DE4116872A1

DE4116872A1 - Verfahren zum penetrieren fluessiger und/oder gasfoermiger stoffe in feste materialien mit poroeser struktur und anwendung dieses verfahrens

Info

Publication number: DE4116872A1
Application number: DE19914116872
Authority: DE
Inventors: Hans-Joachim Kilbinger
Original assignee: RTT RECYCLING TECHNOLOGIEN und
Current assignee: RTT RECYCLING TECHNOLOGIEN und
Priority date: 1991-05-23
Filing date: 1991-05-23
Publication date: 1992-11-26

Description

I. Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Penetrieren flüssiger und/oder gasförmiger Stoffe in feste Materialien mit poröser Struk tur. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren, mit dem flüssige und/oder gasförmige Stoffe dazu gebracht werden können, feste Materialien mit poröser Struktur ganz oder teilweise zu durch dringen, wobei die Eindringtiefe in überraschend einfacher und wir kungsvoller Weise mit Hilfe der Verfahrensparameter gesteuert wer den kann. Die Erfindung betrifft außerdem die Verwendung des ge nannten Verfahrens in verschiedenen technischen Bereichen.

II. Definitionen

Unter "festen Materialien mit poröser Struktur" werden im Rahmen der vorliegenden Anmeldung und in den Patentansprüchen solche fe sten Stoffe verstanden, die an ihrer Oberfläche und gegebenenfalls auch in ihrem Inneren mehr oder weniger große Poren aufweisen, die entweder in diesen Stoffen natürlicherweise enthalten sind oder durch vorgelagerte Verfahrensschritte erzeugt werden. Erfindungsge mäß bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens sind auf die Be handlung fester Materialien aus der Gruppe Holz, Häute, Leder, tex tile Materialien, Papier, Pappe, Kunststoffe oder Ton gerichtet. Erfindungsgemäß besonders bevorzugt ist die Behandlung von Häuten und/oder Leder, ohne daß jedoch die Erfindung hierauf beschränkt ist.

Als "flüssige und/oder gasförmige Stoffe" werden in der vorliegenden Beschreibung und in den Patentansprüchen solche Stoffe oder auch Stoffmischungen oder Stoffdispersionen oder Stoffsuspensionen ver standen, die in flüssiger oder gasförmiger Form vorliegen und In haltsstoffe enthalten oder aus Inhaltsstoffen bestehen, die in die porösen Strukturen der festen Materialien eingebracht werden sollen. Dabei ist unter "Einbringen" sowohl die vollständige Durchdringung der festen Materialien poröser Strukturen als auch das nur partielle Eindringen dieser Materialien zu verstehen.

III. Stand der Technik

In der Vergangenheit hat es allgemein immer wieder Schwierigkeiten dabei gegeben, im Rahmen technischer Verfahren flüssige und/oder gasförmige Stoffe dazu zu bringen, in feste Materialien mit poröser Struktur einzudringen und diese Strukturen entweder vollständig oder nur zu einem bestimmten gewünschten Grad zu durchdringen.

Beispielsweise ist die Färbung oder Beizung von Holz (massive Holzkörper, Furniere, Spanplatten etc.) immer dann mit Problemen verbunden, wenn man vermeiden will, daß sich die natürliche poröse Oberfläche des Holzwerkstoffs mit Farbe vollständig zusetzt, ande rerseits jedoch eine ausreichende Farbtiefe erzielt werden soll. Beide Ziele ließen sich nur dadurch verbinden, daß man wenig viskose Farb- oder Beizlösungen herstellte und diese wiederholt auf den je weiligen Holzwerkstoff auftrug. Häufig mußten Mittel, die ein Pene trieren der Farbe in die porösen Strukturen erleichtern (Penetrationsmittel) zugesetzt werden. Diese stellen nicht nur eine zusätzliche Komponente der Farb- oder Beizlösungen dar, sondern sind teilweise aufgrund ihrer nachteiligen Wirkung auf die menschliche Gesundheit unerwünscht oder sogar verboten.

