Ein neues Konzept für eine nachhaltige Denim-Produktion

Die Erschöpfung der natürlichen Ressourcen zur Gewährleistung eines angemessenen Lebensstandards für die wachsende Weltbevölkerung ist zu einem drängenden Problem geworden. Miguel Sanchez berichtet

In der heutigen stark vernetzten Welt sind die Auswirkungen des Mangels an Grundnahrungsmitteln und Wasser auf verarmte Regionen für alle offensichtlich, und die entsprechende Notwendigkeit, die Auswirkungen der heutigen Produktions-, Vertriebs- und Verbrauchsinfrastruktur zu reduzieren, ist deutlich geworden.

Doch eine höhere Nachfrage nach Gütern und Dienstleistungen kann nur durch eine Steigerung der Produktion gedeckt werden, was wiederum neue Infrastrukturen, Transportsysteme und Land zum Wachstum erfordert. Dies wiederum deutet auf einen höheren Einsatz aller Rohstoffe hin, darunter Mineralien, Brennstoffe, Holz, Fasern, Nahrungsmittel und Wasser.

Obwohl Wasser auf dem „blauen Planeten“ lebt, ist es als Grundelement des Lebens grundsätzlich eine nicht erneuerbare Ressource und seine Verfügbarkeit ist in einigen Regionen der Welt bereits knapp, wie aus den folgenden bekannten Daten hervorgeht (Abb. 1).

Alle unsere Aktivitäten, einschließlich der Produktion, hängen weitgehend von dieser relativ geringen Menge an verfügbarem Wasser ab.

Wassertextilindustrie

Die heutige Textilindustrie benötigt große Mengen Wasser: In einigen Schritten der Umwandlung einer Faser in einen Endartikel wird Wasser zum Auflösen und Auftragen von Chemikalien und schließlich zum Entfernen derjenigen benötigt, die nicht fixiert sind oder für nachfolgende Behandlungen nicht benötigt werden. In diesem Sinne sind die Vorgänge Vorbehandlung, Färben und Veredeln der Fasern und Stoffe von entscheidender Bedeutung. Die Weltbank1 schätzt, dass 20 Prozent der industriellen Umweltverschmutzung speziell auf diese drei Prozesse zurückzuführen ist.

Der Wasserbedarf für jeden Artikeltyp hängt stark von der Anzahl der bei seiner Herstellung erforderlichen Schritte ab. National Geographic2 hat eine Schätzung der benötigten Liter für die gesamte Verarbeitung alltäglicher Gebrauchsgegenstände vorgenommen, einschließlich einiger Grundtextilien – von der Gewinnung der Faser bis zu dem Punkt, an dem der Artikel für den endgültigen Gebrauch bereit ist, und präsentierte seine Schlussfolgerungen auf sehr anschauliche Weise ( Abb. 2).

Denim steht mit einem Gesamtvolumen von 2.900 Gallonen (ca. 11.000 Litern) pro benötigter Jeans an der Spitze der Pyramide der wasserverbrauchenden Textilien.

Die Denim-Industrie

Baumwolle ist die grundlegendste Faser für die Denim-Produktion, auch wenn für bestimmte Looks und Effekte einige andere Chemiefasern zusammen mit ihr verwendet werden können. Von der bereits erwähnten Menge von 11.000 Litern, die für die Produktion einer Jeans benötigt werden, werden schätzungsweise 40-50 Prozent für das Pflanzenwachstum benötigt. Dadurch bleiben mehr als 5.000 Liter Wasser übrig, die für die Herstellungsschritte verwendet werden, vom Spinnen der Fasern bis hin zur Endbehandlung und Veredelung des Kleidungsstücks2.

