Färgning

Från TEKOWikin

Hoppa till: navigering, sök

Färgning görs på textilier antingen när de är fibrer, garn, tyg eller färdigt plagg. Olika fibrer tar upp färg (har olika affinitet) för olika typ av färgmedel. Ett färgbad består ofta av olika hjälpkemikalier (som tensider, egaliseringsmedel, skumdämpare, efterbehandlingsmedel och salter) och själva färgmedlet. Dessa hjälpkemikalier är olika beroende på färgmedel, material som ska färgas, vilka typer av maskiner och metoder man använder sig av. Färgtid och temperatur är andra saker som skiljer sig. Hur mycket färg som används kan variera väldigt mycket beroende på färgmetod och också på vilket djup som man vill att färgen ska ha. Efter färgning så ska textilierna tvättas så man får bort dessa hjälpkemikalier och färgrester.

Färgningsprocessen kräver mycket resurser när det gäller vatten, energi och kemikalier och ger avfall som ofta är mycket färgad och innehåller kemikalier. Dock är det inte alltid som själva färgen är den som är miljöfarlig utan andra kemikalier. Färgning är också inte bara farligt för miljö utan kan också vara en skadlig arbetsmiljö.

Det som är viktigt är att färgen fäster på tyget så att så lite färgämnen som möjligt kommer ut i avloppsvattnet. Blekning och mercerisering ökar färgupptagningen. Färgämnestillverkare och textilfärgare vill att färgämnena ska ha hög stabilitet eller härdighet mot ljus, tvättning och svett samt mot olika föroreningar i luft och vatten. De ska också ha en hög affinitet för fibermaterialet så att badutbytet blir högt och så lite färgämne som möjligt hamnar i restbadet och i avloppet.

Det är svårt att säga vilka färger som är bäst eller sämst. Men en del varianter av blått, grönt och turkost är svåra att få fram utan användning av tungmetallen koppar. Och generellt sätt – ju mörkare färg desto mer färg blev över i färgbadet. I ett livscykelperspektiv är det dock så att ljusa kläder enklare blir smutsiga och då krävs mer energi och vattenförbrukning där istället.

Innehåll

Historik

Färgade textilier tycks ha varit en viktig statusfråga för människan under flera tusen år. Från början användes både organiska färgämnen från olika växter och djur, och oorganiska pigment. 1856 lyckades engelsmannen Perkin att syntetisera en anilinfärg, och detta kom att bli startskottet för utvecklingen av de syntetiska färgämnena. Nästa stora steg togs 1870 när man lyckades syntetisera Alizarin, det vill säga färgämnet i krapproten. Plötsligt hade man fått en praktisk användning av den organiska kemin inom ett stort och ekonomiskt viktigt område. Många anser att detta var grunden till framväxten av de stora europeiska kemifabrikerna i slutet av 1800 och början av 1900-talen.

Badförhållande

Vid diskontinuerliga processer absorberas färgämnet i färgbadet på fibern. Den färg och övriga tillsatser som blir kvar i restbadet kan ofta inte återanvändas utan hamnar i avloppet. Diskontinuerliga färgprocesser ger mindre utsläpp genom en minskning av badförhållandet. Dessutom blir energiförbrukningen lägre eftersom de flesta färgprocesser körs vid förhöjd temperatur. Under de senaste 10-15 åren har utvecklingen när det gäller diskontinuerlig färgning gått mot allt lägre badförhållanden. Medan det för 15 år sedan var vanligt med badförhållandet 1:20, dvs. 20 liter bad till l kg textil, så är i dag de flesta badförhållanden under 1:10. En del s.k. äldre paddelmaskiner har ersatts av trumtvättmaskiner för plaggfärgning. Badförhållanden på ungefär 1:100 har därmed ersatts med badförhållanden på ungefär 1:5. När det gäller mängden föroreningar till avloppet från alla färgnings- och beredningsprocesser är det badförhållande och den affinitet som textilkemikalierna har till fibermaterialet som är avgörande. Dessa två storheter tillsammans bestämmer mängden restkemikalier som blir över och som måste tas om hand. Under avsnittet resurshushållning redovisas vatten- och energibesparande åtgärder för bland annat färgningsprocesser.

Affinitet

Ett färgämnes affinitet till fibermaterialet bestämmer förhållandet mellan koncentrationen av färgämnet på fibermaterialet respektive i färgbadet när färgningsprocessen har kommit till jämvikt. I regel körs inte färgningen till jämvikt eftersom det tar för lång tid, men om färgämnet har hög affinitet går färgningen snabbare och mindre mängd färgämne lämnas kvar i badet.

