Dispersionsfarbstoffe wurden in den 1930er Jahren auf den Markt gebracht um Acetatfasern zu färben. Als in den 1950er Jahren die PES- Faser auf den Markt kam wurde der Bedarf an Dispersionsfarbstoffen deutlich höher und die neue Faser gewann weit mehr Bedeutung als die Acetatfaser.

Polyester ist immer noch die wichtigste synthetische Textilfaser. Es gibt verschiedene Polyesterarten:

• Polyethylenterephthalat            (PET)     Hauptanteil der PES-Faser
• Polytrimethylenterephthalat      (PTT)     Achtung: Glasumwandlungspunkt bereits bei 65°C erreicht. Färbetemperatur schon ab 120°C
• Polybutylenterephthalat            (PBT)
• Polylactonsäure                        (PLA)
• anionisch modifiziertes PET       (CD-PES)

Alle diese Polyestertypen unterscheiden sich in verschiedenen physikalischen Merkmalen, wie Glasumwandlungspunkt , Schmelzpunkt, aber alle werden mit Dispersionsfarbstoffen gefärbt.

Die Dispersionsfärbung bei Polyester ist ein spezielles Färbeverfahren, das vor allem bei synthetischen Fasern wie Polyester angewendet wird. Das Prinzip basiert darauf, dass die Farbstoffe in Form feiner Partikel, sogenannte Dispersionsfarbstoffe, in Wasser verteilt werden.

Bei der Dispersionsfärbung werden die Polyesterfasern in einem warmen Wasserbad mit den Farbstoff-Dispersionspartikeln behandelt. Durch die Hitze und die Bewegung im Bad öffnen sich die Polymerstrukturen der Fasern leicht, damit die Farbstoffpartikel in die Fasern eindringen können. Nach dem Färbevorgang werden die Farbstoffe in den Fasern fixiert, dass die Farbe dauerhaft und farbintensiv bleibt.

Ein wichtiger Punkt ist, dass die Dispersionsfärbung besonders gut für Polyester geeignet ist, weil die Farbstoffe gut in die hydrophoben (wasserabweisenden) Fasern eindringen und dort fest haften. Das Ergebnis ist eine gleichmäßige, langlebige Färbung

1. Farbstoffe:
   Bei der Dispersionsfärbung werden spezielle Dispersionsfarbstoffe verwendet. Diese bestehen aus feinen, wasserunlöslichen Partikeln, die in Wasser fein verteilt sind. Die Farbstoffe sind so formuliert, dass sie bei hohen Temperaturen in die Polyesterfasern eindringen können.
2. Färbeprozess:
   Der Färbevorgang läuft in einem Färbebad ab, welches bei Temperaturen zwischen 120°C und 135°C betrieben wird (HT- Verfahren). Die Polyesterfasern werden im heißen Wasser mit den Farbstoff-Dispersionspartikeln gefärbt. Das Medium kann auch heiße Luft (Thermosolverfahren) sein, wodurch der Farbstoff in die Faser migrieren kann. Durch die Hitze öffnen sich die Polymerketten der Fasern leicht, was die Aufnahme der Farbstoffe erleichtert.
3. Mechanismus der Farbstoffaufnahme:

• • Diffusion: Die Farbstoffpartikel diffundieren in die Fasern hinein.
  • Fixierung: Bei den hohen Temperaturen werden die Farbstoffe in die Polymermatrix eingebettet und dort durch physikalische und chemische Wechselwirkungen fixiert.
  • Kühlung: Nach dem Färben wird das Färbebad abgekühlt, wodurch die Farbstoffe in den Fasern verbleiben und eine dauerhafte Färbung entsteht.

