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Tenside - Der textile Waschprozess

Seminararbeit 2000 25 Seiten

Textil, Druck, Werken

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

1. Chemie und Physik des Wassers
1.1. Chemische Struktur von Wasser
1.2. Oberflächenspannung
1.3. Härte des Wassers
1.3.1. Entstehung
1.3.2. Härtearten
1.3.3. Einteilung der Härtegrade

2. Der Waschprozess ( Naßreinigung )
2.1. Partner des Waschprozesses
2.1.1. Textilfaser
2.1.2. Schmutz
2.1.3. Waschmittelflotte
2.1.4. Waschgerät
2.2. Effekte der Wasch und Reinigungsmittel
2.3. Naßreinigungsteilvorgänge
2.4. Einflußfaktoren auf das Waschergebnis
2.4.1. Temperatur
2.4.2. Zeit
2.4.3. Waschmechanik
2.5. Zweck der Industriewäsche
2.5.1. Reinigung der Rohwollwäsche mit Siebtrommelwaschmaschine
2.5.2. Entspannung

3. Tenside _
3.1. Aufbau und Wirkung
3.2. Tensidklassen
3.2.1. Anionaktive Tenside
3.2.2. Kationaktive Tenside
3.2.3. Nichtionogene Tenside
3.3. Nachweis von Tensiden nach Linsenmeyer

Literaturhinweise

1. Chemie und Physik des Wassers

Wasser ist eines der wesentlichen Betriebsmittel zur Textilveredlung und der textilen Reinigung. Insbesondere der Emulsionswäsche ( Naßreinigung ) mit Wasser als mengenmäßig größtem Hilfsmittel.

1.1. Chemische Struktur von Wasser

Die Eigenschaften des Wassers sind in seiner Molekularstruktur und seiner Fähigkeit, starke Wasserstoffbrücken bilden zu können begründet. Wasser ist ein Oxid des Wasserstoffs, d.h eine Verbindung der Elemente Wasserstoff und Sauerstoff, diese Atome besitzen eine gewinkelte Anordnung, woraus sich das Dipolmoment des Wassers ergibt.

Ein Maß für das Bestreben eines Atoms beim eingehen einer Bindung

Elektronen an sich zu ziehen, ist die Elektronegativität ( abk. EN ).

Das Sauerstoffatom besitzt mit EN 3,5 eine größere Elektronegativität als die Wasserstoffatome mit EN 2,1 und zieht daher die bindenden Elektronenpaare stärker zu sich heran. Es erhält somit eine negative Teilladung, die beiden Wasserstoffatome jeweils eine positive Teilladung und es entstehen zwei polare Elektronenpaarbindungen.

Wäre das Wassermolekül linear, würden sich die Wirkungen der beiden Ladungen aufheben. Da das Molekül mit 105° gewinkelt ist, bildet es einen elektrischen Dipol. Der negative Pol liegt beim Sauerstoffatom, der positive Pol auf der Seite der beiden Wasserstoffatome.

Aufgrund dieser Dipoleigenschaft sind Wassermoleküle in der Lage, sich den jeweils entgegengesetzten Polen aneinander zu lagern. Hierbei bilden sich zwischen den nichtbindenen Elektronenpaaren des Sauerstoffatoms und den Wasserstoffatomen Wasserstoffbrücken aus. Diese Wasserstoffbrücken sind stärker als die van-der-Waals Kräfte zwischen Molekülen welche schwacher elektrostatischer Herkunft sind.

Die starken Wasserstoffbrücken zwischen den Molekülen erklären den hohen Schmelz und Siedepunkt und auch die hohe Oberflächenspannung des Wassers.

Im festen Aggregatzustand des Wassers, im Eis ist jedes Sauerstoffatom tetraedrisch von vier Wasserstoffatomen umgeben, von denen zwei durch Atombindungen und zwei durch Wasserstoffbrücken gebunden werden, daraus entsteht eine regelmäßige,gitterartige und mit Hohlräumen versehene Clusterstruktur. Beim schmelzen bricht die Gitterordnung zusammen, und die Moleküle können sich dichter zusammenlagern, so daß Wasser bei 0°C eine höhere Dichte hat als Eis. Bei weiterem Erwärmen nimmt einerseits der Raumbedarf wegen der stärkeren Wärmebewegung zu, andererseits wird die Ordnung immer mehr gestört, und die Teilchen lagern sich immer enger zusammen. Als Folge dieser einander entgegengesetzten Effekte hat Wasser sein Dichtemaximum bei +4°C.1

1.2. Oberflächenspannung

Die Benetzung eines Textilgutes ist als Naßreinigungsteilvorgang von großer Bedeutung, die starken Kohäsionskräfte zwischen den Wassermolekülen erzeugen die hohe Oberflächenspannung des Wassers und verhindern eine optimale Benetzung der zu reinigenden Textilien.

Flüssiges Wasser besitzt meist eine Phasengrenzfläche zwischen gasförmig und flüssig. Da Wassermoleküle, die sich nah an dieser Phasengrenze befinden ,stärker den Kräften innerhalb der Flüssigkeit, den sogenannten Kohäsionskräften ausgesetzt sind, werden sie einseitig nach innen gezogen. Dadurch wird eine möglichst kleine Oberfläche angestrebt. Weil zwischen den Molekülen der Luft und des Wasser keine Kräfte wirken, entsteht eine resultierende Kraft die von der Oberfläche nach innen gerichtet ist . Ein Maß für die Kräfte welche die Oberfläche verkleinern ist die Oberflächenspannung. Sie ist definiert als Quotient aus Zuwachs an Energie und Zuwachs an Oberfläche.2

Oberflächenspannung = Zuwachs an Energie___ Zuwachs an Oberfläche Die Einheit ist Newton pro Fläche ,deswegen wird im physikalischen Sinne auch von Oberflächenenergie gesprochen.

Die für die Naßreinigung nötige Benetzung des Textilgutes mit Wasser, wird mit einer Reduzierung der Oberflächenspannung durch grenzflächenaktive Substanzen bewirkt. Desweiteren nimmt die Oberflächenspannung sowie die Viskosität mit steigender Temperatur ab. Diese Erniedrigung der Oberflächenspannung des Wassers, erleichtert dann das Eindringen der wäßrigen Flotte in die luftgefüllten kapillaren Räume des Fasermaterials.

