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Wissenschaftliche Berichte Band 12, Artikelnummer: 22339 (2022) Diesen Artikel zitieren

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Der Textil-Nass-Prozess verbraucht enorm viel Wasser und Chemikalien, und so ist das Bewusstsein für eine sauberere Produktion gewachsen, um die Umwelt vor industriellen Abwässern zu schützen. In diesem Zusammenhang ist das Reaktivfärben von Zellulosematerialien wie Baumwollstoffen ein wichtiger Bereich der Textilfärbung, der die Verwendung einer großen Menge Natriumsulfat oder Natriumchlorid und Alkali erfordert, um die Farbstoffmoleküle mit Zellulosemakromolekülen zu erschöpfen bzw. zu fixieren. Allerdings belasten die im Abwasser verbliebenen Salze und Alkalien die Umwelt stark. Zu diesem Zweck wurde die Hypothese aufgestellt, dass die Verwendung von Trinatriumnitrilotriacetat (TNA) beim Reaktivfärben von Baumwollstoffen einen doppelten Nutzen hat: zum einen als Ausziehmittel (organisches Salz) und zum anderen als Fixiermittel (organische Base). Daher wurden die Ausziehfärbeeigenschaften von Baumwollstoffen mit CI Reactive Yellow 145 (RY145) unter verschiedenen Bedingungen wie TNA-Konzentration, Alkalikonzentration, Temperatur und Färbezeit optimiert. Auch die Farbstärke sowie die primären und sekundären Ausziehwerte wurden im Hinblick auf die Werte der konventionellen Färbemethode untersucht. Die Charakterisierung von Abwasserproben mit RY 145, die nach dem Färben mit TNA im Vergleich zum konventionellen Färben entnommen wurden, ergab eine effiziente Reduzierung der CSB-, BSB- und TDS-Werte um 99, 97 bzw. 97 %. Die neue Färbemethode wurde mit CI Reactive Black 5 (RB5), CI Reactive Blue 160 (RB160) und CI Reactive Red 24 (RR24) umgesetzt und ergab gute Färbbarkeits- und Echtheitseigenschaften, die mit denen der herkömmlichen Methode vergleichbar sind. Die erzielten Gesamtergebnisse legen die Eignung von TNA als umweltfreundliches Mittel nahe, das als Auszieh- und Fixiermittel für Zellulosestoffe geeignet ist.

Zellulosefasern gehören zu den wichtigsten Nutzpflanzen, die in der Textilindustrie in großem Umfang genutzt werden. Aus solchen Fasern hergestellte Textilstoffe sind bequem und umweltfreundlich. Die Färbung von Zellulosestoffen beruht hauptsächlich auf den hervorragenden Färbeeigenschaften von Reaktivfarbstoffen. Diese Farbstoffklasse wird durch Bildung kovalenter Bindungen durch nukleophile Substitution oder nukleophile Addition der Farbstoffmoleküle an die Hydroxylgruppen der Cellulose unter alkalischen Bedingungen im Stoff fixiert1,2,3. Allerdings haben Zellulosestoffe in Wasser negative Oberflächenladungen erhalten4, die den Einsatz einer großen Menge an anorganischem Salz (z. B. Natriumchlorid oder Natriumsulfat) erforderlich machen, um die Oberflächenladungen zu neutralisieren und den Farbstoffaustrag aus dem Färbebad in die Stoffe zu fördern. Darüber hinaus ist die Verwendung von anorganischem Alkali (z. B. Natriumcarbonat) erforderlich, um den Färbeprozess mit zufriedenstellender Fixierung der Farbstoff-Faser-Bindung und verbesserten Nassechtheitseigenschaften zu erreichen.

