Färben

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Einleitung

Färben, Verfahren zum Färben von textilen Fasern und anderen Substanzen. Dabei soll der färbende Stoff in die Faser aufgenommen werden und nicht nur deren Oberfläche bedecken. Farbstoffe sind chemische Verbindungen meist organischer Natur, die eine chemische oder physikalische Affinität zu Fasern besitzen. Gewöhnlich bleibt die Farbe auch unter Einwirkung von Sonnenlicht, Wasser, Waschmitteln und bei Verschleiß erhalten. Farbstoffe sind in Lösemitteln und/oder in Bindemitteln löslich. Im Gegensatz dazu stehen die unlöslichen Pigmente. Siehe Farbstoffe; Textilien; Farbe

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Geschichte

Das Färben ist eine uralte Kunst, die schon lange vor Christi Geburt in Ägypten, Persien, China und Indien ausgeübt wurde. Zu den Farbstoffen, die man damals verwendete, gehörten wahrscheinlich Krapp als roter und Indigo als blauer Farbstoff. Zu Beginn des Römischen Reiches trugen die Mitglieder der kaiserlichen Familie und des Adels Gewänder, die mit antikem Purpur (auch tyrischer Purpur) gefärbt waren. Dieser Farbstoff wurde aus Purpurschnecken gewonnen und war äußerst wertvoll. Um ein knappes Gramm Purpur zu gewinnen, benötigte man etwa 10 000 Tiere. Bis zum 4. Jahrhundert n. Chr. waren mit Purpur gefärbte Stoffe buchstäblich Gold wert. Wegen der Kostbarkeit des Farbstoffs wurden die Purpurschnecken praktisch ausgerottet.

Die Kunst des Färbens erlebte im 13. Jahrhundert einen Aufschwung, als der französische Purpur (Orseille oder Orchilla) aus einer Flechtenart gewonnen wurde. Im 16. Jahrhundert brachten Forschungsreisende Farbstoffe wie Cochenille und Blauholz (Campecheholz) aus Amerika mit. Weitere wichtige natürliche Farbstoffe waren u. a. Quercetin, Brasilin, Saflor und Indigo.

Im 18. Jahrhundert wurde als erster synthetischer Farbstoff Pikrinsäure durch Oxidation von Indigo entwickelt.

Später im 19. Jahrhundert führte die Entdeckung des Phenols und Anilins im Steinkohlenteer durch den deutschen Chemiker Friedlieb Ferdinand Runge zu weiteren Entwicklungen. 1856 stellte der britische Chemiker William Henry Perkin durch Oxidation von toluidinhaltigem Anilin das Mauvein her. Seitdem wurden bis heute zahlreiche synthetische und künstliche Farbstoffe entwickelt.

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Einteilung der Farbstoffe

Man unterscheidet zunächst natürliche und künstliche Farbstoffe. Zu den ersteren gehören bekannte Vertreter wie z. B. Alizarin, Chlorophyll, Curcuma, Hämoglobin, Indigo, Krapp und Lackmus. Nicht in allen Fällen sind natürliche Farbstoffe technisch brauchbar. Bekanntere synthetische Farbstoffe sind z. B. Anilinblau, Fuchsin, Kongorot, Kristallviolett, Malachitgrün und Methylorange. Von den natürlichen Farbstoffen werden nur Alizarin und Indigo auch technisch in größeren Mengen hergestellt.

Die Bezeichnung von Farbstoffen kann im Prinzip auf vier Arten erfolgen:

• a) nach rein chemischen Gesichtspunkten (wissenschaftliche Bezeichnung),
• b) nach dem Verhalten zur Faser und der anzuwendenden Färbetechnik (technische Bezeichnung),
• c) nach dem so genannten Color-Index – hier sind fast alle Farbstoffe nach einem besonderen Code-System eingetragen oder
• d) nach Handelsnamen.