1.3. Härte des Wassers

1.3.1. Entstehung

Unter hartem Wasser versteht man Wasser mit einem hohen Anteil an Hydrogencarbonaten, Sulfaten, Chloriden und anderen Salzen des Calciums und Magnesiums,ebenso können Barium, Strontium und verschiedene Schwermetalle als Härtebildner auftreten. Bei der Entstehung der Härte des Wassers dringt Regenwasser mit CO2 - Gehalt der Luft zunächst in den Erdboden ein und wandelt H2O unlösliche Carbonate in H2O lösliche Hydrogencarbonate um.

CaCO3 + CO2 + H2O Ca(HCO3)2 Calziumhydrogencarbonat (H2O-löslich).

Dieselben chemischen Vorgänge laufen ab für Magnesiumcarbonat oder auch Eisencarbonat. Eine natürliche Veränderung der Härte des Wassers ergibt sich aus den jeweiligen Niederschlägen und der geologischen Lage. Die durch Calzium und Magnesiumverbindungen verursachte Härte des Wasser kann sich auf die Waschwirkung nachteilig auswirken, verbraucht einen Teil der waschwirksamen Substanzen und kann zu kalkartigen Ausfällungen führen, die sich als störende Ablagerungen auf dem textilen Fasermaterial, den Heizelementen der Waschmaschine und anderen Bauteilen festsetzen.

1.3.2. Härtearten

Die Härte des Wassers unterteilt sich in Härtehydrogencarbonat (HCO2)2 ( früher Carbonathärte ) und den Salzen der Härtebildnern mit Anionen starker Mineralsäuren ( früher Nichtcarbonathärte )

Der dem Härtehydrogencarbonat entsprechende Teil kann durch kochen beseitigt werden und wurde deswegen früher auch als temporäre Härte bezeichnet.

Die Hydrogencarbonate der Härtebildner zersetzen sich dabei zu Carbonaten, Kohlendioxid und Wasser.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Auf der linken Seite sind die Härtebildner noch vorhanden und auf der rechten Seite beseitigt. Für Magnesiumhydrogencarbonat gilt der gleiche chemische Vorgang. Bei dieser Gleichung liegt der entgegengesetzte Vorgang der Härtebildung vor.

Weiches Wasser ist als Betriebsmittel der Maschinen unerläßlich, denn eine Kesselsteinbildung wird vor allem durch Hydrogencarbonate hervorgerufen.Gelangt nichtenthärtetes Wasser in Dampfkesselanlagen entsteht nach der Gleichung der Kesselstein, das CaCO3 oder MgCO3 . Diese Kalkansätze besitzen trotz dünner Schichten eine gute Isolierwirkung wodurch der Wärmeaustausch behindert wird. Es ist mehr Energie notwendig um eine bestimmte Menge Dampf zu erzeugen. Außerdem kann es an diesen Kalkablagerungen zu Rißbildungen und sogar zu Kesselexplosionen kommen.3

Zur Beseitigung der Nichtcarbonhärte kommen chemische Austausch und Fällungsreaktionen zur Anwendung. Diese Nichtcarbonhärte wird durch Sulfate, Chloride und Spuren von Nitraten des Ca und Mg hervorgerufen, werden diese erhitzt, bleiben sie chemisch unverändert und es erfolgt keine Ausfällung. Deswegen wurde diese Härtebildner früher auch als permanente Härte bezeichnet. Werden die genannten Salze einer Seifenlösung zugesetzt, so bildet sich ein Niederschlag von Kalk und Magnesiumseife wodurch die Seifenlösung an Waschkraft verliert. Für die Produktion in der Textilveredlung ist in allen Technologien weiches Wasser zu verwenden, denn nicht nur der erhöhte Waschmittelbedarf macht sich bemerkbar sondern auch Qualitätsmängel in der Wäsche, z.B. eine Vergrauung, ein harter Griff sowie eine geringe Hygroskopizität, da die Calzium und Magnesiumseifen fettartigen Charakter und damit lipophobe Wirkung haben. Das erzeugt wiederum Schwierigkeiten beim nachfolgenden Färben.

1.3.3. Einteilung der Härtegrade

Die Messung der Wasserhärte erfolgte bisher als Grad deutscher Härte ( °dh) indem als Härtebildner die beiden Oxide Calziumoxid ( CaO) und Magnesiumoxid (MgO) bezeichnet wurden, egal in welchen Verbindungen sie auftreten. Das Ergebnis für MgO in mg/l wird dabei auf die Kalkhärte umgerechnet, indem es mit 1,4 multipliziert wird.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Der Gehalt an CaO bzw MgO im Verhältnis 1:1,4 wird durch 10 dividiert und ergibt °dh.

1°dh entspricht 10mg CaO/l oder 7,19mg MgO/l

Nach denn neuen Si - Einheiten wird die Stoffmengenkonzentration in mol * m-³ angegeben, dabei wird die Härteangabe auf das Atommassengewicht des Calziu moxid bezogen.

Umrechnung:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Beispiel: Eine Wasserart mit 18°dh entspricht einer Stoffmengenkonzentration von 3,2 mol * m³ .

Dies bedeutet aber nicht das tatsächlich 180 mg/l CaO gelöst wären, die Angabe soll vielmehr besagen das in irgendeiner Form in Wasser vorliegende Salze auf äquivalente Verhältnisse in mg Menge CaO umgerechnet sind. Wasserarten bis 1,8 mol * m³ ( 10° dh ) werden als weich eingestuft , von 1,8 bis 3,5 mol * m³ (10 bis 20 ° dh ) als mittelhart und über 3,5 mol * m³ ( über 20°dh ) als hart. Die Entscheidung für die Einstufung wird allerdings auch durch den Verwendungszweck beeinflußt.4

2. Der Waschprozess ( Naßreinigung )

Als Waschverfahren sind solche Verfahren zu verstehen, bei denen nicht nur Wasser, sondern auch Chemikalien, Waschmittel und Waschhilfsmittel zur Säuberung des Textilgutes zur Anwendung kommen. Leistungsfähige Waschverfahren sollten charakterisiert sein durch :

- höchstmögliche Schonung des Waschgutes
- größtmögliche Wäschequalität
- materialökonomische Faktoren
- energiesparende Prozesse
- kurze Waschzeiten
- Senkung der Waschtemperatur

Für die Beseitigung von Verunreinigungen gibt es grundsätzlich zwei Verfahren.

