests, consisting of 100% m-aramid with high crystallinity. The weight per unit area was 140 g/m 2 , the yarn count was Nm 60/2. The dyeing formulations corresponded to those from Example 4. The liquor pick-up was 74%. The dyeings were pre-dried and fixed on a tenter at 100° C./2 min, respectively. 180°C / 3 min.

Nachseifen und Spülen erfolgten analog Beispiel 1. Tabelle 5a: Farbtiefen (K/S-Werte) Farbstoffflotte Farbton Pantone K/S (500 nm) Farbton Oliv K/S (440 nm) 7 2,76 - 8 - 3,45 9-7 / 9-8 0,46 0,69 11-7 / 11-8 2,41 3,22 Tabelle 5b: Lichtechtheitsnoten Farbstoffflotte Farbton Pantone Farbton Oliv 7 5 - 8 - 4-5 11-7 / 11-8 4 3-4

Figure imgb0001
Figure imgb0002
Tabelle 5d: Reibechtheiten Farbflotte trocken nass 7 3-4 3 8 3-4 3 11-7 / 11-8 3-4 / 3 2-3 / 2-3 Soaping up and rinsing were carried out in the same way as in example 1. <u>Table</u> 5a: Color depths (K/S values) dye liquor Hue Pantone K/S (500nm) Shade olive K/S (440 nm) 7 2.76 - 8th - 3.45 9-7 / 9-8 0.46 0.69 11-7 / 11-8 2.41 3.22 dye liquor Hue Pantone Hue olive 7 5 - 8th - 4-5 11-7 / 11-8 4 3-4
Figure imgb0001
Figure imgb0002
color liquor dry wet 7 3-4 3 8th 3-4 3 11-7 / 11-8 3-4/3 2-3 / 2-3

Beispiel 6: (Färbung einer Maschenware aus Nomex® Comfort auf dem Spannrahmen/Verfahrensschritt a))Es wurde eine Maschenware mit der Bezeichnung Nomex® Comfort, bestehend aus 93% Nomex®, 5% Kevlar® und 2% Antistatikfaser eingesetzt. Example 6 Dyeing of a Nomex® Comfort knitted fabric on the stenter/process step a)) A Nomex® Comfort knitted fabric consisting of 93% Nomex® , 5% Kevlar® and 2% antistatic fibers was used.

Die Flottenaufnahme betrug 93%. Die Vortrocknung und Fixierung der Färbungen erfolgte auf einem Spannrahmen bei 100°C / 2 min bzw. 180°C / 3 min. Die Harnstoffmenge in den Flotten betrug jeweils 150 g/l (analog Beispiel 4).The liquor pickup was 93%. The pre-drying and fixing of the dyeings took place on a tenter at 100° C./2 min and 180° C./3 min. The amount of urea in the liquors was 150 g/l in each case (similarly to Example 4).

Nachwäsche und Spülen erfolgten analog Beispiel 1. Tabelle 6a: Farbtiefen (K/S-Werte) Farbstoffflotte Farbton Pantone K/S (x nm) Farbton Oliv K/S (440 nm) 7 3,7 - 8 - 4,7 10-7/ 10-8 2,2 0,6 11-7 / 11-8 2,9 4,0 Tabelle 6b: Lichtechtheit Farbstoffflotte Lichtechtheit Pantone Lichtechtheit Oliv 7 5-6 - 8 - 5 10-7 / 10-8 4 4 11-7 / 11.8 4 3-4 Subsequent washing and rinsing were carried out analogously to example 1. <u>Table</u> 6a: Color depths (K/S values) dye liquor Hue Pantone K/S (x nm) Shade olive K/S (440 nm) 7 3.7 - 8th - 4.7 10-7/ 10-8 2.2 0.6 11-7 / 11-8 2.9 4.0 dye liquor Lightfastness Pantone Light fastness olive 7 5-6 - 8th - 5 10-7 / 10-8 4 4 11-7 / 11.8 4 3-4