Die erforderlichen Mengen an anorganischen Salzen und Alkali sind notwendig, um die Reaktivfarbstoffauszehrung und die Farbstoff-Faser-Fixierungseffizienz zu verbessern5,6,7,8,9. Die Elektrolytmengen können je nach gewünschtem Farbton, Färbestruktur und Färbemethode bis zu 100 g/L betragen10. Im Allgemeinen wird beim Reaktivfärben eine nennenswerte Menge Wasser verbraucht und nahezu alle anorganischen Elektrolyte, Alkalien und nicht fixierten Farbstoffe ausgetragen zu den Färbeabwässern, bei denen es sich in den meisten Fällen um verschmutztes Wasser und Böden handelt11,12,13,14. In diesem Zusammenhang könnte das Ausziehfärbeverfahren, das das am weitesten verbreitete Verfahren zum Färben von Baumwollstoffen mit Reaktivfarbstoffen darstellt, zu einer erheblichen Umweltbelastung mit einem höheren Wasser- und Chemikalienverbrauch sowie der Emission von Farbstoffabwässern führen 14,15. Daher ist die Leistungsbewertung einer modernen Reaktivfärbetechnologie und Prozessoptimierung notwendig geworden, um den Chemikalien-, Energie- und Wasserverbrauch zu reduzieren16,17,18. Versuche, die Mengen an anorganischen Elektrolyten beim Reaktivfärben zu reduzieren, umfassten die Anwendung bifunktioneller Reaktivfarbstoffe, die leichter mit Cellulose reagieren können und selbst bei niedrigen Salz- und Alkalikonzentrationen eine bessere Färbeleistung zeigen.

Es besteht auch ein wachsendes Interesse an der Verwendung innovativer, umweltfreundlicher und nachhaltiger Reaktivfärbeverfahren, die durch den Einsatz biologisch abbaubarer Alternativen zu den nicht biologisch abbaubaren anorganischen Salzen und/oder Alkalien erreicht werden19,20,21,22. Zuvor haben wir über die Machbarkeit der Verwendung eines organischen Aminsalzes, nämlich Ethylendiamintetraacetat-Tetranatriumsalz (auch bekannt als Natriumedat, SE), als alternatives biologisch abbaubares alkalisches Salz für die Ausziehreaktivfärbung von Baumwollgewebe und seinen Mischungen berichtet herkömmliches anorganisches Salz und Alkali23,24,25. Dieses Salz erwies sich auch als mögliche Alternative zu Harnstoff/Alkali im Reaktivdruck nach dem Dampfverfahren 26. Außerdem haben Prabu und Sundrarajan 27 über die Verwendung von Trinatriumcitratsalz als Alternative zu herkömmlichen anorganischen Elektrolyten zum Ausziehfärben von Baumwolle mit reaktiven, direkte und solubilisierte Küpenfarbstoffe. Darüber hinaus erwies sich die Verwendung von Trinatriumnitrilotriacetat (TNA) und Tetranatrium-N,N-biscarboxylatomethyl-l-glutamat (GLDA) als Alternative im Pad-Dampf-Färbeverfahren von Baumwolle mit Reaktivfarbstoffen 11,28,29,30.

In Fortsetzung des Forschungsinteresses an einer saubereren Produktion in der Textilindustrie wurde die Verwendung von Trinatriumnitrilotriacetat (TNA) als organisches Salz und Alkali (pH 11, 1 % wässrige Lösung) beim Chargenfärben von Baumwolle mit Reaktivfarbstoffen untersucht11. Die Auswirkungen der TNA-Konzentration auf die Färbeeigenschaften verschiedener Reaktivfarbstoffe, die MCT-, VS- und MCT/VS-Gruppen enthalten, auf den Ausziehfärbeprozess von Baumwollstoffen, die Farbstoffauszehrung und -fixierung wurden untersucht. CIELab-Farbkoordinaten und Farbstärke in Form von K/S-Werten wurden bestimmt und mit der herkömmlichen Reaktivfärbung auf Baumwollstoffen verglichen. Es wurden mehrere Variablen untersucht, darunter der Reaktivfarbstofftyp und die für alle Reaktivfarbstoffe verwendeten Salz-/Alkalimengen. Die TNA-reaktiven Färbeergebnisse und Färbebadabwässer wurden mit denen der konventionellen Verfahren verglichen. Auch die Echtheitseigenschaften von mit verschiedenen Reaktivfarbstoffen gefärbten Baumwollstoffen wurden bewertet.