Die meisten künstlichen Farbstoffe sind entweder aromatische und ionische (z. B. wasserlösliche Farbstoffe) oder nichtionische Verbindungen (z. B. Dispersionsfarbstoffe). Die ionischen Vertreter unterteilt man in anionische und kationische Farbstoffe. Die anionischen Farbstoffe haben ein negativ geladenes, die kationischen ein positiv geladenes Farbstoffion. Früher unterschied man diese beiden auch in saure und basische Farbstoffe. Zum größten Teil werden anionische Farbstoffe als Metallsalze hergestellt. Meist sind dies Natriumsalze von Sulfonsäuren (R8SO₃Na; R = Rest). Saure Farbstoffe eignen sich zum Färben von Polyamidfasern (z. B. Wolle, Nylon). Im Gegensatz zu den anionischen Vertretern tragen kationische Farbstoffe beispielsweise Aminogruppen (z. B. R8NR₃Cl). Polyacrylnitrilfasern (siehe Kunststoffe) enthalten Sulfonatgruppen, die das Anfärben der Faser mit kationischen Farbstoffen möglich machen. Direktfarbstoffe (auch Substantivfarbstoffe) lassen sich, wie ihr Name bereits sagt, direkt aus neutraler, wässriger Lösung auf Baumwollfasern aufziehen. Heute wird Baumwolle meist mit Reaktivfarbstoffen gefärbt oder bedruckt. Diese Farbstoffe enthalten reaktive Gruppen, die mit der Faser eine chemische Verbindung eingehen.

Küpenfarbstoffe sind wasserunlösliche Substanzen, die durch Reduktion (Verküpung) in wasserlösliche Verbindungen (Leukoform) überführt werden. Zur Reduktion von Indigo benutzt man z. B. Natriumthiosulfat. Nach dem Aufziehen auf die Faser (z. B. Baumwolle) bildet sich durch Luftoxidation der Farbstoff zurück.

Beim Färben von synthetischen Fasern kommt es auf deren Zusammensetzung an. Acetat-Reyon und Kupfer-Reyon können, da es sich um Cellulosen handelt, mit denselben Verbindungen wie Baumwolle gefärbt werden. Für Polyester, Acetate und Triacetate benötigt man Dispersionsfarbstoffe (nichtionische Farbstoffe). Acrylfasern werden mit basischen Farbstoffen gefärbt. Glasfasergewebe wird vor dem Spinnen mit Metallsalzen gefärbt.

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Indirekte Färbeverfahren

Nicht immer gelingt die Färbung auf direktem Weg. So wie im Beispiel Küpenfarbstoff muss in manchen Fällen der Farbstoff vorbehandelt werden. Natürlich gibt es auch den umgekehrten Fall, dass die Faser vorbereitet werden muss. Bei dem einfachsten Verfahren wird das Gewebe mit einem Beizmittel vorbehandelt. Dann wird es in ein Farbbad getaucht. Früher wurden Tannin oder Aluminiumsalze als Beizmittel verwendet. Heute wird dieses Verfahren beispielsweise für Strohdekorationen und getrocknete Blumen verwendet. Das klassische Beizen erfolgt in drei Schritten: Behandlung des Gewebes mit einer metallsalzhaltigen Lösung (z. B. Aluminium-, Calcium-, Zinn- oder Bleisalze), ein zweites, ammoniakhaltiges Bad und ein Farbbad. Wenn Ammoniak auf das betreffende Metallsalz einwirkt, bilden sich unlösliche Metallhydroxide, die in den Fasern zurückbleiben und mit der Färbelösung reagieren. Dadurch entstehen stabile, unlösliche farbige Verbindungen, die man als „Lack” bezeichnet. Sie dürfen allerdings nicht mit den Lacken der Anstrichtechnik verwechselt werden. Die Chromierung von Wolle ist ein häufig angewandtes Verfahren. Dabei wird das Gewebe direkt mit einem löslichen Farbstoff gefärbt und dann mit Natriumdichromat behandelt, das sich mit dem Farbstoff verbindet und einen Chromlack in den Fasern bildet. Das Chrom erhöht die Farbechtheit bei Wolle, Nylon und Seide.

Naphtholfarbstoffe und Entwicklungsfarbstoffe (eine Unterklasse der Direktfarbstoffe) werden in einem kommerziellen Verfahren eingesetzt, bei dem sich die Färbechemikalie in den Fasern selbst bildet. Solche Färbungen werden erzeugt, indem man den Stoff zur Erzeugung der entsprechenden Farbe durch zwei oder mehr Bäder mit Verbindungen zieht, die miteinander reagieren. Ein änliches Prinzip wird bei der Herstellung von Farbstoffen für die Emulsionen auf Farbfilmen genutzt.