An den verschieden behandelten Maschenwaren wurden mittels eines Zugprüfgeräts (Universalzugprüfgerät der Fa. Zwick) Hysteresemessungen durchgeführt. Bestimmt wurde die Kraft bei 38% Dehnung sowie die Restdehnung nach Entlastung. In Anlehnung an DIN 53835-13 wurden Dehnungs-/Entlastungs-Zyklen durchgeführt bei vorgegebener Dehngrenze von 38%. Es wurden jeweils die Mittelwerte aus 5 Einzelbestimmungen ermittelt. Tabelle 6c: Werte für die Kraftaufnahme und die bleibende Dehnung im Hystereseversuch (bei einer maximalen Verdehnung von 38%) F 38,1 [cN] ε rest,1 [%] F 38,2 [cN] ε rest,2 [%] Ausgangsware 6.870 9,9 6.000 11,0 ohne Zusätze gefärbt 5.289 10,9 4.419 12,6 Färbung Pantone mit Harnstoff, Nr. 7 8.873 11,1 7.519 11,1 Färbung Pantone mit Benzylalkohol, Nr. 10-7 4.300 12,4 3.675 12,4 F 38,1 und F 38,2: Kraft bei 38% Dehnung im 1. bzw. 2. Zyklus
ε rest,1 und ε rest,2: Bleibende Dehnung nach dem 1. bzw. 2. Zyklus.
Hysteresis measurements were carried out on the differently treated knitwear using a tensile tester (universal tensile tester from Zwick). The force at 38% elongation and the residual elongation after relief were determined. In accordance with DIN 53835-13, stretching/relief cycles were carried out with a specified yield strength of 38%. The mean values from 5 individual determinations were determined in each case. <u>Table</u> 6c: Values for force absorption and permanent strain in the hysteresis test (at a maximum strain of 38%) F 38.1 [cN] ε remainder,1 [%] F 38.2 [cN] ε remainder,2 [%] starting goods 6,870 9.9 6,000 11.0 colored without additives 5,289 10.9 4,419 12.6 Staining Pantone with urea, No. 7 8,873 11.1 7,519 11.1 Stain Pantone with benzyl alcohol, No. 10-7 4,300 12.4 3,675 12.4 F 38.1 and F 38.2 : force at 38% elongation in the 1st and 2nd cycles, respectively
ε rest,1 and ε rest,2 : permanent strain after the 1st or 2nd cycle.

Zur Erläuterung:In order to explain:

Je höher die Kraftaufnahme und je kleiner die bleibende Dehnung, umso besser verhält sich das Material gefühlsmäßig in seinen elastischen Eigenschaften.The higher the force absorption and the smaller the permanent elongation, the better the material behaves in terms of its elastic properties.

Beispiel 7: (Konzentrationsreihe Harnstoff/Verfahrensschritt a)) Example 7: (concentration series of urea/process step a))

Analog Beispiel 6 wurde eine Maschenware mit der Bezeichnung Nomex® Comfort eingesetzt. Es wurde analog Beispiel 6 verfahren bei variabler Harnstoffkonzentration in den Farbstoffflotten 7 und 8. Tabelle 7: Farbtiefen (K/S-Werte) Konzentration Harnstoff in der Färbeflotte [Mol/I] Farbton Pantone K/S (500 nm) Farbton Oliv K/S (440 nm) 0 1,18 0,58 0,1 - 0,6 0,25 - 0,7 0,4 - 1,1 0,7 - 2,5 1 3,43 4,22 2 3,66 4,69 3 3,61 4,50 4 3,30 4,45 As in example 6, a knitted fabric called Nomex® Comfort was used. The procedure was analogous to example 6 with a variable urea concentration in dye liquors 7 and 8. <u>Table</u> 7: Color depths (K/S values) Concentration of urea in the dye liquor [mol/l] Hue Pantone K/S (500nm) Shade olive K/S (440 nm) 0 1:18 0.58 0.1 - 0.6 0.25 - 0.7 0.4 - 1.1 0.7 - 2.5 1 3.43 4.22 2 3.66 4.69 3 3.61 4.50 4 3.30 4.45