1. Emulsionswäsche ( Naßreinigung )
2. Extrationswäsche ( Chemisch - Reinigung )

Die Naßreinigung beinhaltet Wasser als mengenmäßig größtem Hilfsmittel. Die Extrationswäsche hingegen arbeitet mit organischen Lösungsmitteln als mengenmäßig größtem Hilfsmittel.

2.1. Partner des Waschprozesses

Als Partner des Waschprozesses sind definiert:

- Textilfaser
- Schmutz
- Waschmittelflotte
- Waschgerät

2.1.1. Textilfaser

Die Textilfaser, die Stückware oder das textile Fertigprodukt ist nach folgenden Gesichtspunkten zu trennen:

- Rohstoff ( Fasern tierischer, pflanzlicher, synthetischer Herkunft, Mischgewebe u.a. )
- Farbe ( weiß, hellbunt, dunkelbunt, gegebenenfalls weitere Unterteilungen)
- Art der Ausrüstung
- Grad der Verschmutzung

2.1.2. Schmutz

Die Hauptaufgabe der Textilreinigung besteht indem nach Möglichkeit restlosen Entfernen des Schmutzes, um damit die Voraussetzung zur Wiedererlangung des Ausgangsrepräsentationswertes zu schaffen.

Der Schmutz kann nicht als einheitlicher Stoff bezeichnet werden, vielmehr handelt es sich um ein heterogenes Mehrkomponentensystem., weil Schmutz die unterschiedlichsten Substanzen mit den vielfältigsten Mischungsverhältnissen enthalten kann.

Der Schmutz läßt sich nach seinem Lösungsverhalten in Wasser und organischen Lösungsmitteln in vier Gruppen einteilen.5

- wasserlöslicher-lösungsmittelunlöslicher Schmutz ( Zucker, Salze, Harnstoff, Schweiß, Fruchtsäfte )
- wäßrig emulgierbarer-lösungsmittellöslicher Schmutz ( Fette, Öle, Wachse, Talg, Fettsäuren, sog. Fettschmutz )
- wäßrig quellbarer-lösungsmittelunlöslicher Schmutz (Stärke, Eiweiß, Speisereste )
- wasserunlöslicher-lösungmittelunlöslicher Schmutz (Ruß, Straßenstaub, anorganische Oxide, Carbonate, Silikate; allgemein als Pigmente bezeichnet )

2.1.3. Waschmittelflotte

Zur Waschmittelflotte zählen Wasser, Tenside und andere Waschhilfsmittel in Litern gemessen und das Verhältnis der Waschmittelflotte zur Stückware in Kg ergibt das Flottenverhältnis. Das Füllverhältnis ist das Verhältnis der Stückgutmenge (Kg) zum Rauminhalt der Trommel (Liter).

2.1.4. Waschgerät

Die notwendige Waschmechanik wird in Form von kinetischer Energie durch die Bewegung der textilen Ware bei dem Waschvorgang in der Waschmaschine erzeugt. Bei größtmöglicher Schonung des Waschgutes soll ein optimaler Wascheffekt erzielt werden.

Das Waschen von Stückwaren kann auf verschiedenen Einrichtungen vorgenommen werden. Meist dient hierzu die Strangwaschmaschine und in gewissen Fällen die Breitwaschmaschine.6 Auf der Strangwaschmaschine wird die Ware in einem endlosen Strang durch die Waschflotte und zwischen schweren Waschwalzen hindurch geführt, welche die Waren nicht nur pressen, sondern auch eine Reibung der einzelnen aneinander liegenden Warenteile bewirken, wodurch der Wascheffekt erhöht wird. In Fällen in denen das Waschen mit der Strangwaschmaschine zu ungewollter Knitterbildung führen würde, bei Mischungen aus Wolle mit Synthesefasern, bedient man sich der Breitwaschmaschine, bei der die Ware nicht im Strang sondern im breitem faltenfreiem Zustand die Waschwalzen passiert. Da die praktische, gegenseitige Reibung der Ware im Strang fehlt, kommt es bei der Breitwaschmaschine zu einem geringeren Waschergebnis. Ein Beispiel der Stückwäsche in der industriellen Wäsche sind wollene Stückwaren, die aus der Weberei kommen. Sie müssen einer gründlichen Wäsche unterzogen werden, um die Schmälze und alle während der Fabrikation aufgebrachten Verschmutzungen zu entfernen. Die Rohwollwäsche dient zur Entfernung des Wollfetts und des Wollschweißes, dabei kommen sog. Leviathans zum Einsatz, das sind Aggregate, bestehend aus mehreren Wasch- und Spülbottichen mit dazwischen liegenden Abquetschwerken7. Die zuvor mechanisch aufgelockerten Wollflocken werden in den Bottichen mit Gabelrechen vorwärts geschoben. Dies findet, um die größtmögliche Faserschonung zu erhalten, idealerweise bei ph - 4,6 statt, dem isoelektrischen Punkt der Wolle sowie eines säurebeständigen nichtionogenen Waschmittels. siehe auch Kap.2.5.1. Siebtrommelwaschverfahren

2.2. Effekte der Wasch- und Reinigungsmittel

Unter Waschen wird das Entfernen von Fremdsubstanzen ( = Schmutz )aus Textilien mit wäßrigen Waschmittellösungen verstanden. der Waschprozess ist ein komplexer physikalisch-chemischer Vorgang an dem nachfolgend die Haupteffekte dargestellt werden sollen.

- Benetzung

Unter Benetzung wird die Verringerung der Oberflächenspannung zwischen einer Flüssigkeit und einem festen Körper, indem durch die Abnahme der freien Oberflächenenergie die Zwischenflächeneinheit fest/gasförmig durch das System fest/flüssig verdrängt wird. Tenside welche sich bevorzugt an Grenzflächen anreichern, werden dem Wasser zugesetzt und bilden an der Oberfläche eine Schicht von hydrophoben Tensidenden z.B. Seifenanionen, dadurch sind die einseitig nach innen gerichteten Kohäsiven Kräfte der Wasserstoffbrücken an der Oberfläche weniger stark. Dies verringert die Oberflächenspannung und leitet die Benetzung ein.

