Reduktive Nachreinigung, Oligomere und Waschechtheit
Nach der Dispersionsfärbung beeinträchtigen nicht gebundener Farbstoff an der Faseroberfläche und wandernde cyclische Oligomere die Farbechtheit und das Aussehen, sofern die reduktive Nachreinigung sie nicht entfernt.
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Das Färben mit Dispersionsfarbstoffen verläuft so, dass unlösliche Farbstoffpartikel bei hoher Temperatur (110–140 °C) in die thermisch erweichte Polyesterfaser eindiffundieren. Am Ende der Färbung ist ein Teil der Farbstoffmenge tatsächlich in die Faser eindiffundiert, ein anderer Teil bleibt wegen der begrenzten Wasserlöslichkeit als Partikel oder Aggregat an der Faseroberfläche haften. Dieser Oberflächenfarbstoff ist nicht chemisch an die Faser gebunden; er löst sich schon bei der ersten Wäsche oder durch Reibung und überträgt sich auf angrenzende Textilien. Die reduktive Nachreinigung (reductive clearing, RC) ist genau der Schritt nach dem Färben, der diesen Oberflächenüberschuss entfernt.
Mechanismus: Das Reduktionsmittel spaltet den Farbstoff und löst ihn
Die klassische RC läuft im alkalischen Bad mit Natriumhydrosulfit (Natriumdithionit, Na₂S₂O₄) und Natronlauge (NaOH), typischerweise 10–20 Minuten bei 70–80 °C. Das Reduktionsmittel spaltet die chromophore Azobindung (-N=N-) der oberflächlichen Azo-Dispersionsfarbstoffe zu farblosen, in Wasser dispergierbaren aromatischen Aminfragmenten; das alkalische Milieu überführt diese Fragmente und die Dispergierhilfsmittel in das Bad. Das Ergebnis ist die Entfernung des nicht oxidierten bzw. nicht gebundenen Oberflächenfarbstoffs, und das schlägt sich unmittelbar in der Farbechtheit nieder: Vor allem die Nassreibechtheit (crocking) und die Waschechtheit steigen deutlich. Am kritischsten ist die Wirkung bei dunklen und satten Tönen (heavy depth), denn die an der Oberfläche haftende Farbstoffmenge nimmt mit der Farbtiefe zu.
Wanderung cyclischer Oligomere: weiße Pünktchen
Das zweite, oft übersehene Problem sind die Oligomere. Die PET-Faser enthält aus dem Polymerisationsgleichgewicht etwa 1–3 % niedermolekulare Oligomere; dominierend ist darunter das cyclische Trimer, das cyclische Tris(ethylenterephthalat) (CAS 7441-32-9). Dieses cyclische Trimer ist in Wasser nahezu unlöslich und hat einen hohen Schmelzpunkt. Beim HT-Färben (110–140 °C) wandert es aus dem Faserinneren an die Oberfläche und in das Bad; beim Abkühlen des Bades kristallisiert es aus und bildet auf der Faseroberfläche und an den Maschinenwänden eine weiße, staubige Schicht. Schlimmer noch: Das ausgefallene Oligomer kann als Kristallisationskeim für den Dispersionsfarbstoff wirken und farbige Pünktchen oder Flecken erzeugen. Der optische Fehler senkt auch die Reibechtheit, denn loser Staub überträgt sich bei mechanischem Kontakt leicht.
Oligomere vermeiden: Temperatur und Dispergiermittel
- Ablasstemperatur: Wird das Bad nach der HT-Behandlung oberhalb der Rekristallisationsschwelle des Oligomers abgelassen (typischerweise ≥70–80 °C), fällt an der Oberfläche weniger aus; die Ware dagegen in einem kalten Bad zu behandeln fixiert den weißen Staub auf der Faser.
- Oligomerdispergiermittel + Egalisiermittel: halten das Oligomer während des Färbens fein verteilt und verzögern Agglomeration und Ablagerung auf dem Substrat.
- Alkalische Nachbehandlung: Die alkalische Stufe der reduktiven Nachreinigung hydrolysiert bzw. dispergiert das cyclische Trimer an der Faseroberfläche und im Bad teilweise und hilft so beim Reinigen; die RC wirkt deshalb doppelt — auf den Farbstoff und auf das Oligomer.
- Wer die Färbetemperatur nicht unnötig anhebt und schnelles, unkontrolliertes Abkühlen vermeidet, begrenzt die Wanderung und das plötzliche Ausfallen.