Beispiel 8: (Färbung einer Fasermischung) Example 8: (dyeing of a fiber mixture)

Es wurde ein Gewebe aus 63% Nomex®/30% Viskose FR/5% Kevlar® und 2% Antistatikfaser mit einem Flächengewicht von 290 g/m2 in der Dimension von 40 cm x 30 cm, vorgewaschen, eingesetzt.A fabric made from 63% Nomex® /30% viscose FR/5% Kevlar® and 2% antistatic fibers with a surface weight of 290 g/m 2 and dimensions of 40 cm×30 cm, prewashed, was used.

Verwendet wurden die beiden Farbstoffflotten 7 und 8. Die Flottenaufnahme betrug 70%. Die Vortrocknung und Fixierung der Färbungen erfolgte analog Beispiel 5 in einem Spannrahmen bei 100°C / 2 min bzw. 180°C / 3 min.The two dye liquors 7 and 8 were used. The liquor pickup was 70%. The pre-drying and fixing of the dyeings took place analogously to Example 5 in a tenter at 100° C./2 min or 180° C./3 min.

Des Weiteren wurden für beide Farbtöne die Flotten ohne Harnstoff, aber mit Carrier Benzylalkohol, als Vergleich angesetzt und analog gefärbt (= Flotten Nr. 10-7 und 10-8). Tabelle 8a: Farbtiefen (K/S-Werte) Farbflotte Pantone K/S (500 nm) Oliv K/S (440 nm) 7 2,77 - 8 - 3,97 10-7 / 10-8 1,63 2,71 Tabelle 8b: Lichtechtheit Farbstoffflotte Pantone Oliv 7 5 - 8 - 4-5 10-7 / 10-8 3-4 3-4 Furthermore, for both color shades, the liquors without urea but with carrier benzyl alcohol were prepared as a comparison and dyed analogously (= liquor nos. 10-7 and 10-8). <u>Table</u> 8a: Color depths (K/S values) color liquor Pantone K/S (500nm) Olive K/S (440 nm) 7 2.77 - 8th - 3.97 10-7 / 10-8 1.63 2.71 dye liquor Pantone Olive 7 5 - 8th - 4-5 10-7 / 10-8 3-4 3-4

Beispiel 9:Example 9:

Es wurde das Fasermischgewebe aus Beispiel 8 eingesetzt und, wie unter Beispiel 1 nach dem Küpenverfahren beschrieben, mit der harnstoffhaltigen Farbstoffflotte 1 sowie der benzylalkoholhaltigen Farbstoffflotte 1-BA im Ausziehverfahren auf dem Färbebaum (Laborfärbeapparat "Turbomat" der Fa. Ahiba) bei einem Flottenverhältnis von 1:12 gefärbt. Vergleichend wurde eine Färbung des Fasermaterials ohne Harnstoff- bzw. Carrierzusatz unter identischen Parametern gefärbt (Farbflotte 1-0). Anschließend wurde wie in Beispiel 1 beschrieben oxidiert, nachgeseift und gespült. Nach der Trocknung und Konditionierung im Normklima wurde jeweils der Limiting Oxygen Index der gefärbten Materialien nach ASTM D2863 bestimmt. Tabelle 9: Limiting Oxygen Index Farbstoffflotte LOI 1 (mit Harnstoff) 31,6 1-BA 27,9 1-0 33,4 The fiber blend fabric from Example 8 was used and, as described in Example 1 using the vat process, with the urea-containing dye liquor 1 and the benzyl alcohol-containing dye liquor 1-BA in the exhaust process on the dyeing beam (laboratory dyeing machine "Turbomat" from Ahiba) at a liquor ratio of 1:12 colored. For comparison, a dyeing of the fiber material without addition of urea or carrier was dyed under identical parameters (dye liquor 1-0). Then, as described in Example 1, it was oxidized, resoaped and rinsed. After drying and conditioning in a standard climate, the Limiting Oxygen Index of the colored materials was determined in accordance with ASTM D2863. <u>Table</u> 9: Limiting Oxygen Index dye liquor LOI 1 (with urea) 31:6 1 BA 27.9 1-0 33.4