- Netzkraft

Die Netzkraft einer wäßrigen Lösung bewirkt das Verdrängen der Luft aus der Faser. Dadurch können andere Stoffe an die Faser heran geführt werden. Dieser Effekt wird auch Einnetzen einer Faser oder eines Gewebes genannt. Die Flüssigkeit dringt dabei schnell in die groben Hohlräume ein . Mehr Zeit benötigt die Verdrängung der Luft aus den feinen interkapillaren Hohlräumen einer Faser; dies ist der geschwindigkeitsbestimmende Faktor des Netzvorgangs.

- Emulgierung

Die Emulgierung ist das feine Verteilen ineinander unlöslicher Phasen. Für den Waschprozess ist das System Öl in Wasser wichtig, bei dem der hydrophobe Teil in der wäßrigen Flotte unter eine Tröpfchengröße unter 5 mikrometer dispergiert wird.8 An der Grenzfläche Oel / Wasser zieht die hydrophile Seite der grenzflächenaktiven Substanz zum Wasser und der hydrophobe Teil zum Öl, dadurch wird der Übergang der öligen Lösung in den wäßrigen Zustand erleichtert.

- Dispergieren

ist das zerteilen und das in-Schwebe-halten von Pigmenten in einer flüssigen Phase.

2.3. Naßreinigungsteilvorgänge

1. Die Oberfläche des Textilgutes ist mit Schmutz bedeckt, z.B. wäßrig emulgierbarer-lösungsmittellöslicher Art ( Fette ).
2. Wasser wird hinzugefügt, ist aber bestrebt aufgrund starker innerer Kohäsionskräfte eine möglichst kleine Oberfläche einzunehmen, wegen dieser Oberflächenspannung ist das Wasser nicht in der Lage für eine ausreichende Benetzung des Textilgutes zu sorgen. Somit ist eine Entfernung des Schmutzes nicht möglich.
3. Tenside werden dem Wasser zugesetzt an der Grenzfläche Schmutz und Wasser orientieren sich die Tensidmoleküle mit ihrem hydrophoben Teil zum Schmutz und mit ihrem hydrophilen Teil zum Wasser.
4. Die Tensidmoleküle haben sich an der Grenzfläche angelagert und bilden sowohl auf der Faser als auch auf der Anschmutzung einen Oberflächenfilm.
5. Dadurch werden die Adhäsionskräfte aufgehoben , der Schmutz löst sich von der Faser nachdem er Tropfenform angenommen hat. Diese Dispergierung erfolgt bei Ölverschmutzten Fasern nicht sofort, erst nehmen die Ölteilchen eine Halbkugelform ein bis sie als Kugelform nur noch locker auf der Faser liegen.
6. Die strömende Waschflotte spült den Tropfen weg.
7. Durch Ablassen der Waschflotte und anschließenden Spülen wird eine schmutz- und waschmittelfreie Oberfläche erreicht.

2.4. Einflußfaktoren auf das Waschergebnis

Die an jedem Waschprozess beteiligten Partner : Textilfaser; Schmutz, Waschgerät und Waschmittelflotte werden außer von den verschiedenen Kombinationen untereinander, insbesondere durch Temperatur, Zeit und Waschmechanik beeinflußt.

2.4.1. Temperatur

Mit steigender Waschflottentemperatur nimmt die kinetische Energie der Waschmittelionen zu. Dadurch ist es möglich Verunreinigungen zu beseitigen, die im niedrigen Temperaturbereich nicht zu entfernen sind.So wird z.B. mit steigender Tensidkonzentration, Flottentemperatur und Einwirkungsdauer die Adsorption von Tensiden an der Baumwollfaser verändert. Für das Waschvermögen in höheren Temperaturbereichen ist der Einsatz entsprechender Tenside Voraussetzung. So kann bei Verwendung kurzkettiger Tensidmoleküle bei höheren Temperaturen, die Sorption von Waschmittelmolekülen an Schmutzteilchen verhindert werden.Tenside mit langkettigen unverzweigten Hauptvalenzen sind für Heiß und Klarwaschmittel unentbehrlich. Eine Temperaturerhöhung ist mit einer Zunahme der Sorptionsgeschwindigkeit verbunden. Die adsorbierte Menge von Waschmitteln oder Verschmutzungen an der textilen Ware wird mit steigender Temperatur verringert.

2.4.2. Zeit

Der Dauer einer Waschbehandlung sind bestimmte Grenzen gesetzt. Die Waschzeit steht im umgekehrten Verhältnis zur Konzentration des Waschmittels und den angewendeten mechanischen Kräften.

Für das Waschmittel ist eine bestimmte Kontaktzeit notwendig, um die Wechselbeziehungen zwischen Faser, Schmutz und Waschmittel zu ermöglichen. Deswegen darf eine Mindestzeit nicht unterschritten werden. Mit zunehmender Zeitdauer stellt sich ein Gleichgewichtszustand zwischen Faseroberfläche und Waschbad hinsichtlich der Schmutzverteilung ein.

2.4.3. Waschmechanik

Es ist noch nicht gelungen, ein Waschmittel zu entwickeln, das ohne jegliche Zufuhr von kinetischer Energie im Waschbad zu einem befriedigenden Waschergebnis führen. Die zugeführte kinetische Energie beeinflußt entscheidend den Wirkungsgrad grenzflächenaktiver Stoffe hinsichtlich der Schmutzentfernung. Mit zunehmender kinetischer Energie steigt das Waschvermögen. Durch die Bewegung der Waschflotte entsteht in ihr eine Strömung, die Schmutzpartikel aus ihrer Ruhelage löst. Die durch die Strömung der Waschflotte übertragende Energie ist etwa prozentual dem Querschnitt der Teilchen, so das größere Teilchen bevorzugt abgelöst werden. Die Teilchen die einen kleineren Querschnitt haben und sich in der Wandzone mit stark gebremster Strömung befinden lösen sich aufgrund der adhärierenden Schicht weniger leicht. Dies kann einen Grauschleier auf dem Waschgut bewirken.