Ein gebleichter Baumwollstoff in Leinwandbindung (160 g/m2, Ne 120/2, 69 Fäden/cm, 22 Schüsse/cm), geliefert von der El-Mahalla El-Kobra Company, Ägypten, wurde durch Kochen in einem Bad mit 5 g gereinigt /L Natriumcarbonat und 2 g/L nichtionisches Reinigungsmittel (Sera Wash M-RK DyStar, Ägypten) für 3 Stunden, dann mit kaltem Wasser gespült und bei Umgebungstemperatur an der Luft getrocknet. Vier kommerzielle Reaktivfarbstoffe, bestehend aus einem heterobifunktionellen Monochlor-s-triazin/vinylsulfon (MCT/VS)-Farbstoff (CI Reactive Yellow 145), einem homobifunktionellen Bis(MCT)-Farbstoff (CI Reactive Blue 160) und einem homobifunktionellen In dieser Untersuchung wurden Bis(VS)-Farbstoff (CI Reactive Black 5) und ein monofunktioneller MCT-Farbstoff (CI Reactive Red 24) verwendet. Diese Farbstoffe wurden von DyStar und Oh Young Industrial Co. Ltd. geliefert und wie erhalten verwendet. Der allgemeine CI-Name und die chemischen Strukturen dieser Farbstoffe sind in Tabelle 1 dargestellt. Alle erhaltenen Farbstoffe waren von kommerzieller Qualität und wurden ohne weitere Reinigung verwendet. Natriumsulfat wasserfrei (SS), Natriumcarbonat (SC) und Trinatriumnitrilotriacetat (TNA) Abb. 1 wurde von Fluka, Deutschland, bezogen.

Die chemische Struktur von Trinatriumnitrilotriacetat (TNA).

Die Durchführbarkeit der Verwendung der TNA-Methode beim Reaktivfärben wurde untersucht, wobei die optimale Färbetemperatur/-zeit während der Erschöpfungs- und Fixierphase durch Variation der Zeit von 0 bis 60 Minuten und der Temperatur von 40 bis 80 °C ermittelt wurde. Die Wirkung der Zugabe von TNA-Salz anstelle des herkömmlichen Natriumsulfats und Natriumcarbonats wurde unter den gleichen Färbebedingungen untersucht.

Es wurde eine Serie von SS/SC-freien TNA-Färbungen mit 2 % Farbton des Farbstoffs bei einem Flottenverhältnis von 1:40 hergestellt. Der Färbeprozess wurde bei 40 °C gestartet, wobei verschiedene Mengen TNA (0–70 g/l) für eine primäre Erschöpfungszeit von 30 Minuten zugegeben wurden, sofern nicht anders angegeben. Der Färbeprozess wurde weitere 60 Minuten lang fortgesetzt, wobei die Temperatur dann, sofern nicht anders angegeben, auf 40–80 °C erhöht wurde, um die sekundäre Erschöpfungs- und Fixierungsphase abzuschließen. Das herkömmliche SS/SC-Färben von Baumwollgewebe (Referenzprobe) wurde durchgeführt, indem Trinatriumnitrilotriacetat (TNA) durch Natriumsulfat (SS) 50 g/L und Natriumcarbonat (SC) 20 g/L ersetzt wurde. SS wurde bei 40 °C in zwei Portionen innerhalb von 30 Minuten zugegeben, SC wurde in zwei Portionen innerhalb von 1 Stunde zugegeben. Der gesamte gefärbte Stoff wurde mit kaltem Wasser gespült und der nicht fixierte Farbstoff wurde mit einer Lösung aus 2 g/L Natriumcarbonat und 2 g/L nichtionischem Reinigungsmittel bei LR 1:50 gewaschen und 30 Minuten lang gekocht (Abb. 2). .

Das Färbeprofil konventioneller und TNA-Methoden.

K/S, Erschöpfung und Fixierung der mit TNA gefärbten Probe wurden mit der konventionell gefärbten Probe mit SS 50 g/L und SC 20 g/L verglichen. Die Farbstärke (K/S) und die Farbkoordinaten aller gefärbten Stoffe wurden im CIELAB-Farbraumsystem ausgedrückt (oft als L*-, a*-, b*-Koordinaten bezeichnet). Wobei der Wert von L* die Helligkeit oder Dunkelheit der Probe darstellt (ein höherer Helligkeitswert bedeutet eine geringere Farbausbeute); a* bezeichnet die Rötung bei positivem Wert oder die Grünheit bei negativem Wert; b* stellt Gelb dar, wenn positiv, oder Blau, wenn negativ, und C* gibt Chroma an und h bezeichnet den Farbtonwinkel. Sie wurden auch mit einem Hunter Lab UltraScan PRO-Spektrophotometer (USA) unter Lichtart D65, 10 Standardbeobachter gemessen.