Claims (20)

  1. A method for producing coloured fibrous materials on the basis of m-aramid fibres or m-aramid-fibre-containing fibre mixtures subsequently dyed with vat dyes, characterised in that the m-aramid fibres are subsequently dyed with vat dyes by
    a) applying vat dyes in an aqueous dispersion containing urea and/or homologues and/or derivatives of urea directly to the m-aramid fibres or the m-aramid-fibre-containing fibre mixtures, and then carrying out a fixing of the vat pigment on the fibrous materials, or
    b) transforming the vat dyes into the leuco form by the addition of reducing agents in an alkali medium, the resulting vat containing urea and/or homologues and/or derivatives of urea, and bringing the vat into contact with the m-aramid fibres or the m-aramid-fibre-containing fibre mixtures, forming the vat dyes oxidatively from the leuco form, and carrying out a fixing of the vat dyes on the fibrous materials.
  2. The method according to claim 1, characterised in that the m-aramid fibres and the m-aramid-fibre-containing fibre mixtures are based on fibre flocks, fibre tows, wool tops, rovings, yarns, woven fabrics, knitted fabrics, especially weft-knitted fabrics and warp-knitted fabrics, braids or non-woven fabric.
  3. The method according to claim 1 or claim 2, characterised in that further fibres that can be dyed with vat dyes are contained in the m-aramid-containing fibre mixtures, especially contained in the form of viscose, modal, lyocell, polyamide and/or polypropylene fibres and/or wool, the further fibres preferably being inherently flame-retardant and having an LOI according to ASTM D2863 of at least 23, especially of at least 27.
  4. The method according to claim 3, characterised in that the further fibres are present as cellulose fibres, regenerated cellulose fibres, aliphatic, aliphatic-aromatic and aromatic polyamide fibres and/or polyester fibres.
  5. The method according to claim 3 or claim 4, characterised in that the further fibres, in relation to the total weight of the fibre mixtures, account for approximately 1 to 75 wt.%, especially approximately 5 to 60 wt.%.
  6. The method according to at least one of claims 1 to 5, characterised in that the vat dyes in method step a) have a particle size of approximately 0.1 to 3 pm, especially of approximately 0.2 to 0.8 pm.
  7. The method according to at least one of the preceding claims, characterised in that the vat dyes are used in the form of indigo dyes, indigo derivative dyes, anthraquinone dyes, anthraquinone oxazole dyes, anthraquinone carbazole dyes, indanthrone dyes, flavanthrone dyes, benzanthrone dyes or pyranthone dyes or sulphur dyes, the vat dyes preferably being used as C.I. Vat Green 1, Vat Green 13, C.I. Vat Red 32, C.I. Vat Red 10, C.I. Vat Blue 4, C.I. Vat Blue 20, C.I. Vat Yellow 28, C.I. Vat Orange 29, C.I. Vat Brown 9, C.I. Vat Black 9 and/or C.I. Sulphur Black 9.
  8. The method according to at least one of the preceding claims, characterised in that the aqueous dispersion in method step a) and the vat in method step b) are applied continuously by a pad, slop pad or a doctor blade or the bringing into contact with the fibrous material is carried out in the form of a discontinuous exhaust method.
  9. The method according to at least one of the preceding claims, characterised in that the aqueous dispersion in method step a) and the vat in method step b) contain approximately 0.1 to 10 mol/l, especially 1 to 5 mol/l, and especially preferably 2 to 4 mol/l of urea and/or urea derivative.
  10. The method according to one of the preceding claims, characterised in that the aqueous dispersion in method step a) and the vat in method step b) contain approximately 0.4 to 10 mol/l, preferably 0.6 to 10 mol/l, and especially 0.8 to 10 mol/l of urea and/or homologues and/or derivatives of urea.