Außer den Faktoren Temperatur, Zeit und Mechanik sind noch folgende Einflußfaktoren auf das Waschergebnis definiert :

- Art und Menge des Schmutzes
- Art des Fasermaterials
- Wasserhärte
- ph - Wert der Waschflotte
- Konzentration und Lösungszustandes des Waschmittels
- Art und Menge der Waschhilfsmittel und der Waschnachbehandlungsmittel
- Grenzflächenaktives Verhalten der Tenside gegenüber der Faser

2.5. Zweck der Industriewäsche

Dem Zweck der Industriewäsche dient zum einen die Reinigung des Materials und der damit verbundenen Vorbereitung auf folgende Produktionsprozesse.

Zum anderen zur Entspannung für die Qualitätsgestaltung eines textilen Flächengebildes um produktionsbedingte Spannungen in der Faser zu lösen, damit sie in den spannungsärmsten somit in den stabilsten Zustand übergeht.

2.5.1. Reinigung der Rohwollwäsche durch Siebtrommelwaschmaschine

Die Rohwolle enthält beispielsweise eine Reihe wachstumsbedingter Verunreinigungen, die entfernt werden müssen, bevor die Fasern als textiler Rohstoff in den weiterverarbeitenden Prozessen der Kamm - oder Streichgarn sowie Filztuchindustrien eingesetzt werden können. Die Entfernung der natürlichen Verunreinigungen erfolgt bei stark vegetabilien Wollen durch die Karbonisation, der Schweiß ist meist schon in kaltem Wasser löslich, während das wasserunlösliche Wollfett im Zuge einer Naßwäsche leicht in die emulgierte Form übergeführt werden kann.9 Insgesamt kann der Anteil dieser Fremdstoffe 50 % bis 70 % betragen.10 Naturwolle enthält ferner Markierfarben. Das Wollfett besteht aus Lanolin, welches auch als Nebenprodukt interessant ist, der Wollschweiß zur Hauptsache aus Kaliumcarbonat. Das angestrebte Ziel der Rohwollwäsche ist eine saubere Wolle mit einem definierten Restfettgehalt von 0,4 - 1 % ohne Schädigung der Wollsubstanz und ohne zu große Verfilzung der Fasern zu erreichen. Waschmittel sind Seife / Soda bzw. synthetische Waschmittel oder Kombinationen dieser Mittel. Die Menge hängt wieder von der Waschmethode, der Art der Waschmittel, vom Härtegrad des Wassers, von der Wollart sowie vom Umfang der Verunreinigungen ab. Die genaue Dosierung ist für eine erfolgreiche Rohwollwäsche äußerst wichtig, da sich eine Unter oder Überdosierung im schlechten Aussehen der Wolle, einem zu hohen Restfettgehalt, einem verminderten Glanz oder zu rauhem klebrigen Griff auswirken können. Außerdem ist eine laufende Kontrolle der Temperatur und des ph - Wertes nötig. Rohwollwäsche erfolgt mit Soda bei ph 10 - 11, weil die schwach alkalisch eingestellte Wolle beim Spinnen ein besseres Laufverhalten zeigt.11 Dabei muß bedacht werden das die Faser in diesem Bereich beim Dämpfen eine Schädigung erfährt, weshalb eine Zurückführung auf ihren isoelektrischen Zustand, bei Wolle ph 4,6 nötig ist. Nicht nur die chemischen sondern auch die mechanischen Einflüsse spielen eine Rolle, denn eine Verschlingung oder Verfilzung hat Faserbrüche zur Folge, woraus eine schlechte Romäne, also ein hoher Prozentsatz an Kämmlingen, und kürzere Stapellängen resultiert.

Außer dem im Kapitel 2.1.4. erwähnten Verfahren der Rohwoll - Emulsionswäsche, den sog. Leviathans kommt das Siebtrommel- waschverfahren zur Anwendung. Das Siebtrommelwaschverfahren gilt als Weiterentwicklung mit dem hauptsächlichen Ziel Stapelverkürzungen und Noppenbildung zu vermeiden. Diese negativen Erscheinungen entstehen u.a durch Verfilzungen und Verschlingungen der Fasern, durch die Fortbewegung und das Ausheben der Wolle in den Waschkufen, mittels Gabel und Schwemmrechen. Diese recht intensive mechanische Einwirkung sollte mit der Entwicklung der Siebtrommelwaschmaschine verringert werden. Statt der üblichen Gabeln und Rechen werden perforierte, nach dem Ansaugprinzip arbeitende sog. Ausströmtrommeln als Förderorgane benutzt. Diese Siebtrommeln liegen mit ihrer Achse erheblich über dem Flottenspiegel.Beim Eintauchen der sich drehenden Siebtrommeln in das Bad strömt die Waschflotte in die Trommel, wodurch sich das Waschgut an die Siebtrommel preßt und von der Waschlauge durchstömt wird. Dies wird durch einen Niveauunterschied zwischen Bad und Trommelinneren und mittels einer außerhalb der Trommel befindlichen Förderpumpe bewirkt. Die Pumpe hat die Aufgabe die aus der Trommel, in einen Pumpenkasten auslaufende, Waschlauge wieder in das Bad zurückzuführen. Das Waschgut verläßt dann die Siebtrommel und erreicht wieder denn Flottenspiegel, auf der bewußt lang gehaltenen Strecke zwischen den Trommeln reagiert es intensiv mit der Waschflotte. Auf dieser Strecke lösen sich die Verunreinigungen und können sich am schräg zulaufenden Wannenboden sammeln, wo sie über ein sich selbsttätig öffnendes Abschlammventil, abgelassen werden. Die Anlage besteht aus Wasch- und Spülbädern mit je drei Siebtrommeln, wobei das Frischwasser nur dem letzten Spülbad zugeführt wird, um im Gegenstrom die Bäder zu durchlaufen. Da das intensive Waschen hauptsächlich im Zeitpunkt des Haftens an der Trommeloberfläche erfolgt, wird bei diesem Durchstömungsprinzip, der Wolle keine Gelegenheit gegeben an Rechen oder Gabeln hängenzubleiben. Der Materialtransport ist hierbei viel schonender, so daß die Gefahr der Schlingenbildung und Verfilzung gering gehalten werden kann. Dies führt im Vergleich zum konventionellen Leviathan zu einer größeren mittleren Faserlänge und damit zu einer Verringerung des Kämmlinganteils.12 Das Siebtrommelverfahren führt obwohl die mechanische Beanspruchung geringer ist zu einem besseren Wascheffekt. Als weitere Vorteile gelten der relativ niedrige Oberbau der damit leicht zu übersehen ist, leichte Reinigung und einfache Wartung, relativ geringer Energieaufwand und Wasserverbrauch. Der zuvor erwähnte Leviathan kommt heute aus diesem Grund weniger häufig zur Anwendung, da das Saugtrommelprinzip schonend und trotzdem intensiv arbeitet.13