Vergleichbare Probleme ergaben sich im Stand der Technik auch beim Färben von Textilien, Papier und Pappe sowie porösen Kunststoffen. Bei Verwendung der für eine schnelle Farbaufnahme erforderlichen dünnen Lösungen mußte ein Kontakt mit Imprägnier-, Beiz- oder Färbelösungen wiederholt erfolgen, um ein zufriedenstellendes Ein dringen der Inhaltsstoffe der Lösungen in die porösen Materialien erreichen zu können.

In einem anderen technischen Bereich, nämlich der Verarbeitung tie rischer Häute zu Leder, ist es beim Gerben der Häute bzw. bei der Färbung der gegerbten Leder seit langer Zeit üblich, große Mengen der jeweiligen Materialien in industriell dimensionierten Behältern zu bearbeiten ("Faßfärbung"). So werden beispielsweise die halbfertigen Leder in großen rotierenden Trommeln unterschiedlicher Bauweise so gefärbt, daß man sie in einem großen Farbflotte-Volumen (80 bis 150%) freischwimmend bewegt und durch eine Art Walkvorgang in der Trommel das Leder dazu bringt, die Farbe aus der Flotte aufzu nehmen. Überdies ist ein nicht unbedeutender Farbüberschuß erfor derlich (Flottenauszehrung maximal 80%), um das Leder in ge wünschter Weise zu färben. Die Prozeßdauer einer Faßfärbung beträgt - abhängig vom gewünschten Effekt - 30 bis 90 Minuten. Dem schließt sich regelmäßig ein Fixierschritt an, mit dem der Farbstoff an die Lederfaser gebunden wird und der etwa 30 bis 90 Minuten dauert. Trotz der relativ langen Verfahrenszeit wird die Faßfärbung In weitem Umfang eingesetzt, weil sie zu farbechten Ledern führt.

Im Zuge der diversifizierten industriellen Verarbeitung von Leder werden immer kleinere Partien von Leder unterschiedlichster Farb töne gefordert. Deshalb werden heute bereits in größerem Umfang die Leder in größeren Partien bis vor die Färbestufe zugerichtet (halbfertige getrocknete Leder, sog. "Crust") und zwischengelagert. Die vom Abnehmer gewünschten kleineren Partien unterschiedlichster Farbtöne werden dann in der Färbestufe nur noch gefärbt und ent sprechend den speziellen Abnehmerwünschen mehr oder weniger zugerichtet. Dies erfordert in der Färbestufe flexible Verfahren, die die Behandlung kleiner Lederpartien ökonomisch möglich machen und es zudem erlauben, auf die Farbwünsche des Abnehmers exakt ein zugehen. Zu diesem Zweck wurde ein Färbeverfahren entwickelt, bei dem die einzelnen Leder nacheinander mittels Transportbändern und/oder Walzensystemen durch das Färbebad geführt werden. Auch hier sind erhebliche Farbüberschüsse und zudem bestimmte Zusätze Im Farbbad erforderlich, wie beispielsweise Penetrationsmittel. Wei tere Nachteile dieses Verfahrens sind die immer wieder auftretende Farbunegalität sowie eine mangelhafte Durchfärbung der Leder. Zu dem konnte mit diesen sog. "Durchlauf-Färbeverfahren" eine Farb stoffixierung auf der Lederfaser nur sehr schwer realisiert werden. Dieses Färbeverfahren konnte sich daher nicht allgemein durchset zen.

Zur Abhilfe wurde in der WO-A 89/07 155 vorgeschlagen, die Crust-Leder unmittelbar vor dem Eintauchen in das kalte Farbbad durch eine Zone zu führen, in der die Leder bei Normaldruck mit heißem, möglichst trockenem Dampf bei einer Temperatur 100 bis zu 120°C gesättigt werden. Beim Eintauchen der Dampf-durchsetzten Leder in das kalte Farbbad kondensiert der Dampf, und die Farbflotte dringt in die freiwerdenden Zwischenräume des Lederfasergefüges ein. Die Farbflotte wird aufgesogen. Ein Durchfärben der Leder mit signi fikant geringeren Farbstoffmengen ist mit diesem Verfahren bedingt möglich.