Die Gesamtfarbdifferenzwerte (ΔE*) zwischen der TNA-gefärbten Probe und der herkömmlichen Probe wurden unter Verwendung der Gleichung berechnet. (1):

wobei ΔL*, Δa* und Δb* die Unterschiede der Farbparameter L*, a*, b* entsprechend TNA bzw. konventionell gefärbten Proben sind.

Die Farbstärke (K/S) gefärbter Stoffe nach dem Waschen wurde mit der Technik der Lichtreflexion unter Anwendung der Kubelka-Munk-Gleichung aufgezeichnet. (2) 31.

Der Reflexionsgrad (R) der gefärbten Stoffe wurde mit einem Shimadzu UV2401-Spektrophotometer (Japan) gemessen.

wobei R = Dezimalanteil der Reflexion des gefärbten Stoffes, K = Absorptionskoeffizient und S = Streukoeffizient.

Die Absorptionsspektren der Farbstofflösungen vor und nach dem Färben wurden mit einem Shimadzu UV2401PC UV-Vis-Spektrophotometer bei diesem Wert aufgezeichnet, wobei eine Kalibrierungskurve verwendet wurde, die zuvor unter Verwendung bekannter Farbstoffkonzentrationen (g/L) in Wasser zur Berechnung des Prozentsatzes der Erschöpfung und Fixierung erhalten wurde Farbstoffe auf Baumwollstoffen.

Der Grad der Erschöpfung, der beim Färben von Baumwollfasern mit 2 % (owf) erreicht wurde, wurde durch spektroskopische Analyse des Färbebades vor und nach dem Färben zu unterschiedlichen Zeiten bestimmt. Die Kalibrierungskurve für jeden Farbstoff wurde durch Messung der Absorption der Farbstofflösung bekannter Konzentration bestimmt. Der für jeden Farbstoff erreichte Prozentsatz der Färbebaderschöpfung wurde aus der Gleichung berechnet. (3).

Dabei ist A1 die Konzentration des Färbebades vor dem Färben und A2 die Konzentration des Färbebades nach der neutralen Ausziehstufe (primäre Ausziehstufe, E1) und/oder der alkalischen Stufe (sekundäre Ausziehstufe, E2).

Die Bestimmung des Farbstofffixierungsverhältnisses (%F) erfolgte durch 30-minütiges Sieden der gefärbten Proben (Flüssigkeitsverhältnis 1:50) in einem Kochbad, das 2 g/L Natriumcarbonat SC und 2 g/L nichtionisches Detergens enthielt Alle nicht fixierten Farbstoffe wurden entfernt. Das Farbstofffixierungsverhältnis (%F) wurde wie in Gleichung dargestellt berechnet. (4).

wobei A3 die Konzentration des Farbstoffs ist, der nach dem Kochen mit einer Lösung aus 2 g/L Natriumcarbonat und 2 g/L nichtionischem Detergens für 30 Minuten bei Siedepunkt LR 1:50 extrahiert wurde.

Laboranalysen des chemischen Sauerstoffbedarfs CSB, des biochemischen Sauerstoffbedarfs BSB und des gesamten gelösten Salzes TDS des restlichen Färbebads wurden gemäß Standardmethoden zur Untersuchung von Wasser und Abwasser [APHA, American Public Health Association Standard Methods for the Examination of] durchgeführt Water and Wastewater, 23. Auflage, Washington, DC (2015)].

Nach dem Abwaschen mit 2 g/L SC und 2 g/L nichtionischem Waschmittel, bis alle nicht fixierten Farbstoffe entfernt waren, wurde eine Probe gefärbter Baumwollstoffe mit 2 % owf Farbtiefe gemäß ISO-Standardtestmethoden getestet. Der Waschechtheitstest wurde gemäß der Standardmethode ISO 105-C06 B2S (2010) mit 4 g/L ECE-Waschmittel, 1 g/L Natriumperborat, 25 Stahlkugeln) bei 50 °C für 30 Minuten und bei ein Flottenverhältnis von 50:1. Die Beständigkeit gegenüber saurem und alkalischem Schweiß wurde mit einem Perspirometer bestimmt, das auf einen bestimmten Druck, eine bestimmte Temperatur und eine bestimmte Zeit gemäß ISO 105-E04 (2008) eingestellt war. Jegliche Farbveränderung der gefärbten Proben (Alt) und Farbverfärbung auf den angrenzenden ungefärbten Stoffen aus Baumwolle (SC) und Polyester (SP) wurde dann mit den entsprechenden ISO-Grauskalen für Farbveränderung und Verfärbungsraten bewertet. Die Lichtechtheit wurde außerdem mit einem Xenon-Bogenlampentest gemäß ISO 105-B02 (2013) beurteilt.