Nach dem Abquetschen werden die Wollfasern meist in einem Siebtrommeltrockner, durch den Warmluft hindurchgesaugt wird, getrocknet. In der Misch bzw. Wolfereianlage wird dann die Wolle bis zur Flocke aufgelöst, die Mischung durchgeführt und die Schmälze aufgebracht. Zuerst wird ein Vorwolf bzw. Mischmaschinen eingesetzt, danach im Krempelwolf weiter aufgelöst und gemischt. Die Schmälze, zum Einölen bzw. Einfetten, erhöht die Geschmeidigkeit und damit die Verspinnbarkeit der Wollfasern und wird nach der letzten Krempelwolfpassage aufgebracht.

Abb. 1 : Siebtrommelwaschmaschine mit Durchströmumgsprinzip von Fleissner14

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

a) Vorderansicht mit Flottenströmung von außen nach innen in die Siebtrommel.

b) Seitenansicht mit drei Siebtrommeln und deren Niveauunterschied mit daraus resultierenden Unterdruck.

2.5.2. Entspannung

Als weiterer Zweck der Industriellen Reinigung dient die Entspannung loser Fasern, Garne oder textiler Flächengebilde um sie auf nachfolgende Veredlungsprozesse vorzubereiten.

Die Spannungen in den Fasern und vor allem den textilen Flächen sind durch vorangegangene mechanische Einwirkungen während der Faden oder Flächenerzeugung verursacht und werden vom Fasermaterial gespeichert, was ohne Entspannung zu Unegalitäten und Dimensionsschwankungen führen würde. Somit werden in der industriellen Wäsche die produktionsbedingten Spannungen in der Faser gelöst, so daß sie in den spannungsärmsten und damit stabilsten Zustand übergeht. Einzelne Entspannungsbehandlungen lassen sich statt in Wasser in Sattdampf vornehmen. Dabei hat insbesondere Maschenware ein großes Längsschrumpfpotenzial. Der vollentspannte Zustand ist gekennzeichnet durch die ideal geformte Masche, welche sich dann ausbildet, wenn die Kräfte aus der Biegung des Garnes zur Maschenschleife und die Reibungskräfte in den Bindungspunkten, die einen Minimalwert erreicht haben müssen, im Gleichgewicht stehen.15 Ein weiterer Zweck der Wäsche ist die spezielle Eigenschaft der Tenside, ihre gute Wiederbenetzbarkeit, angewandt bei Frotteewaren, wodurch eine erhöhte Wasseraufnahmefähigkeit entsteht. Bei der wasserabstoßenden Appretur verhindert es dagegen einen einwandfreien Effekt.

3. Tenside

Eine wichtige Gruppe der Textilhilfsmittel sind die Netz-, Dispergier- und Waschmittel welche mit ihrer Grenzflächenaktivität über eine gemeinsame Eigenschaft verfügen, die internationale Bezeichnung ist Tenside. Es handelt sich hierbei um Stoffe, deren Moleküle einen ausgeprägt lipophilen sowie einen hydrophilen Teil enthalten und die sich bevorzugt in Phasengrenzen anreichern. Dadurch verfügen sie über eine Vielgestaltigkeit von Funktionen, außer der Eigenschaft des Netzens- des Dispergierens und Waschens besitzen sie, bedingt durch ihre faser bzw. farbstoffaffinen Eigenschaften auch noch für Färberei und Druckerei vorteilhafte Funktionen, welche sie als Egalisier- und Druckfärbemittel sowie als Weichmachungsmittel geeignet machen.16

3.1. Aufbau und Wirkung

Die reinigende Wirkung der Waschmittel beruht auf verschiedene Effekte, die alle darauf zurückzuführen sind, daß die waschaktiven Anionen Tensidcharakter haben, also aus einer lipophilen langen Kohlenstoffkette bestehen, die am Ende eine meist positiv oder negativ geladene Gruppe trägt. Das hydrophile Ende hydratisert sich im Wasser und wird ins Wasser hineingezogen, während die hydrophoben C- Ketten aus dem Wasser hinaus gedrängt werden. Seifen - Anionen z.B. können sich dann an der Wasseroberfläche anreichern und eine monomolekulare Schicht bilden, die dann die einseitig nach innen gerichteten kohäsiven Kräfte ,die Wasserstoffbrücken relativieren, denn die Anziehungskräfte zwischen den Kohlenwasserstoffketten sind beträchtlich geringer, und somit die Oberflächenspannung reduzieren. Dadurch wird der Netzvorgang eingeleitet, da Wasser mit geringer Oberflächenspannung beweglicher wird und leichter in kapillare Hohlräume eindringt. Tenside wirken außerdem als Emulgatoren in der Phasengrenzfläche Wasser / Öl dabei werden vom Wasser nicht benetzbare lipophile Körper, von den Waschmittelmolekülen mit einem Oberflächenfilm überzogen, dies löst im Waschprozess die Adhäsion zwischen Schmutzfleck und Faser auf, so daß die Flotte den Tropfen nach der Emulgierung wegschwemmen kann.