Förluster till avloppet

Olika färgämnesklasser och färgämnen har olika affinitet till fibermaterialen. Den ungefärliga mängd färgämne som hamnar i avloppet av olika färgämnesklasser listas i följande tabell:

Dessa siffror är från 1977 och är uppskattade värden av förlusterna av färgämnen till avloppet. Förutom typen av färgämne beror förlusterna också på önskad färgstyrka, färgningsmetoden och på badförhållandet. Det produceras ca 3 000 olika färgämnen i världen varav ca 30 används i mängder av mer än l 000 ton /år och ca 90 % av de olika färgämnena produceras i mängder av ca 100 ton/år eller mindre. Varje färgeri använder relativt små mängder av varje färgämne - ca 80 % av världens färgerier köper mindre än 200 kg/år av varje enskilt färgämne. Vid beräkning av värdena i tabellen har ingen hänsyn tagits till färgförlusterna som sker vid tvätt efter användning. Oftast är det så att färgämnen med låg affinitet, t.ex. direktfärgämnena, även visar låg tvätthärdighet och därmed ger störst färgämnesförluster vid tvätt. Färgämnesförlusterna vid färgning kan även minskas genom att minska urtvättningen efter färgningen. Detta leder till att urtvättningen istället sker hos konsumenten. Sådana plagg märks med texten "tvättas separat", vilket i sin tur leder till ökad tvättmedels- och vattenförbrukning samt energiförbrukning.

Miljöfakta – färgämnen och färgning

Färgämnen som kommer ut i vattendragen syns väl och utsläppen kan lätt spåras. Deras effekt på miljön är emellertid inte korrelerad till färgen på vattnet, eftersom koncentrationerna av färgämne kan vara mycket låg och en stor del av färgämnena har låg fisktoxicitet. Fisktoxicitet hos färgämnen som används: LC50-värde anger vid vilken koncentration som färgämnet åstadkommer 50 % fiskdöd. Det innebär att ju lägre LC50-värde är, desto giftigare är färgämnet.

Gruppen basiska färgämnen innehåller några av de färgämnen som är mest giftiga mot fisk. Färgämnet IC Basic Violet l har t.ex. ett LC50-värde på 0,005 mg/liter, medan DDT som jämförelse har ett LC50-värde på 0,006 mg/liter.

Metallkomplexfärgämnena innehåller oftast metallen koppar i storleksordningen 2-3 %. Kopparkomplexet som sådant är relativt ofarligt för växter och djur medan kopparjonen är ganska toxisk och används därför i båtbottenfärger.

Utveckling av färgämnen

Både ur miljö- och kostnadssynpunkt är det viktigt att minska resterna av färgämnen i färgbadet och på fibern. För närvarande pågår en hel del forskning hos färgämnestillverkarna för att öka bindningsförmågan till fibrerna genom att ändra den kemiska formeln hos färgämnena. Hos direktfärgämnena ökas affiniteten genom att införa kemiska grupper i färgmolekylen. Hos reaktivfärgämnena ökar man antalet reaktiva grupper som kan reagera med fibermaterialet. Eftersom reaktivfärgämnena i många fall innehåller klor, medför ökad affinitet till fibern minskad mängd AOX (Absorberbara Organiska Halogenider) till avloppet. För att öka färgupptagningen kan man även modifiera fibermaterialet på kemisk väg. Många förbehandlingar, t.ex. mercerisering och blekning av bomull, ökar färgupptagningen. Ett effektivt sätt att snåla med resurserna är att köra flera processer i samma bad, t.ex. kan både förbehandling och färgning i vissa fall göras i samma bad. Exempel finns även på lyckade försök att peroxidbleka och direktfärga i samma bad samt färga och slutbehandla (hartsbehandla) i samma bad. En viktig möjlighet till besparingar av kemikalier, energi och vatten är automatisering av färgköket och datorisering av receptframtagning för olika processer. Härigenom kan både antalet och mängden färgämnen och kemikalier minskas. De färgämnen som bör undvikas av hälsoskäl är de diazofärgämnen som framställs ur cancerogena eller misstänkt cancerogena aromatiska aminer och som listas nedan. (Ref. Den tyska Produkt- och livsmedelslagen, "Fünfte Verordnung zur Änderung der Bedarfsgegenständeverordnung....", 22/4-97):

Enligt vissa rapporter finns det dispersionsfärgämnen som kan ge hudirritationer. De individuella färgämnenas nedbrytbarhet i miljön är lite undersökt. Generellt har färgämnena hög adsorptionsförmåga, vilket gör att färgernas beståndsdelar i avloppsvattnet från färgerier i stor utsträckning fastnar på avloppsslammet.