Die vorliegende Studie untersucht die Verwendung von TNA (Abb. 1), da es sich um ein organisches Natriumsalz handelt, das als Elektrolyt zum Aufbringen anionischer Reaktivfarbstoffe auf Baumwollfasern fungieren und aufgrund seiner Alkalität, wie Natriumeditat, letztendlich die Farbstofffixierung und Farbausbeute fördern kann 24,25,26. Die färbende Wechselwirkung von TNA-Salz für die Ausziehfärbemethode mit Reaktivfarbstoff ist in Abb. 3 dargestellt.

Schematische Darstellung der Wechselwirkung von TNA-Salz mit Baumwollgewebe beim Ausziehfärben mit Reaktivfarbstoff.

Da es sich beim Färben um einen exothermen Prozess handelt, ist davon auszugehen, dass die Erschöpfung des jeweiligen Reaktivfarbstoffs bei höherer Färbetemperatur geringer ausfällt. Darüber hinaus wären die mit der Hydrolyse des Reaktivfarbstoffs und der geringen Farbstoffaufnahme verbundenen Probleme weniger ausgeprägt, wenn der verwendete Reaktivfarbstoff stabiler gegen Hydrolyse und robuster gegenüber Schwankungen der Färbebedingungen wäre. Da die Verwendung einer organischen Base zum Färben von Baumwollstoffen mit Reaktivfarbstoffen voraussichtlich praktischer ist, bestand der Zweck dieser Arbeit darin, die Färbeleistung einer Variation der Reaktivfarbstoffklasse mit TNA zu untersuchen. Der pH-Wert des Färbebads mit 50 g/L TNA liegt bei etwa 10 und aktiviert die nukleophile Substitutionsreaktion der reaktiven Gruppe im Farbstoffmolekül mit der primären Hydroxylgruppe im Baumwollgewebe, ähnlich dem Verhalten von Natriumedat 11,23,24,25 ,28. Die folgende Untersuchung optimierte den Einsatz von TNA als Auszieh- und Fixiermittel für das Färben von Baumwolle mit dem Farbstoff RY 145. Die ausgewählten Bedingungen wurden unter Verwendung verschiedener Kategorien von Reaktivfarbstoffen angewendet, wie in Tabelle 1 gezeigt.

Aus wirtschaftlicher Sicht ist die Untersuchung der optimalen TNA-Menge während des Färbeprozesses im Vergleich zum herkömmlich anorganischen Salz (SS) ein wesentlicher Faktor. Zum Färben von Baumwollgewebe mit RY 145 wurden unterschiedliche TNA-Konzentrationen von 0–70 g/L verwendet. Der Einfluss der TNA-Konzentration auf die Farbstoffausbeute und die Farbstärke der gefärbten Proben wurde im verwendeten Bereich von 0–70 g/L aufgezeichnet wie in den Abbildungen dargestellt. 4 bzw. 5, bei denen die höchste Erschöpfung sowohl der primären %E1- als auch der sekundären %E2-Erschöpfung und der Farbstärke mit 50 g/L TNA für 2 % (owf) Farbstoffton beobachtet wurde. Beim Vergleich der herkömmlichen Färbemethode mit der TNA-Methode war das K/S-Verhältnis nahezu ähnlich, mit einem geringfügigen Anstieg im Fall der Verwendung von TNA.

Der Einfluss der TNA-Konzentration auf die Farbstärke (K/S), aufgezeichnet an gewaschenen gefärbten Proben für den Reaktivfarbstoff RY 145, 2 % owf, LR 1:40 bei 70 °C mit 50 g/L TNA im Vergleich zur herkömmlichen Färbung mit SS 50 g/L und SC 20 g/L.

Die Auswirkung der TNA-Konzentration auf die primäre und sekundäre Erschöpfung (%E1, %E2) für den Reaktivfarbstoff RY 145, 2 % owf, LR 1:40, %E1 40 °C nach 30 Minuten Beginn des Färbens, %E2 nach 60 Minuten Erreichen Sie 70 °C mit 50 g/L TNA im Vergleich zum herkömmlichen Färben mit SS 50 g/L und SC 20 g/L.