Das in der WO-A 89/07 155 beschriebene Verfahren zeigt folgende Probleme: Da nach wie vor eine große Farbwanne erforderlich ist, sind die Farbstoffmengen immer noch größer, als dies wünschenswert Ist. Nach Austritt aus der Dampfzone schlägt sich regelmäßig Kon denswasser auf dem Leder nieder. Dieses Problem ist umso größer, je stärker Dicke (bis zu 2,5 mm) und Fläche der zu behandelnden Leder variieren, da ein spaltloser Übergang zwischen Dampf- und Färbe zone bei variierender Dicke und Fläche der Leder technisch nicht zu realisieren ist. Das Kondenswasser verdünnt nicht nur die Farbflotte, sondern wärmt diese auch unkontrolliert auf. Dies führt zu Farb unegalität. Außerdem lassen sich mit diesem Verfahren sogenannte "nicht kochfeste" Leder nicht behandeln.

IV. Aufgabenstellung

Der Erfindung lag die Aufgabenstellung zugrunde, die Nachteile der aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zu beseitigen. Ins besondere war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, bei dem ein einmaliger, vergleichsweiser kurzer Kontakt der festen Materialien mit poröser Struktur mit dem jewei ligen flüssigen und/oder gasförmigen Stoff ausreicht, um in kurzer Einwirkzeit ein vollständiges oder gezielt partielles Penetrieren der Stoffe in die jeweilige poröse Struktur zu gestatten. Es war eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, derartige Verfahren bereitzustellen, bei denen eine Variation der Verfahrensbedingungen die Veränderung des Penetrationsgrades in einfacher und wirkungs voller Weise ermöglicht.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung war es, Verfahren zum Pene trieren von Gerblösungen in tierische Häute, von Färbelösungen in gegerbte Leder, Holz, Holzbeschichtungen, Textilien, Papier, Pappe o. ä., von Beizlösungen in Holz, Holzbeschichtungen oder Kunststoffe oder von gasförmigen Substanzen in Holz oder Kunststoffe bereitzu stellen, in denen das Eindringen der flüssigen und/oder gasförmigen Stoffe in die poröse Struktur in schneller und effizienter Weise er folgt und die Eindringtiefe bzw. Durchdringgeschwindigkeit mittels einfach steuerbarer Verfahrensparameter gewählt werden kann.

Die oben genannten Aufgabenstellungen werden durch das erfin dungsgemäße Verfahren in überraschender und einfacher Weise ge löst. Die technisch einfach realisierbare Lösung gestattet erfin dungsgemäß die Anwendung des Verfahrens in einer Vielzahl von technischen Bereichen, in denen flüssige und/oder gasförmige Stoffe In feste Materialien mit poröser Struktur eingebracht werden müssen.

V. Darstellung der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Penetrieren flüssiger und/oder gasförmiger Stoffe in feste Materialien mit poröser Struktur unter In-Kontakt-Bringen der festen Materialien mit den flüssigen und/oder gasförmigen Stoffen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man die festen Materialien 2 in eine abgeschlossene Kammer 1 ein bringt, die Kammer 1 auf einen Druck unter Atmosphärendruck eva kuiert, die festen Materialien 2 mit den flüssigen und/oder gasför migen Stoffen in Kontakt bringt, die Kammer 1 nach Einwirken der flüssigen und/oder gasförmigen Stoffe auf die festen Materialien 2 auf Umgebungsdruck bringt und die festen Materialien 2 aus der Kammer 1 entnimmt.

