Projekt 17259/01

Entwicklung einer Methode zur Bemusterung und Rezeptierung von Masterbatchen bei der Herstellung von spinngefärbten Synthesefasern

Projektdurchführung

Grafe Color Batch GmbH
Waldeckerstr. 21
99444 Blankenhain

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Die Textilindustrie und besonders die klassische nasschemische Textilfärbung ist eine Branche mit einem extrem hohen Verbrauch an Wasser und erzeugt allein in Deutschland schätzungsweise 50 bis 75 Mio. m3 Abwasser pro Jahr. Das Verfahren der Spinnfärbung ist eine hervorragende umweltverträgliche Alternative zur Ausziehfärbung. Ein wesentlicher Hinderungsgrund für eine weitere Durchsetzung der Spinnfärbung liegt darin, dass für die Entwicklung geeigneter Farbstoffsysteme völlig andere Verfahren notwendig sind als bei der klassischen nasschemischen Färbung. Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung eines Verfahrens, dass den gegenwärtigen sehr hohen Aufwand bei der Entwicklung und Erprobung von Farbrezepturen für die Spinnfärbung wesentlich gegenüber der heutigen Praxis senkt.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDas Projekt wurde in zwei Stufen realisiert. In der ersten Stufe wurden gemeinsam mit dem Thüringischen Institut für Textil- und Kunststoff-Forschung e. V. (TITK) als Entwicklungspartner die chemisch-technischen Grundlagen für das Anlagen- und Materialkonzept entwickelt. Ein im TITK vorhandener Laborspinnstand wurde entsprechend erweitert. Auf der Grundlage der gewonnenen Erkenntnisse (geeignete Misch-, Dosier- und Dispergiertechnik, Mess- und Steuerungstechnik, geeignete Kunststoffe sowie Farbstoffe und Pigmente) wurden in der zweiten Phase die Labortechnik erstellt und getestet. Mit der Laboranlage wurden erste Masterbatches hergestellt und Faserherstellern zur Erprobung bereitgestellt.
Durch den Aufbau und die Erprobung eines speziell für diesen Zweck entwickelten Laborspinnstandes und der Herstellung und Testung damit entwickelter Masterbatchsysteme konnte der Aufwand entscheidend gesenkt werden. Des weiteren wurde durch den Aufbau eines Rezeptiersystems die Bearbeitungszeit erheblich verkürzt.


Ergebnisse und Diskussion

Folgende Meilensteine wurden realisiert:
- Aufbau der technischen Anlage zur Herstellung von spinngefärbten Fasern bei GRAFE anhand der im TITK gewonnenen Erkenntnisse,
- Herstellung von spinngefärbten PP-, PA- und PET- Fasern durch Zugabe von Masterbatches,
- Charakterisierung der Masterbatches und spinngefärbten Fasern (Dispergiergüte, textilphysikalisch und spektralphotometrisch)
- Erstellung von Eichreihen, den sichtbaren Spektralbereich umfassend, anhand der spinngefärbten Fasern auf Wickelkärtchen.
- Erstellung einer Datenbank für die Rezeptiersoftware mit den aus den Eichreihen ermittelten farbmetrischen Parametern (diese Datenbank wird die Zeit für Rezeptierung von Masterbatches nach Vorlage des Kundenmusters wesentlich verkürzen und automatisieren).
Die während der Phase 1 im TITK gewonnenen Erkenntnisse bildeten die Grundlage für die erfolgreiche Bearbeitung der Ziele in Phase 2. Die Verwendung von modernen Extrusionstechniken führt zu einer verbesserten Dispergierung der in den Mischungen enthaltenen Pigmente.
Das Zusammenspiel von verschiedenen physikalischen und apparativen Charakterisierungsmöglichkeiten z.B. durch Ermittlung des Druckfilterwertes, durch Anwendung von Mikrotomschnitt und Mikroskop mit Bildverarbeitungssoftware zur visuellen Kontrolle der Pigmentdispergierung in den Masterbatches und die textilphysikalischen Kennwerte der Fasern beeinflussen das Ergebnis. Die Kombination von Druckfiltertest mit einem optischen Verfahren (Mikroskopie bzw. Messung an Folien) zur Begutachtung von Pigmentagglomeraten ist auf dem Gebiet der Charakterisierung von Partikeln eine exzellente Lösung.
Schwierigkeiten traten besonders beim Spinnen von PET-Fasern auf. Sie reagieren sehr empfindlich auf äußere klimatische Einflüsse (Raumtemperatur, Luftfeuchtigkeit, Staub, ect.). Deshalb mussten mehrmals Wiederholversuche durchgeführt werden.
Es konnte auch beobachtet werden, dass die Art und Weise wie das Endprodukt für eine farbmetrische Untersuchung vorliegt, eine erhebliche Rolle spielt. Die gleiche Pigmentart und -menge in der Mischung zeigt visuell und farbmetrisch Unterschiede, wenn das Kundenmuster aus einem spritzgegossenen Körper oder aus Fasern (Bündel, Strümpfe, Textilmuster) besteht


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Bemusterungsaufträge als Vorstoß zu den üblichen Verkaufs- und Marketingaktivitäten der Fa. GRAFE laufen bereits. Die von GRAFE ausgewählte Strategie bez. der Herstellung von Masterbatches nach Kundenvorlagen, auch im Kleinmengenbereich, wurde sehr positiv aufgenommen. Die Vertriebsniederlassung von GRAFE im Nachbarland Polen erfreut sich der Aufmerksamkeit der dortigen Textil- und Teppichindustrie. Auch zeigt die Automobilindustrie verstärkt Interesse am Einsatz von spinngefärbten Fasern im Bereich Sitzverkleidungen und Bodenbelag.
Die Verbreitung der im Projekt gewonnenen Erkenntnisse erfolgte bereits durch einen Fachartikel, verfasst unter Führung der FSU Jena, Institut für Technische Chemie und Umweltchemie (D. Kralisch, G. Kreisel, Vergleichende Sachbilanz im Textilbereich - Spinnfärbung versus Flottenfärbung, Melliand Textilberichte 3, 2003, 191-196). Auch wird im Rahmen einer DBU-Tagung im Februar 2004 ein Vortrag zum Projektthema stattfinden. Des weiteren sind in der Fachpresse Mitteilungen über die Aktivitäten der Fa. GRAFE zur Spinnfaserfärbung geplant.


Fazit

Die Fa. GRAFE sieht sich durch die Förderung der DBU in der Lage Kunden aus der Textil-, Teppich- und Automobilindustrie ein Masterbatches zur Verfügung zu stellen, welches das Ziel verfolgt, den ursprünglichen Kundenvorlagen und -wünschen farbmetrisch zu entsprechen. Soweit bekannt, existieren diesbezüglich bisher keine verfügbaren und einsetzbaren Systeme, die als Ausgangspunkt die vom Kunden zur Verfügung gestellten Farbvorlagen nehmen. Üblicherweise wird nur die Farbvorlage durch einen beim Anbieter bereits vorhandenen Katalogpool von erhältlichen Masterbatches ersetzt. Der Kunde muss eine ähnliche Farbe auswählen. Für spinngefärbte Fasern dient die Kundenvorlage als Farbbasis für das später herzustellende Masterbatch. Für diese Masterbatches gelten die gleichen Qualitätsmaßstäbe wie im Spritzgussbereich. Die gerätetechnische Ausstattung umfasst sowohl die Phasen der Herstellung, Produktion, Charakterisierung als auch die der Bemusterung.