Im Vergleich zur herkömmlichen Reaktivfärbemethode wird angenommen, dass der Grad der Farbstofferschöpfung das Ausmaß der Farbstoffaufnahme und die Fixierung der Farbstofffaser zu beeinflussen scheint. Durch die Zugabe von TNA zum Färbebad kommt es zu einer gleichzeitigen Reaktion zwischen den reaktiven Farbstoffstellen und den Hydroxylgruppen in der Faser, sodass die primäre Erschöpfung in der Anfangsphase des Färbeprozesses zu einer sekundären Farbstofferschöpfung und der Bildung kovalenter Bindungen führen kann , was bei höheren Mengen an TNA zu einem relativ hohen Grad an Erschöpfung und Fixierung führt und als organische Base fungiert.

Die in Tabelle 2 zusammengefassten Daten stellen den Farbunterschied ΔE* und K/S durch Änderung der TNA-Konzentration im Vergleich zur herkömmlich gefärbten Probe (Referenzprobe) dar. Aus den Ergebnissen können wir schließen, dass der ΔE*-Wert bei 50 g/L TNA nahe bei 1 lag, was einen sehr großen Farbunterschied im Vergleich zur Blindprobe bedeutet.

Die Auswirkung der SC-Konzentration auf die Farbstärke der mit TNA gefärbten Stoffe wurde in Gegenwart verschiedener SC-Konzentrationen im Bereich von 0 bis 20 g/L und einem pH-Wert des Färbebades bei verschiedenen SC-Konzentrationen von 0, 5, 10, 15 untersucht und 20 g/L wurde in Gegenwart von 50 g/L TNA von 9,5 auf 11,7 variiert, während bei 0 g/L SC und 0 g/L TNA der pH-Wert 7,5 betrug. Verglichen mit der herkömmlichen Methode zeigten die erhaltenen K/S-Werte keinen signifikanten Einfluss auf die Farbstärke und den Farbunterschied, wie in Tabelle 3 dargestellt, was darauf hindeutet, dass TNA als Fixiermittel fungiert, wie in Abb. 6 gezeigt. Allerdings ist das Vorhandensein von SC war für die Farbstofffixierung mit SS von entscheidender Bedeutung, da dessen Fehlen einen sehr niedrigen K/S-Wert (0,33) ergab und der Farbunterschied sehr hoch war. Diese sehr niedrigen Farbdaten sind auf den nicht fixierten Farbstoff zurückzuführen und verdeutlichen, dass die herkömmliche Methode die Anwesenheit von Alkali zur Farbstofffixierung erfordert. Mit anderen Worten: TNA erwies sich als wirksames Fixiermittel.

Die Wirkung der SC-Konzentration in K/S, aufgezeichnet auf gewaschenen gefärbten Proben in Gegenwart von TNA 50 g/L, 2 % owf-Farbstoffkonzentration, LR 1:40 bei 70 °C, 60 Min., verglichen mit herkömmlicher Färbung mit RY 145.

Die sekundäre Erschöpfung und Fixierung wurde bei verschiedenen Temperaturen von 40–80 °C untersucht, wie in Abb. 7 dargestellt. Die beste Erschöpfung und Fixierung wurde bei der TNA-Methode bei 70 °C beobachtet, wie für diese Farbstoffklasse zu erwarten war.

Der Effekt der sekundären Erschöpfungstemperatur unter Verwendung von TNA 50 g/L, 2 % owf des Farbstoffs RY 145, LR 1:40 bei verschiedenen Temperaturen unter Verwendung von 50 g/L TNA für 60 Minuten.

Zu verschiedenen Zeitpunkten wurde die Erschöpfung mit den beiden Salzen SS und TNA bei 40 °C untersucht. Wie in Abb. 8 dargestellt, erhöhte sich die primäre Erschöpfung durch Verlängerung der Zeit in beiden Fällen auf bis zu 30 Minuten, darüber hinaus wurde kein signifikanter Unterschied zwischen beiden Methoden beobachtet. Der in Abb. 9 dargestellte Effekt der Färbefixierungszeit zeigt eine Erhöhung der sekundären Erschöpfung und Fixierung durch Verlängerung der Färbezeit um 60 Minuten bei 70 °C.