Falls alle Grenzflächen besetzt sein sollten, hat das Tensid die Möglichkeit selbst Molekülverbände zu bilden, solche Micellen sind meist kugelförmig mit dem hydrophoben Teil nach innen gerichtet. Werden diese Formationen größer, bilden sie sich stäbchenförmig zusammen, wodurch sie eine geringere Oberfläche somit einen energetisch günstigen Zustand einnehmen. Der nächste Schritt ist die flächenförmige Blockmicellenbildung, die Phasenänderungen lassen sich durch Leitfähigkeits, Lichtbrechungs- und Viskositätsmessungen nachweisen.17 Micellen stellen im Waschvorgang Reserveflächen für neuentstehende Grenzflächen, z.B.neue Schmutzteilchen, dar und bilden sich oberhalb einer als kritische Micellenbildungskonzentration ( = CMC )bezeichneten Grenze.18

Voraussetzung für die waschaktive Wirkung einer organischen Substanz ist, wie bereits erwähnt, das Vorhandensein einer langen ununterbrochenen hydrophoben Kette in Kombination mit einer endständigen hydrophilen Gruppe, Konfigurationen für verschiedene Waschmitteltypen können sein :

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

ist die hydrophobe Gruppe kurz oder ist die lange Fettkette durch eine interne hydrophile Gruppe - bei Abwesenheit einer endständigen hydrophilen Gruppe

- unterbrochen dann ist die Waschaktivität gering, die Netzkraft dagegen ausgeprägt.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

eine gute Dispergierwirkung besitzen Verbindungen mit einer langen Fettkette, die sowohl eine interne als auch eine externe oder zwei interne hydrophile Gruppen enthalten.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Fazit : Die Waschwirkung nimmt in Bezug auf die hydrophilen Gruppen in der Reihenfolge : Carboxyl - Sulfat - Sulfonat ab und die Netz - bzw. die Dispergierwirkung nimmt zu.

Einige Produkte sind universell anwendbar, indem sie eine gute Wasch -, Netz - und Dispergierwirkung in sich vereinen, dies entsteht bei der Herstellung, durch einen Mischung der verschiedenen Komponenten, wie dies z.B. bei Mersolaten der Fall ist. Die Alkalysulfonate ( Mersolate ) wirken auf Fettstoffe stark entfettend und haben eine geringe Schmutztragewirkung. Da alle Mersolate NaCl - haltig sind wirken sie stark hygroskopisch außerdem zeigen sie eine gute Netz und Emulgierwirkung sowie eine gute Härtebeständigkeit. Sie finden Verwendung als Waschmittel mit starker Dispergierwirkung ebenso sind Kombinationen mit Fettlösern möglich.

3.2. Tensidklassen

3.2.1. Anionaktive Tenside

Die in 3.1. beschriebenen Wasch - Netz - und Dispergiermittel Seife, Alkylsulfonate, Alkylsulfat gehören zu den anionaktiven Tensiden. Deren Hauptmolekülteil ist negativ geladen und bestimmt die grenzflächenaktiven Eigenschaften, der kleine Rest ist positiv.

3.2.2. Kationaktive Tenside

Der Hauptteil des kationaktiven Tensids hingegen ist positiv geladen und da die meisten Faserstoffe in wäßriger Lösung negatives Oberflächenpotenzial aufweisen, besteht eine Affinität von kationaktiven Tensiden zu Faserstoffen. Deswegen sind sie als Waschmittel weniger geeignet, eher als Weichmacher für Synthesefaserstoffe. Dort bewirken sie gleichzeitig einen antistatischen Effekt, da es bei der Aufladung dieser Faserstoffe zur Ansammlung kleinster negativer Teilchen, den Elektronen, auf der Faseroberfläche kommt. Die

Basenempfindlichkeit der kationaktiven Tenside kommt durch das Metallatom der Base zustande welches sich nach der Abspaltung des hydrophoben Teils, sofort mit dem negativ geladenen Säurerest zu einem Salz verbindet. Die kationaktiven Tenside finden aus wirtschaftlichen Gründen weniger häufig als Netz - Dispergier - und Waschmittel Anwendung, spielen aber als Färberei - und Druckereihilfsmittel eine wichtige Rolle.

3.2.3. Nichtionogene Tenside

Nichtionogene Tenside stellen Additionsprodukte zwischen Äthenoxid und Fettalkoholen, Fettsäuren und Alkylarylverbindungen dar.19 Die jeweiligen polyaddierten Äthenoxidmoleküle am Gesamtprodukt ergeben den hydrophilen Teil. Da dieser keinerlei Dissoziationsverhältnisse ausweist, dissoziieren alle nichtionogenen Tenside nicht und sind somit elektrisch neutral. Alle nichtionogenen Tenside zeigen wegen der fehlenden Dissoziation eine gute Säure - , Alkali - und Härtebeständigkeit.

Die Eigenschaften eines jeden nichtionogenen Tensids sind von der Art des hydrophoben Restes sowie von der Anzahl ( n ) der zuaddierten Äthenoxid - Moleküle ( hydrophiler Teil ) abhängig.

Bei einem längeren hydrophoben Rest ( C = 12 ) und wenigen hydrophilen Gruppen ( n = 4 6 ) wirkt das Tensid wie ein öllöslicher Emulgator. Läßt man im gleichen Fall die Zahl der Äthenoxidmoleküle auf n = 20 anwachsen, geht die Wirkung in Richtung wasserlöslicher Emulgator. Wird der hydrophobe Teil auf unter C = 12 reduziert bei n = 20 ( vom letzten Beispiel ausgehend ) geht die Wirkung in Richtung Waschmittel.

Wird nun der hydrophobe Teil stark auf C = 10 verkürzt wirkt das Tensid in Richtung Netz - und Dispergiermittel.

3.3. Nachweis von Tensiden nach Linsenmeyer

1 % ige Lösung des zu untersuchenden Tensids wird mit anionaktiver Tensidlösung versetzt.

Ergibt einen Niederschlag bei kationaktiven Tensiden.

1 % ige Lösung des zu untersuchenden Tensids wird mit kationaktiver Tensidlösung versetzt.

Ergibt einen Niederschlag bei anionaktiven Tensiden.

Ist bei beiden Prüfungen kein Niederschlag feststellbar, handelt es sich um ein nichtionogenes Tensid.

Versetzt man weiterhin eine 1 % ige kationaktive Tensidlösung mit einer 5 % igen Nitroprussidnatrium - Lösung, so entsteht ein gelblich - orange - brauner Niederschlag.

Versetzt man eine 1 % ige anionaktive Tensidlösung mit einer (CH3COO)3 - Al - Lösung, so entsteht ein weiß - gelblicher Niederschlag. Versetzt man eine 1 % ige nichtionogene Tensidlösung mit einer Ammoniumkobaltrhodanid - Lösung ( 14,7 g NH4 SCN + 2,8 g CO (NO3)2 werden in 1000 cm³ destiliertem Wasser gelöst ) so entsteht eine blaue Fällung, deren Farbe nach der 10 fachen Verdünnung mit dest. Wasser in Rosa umschlagen muß. Findet kein Farbumschlag statt, muß nochmals auf eine kationaktive Substanz geprüft werden.20

Literaturhinweise

- Prof.Dr.Dr.hc Hans Rudolf Christen / Günter Baars : Chemie. -1. Auflage-, Verlag Sauerländer Aarau (Switzerland) und Diesterwegverlag, Frankfurt am Main (Germany ) 1997

- M.Peter und H.K.Rouette:Grundlagen der Textilveredlung; Handbuch der Technologien, Verfahren und Maschinen. 13.überarbeitete Auflage,Deutscher Fachverlag GmbH;Frankfurt am Main 1989.