4. Vorteile der Dispersionsfärbung bei Polyester:

• • Sehr gute Farbstabilität und Lichtechtheit
  • Gleichmäßige Farbverteilung
  • Hoher Badauszug, wenig Restfarbstoff in der Flotte
  • Gute Beständigkeit gegen Waschen und Chemikalien
  • Eignet sich gut für große Mengen und industrielle Anwendungen

5. Umweltaspekte:
   Da die Farbstoffe in Form feiner Partikel vorliegen, ist die Färbung effizient, aber es ist wichtig, die Abwasserbehandlung sorgfältig zu gestalten, um Farbstoffreste zu entfernen und Umweltbelastungen zu minimieren.

Fixierung der Farbstoffe im Polyester:

Die Fixierung der Farbstoffe erfolgt durch physikalische und chemische Wechselwirkungen, die sicherstellen, dass die Farbstoffe dauerhaft in der Faser verbleiben. Bei Polyester, das aus Polyethylenterephthalat besteht, sind diese Wechselwirkungen vor allem physikalischer Natur, aber es können auch chemische Bindungen eine Rolle spielen.

Physikalische Wechselwirkungen:

• Van-der-Waals-Kräfte:
  Die wichtigsten Kräfte bei der Dispersionsfärbung sind die Van-der-Waals-Kräfte. Diese schwachen Anziehungskräfte treten zwischen den hydrophoben (wasserabweisenden) Polymerketten des Polyesters und den hydrophoben Farbstoffpartikeln auf.
  Während des Färbevorgangs bei hohen Temperaturen öffnen sich die Polymerketten leicht, was den Farbstoffeintritt erleichtert. Nach Abkühlung ziehen sich die Polymerketten wieder zusammen, und die Farbstoffpartikel werden durch Van-der-Waals-Kräfte in der Faser gehalten.
• Physikalische Verankerung:
  Die feinen Farbstoffpartikel werden in die Zwischenräume und auf die Oberfläche der Polymerfasern eingebettet. Die enge Passform sorgt für eine mechanische Verankerung, die die Farbstoffe in der Faser hält.

Chemische Wechselwirkungen:

• Hydrophobe Wechselwirkungen:
  Da Polyester hydrophob ist, interagieren die hydrophoben Dispersionsfarbstoffe hauptsächlich durch hydrophobe Wechselwirkungen. Diese sind eine Art von physikalischer Bindung, bei der sich die hydrophoben Bereiche des Farbstoffs und der Polymerfasern gegenseitig anziehen, um die Oberfläche zu minimieren.
• Potential für chemische Bindungen:
  Bei Standard-Dispersionsfärbungen sind chemische Bindungen eher selten, da die Farbstoffe in der Regel nicht kovalent an die Polymerketten gebunden werden. Es gibt jedoch spezielle Färbeverfahren (z.B. Reaktivfärbung bei Baumwolle), bei denen chemische Bindungen eingegangen werden. Bei Polyester ist die Fixierung hauptsächlich physikalisch.

Weitere Faktoren, die die Fixierung beeinflussen:

• Temperatur:
  Hohe Temperaturen (120–135°C) sorgen für die Öffnung der Polymerketten, was die Diffusion der Farbstoffe erleichtert und die Fixierung verbessert.
• pH-Wert:
  Bei Dispersionsfärbungen ist der pH-Wert weniger kritisch als bei Reaktivfärbungen, aber ein optimaler pH-Wert sorgt für eine bessere Verteilung und Fixierung.
• Färbezeit:
  Eine längere Färbezeit ermöglicht eine bessere Diffusion der Farbstoffe in die Fasern und somit eine bessere Fixierausbeute.

Zusammenfassung:

Die Fixierung der Dispersionsfarbstoffe bei Polyester basiert hauptsächlich auf Van-der-Waals-Kräften und hydrophoben Wechselwirkungen, die die Farbstoffpartikel in der Polymermatrix halten. Die hohen Temperaturen während des Färbevorgangs öffnen die Polymerketten, erleichtern die Diffusion der Farbstoffe und sorgen für eine dauerhafte, stabile Färbung.