Einige gute Alternativen zur Gewinnung von Baumwolle mit geringstem Ressourceneinsatz, darunter BCI (Best Cotton Initiative), die Verwendung von recycelten Fasern oder der Einsatz von Kunstfasern aus natürlichen Polymeren, erfreuen sich zunehmender Akzeptanz bei Denim-Marken und Endverbrauchern. Das Gleiche gilt für die Methoden zur Erzielung der endgültigen Effekte, die Jeans so besonders machen. Daher ersetzt der Einsatz einer neuen Generation cleverer Enzyme die traditionellen Abwaschtechniken mit Steinen oder Sandstrahlen. Gleichzeitig werden Behandlungen mit Ozon und Laserstrahlen anstelle von Chemikalien wie Natriumhypochlorit oder Kaliumpermanganat eingesetzt, um sowohl Wasser zu sparen als auch die Kontamination von Abwässern mit gefährlichen Chemikalien zu verhindern2.

Dennoch basiert das Färben der Kettgarne bei der Denim-Produktion, das für die Erzielung der gewünschten Tiefe, Form und endgültigen Kontrasteffekte entscheidend ist, immer noch hauptsächlich auf traditionellen Färbetechnologien, bei denen Indigo und zugehörige Chemikalien wie Natriumhydrosulfit zum Einsatz kommen. Wie praktische Analysen von Clariant in vielen verschiedenen Ländern zeigen, erfordert die Gesamtwassermenge, die zum Färben und Entfernen nicht fixierter Farbstoffe erforderlich ist, Wassermengen zwischen 15 und 25 l/kg Farbstoff-CO-Kette in einem Slasher-Denim-Sortiment. [Seitenumbruch]

Indigo-Kettfärbung

Die Kette für den Jeansstoff, der in Jeans verwendet wird, wird normalerweise in großen Reihen gefärbt, wobei die Baumwollenden der Maschine entweder in Strängen (12, 24, 36 Gruppen mit 400–450 Lauffäden) oder in einem Slasher (offene Breite, mit) vorgelegt werden Jedes einzelne Ende verläuft parallel zum Rest und bildet den endgültigen Webbaum mit 3.800 bis 4.200 Fäden.

Bei einem normalen Auftragungsprozess für Blue Denim werden die Enden in einer ersten Box mit einer Lösung vorbenetzt, die normalerweise ein Alkali, ein Tensid und ein Dispergiermittel enthält. Anschließend gelangt der Stoff in eine Reihe von Kästen, in denen die verseiften Verunreinigungen abgewaschen werden.

Die Enden gelangen anschließend in eine Reihe von Kästen, die das Indigo enthalten. Indigo ist ein einzigartiger Farbstoff aufgrund seiner besonderen Färbeleistung, seiner Fähigkeit, Ringfärbeeffekte zu erzielen und der besonderen Farben und Effekte, die durch mechanische oder chemische Behandlungen erzielt werden können, normalerweise nachdem der Stoff in ein Kleidungsstück umgewandelt wurde.

Die Indigo-Boxen können typischerweise 300 bis 2.000 Liter Farbstofflösung enthalten, zuzüglich des Umwälzbades, das erforderlich ist, um in jeder Box die gleiche Farbstoffkonzentration aufrechtzuerhalten. Normalerweise kann beim Färben ein Volumen von 10.000 bis 20.000 l Indigolösung vorhanden sein.

Nach jeder Imprägnierung erfolgt die Fixierung der Indigoschichten, die durch Luftoxidation (Skying) der Leukoform erhalten werden.

Im dritten Abschnitt des Färbebereichs werden das nicht fixierte Indigo und die Reste der beim Färben verwendeten reduzierenden Chemikalien und Hilfsmittel durch eine Überlaufspülung entfernt. Der typische Wasserverbrauch in diesem speziellen Prozess kann 3–5 l/kg Garn pro Spülbox betragen.

Fortschrittliches Denim-Konzept

Das Advanced Denim-Konzept basiert zunächst auf der Verwendung modernster Schwefelfarbstoffe (Diresul RDT).

Schwefelfarbstoffe werden seit vielen Jahren auch beim Kettenfärben von Denim eingesetzt. Wie bei Indigo basiert ihre Chemie auf einem Reduktions-Oxidations-Gleichgewicht. Während Indigo stark reduzierende Bedingungen erfordert und daher leicht zu seiner unlöslichen Form oxidiert, können Schwefelfarbstoffe mit milden Reduktionsmitteln gelöst werden. Andererseits benötigen Schwefelfarbstoffe starke Oxidationsbedingungen für ihre Fixierung und volle Farbentwicklung.