  11. The method according to at least one of the preceding claims, characterised in that the vat dyes are contained in the aqueous dispersion of method step a) in a concentration from 1.5 to 110 g/l, especially from 5 to 60 g/l, and are contained in the alkali medium in method step b) in a concentration from 0.05 to 30 g/l, especially from 0.2 to 20 g/l.
  12. The method according to at least one of the preceding claims, characterised in that a post-dyeing soaping step is carried out following the forming of the vat dyes in method step b) .
  13. The method according to at least one of the preceding claims, characterised in that the fixing of the vat dyes in method step a) and method step b) is carried out as
    a) dry heat fixing between 140 and 260°C, especially between 170 and 220°C, (Thermosol method),
    b) vapour fixing at a temperature between 100 and 160°C, especially between 110 and 155°C, and/or
    c) exhaust dyeing between 70 and 150°C, especially between 98 and 125°C.
  14. The method according to at least one of the preceding claims, characterised in that when carrying out the method carrier materials, especially benzyl alcohol, acetophenone or 2-phenoxyethanol, are largely excluded.
  15. Coloured fibrous materials on the basis of dyed m-aramid-fibre-containing fibre mixtures, characterised in that the fibre mixtures, in addition to the m-aramid fibres, also contain further fibres and are dyed with vat dyes and have a content of carriers of less than 15 ppm, especially less than 10 ppm, obtainable by the method according to at least one of claims 1 to 14, wherein the further fibres preferably being present in the form of viscose fibres, modal fibres, lyocell fibres, polyamide fibres, polypropylene fibres, cellulose fibres, regenerated cellulose fibres, aliphatic, aliphatic-aromatic and aromatic polyamide fibres, polyester fibres and/or wool.
  16. Coloured fibrous materials according to claim 15, characterised in that the coloured fibrous materials are present in the form of coloured fibre flocks, fibre tows, wool tops, rovings, yarns, woven fabrics, knitted fabrics, especially weft-knitted fabrics and warp-knitted fabrics, braids or non-woven fabric.
  17. Coloured fibrous materials according to claim 15 or claim 16, characterised in that the fibre mixtures have a light fastness (according to DIN EN ISO 105 B-02 (50°C and 72 h exposure)) of at least 4.
  18. Coloured fibrous materials on the basis of dyed m-aramid fibres, characterised in that the dyed m-aramid fibres are dyed with vat dyes and have a content of carriers of less than 15 ppm, especially less than 10 ppm, and a light fastness (according to DIN EN ISO 105 B-02 (50°C and 72 h exposure)) of at least 4, obtainable by the method according to at least one of claims 1 to 14, wherein the coloured fibrous materials preferably being present in the form of coloured fibre flocks, fibre tows, wool tops, rovings, yarns, woven fabrics, knitted fabrics, especially weft-knitted fabrics and warp-knitted fabrics, braids or non-woven fabric.
  19. Coloured fibrous materials according to at least one of claims 15 to 20, characterised in that they have a content of carriers of less than 5 ppm, especially less than 1 ppm.
  20. Use of the coloured fibrous materials according to one of claims 15 to 19 or obtainable by a method according to at least one of claims 1 to 14 for the production of clothing and items of equipment, especially of flame-retardant or fire-protection textiles for personal protective clothing, especially for military, fire-fighting and police personnel, of workwear, of face masks and protective hoods (balaclavas), of gloves, of undergarments (long-arm shirts, Long-Johns), of envelopes for hot air balloons, or for use in objects.
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