Öko-Alternativen: weg vom Dithionit
Die konventionelle RC mit Dithionit und Natronlauge ist ökologisch belastend: Sulfit- und Sulfat-Nebenprodukte korrodieren die Abwasserleitungen und erhöhen die COD/BOD/TDS-Fracht; zudem färbt man sauer (etwa pH 4–5), während die klassische RC alkalisch arbeitet, sodass zwei getrennte pH-Wechsel (und zusätzliches Wasser, Energie und Zeit) nötig sind. Die Industrie bewegt sich deshalb in mehrere Richtungen. Die saure reduktive Nachreinigung erspart das separate alkalische Ablassen und reinigt im selben sauren Milieu wie das Färbebad (etwa pH 3,5–5); dieser Ein-Bad-/Ein-pH-Ansatz senkt den Wasser- und Energieverbrauch. Formamidinsulfinsäure (FSA, Thioharnstoffdioxid) zersetzt sich unter alkalischen Bedingungen in der Hitze zu einem starken Sulfinat-Reduktionsmittel; sie ist deutlich stabiler als Dithionit (geringes Selbstentzündungs- und Explosionsrisiko), ihre Dosierung beträgt meist nur etwa 1/5–1/10 der Dithionitmenge und sie trägt weniger Schwefel in das Abwasser ein. Hydroxyaceton hinterlässt ein von Sulfat- und Sulfitsalzen freies, von Natur aus biologisch abbaubares Abwasser; auch glucosebasierte Mittel sind biologisch abbaubar. Fortgeschrittene Verfahren wie Enzyme (etwa 40–60 °C, neutraler pH-Wert), Ozon und Plasma erreichen eine vergleichbare oder bessere Wasch- und Farbechtheit und senken Wasser, Chemikalien und Energie deutlich.
| Verfahren | pH | Temperatur | Badführung | Abwasser / Anmerkung |
|---|---|---|---|---|
| Dithionit (Na₂S₂O₄) + Natronlauge | Alkalisch (~11–13) | ~70–80 °C | Separates Bad, alkalisches Ablassen | Sulfit/Sulfat, hoher COD/BOD; zwei pH-Wechsel |
| Formamidinsulfinsäure (FSA) | Alkalisch | ~70–80 °C | Separates Bad | Niedrige Dosierung (~1/5–1/10 der Dithionitmenge); weniger Schwefel |
| Hydroxyaceton | Alkalisch | ~70–80 °C | Separates Bad | Frei von Sulfat/Sulfit; biologisch abbaubar |
| Saure Ein-Bad-RC | Sauer (~3,5–5) | ~70–80 °C | Dasselbe wie das Färbebad | Kein pH-Wechsel; weniger Wasser/Energie/Zeit |
| Enzymatisch | Neutral | ~40–60 °C | Separat/milder | Niedriger Energiebedarf; schwefelfrei |
Farbechtheit nachweisen: die Prüfreihe ISO 105
Der Erfolg der RC ist nicht subjektiv, sondern wird mit genormten Prüfungen gemessen, und die Probe wird gegen zwei Graumaßstäbe bewertet: Farbänderung nach ISO 105-A02 (1–5) und Anbluten des Mehrfaser-Begleitgewebes (multifibre) nach ISO 105-A03 (1–5). Die Waschechtheit wird nach ISO 105-C06 geprüft; gewählt wird ein Programm im Bereich 40–95 °C (z. B. A1S/A2S 40 °C, C2S 60 °C, E2S 95 °C, gewerbliche Wäsche) mit ECE-Waschmittel ± Natriumperborat — eine Einzelprüfung (S) bildet eine Wäsche ab, ein Mehrfachprogramm (M) etwa fünf Wäschen bei ≤70 °C. Die Schweißechtheit wird nach ISO 105-E04 in zwei getrennten künstlichen Schweißlösungen gemessen, die die saure und die alkalische Chemie des Schweißes nachbilden; sie ersetzt die Waschprüfung nicht, denn Schweiß tritt chemisch mit dem Farbstoff in Wechselwirkung. Die Reibechtheit (crocking) wird nach ISO 105-X12 im Crockmeter geprüft: 9 N Auflagekraft, ~104 mm Hub, 10 Zyklen/10 s; trocken und nass (mit einer Wasseraufnahme von etwa 95–100 %) werden getrennt berichtet. Die Lichtechtheit wird nach ISO 105-B02 unter Xenonbogen bewertet, und die Referenz ist hier nicht 1–5, sondern die Blauwollskala 1–8 (für Bekleidung gilt typischerweise 4–5+ als akzeptabel). Von einem gut gereinigten satten Ton erwarten wir 4–4/5 beim Waschen und beim Trockenreiben sowie 3/4–4 beim Nassreiben; Nassreiben liegt in der Regel eine halbe bis eine Note unter Trockenreiben.
Ein praktischer Hinweis: Eine übertriebene RC reduziert auch einen Teil des tatsächlich in die Faser eindiffundierten Farbstoffs und führt zu einem Verlust an Farbtiefe und zu Metamerie-Risiko; eine unzureichende RC senkt dagegen die Noten für Nassreiben und Waschen. Das richtige Rezept wägt Reduktionsmitteldosis und Zeit gegen die Farbtiefe ab — der Maßstab ist immer die Trias Farbe + Farbechtheit + Abwasser.