Schwefelfarbstoffe sind seit langem Partner von Indigo, entweder als Ergänzung für besondere Farbtöne und Effekte (durch Bottoming oder Topping) oder als einzelne Elemente für schwarzen und farbigen Denim.

Schwefelfarbstoffmoleküle haben zwei aktive Hauptgruppen: die Thiolgruppe, die für die Fixierung des Farbstoffs auf der Baumwolle durch Bildung von Wasserstoffbrückenbindungen mit der Cellulose verantwortlich ist, und die Chinongruppe, die die Entwicklung des tatsächlichen Farbtons des Farbstoffs aus dem reduzierten ermöglicht Leukoform (Abb. 3 und 4).

Da sie in reduzierter Form eine höhere Affinität zur Cellulose haben, ist es möglich, sie mit einer kleinen Menge Farbstoff im Färbebad in einem einzigen Imprägnierungsschritt aufzutragen.

Unter Standardbedingungen wird nach dem Färben der Kette im Denim-Bereich ein Abspülen durchgeführt, um nicht fixierten Farbstoff zu entfernen, bevor er durch Verwendung eines Oxidationsmittels fixiert wird. Durch die Verwendung von Schwefelfarbstoffen kann jedoch auf das Spülen vor der Oxidation verzichtet werden. Durch die Verwendung eines kationischen Fixiermittels ist es möglich, den Farbstoff vollständig unlöslich zu machen und eine sehr stabile Form zu erreichen. Dadurch kann nach der Imprägnierung mit dem Färbebad und ohne Zwischenspülen eine sofortige kationische Behandlung durchgeführt werden.

Aufgrund des ionischen Charakters der Thiolgruppe in den Farbstoffen wird eine starke ionische Bindung mit einem bireaktiven kationischen Mittel gebildet. Daher können wir zwei Arten von Farbstoff-kationischen Verbindungsformen haben:

CEL – Farbstoff – Kationisches Mittel – Farbstoff –

CEL – Kationisches Mittel – Farbstoff – Kationisches Mittel –

Nicht fixierter Farbstoff, der sich normalerweise an der Oberfläche der Faser befindet, bleibt in einer stabilen, unlöslichen Form

Farbstoff – Kationisches Mittel – Farbstoff –

Grafische Details sind auf Abb. zu sehen. 5:

Die Schritte des Prozesses lassen sich dann wie folgt beschreiben:

Imprägnierung der Faser mit der Farbstofflösung, die Reduktionsmittel, Alkali und Hilfsstoffe enthält.

Kurze Luftoxidation (Skying).

Fixierbad, enthaltend ein Oxidationsmittel und ein kationisches Fixiermittel. Der pH-Wert muss an die Art des Oxidationsmittelprodukts angepasst werden, normalerweise sauer (pH 4-5).

Die Zwischenbehandlung zwischen der Färbebadimprägnierung und der Fixierung sorgt für eine gleichmäßige Migration des Farbstoffs und verbessert zudem die Effizienz der Fixierung durch Oxidation der meisten noch aktiven Reduktionschemikalien. Andererseits ist für die Entwicklung des eigentlichen Farbtons des verwendeten Farbstoffs die Anwesenheit eines Oxidationsmittels im Fixierbad erforderlich. Wenn ein kationisches Mittel allein verwendet wird, entspricht der erhaltene Farbton dem der Leukoform zum Zeitpunkt der Fixierung.

Ein einfaches Diagramm dieses Denim-Ox-Prozesses kann wie in Abb. 6 dargestellt sein. [Seitenumbruch]

Pad-Sizing/Ox-Verfahren

Die Vorbereitung der Kette für das Weben des Jeansstoffs erfordert eine Schlichte, die die Fasern vor den am Webstuhl auftretenden Reibungskräften schützen und so eine gute Webleistung erzielen soll.