Die Erfindung betrifft auch die Verwendung des genannten Verfahren in einer Vielzahl von industriell durchführbaren Anwendungsberei chen. Dazu gehören in erster Linie und gemäß verschiedenen bevor zugten Ausführungsformen der Erfindung die Gerbung und/oder Nachgerbung von Häuten, die Färbung von Leder, die Schädlingsbe kämpfung in Holz, die Konservierung, Färbung oder Beizung von Holz oder Holzbeschichtungen, die Färbung oder Imprägnierung von tex tilen Materialien, die Färbung von Papier oder Pappe und die Fär bung von tonartigen oder von Kunststoffmaterialien.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert, die schematisch das erfindungsgemäße Verfahren skizziert.

VI. Genaue Beschreibung der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Penetrieren flüssiger und/oder gasförmiger Stoffe in feste Materialien mit poröser Struktur unter In -Kontakt-Bringen der festen Materialien mit den flüssigen und/oder gasförmigen Stoffen umfaßt in seinem ersten Schritt das Einbringen der festen Materialien 2 in eine abgeschlossene Kammer 1. Bevorzugt ist diese Kammer 1 eine Kammer, die von ihrem tech nischen Aufbau her unter Druck, besonders unter Vakuum gesetzt werden kann. Vakuumkammern der genannten Art sind dem Fachmann in verschiedenen Ausführungsformen bekannt und bedürfen daher hier keiner weiteren Erläuterung.

Es entspricht einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, daß die Materialien 2 in die Kammer 1, besonders in die Vakuumkammer 1, eingebracht werden, indem man sie im ersten Verfahrensschritt auf eine durchlässige Unterlage 3 auflegt. Diese kann in einer be vorzugten Ausführungsform des Verfahrens ein Rost oder ein Sieb sein. Der wesentliche Vorteil einer in Rost- oder Siebform ausge führten durchlässigen Unterlage liegt darin, daß ein Kontakt mit den flüssigen und/oder gasförmigen Stoffen von beiden Seiten der festen Materialien möglich ist und darüberhinaus überschüssige flüssige Stoffe von den festen Materialien abtropfen können und über eine Aufbereitungsanlage möglicherweise der Wiederverwendung im Ver fahren zugeführt werden können. In vorteilhafter und damit eben falls bevorzugter Weise ist die durchlässige Unterlage so gestaltet, daß sie in ein Förderband eingebaut ist oder mittels eines Förder bandes transportiert werden kann. Dies ermöglicht die - erfin dungsgemäß ebenfalls bevorzugte - taktweise oder auch kontinu ierliche Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Es ist auch möglich, die Materialien der genannten Art in anderer, aus dem Stand der Technik bekannter Verfahrensweise in die Kammer 1 ein zubringen, wenn dies die besondere Ausführungsform des Verfahrens erfordert. Dazu gehört beispielsweise, daß die Materialien an einem Förderband o. ä. hängen und taktweise in die Kammer 1 eingebracht werden.

Wenn die festen Materialien 2 auf einer durchlässigen Unterlage in eine abgeschlossene Kammer eingebracht werden, geschieht dies bevorzugt taktweise, d. h. in der Weise, daß die festen Materialien auf einer auf einem Förderband angebrachten oder in eine Förder anlage integrierten durchlässigen Unterlage 3 im Takt in die abge schlossene Kammer eingebracht werden. Diese ist in bevorzugter Weise so gestaltet, daß sie den Taktbetrieb, beispielsweise mittels eines Förder- oder Transportbandes 8, erlaubt. Es ist jedoch auch ein kontinuierlicher Betrieb möglich.

Für den Aufbau und die Abmessungen der abgeschlossenen Kammer bzw. Vakuumkammer 1 gibt es erfindungsgemäß keine Beschränkun gen. Einziges wesentliches Erfordernis ist, daß diese mittels Ver schlußvorrichtungen und dazugehörigen Dichtungen so verschlossen und abgedichtet werden kann, daß ein Evakuieren möglich ist. Vor richtungen dieser Art sind dem Fachmann aus dem Stand der Technik bekannt und bedürfen daher von ihrem grundsätzlich Aufbau her in der vorliegenden Anmeldung keiner weiteren Erläuterung.