Die Auswirkung der primären Erschöpfungszeit bei 40 °C, 2 % owf RY 145-Farbstoffkonzentration, LR 1:40 unter Verwendung von 50 g/L TNA im Vergleich zum herkömmlichen Färben mit 50 g/L SS, 20 g/L SC-Methode.

Der Effekt der sekundären Erschöpfungszeit und Fixierung mit 50 g/L TNA, 2 % owf, RY 145-Farbstoff, LR 1:40 bei 70 °C.

Das Färbeverhalten verschiedener Kategorien von Reaktivfarbstoffen (Tabelle 1, Abb. 10) auf Baumwollstoffen wurde untersucht, um die Wirkung der Verwendung von TNA anstelle der üblicherweise verwendeten hohen Mengen an anorganischem Salz und Alkali besser zu verstehen.

Primäre (%E1), sekundäre (%E2) Erschöpfung und Fixierung (%F) für verschiedene Reaktivfarbstoffe unter Verwendung von 50 g/L TNA, 2 % owf, LR 1:40 für 60 Minuten Färbezeit bei 60, 70, 80 °C für RB5, RY 145, RR 24 bzw. RB 160 und verglichen mit konventioneller Färbung mit 50 g/L SS und 20 g/L SC.

Die optimalen Färbebedingungen mit 50 g/L TNA für 30 Minuten bei 40 °C als primäre Erschöpfungszeit und 60 Minuten als Fixierungszeit wurden unter Verwendung verschiedener Reaktivfarbstoffe (RB 5, RB 160, RR 24) angewendet. Die Farbstofferschöpfungs- und -fixierungsprozentsätze der TNA-Reaktivfärbemethode sowie ihre Farbstärkewerte sind in den Abbildungen dargestellt. 10 und 11. Die Ergebnisse zeigen, dass die Erschöpfungs- und Fixierwerte denen der herkömmlichen Färbemethode mit Globalsalz sehr nahe kamen. Bilder der gefärbten Stoffe mit verschiedenen Farbstoffen im TNA-Verfahren und im SS-Verfahren in An- und Abwesenheit von SC sind in Abb. 12 dargestellt.

Die Farbstärke verschiedener Farbstoffe auf Baumwollgewebe unter Verwendung von 2 % owf Farbstoff, LR 1:40 und TNA 50 g/L bei einer Erschöpfungszeit von 60 Minuten und im Vergleich mit der entsprechenden herkömmlichen Färbemethode.

Bilder der gefärbten Baumwollstoffe mit verschiedenen Farbstoffen unter Verwendung der herkömmlichen Methode (SS 50 g/L, SC 20 g/L im Vergleich mit der 50 g/L TNA-Methode und der gefärbten Probe unter Verwendung von Globalsalz 50 g/L mit 0 g/L Natrium Carbonat für 2 % owf, LR 1:40.

Der Einsatz von TNA als Färbehilfsstoff für die Reaktivfärbung von Baumwollgeweben erwies sich sowohl als Auszieh- als auch als Fixiermittel als Erfolg. Abbildung 13 zeigt den Färbemechanismus von Reaktivfarbstoffen auf Baumwollgewebe mithilfe von TNA. Es ist bekannt, dass Zellulosematerialien beim Eintauchen in Wasser negative Oberflächenladungen erhalten 4. Daher ist es üblich, anorganisches Salz hinzuzufügen, um die Oberflächenladungen abzudecken und die gegenseitigen elektrostatischen Abstoßungen zwischen der Oberfläche der Stoffe und den Farbstoffmolekülen zu vermeiden. Daher wurde ins Auge gefasst, ein biologisch abbaubares organisches Salz mit Aminogruppen als Auszieh- und Fixiermittel zu verwenden. Wie in Abb. 12 gezeigt, zeigt sich in der ersten Phase des Färbens die Bildung einer elektrischen Doppelschicht zwischen den Oberflächen des Stoffes und den Natriumkationen von TNA, wodurch die Abstoßung unterdrückt wird und der Farbstoff erschöpft wird. In der zweiten Phase und während sich die TNA-Moleküle in unmittelbarer Nähe der aktiven Stellen des Gewebes befinden, erfolgt die Protonenabstraktion durch die Hydroxylanionen von TNA und ermöglicht so die Farbstofffixierung über nukleophile Addition (reaktive Farbstoffe vom VS-Typ) oder nukleophil Substitution (Reaktivfarbstoffe vom MCT-Typ) auf Baumwollstoffen.