- Text.-Ing.Detlev Behr / Dipl.Ing.paed.Isa Hanisch : Grundlagen der Textilchemie, 3.verbesserte Auflage; VEB Fachbuchverlag Leipzig 1981.

- Dr.Dr.h.c. Hermann Rath: Lehrbuch der Textilchemie, einschließlich der textilchemischen Technologie; 3. neubearbeitete Auflage; Springerverlag Berlin 1972

- Dr.Rolf Berneiser / Dr.Klaus Ueberschär; Lehrbuch der Textilreinigung; 1.Auflage; VEB Fachbuchverlag Leipzig 1980.

- Dr.rer.nat. Hans Schiecke : Wolle als textiler Rohstoff; 2. erweiterte und ergänzte Auflage; Fachverlag Schiele & Schön GmbH; Berlin 1987.

- Viti / Haudek : Textile Fasern und Flächen Band 2; 1. Auflage; Verlag Johann L. Bondi & Sohn; Wien 1981.

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1 Prof.Dr.Dr.hc Hans Rudolf Christen / Günter Baars : Chemie. -1. Auflage-, Verlag

Sauerländer Aarau (Switzerland) und Diesterwegverlag, Frankfurt am Main (Germany ) 1997

2 M.Peter und H.K.Rouette:Grundlagen der Textilveredlung; Handbuch der Technologien,Verfahren und Maschinen. 13.überarbeitete Auflage,Deutscher Fachverlag GmbH;Frankfurt am Main 1989.

3 Text.-Ing.Detlev Behr / Dipl.Ing.paed.Isa Hanisch : Grundlagen der Textilchemie, 3.verbesserte Auflage; VEB Fachbuchverlag Leipzig 1981.

4 Dr.Dr.h.c. Hermann Rath: Lehrbuch der Textilchemie, einschließlich der textilchemischen Technologie; 3. neubearbeitete Auflage; Springerverlag Berlin 1972

5 Dr.Rolf Berneiser / Dr.Klaus Ueberschär; Lehrbuch der Textilreinigung; 1.Auflage; VEB Fachbuchverlag Leipzig 1980.

6 Dr.Dr.h.c. Hermann Rath: Lehrbuch der Textilchemie, einschließlich der textilchemischen Technologie; 3. neubearbeitete Auflage; Springerverlag Berlin 1972

7 M.Peter und H.K.Rouette:Grundlagen der Textilveredlung; Handbuch der Technologien,Verfahren und Maschinen. 13.überarbeitete Auflage,Deutscher Fachverlag GmbH;Frankfurt am Main 1989.

8 Dr.Rolf Berneiser / Dr.Klaus Ueberschär; Lehrbuch der Textilreinigung; 1.Auflage; VEB Fachbuchverlag Leipzig 1980.

9 Dr.rer.nat. Hans Schiecke : Wolle als textiler Rohstoff; 2. erweiterte und ergänzte Auflage; Fachverlag Schiele & Schön GmbH; Berlin 1987.

10 M.Peter und H.K.Rouette:Grundlagen der Textilveredlung; Handbuch der Technologien,Verfahren und Maschinen. 13.überarbeitete Auflage,Deutscher Fachverlag GmbH;Frankfurt am Main 1989.

11 M.Peter und H.K.Rouette:Grundlagen der Textilveredlung; Handbuch der Technologien,Verfahren und Maschinen. 13.überarbeitete Auflage,Deutscher Fachverlag GmbH;Frankfurt am Main 1989.

12 Dr.rer.nat. Hans Schiecke : Wolle als textiler Rohstoff; 2. erweiterte und ergänzte Auflage; Fachverlag Schiele & Schön GmbH; Berlin 1987.

13 Viti / Haudek : Textile Fasern und Flächen Band 2; 1. Auflage; Verlag Johann L. Bondi & Sohn; Wien 1981.

14 Dr.rer.nat. Hans Schiecke : Wolle als textiler Rohstoff; 2. erweiterte und ergänzte Auflage; Fachverlag Schiele & Schön GmbH; Berlin 1987

15 M.Peter und H.K.Rouette:Grundlagen der Textilveredlung; Handbuch der Technologien,Verfahren und Maschinen. 13.überarbeitete Auflage,Deutscher Fachverlag GmbH;Frankfurt am Main 1989.

16 Dr.Dr.h.c. Hermann Rath: Lehrbuch der Textilchemie, einschließlich der textilchemischen Technologie; 3. neubearbeitete Auflage; Springerverlag Berlin 1972

17 Prof.Dr.Dr.hc Hans Rudolf Christen / Günter Baars : Chemie. -1. Auflage-, Verlag

Sauerländer Aarau (Switzerland) und Diesterwegverlag, Frankfurt am Main (Germany ) 1997

18 M.Peter und H.K.Rouette:Grundlagen der Textilveredlung; Handbuch der Technologien,Verfahren und Maschinen. 13.überarbeitete Auflage,Deutscher Fachverlag GmbH;Frankfurt am Main 1989.

19 Text.-Ing.Detlev Behr / Dipl.Ing.paed.Isa Hanisch : Grundlagen der Textilchemie, 3.verbesserte Auflage; VEB Fachbuchverlag Leipzig 1981.

20 Text.-Ing.Detlev Behr / Dipl.Ing.paed.Isa Hanisch : Grundlagen der Textilchemie, 3.verbesserte Auflage; VEB Fachbuchverlag Leipzig 1981.

Details

Seiten
25
Jahr
2000
Dateigröße
553 KB
Sprache
Deutsch
Katalognummer
v105101
Institution / Hochschule
Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hamburg
Note
Schlagworte
Tenside Waschprozess Textilchemie-Veredlung

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Titel: Tenside - Der textile Waschprozess