Die Größe der Kammer 1 ist abhängig von der Größe und gewünsch ten Anzahl der zu behandelnden Stücke fester Materialien 2. Somit können kleine Kammern für Farbtestzwecke oder auch für die Be handlung von Teilstücken und große Kammern für die Behandlung einer Mehrzahl von Stücken Anwendung finden.

Die abgeschlossene Kammer 1 ist zum Evakuieren mit einem Anschluß 4 versehen, an den beispielsweise eine Vakuumpumpe angeschlossen werden kann. Außerdem weist sie in ihrem oberen (Deckel-) Teil, potentiell auch im unteren (Boden-) Teil, verschließbare Einlaßdüsen 5 auf, durch die im nachfolgenden Verfahrensschritt die flüssigen und/oder gasförmigen Stoffe in die Kammer 1 eingelassen werden können.

Am Boden der Kammer 1, bevorzugt an einer hierfür vorzusehenden tiefsten Stelle der Kammer 1, findet sich eine weitere verschließbare Öffnung 6, durch die eventuell überschüssige flüssige und/oder gas förmige Stoffe auf Wunsch abgelassen oder abgezogen werden können. Diese werden dann gegebenenfalls aufbereitet, d. h. beispielsweise von neuem mit den in ihnen enthaltenen Wirkstoffen angereichert, und in das Verfahren zur erneuten Verwendung zurückgeführt.

Sobald die festen Materialien 2, bevorzugt auf der durchlässigen Unterlage 3, in die Kammer 1 eingebracht wurden, wird die Kammer verschlossen und im nächsten Verfahrensschritt auf einen Druck unter Atmosphärendruck evakuiert. Dies geschieht sinnvollerweise, aber nicht zwingend, über den Anschluß 4 der Kammer 1 mittels einer den gewünschten Druckverhältnissen angepaßten Vakuumpumpe. In bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens stellt man den Druck auf einen Wert im Bereich von 1 bar, d. h. geringfügig unter Normaldruck, bis 10^-4 bar ein. Besonders bevor zugte Druckbereiche liegen zwischen 0,1 und 10^-3 bar, wobei der Bereich von 0,05 bis 0,005 bar noch mehr bevorzugt ist. Beispiels weise liegt der Druck in der Praxis in einem Bereich von 50 bis 900 mbar.

Die gewünschte Verfahrenstemperatur ist für das erfindungsgemäße Verfahren nicht kritisch und kann in weiten Bereich in Anpassung an die zu behandelnden festen Materialien gewählt werden. In jedem Fall müssen solche Temperaturen gewählt werden, die die erfin dungsgemäßen Materialien mit poröser Struktur in Bezug auf diese poröse Struktur nicht in negativer Weise beeinträchtigen, d. h. die porösen Strukturen möglicherweise angreifen oder zerstören. Erfin dungsgemäß ist es bevorzugt, die Temperatur auf einen Wert von 0°C bis 80°C einzustellen. Besonders bevorzugt ist der Bereich von 10 bis 50°C und noch mehr bevorzugt der Bereich von 15 bis 40°C. Die Temperaturen lassen sich in der praktischen Anwendung relativ leicht über die Temperatur der jeweils verwendeten flüssigen oder gasförmigen Stoffe steuern.

Bei der bevorzugten Verfahrensweise zur Gerbung von Häuten bzw. Färbung von Leder werden Temperaturen eingestellt, die sich eher im unteren Temperaturbereich bewegen, also beispielsweise im Bereich von 0°C bis 60°C, besonders bevorzugt von 20°C bis 40°C. Diese Bereiche sind deswegen besonders bevorzugt, weil sie nicht nur ein Erwärmen mehr oder weniger überflüssig machen, sondern auch darauf Rücksicht nehmen, daß Häute bzw. Leder Naturprodukte sind, die hinsichtlich ihrer Eigenschaften stark von den Behand lungstemperaturen abhängen. Um eine Zerstörung der porösen Haupt- bzw. Lederstrukturen nicht erst eintreten zu lassen, wird bevorzugt Im angegebenen niedrigen Temperaturbereich gearbeitet.