Auf der Suche nach noch geringeren Wassermengen beim Färben von Denim-Ketten wurde die Möglichkeit in Betracht gezogen und umgesetzt, die Oxidation/Fixierung des Farbstoffs, wie sie beim Denim-Ox-Verfahren erfolgt, mit der Schlichte zu kombinieren. Dieser Prozess nennt sich Pad-Sizing/Ox und reduziert den Wassereinsatz auf lediglich 7 Prozent dessen, was für einen herkömmlichen Denim-Färbeprozess erforderlich ist. Darüber hinaus wird die Entstehung von Abwasser vollständig vermieden, da kein Spülen vor der Oxidation erforderlich ist /Fixierung/Größe ist erforderlich. Technisch möglich ist dies durch den Einsatz eines Schlichtemittels (Arkofil DEN-FIX), das eine gute Faserabdeckung und Elastizität mit einigen Fixiereigenschaften kombiniert. Die vollständige Farbstofffixierung wird durch die Zugabe eines speziellen kationischen Mittels (Direfix SD) zum Leimbad gewährleistet. Diese Fixierung erfolgt unter sauren Bedingungen (pH 4–4,5).

Die Vorteile des Pad-Sizing/Ox-Verfahrens gehen über diese extrem hohe Wassereinsparung hinaus. Außerdem wird der Energieaufwand für das Färben um 25 Prozent und der anfallende Baumwollabfall um mehr als 60 Prozent reduziert. Dies liegt daran, dass Pad-Sizing/OX in einem sehr kompakten mechanischen Aufbau angewendet wird. Wie beim bereits besprochenen Denim-Ox-Verfahren ist nur ein Imprägnierungsbad erforderlich. Nach dem anschließenden Skying erfolgt die Oxidation/Fixierung im Standard-Leimungsbereich.

In Slasher-Sortimenten, bei denen die Garne vom Färbebereich bis zur Schlichte durchgängig verlaufen, kann das Pad-Sizing/Ox-Rohr direkt eingesetzt werden. In Seilfärbeanlagen wird die gefärbte Kette für die eventuelle Oxidation/Fixierung/Schlichtung in der separaten Schlichteeinheit erneut gebaumelt.

Eine grafische Zusammenfassung der verschiedenen dargestellten Prozesse ist in Abb. 7 dargestellt.

Technische Überlegungen

Die für das Advanced Denim-Konzept entwickelten Denim-Ox- und Pad-Sizing/Ox-Verfahren basieren auf einer direkten Fixierung des im Imprägnierschritt aufgetragenen vorreduzierten Farbstoffs unter sauren Bedingungen. Daher ist es sehr wichtig, das Vorhandensein chemischer Spezies im Färbebad zu verhindern, die eine unerwünschte – und sogar gefährliche – Reaktion mit der Säure eingehen können.

An dieser Stelle ist es auch sehr wichtig zu verhindern, dass Natriumsulfid (ein Standardreduktionsmittel für klassische Schwefelfarben) mit dem Stoff in das Fixierbad transportiert wird. Diresul RDT-Farbstoffe eignen sich für diesen Prozess, da sie zwei wichtige technische Merkmale aufweisen:

* Während es sich bei den Diresul RDT-Farbstoffen noch um vorreduzierte Schwefelfarbstoffe handelt, haben sie einen sehr geringen Natriumsulfidgehalt, der während des Imprägnierungs- und Trocknungsprozesses vollständig oxidiert wird. Der Stoff ist sulfidfrei, wenn er mit dem Säurefixierungsbad in Kontakt kommt

* Aus dem gleichen Grund ist auch die Verwendung von sulfidfreien Reduktionsmitteln wie Glucosederivaten erforderlich.

Die wichtigsten technischen Aspekte des Advanced Denim sind in Abb. 8 dargestellt.[Seitenumbruch]

Ressourceneinsparungen

Die industrielle Erfahrung mit den definierten Denim-OX- und Pad-Sizing/Ox-Verfahren ermöglicht eine genaue Quantifizierung der tatsächlichen Wasser-, Energie- und Baumwolleinsparungen im Vergleich zu einem herkömmlichen Denim-Färbeverfahren.