Direktfärgämnen

Färgämnen som absorberas på fibern ur en lösning (färgbadet) eller på annat sätt fås att absorberas på textilmaterialet kallas direktfärgämnen. För att ett färgämne ska adsorbera (anlagra) på fibermaterialet krävs att färgämnes- och fibermolekylerna har en likartad kemisk-sterisk konfiguration, så att vätebryggor och Van der Waal's bindningar kan bildas. I nedanstående kemiska formel visas hur man tänker sig att ett numera förbjudet färgämne (Kongorött) anlagras (adsorberas) på en cellulosamolekyl. I verkligheten har färgämnesmolekylen naturligtvis bindning till flera cellulosamolekyler då mängden färgämne endast uppgår till någon % av fibermaterialet. Här används uttrycket "adsorption". Oftast betecknas färgupptagningen som "absorption" eftersom färgämnet tränger in i själva fibermaterialet och det makroskopiskt uppfattas som en absorption.

Färgämnet sitter relativt löst och utan att efterfixera färgämnet kan man lätt tvätta ur ganska mycket färg vid eftertvätt vid hög temperatur. Dessa färgämnen används ofta på bomulls- och viskosfibrer. För att förbättra tvätthärdigheten krävs ofta en efterfixering. Eftersom direktfärgämnena är anjonaktiva kan tvätthärdigheten förbättras genom tillsats av katjonaktiva medel. Efterbehandling med metallkatjoner används inte längre i Sverige, däremot används i vissa fall katjonaktiva hartser.

Reaktivfärgämnen

Reaktivfärgämnen reagerar med fibermaterialet. Även dessa färgämnen används i huvudsak på bomulls- och viskosfibrer. I många fall är reaktivfärgämnet ett direktfärgämne på vilket man har kopplat en reaktiv grupp. Under vissa betingelser reagerar den med cellulosamolekylerna och bildar en kemisk bindning. Detta innebär att färgämnet hänger kvar på fibern även vid tvätt vid hög temperatur. Ofta rekommenderas hög tvättemperatur för reaktivfärgade varor i motsats till direktfärgade textilier.

Dispersionsfärgämnen

Dispesionsfärgämnen är icke-joniska och svårlösliga i vatten varför de måste dispergeras i färgbadet. De används på polyesterfibrer och delvis även på andra syntetfibrer. Vid färgning av blandningar av cellulosafibrer och polyester färgas polyesterfibern nästan alltid med dispersionsfärgämnen. Färgning med dispersionsfärgämnen, särskilt av polyester, går dock mycket långsamt vid temperaturer under 100 grader C, dvs. vid normala färgningsbetingelser. Tidigare har man använt så kallade carrier (bärare) av färgämnet. Dessa bestod ofta av miljöfarliga ämnen som exempelvis halogenerade aromater. Carrierns funktion är att luckra upp fiberstrukturen så att färgämnet kan komma in i fibern. Fiberstrukturen kan även luckras upp genom att temperaturen höjs. För detta ändamål har färgapparaten inneslutits i ett tryckkärl så att man kan färga vid ca 130 grader C. Detta gör att färgningen kan fortskrida med "normal hastighet". Denna utveckling gäller absorptionsfärgning i vattenbad. Man kan även färga "torrt", där färgen påförs i ett bad och sedan diffunderar in i fibern vid torkning och därefter sker upphettning till upp emot 200 grader C, så kallad termosolfärgning. Vid sidan av direkt- och reaktivfärgämnen är dispersionsfärgämnena de mest använda typerna av färgämnen. De har i regel bra färghärdighet, men vid höga temperaturer kan färgämnet börja diffundera ut ur fibrerna och försvinna genom sublimering.

Metallkomplexfärgämnen

Metallkomplexfärgämnen är egentligen komplexbundna syrafärgämnen. Syrafärgämnen användes tidigare på protein- och polyamidfibrer. För att få bra färghärdighet behövdes en efterbetning med metaller. Genom att förbeta färgämnet kan härdighet erhållas utan betning i färgbaden. Betning i färgbad ger höga utsläpp av metaller.

Kypfärgämnen

Kypfärgämnen är olösliga i vatten i oxiderat skick, men genom reduktion med ditionit (hydrosulfit) blir kypfärgämnen lösliga i vatten. I detta färgbad låter man färgämnen absorbera på fibermaterialet, i regel cellulosafibrer, varefter man åter oxiderar färgämnena med ett oxidationsmedel eller bara genom exponering till luften. Efter tvålning vid hög temperatur får man en mycket tvätthärdig färgning. Färgningen är något omständig och dyr, men krävs ibland för vissa typer av arbetskläder.

Övriga färgämnen

Övriga färgämnestyper är t.ex. basiska färgämnen, som ofta används på akrylfibrer samt svavelfärgämnen, som i viss utsträckning används på bomull. Ett annat exempel är naftolfärgämnen, som emellertid inte används så ofta i dag av miljöskäl. Tekniken bygger i princip på att det bildas ett diazofärgämne på fibern.

Källor

Personliga verktyg