Im nachfolgenden Verfahrensschritt werden die festen Materialien 2 mit den flüssigen und/oder gasförmigen Stoffen in Kontakt gebracht.

In bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind flüssige und/oder gasförmige Stoffe solche Stoffe, die bei den Verfahrensbedingungen als Flüssigkeiten oder Gase vorliegen und nach Abschluß des erfindungsgemäßen Verfahrens ganz oder zumin dest teilweise in den Poren der festen Materialien verbleiben. Unter einem "teilweisem Verbleib" wird beispielsweise verstanden, daß ein Teil der in Form flüssiger Stoffe auf die festen Materialien aufge brachten Substanzen, beispielsweise Bestandteile von Farblösungen, Beizlösungen oder Gerblösungen, in den Poren der porösen Struktur der festen Materialien verbleiben, während das für die Aufbringung verwendete Lösungsmittel unter Vakuum oder bei geeigneten erhöh ten Temperaturen ausgetrieben wird. In vielen Fällen entfalten sol che in den Poren verbleibenden Substanzen spezielle Wirkungen. Beispielsweise ergeben sie einen Farbeffekt oder tragen zur Konser vierung oder Imprägnierung der festen Materialien dadurch bei, daß sie in der porösen Struktur dauerhaft eingebettet sind.

In bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfah rens, beispielsweise dann, wenn es sich um die Behandlung von Holz oder Häuten oder Leder handelt, sind flüssige Stoffe bevorzugt. Diese können mit Vorteil Färbestoffe enthaltende Lösungen, Beizlö sungen oder Gerblösungen sein. Es ist auch möglich, daß als flüssige Stoffe Mischungen mehrerer solcher Stoffe verwendet werden.

Die Flüssigkeiten werden bevorzugt über im Deckel der Kammer 1 angeordnete Düsen 5 in die evakuierte Kammer und damit auf die darin liegenden festen Materialien 2 aufgebracht. Dies kann mit be sonderem Vorteil in der Weise geschehen, daß die Färbestoffe ent haltenden Lösungen, Beizlösungen, Gerblösungen oder deren Mi schungen in Form feinverteilter Nebel, also kleiner Flüssig keitströpfchen, in die Kammer 1 ein- bzw. auf die poröse Struktur der festen Materialien 2 aufgebracht werden. Die festen Materialien 2 nehmen dabei in Sekundenschnelle die entsprechenden flüssigen Stoffe in ihre Poren auf. Auf diesem Wege wird innerhalb einer Zeit von wenigen Sekunden eine vollständige oder partielle Penetration der flüssigen Stoffe in die porösen Strukturen bewirkt.

Bei der bereits als bevorzugt beschriebenen Behandlung von Häuten ("Blöße") wird also beispielsweise eine Gerbstoffe enthaltende Lösung In die Vakuumkammer 1 eingesprüht. Der feine Sprühnebel dringt sofort in die Poren der Blöße ein, wobei natürlicherweise ein Ein dringen von der sogenannten Fleischseite her in die Poren schneller erfolgt als von der sogenannten Haarseite her. In kürzester Zeit kann damit eine vollständige Gerbung der Blöße bewirkt werden, ohne daß es eines lange dauernden Aufenthalts der Blöße in einem Gerbbad bedarf.