Der Verzicht auf zu behandelndes Abwasser im Pad-Sizing/OX-Verfahren bedeutet zusätzliche wirtschaftliche Einsparungen in der Abwasseraufbereitungsanlage. Beim Denim-Ox-Verfahren entsteht eine gewisse Menge Wasser, das jedoch völlig farblos und frei von störenden chemischen Bestandteilen ist und beispielsweise in einem neuen Spülbad wiederverwendet werden kann. Diese geringe Auswirkung auf das Abwasser spiegelt sich in Abb. 9 wider.

Die Baumwolleinsparungen hängen mit der kürzeren Garnlänge zusammen, die in der Maschine verbleibt, wenn die Charge gewechselt wird oder wenn der Bereich mit niedriger Geschwindigkeit betrieben wird, bis die beabsichtigten mechanischen Bedingungen erreicht sind. Je länger der Baumwollgarndurchgang dauert, desto mehr Baumwollabfall entsteht.

Das Advanced Denim-Konzept bietet nicht nur die bereits erwähnte Vielfalt an Ressourceneinsparungen sowie ein extrem hohes Nachhaltigkeitsprofil, es hat auch klare technische Vorteile und öffnet neue Türen, um die Ideen von Designern und Modemachern zu verwirklichen. Die Hauptmerkmale sind:

* Einfache und vielseitige Färbemöglichkeiten

* Einfache Anwendung in bereits vorhandener Ausrüstung (Slasher-Bereiche für Pad-Sizing/Ox)

* Hohe Reproduzierbarkeit – von Charge zu Charge und von Labor zu Masse

* Hohe Produktivität bei kurzen Farbwechselzeiten

* Eine breite Palette an Farben, Tönen und Schattierungen (z. B. Diresul „Indi“ RDT-Farbstoffe)

* Die Möglichkeit neuer Effekte durch einfache Änderung der Anwendungsbedingungen

* Eignung für Wash-Down-Behandlungen wie (Ozon, Laser …)

* Hohe Gesamtechtheiten

Mit den aufgeführten Eigenschaften entspricht Advanced Denim den höheren Qualitätsstandards, die die Textilindustrie immer anspruchsvoller stellt.[Seitenumbruch]

Zusammenfassung

Advanced Denim ist ein Mehrzweckkonzept für die Kettenfärbung und Verarbeitung von Denim-Kleidungsstücken, das eine erhebliche Reduzierung der Ressourcen, insbesondere des Wasserverbrauchs, ermöglicht. Es bietet klare Antworten auf moderne ökologische und technische Anforderungen im Denim-Markt sowie im Bereich der Stoff- und Bekleidungsveredelung mit der Entwicklung spezifischer Produkte. Advanced Denim bietet Vorteile sowohl im Bereich der Wassernutzung und -aufbereitung als auch in modischen (z. B. große Farbvielfalt, spezielle Ring- oder Uni-Färbeeffekte und Stay-Coloring-Töne) und technischen Aspekten.

Advanced Denim ist ein klares Beispiel für das Engagement von Clariant, unseren Kunden die Möglichkeit zu geben, ihre eigenen Nachhaltigkeitsbemühungen zu stärken. Bei Clariant sind wir davon überzeugt, dass alle gegenwärtigen und zukünftigen Anstrengungen auf allen betroffenen Ebenen unternommen werden müssen: Textilproduzenten, Einzelhändler, Endverbraucher und Chemieunternehmen, um die Nachhaltigkeit unserer Branche sicherzustellen. Advanced Denim ist nur ein Schritt in diese Richtung.

Miguel Sanchez ist Leiter der Golbal-Produktlinie Spezialfarbstoffe, BU Textile Chemicals, Clariant, Muttenz, Schweiz. www.clariant.com

Referenzen: (1) The World Bank Report 2010. Textile Exchange, Barcelona 2012; (2) The National Geographic Magazine, Ausgabe April 2010: „Wasser, unsere durstige Welt“