Färbemechanismus von Reaktivfarbstoffen auf Baumwollstoffen mittels TNA.

Die Gesamtmenge an gelöstem Sauerstoff, bekannt als chemischer Sauerstoffbedarf (CSB), der biologische Sauerstoffbedarf (BSB) und das insgesamt gelöste Salz (TDS), wurden sowohl in konventionellen als auch in TNA-Abwässern analysiert, wie in Tabelle 4 zusammengefasst. Die Ergebnisse zeigen a Signifikante Reduzierung von CSB, BSB und TDS um 99, 97 bzw. 97 % unter Verwendung der TNA-Methode im Vergleich zur herkömmlichen Methode.

Die mit der TNA-Methode erzielten Ergebnisse im Vergleich zu denen mit der konventionellen Methode, zusammengefasst in Tabelle 5, zeigten keine Veränderung der Echtheitseigenschaften in allen untersuchten Kategorien von Reaktivfarbstoffen. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die TNA-Methode beim Färben genauso effektiv ist wie die herkömmliche Methode und daher ein variabler alternativer Ansatz für umweltfreundliches Färben sein könnte.

Es wurde das Potenzial untersucht, die schädlichen anorganischen Materialfrachten, die bei der herkömmlichen diskontinuierlichen Reaktivfärbung von Baumwollstoffen verwendet werden, durch TNA als umweltfreundliches alternatives Mittel zu ersetzen, das durch eine Doppelfunktion sowohl als Fixier- als auch als Ausziehmittel fungieren könnte. Zu diesem Zweck wurden verschiedene Klassen von Reaktivfarbstoffen ausgewählt, um den Erfolg des Einsatzes von TNA bei der Färberauslösung und Fixierung auf Baumwollstoffen zu belegen. Unabhängig vom Fixierungsmechanismus (nukleophile Addition oder Substitution) erwies sich TNA als brauchbares biologisch abbaubares Hilfsmittel für das umweltfreundliche Färben von Baumwollstoffen mit Reaktivfarbstoffen. Mit TNA wurde im Vergleich zur herkömmlichen Schadstoffmethode eine effiziente Reduzierung der CSB-, BSB- und TDS-Werte um 99, 97 bzw. 97 % erzielt. Die erzielten guten Reaktivfärbeeigenschaften legen nahe, dass TNA ein brauchbares Alternativmittel für eine sauberere Produktion in der Textilindustrie ist.

Alle während dieser Studie generierten oder analysierten Daten sind in diesem veröffentlichten Artikel enthalten.

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Die Autoren danken dem National Research Center (NRC), Textile Research and Technology Institute, Dokki, Gizeh, Ägypten, für die Unterstützung und Finanzierung. Sie danken dem Centre of Excellence for Innovative Textile Technology and Products am NRC dafür, dass es uns die Nutzung aller Einrichtungen und Geräte ermöglicht hat.

Open-Access-Finanzierung durch die Science, Technology & Innovation Funding Authority (STDF) in Zusammenarbeit mit der Egyptian Knowledge Bank (EKB).

Abteilung für Färberei, Druck und Textilhilfsmittel, Institut für Textilforschung und -technologie, Nationales Forschungszentrum, 33 EL Buhouth St., Dokki, Gizeh, 12622, Ägypten

Tarek S. Aysha, Nahed S. Ahmed, Mervat S. El-Sedik, Yehya A. Youssef und Reda M. El-Shishtawy

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TA, ME und NA leiten die experimentelle Arbeit und bereiten die Zahlen vor; YY-Interpretation der Daten; RE-S. und YAY hat das Hauptmanuskript geschrieben; Alle Autoren haben das Manuskript überprüft.

Korrespondenz mit Tarek S. Aysha.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

Springer Nature bleibt neutral hinsichtlich der Zuständigkeitsansprüche in veröffentlichten Karten und institutionellen Zugehörigkeiten.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Aysha, TS, Ahmed, NS, El-Sedik, MS et al. Umweltfreundliche salz-/alkalifreie Ausziehfärbung von Baumwollstoffen mit Reaktivfarbstoffen. Sci Rep 12, 22339 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-26875-8

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Eingegangen: 10. August 2022

Angenommen: 21. Dezember 2022

Veröffentlicht: 26. Dezember 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-26875-8

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