Soll andererseits bereits gegerbtes Leder, beispielsweise sogenanntes "Crust-Leder", oder auch anderes ungefärbtes Leder gefärbt werden, was einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung entspricht, wird dieses Leder beispielsweise in einer Auflegestation 11 auf eine durchlässige Unterlage 3, wie beispielsweise ein in einem Metallrah men aufgespanntes Sieb oder ähnliches, gelegt und in die Vakuum kammer 1 eingebracht. Diese wird daraufhin verschlossen und über den Vakuumanschluß 4 evakuiert. Im nachfolgenden Schritt wird über die am Deckel der Kammer 1 angeordneten Düsen 5 eine Färbestoffe enthaltende Lösung der gewünschten Konzentration in die Kammer 1 eingebracht oder auf die Lederpartien gesprüht. Die Farblösung dringt unmittelbar in das Leder ein. Über den Druck in der Kammer sowie die eingebrachte Farbstoffmenge läßt sich die Tiefe der Fär bung in einfacher und bequemer Weise steuern. Auf diesem Wege lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren in vorteilhafter Weise nach Wunsch entweder partiell gefärbte oder vollständig durchgefärbte Lederpartien herstellen.

Der Vorteil dieses besonders bevorzugten Verfahrens ist darin zu sehen, daß sich die Tiefe der Färbung durch die Verfahrensparameter in einfacher Weise steuern läßt. Hohes Vakuum, z. B. 10^-2 bar, und/oder relativ große einströmende Farbnebel- oder -lösungsmengen führen zu vollständig durchgefärbten Ledern, während ein geringes Vakuum, z. B. 0,5 bar, und/oder geringe Farbnebel- oder -lösungs mengen zu partiell gefärbten Ledern führen.

Vorteilhaft ist darüberhinaus, daß nur relativ geringe Mengen der sehr teuren Farben verwendet werden müssen, da das Erfordernis einer Mindestflottenmenge, wie es bei herkömmlichen Färbeverfahren gefunden wird, entfällt. Die Farbmenge kann ziemlich genau auf die Verhältnisse abgestimmt werden. Darüberhinaus wird eventuell doch überschüssige Farblösung am Boden der Kammer nach deren Belüften abgezogen und wieder in das Verfahren zurückgeführt.

Ein weiterer Vorteil dieses besonders bevorzugten Verfahrens besteht darin, daß man in Versuchsanlagen in kleinem Maßstab testen kann, welcher Farbeffekt sich auf einem bestimmten Leder mit Farblösun gen oder Farbmischungslösungen bestimmter Konzentration ergibt. Außerdem kann in demselben kleinen Maßstab ausprobiert werden, wie tief die Farblösung in das jeweilige Leder eindringt. Aufgrund der einfachen Anordnung lassen sich überraschenderweise die im Labormaßstab erhaltenen Ergebnisse bequem auf eine technische An lage übertragen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemä ßen Verfahrens können den Farblösungen und Farbmischungslösungen Fixiermittel zugesetzt werden, die dann gemeinsam der Vakuumkam mer zugeführt werden. Die Fixiermittel enthaltenden Farblösungen oder im Vakuum daraus resultierende Nebel kommen dann mit den Ledern in Kontakt. In gleicher Weise ist es möglich, Farblösungen und Fixlermittel über getrennte Einlaßdüsen 5 zuzuführen und ge gebenenfalls zu vernebeln. Dabei dringen Farbstoff und Fixiermittel in die poröse Lederstruktur ein. Als Folge wird der Farbstoff in Sekundenschnelle auf der Lederfaser fixiert und damit der Schritt der Färbung des Leders mit dem der Fixierung verbunden. Als Fi xiermittel können alle gängigen Fixiermittel verwendet werden, die der Fachmann für diesen Zweck kennt. Als Beispiel sei Ameisensäure genannt.

In dieser bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ver fahrens kann also der Färbe- und der Fixiervorgang überraschen derweise in kürzester Zeit erreicht werden. Der Fixierschritt erfolgt also nicht in einer gesonderten Verfahrensstufe. Dadurch wird das Verfahren wesentlich verkürzt und vereinfacht. Das Ergebnis sind farbechte Leder in einem Verfahrensschritt. Hinsichtlich der Effizienz erreicht also das erfindungsgemäße Verfahren die herkömmliche Faß färbung, ohne jedoch mit deren Nachteilen behaftet zu sein.

In gleicher Weise wie oben beschrieben, können statt Leder auch Holzmaterialien bearbeitet, beispielsweise gebeizt werden.

Dazu legt man vor der Kammer 1 die entsprechenden Holzmaterialien mit poröser Struktur auf eine durchlässige Unterlage 3, die bei spielsweise ein auf einem Metallrahmen befestigter Rost sein kann, der durch ein Förderband 8 transportiert wird. Man führt diese durchlässige Unterlage 3 in die Vakuumkammer 1, die anschließend über den Abzug 4 evakuiert wird. Danach wird über die Düsen 5 eine Beizstoffe enthaltende Lösung als Nebel in die Kammer einge bracht oder auf die auf der durchlässigen Unterlage 3 angeordneten Holzstücke aufgesprüht. Sofort dringt die Beizstoffe enthaltende Lö sung oder der Beiznebel in die poröse Holzstruktur ein, wodurch ein unmittelbares Beizen zumindest der Holzoberfläche erreicht wird. Auch in diesem Fall läßt sich die Penetrationstiefe leicht über die Verfahrensparameter (Druck in der Kammer 1, Menge der zugeführten Beizlösung bzw. Beiznebel) einstellen. Es versteht sich von selbst, daß - genau wie im Fall des Gerbens von Häuten oder Färbens von Leder - anstelle einer einzigen Lösungen auch Mischungen solcher Lösungen verwendet werden können.

In anderen bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens liegen die Stoffe, die man die feste Materialien mit po röser Struktur penetrieren läßt, in Form von Gasen vor. Dies können in bevorzugter Weise und mit Vorteil Gase zur Schädlingsbekämpfung in Holz und/oder zur Konservierung von Holz oder auch flüchtige Farbstoffe sein. Selbstverständlich sind auch hier Mischungen meh rerer solcher Stoffe verwendbar. Mit besonderem Vorteil lassen sich als gasförmige Stoffe solche Stoffe verwenden, die bei den Anwendungstemperaturen und unter Vakuum in Gasform, bei Umge bungsdruck jedoch in flüssiger Form vorliegen.

Die Zeit für die Einwirkung der flüssigen und/oder gasförmigen Stoffe auf die poröse Strukturen der festen Materialien kann ge genüber dem Stand der Technik deutlich reduziert werden. Erfin dungsgemäß ist es vorteilhaft, eine Einwirkzeit im Bereich von 1 bis 120 Sekunden, bevorzugt von 2 bis 60 Sekunden und besonders be vorzugt von 5 bis 30 Sekunden zu wählen. Mit solchen Ein wirkzeiten lassen sich im Regelfall feste Materialien erhalten, in deren poröse Struktur die flüssigen und/oder gasförmigen Stoffe so weit eingedrungen sind, daß man von einer vollständigen bzw. im wesentlichen vollständigen Penetration sprechen kann.

Will man jedoch nur eine partielle Penetration erreichen, so können die Einwirkzeiten noch kürzer sein und liegen in bevorzugter Weise bei 1 bis 60 Sekunden, besonders bevorzugt bei 2 bis 30 Sekunden und in hohem Maße bevorzugt bei 3 bis 15 Sekunden.

Wie bereits oben erwähnt, werden für eine vollständige Behandlung der festen Materialien mit poröser Struktur deutlich geringere Men gen an flüssigen und/oder gasförmigen Stoffen benötigt als dies im Stand der Technik der Fall war. Im Normalfall wird sogar nicht ein mal ein Überschuß an flüssigen oder gasförmigen Stoffen benötigt. Mitunter kann es jedoch dann, wenn eine vollständige Durchdringung der porösen Struktur der festen Materialien mit den flüssigen und/oder gasförmigen Stoffe erwünscht wird, vorteilhaft sein, ge ringfügige Überschüsse der jeweiligen Substanzen oder Substanzge mische in die Kammer 1 einzulassen. In diesem Fall werden die an fallenden Überschüsse über den Ablauf 6 aus der Kammer 1 abgezo gen und dem Verfahren wieder zugeführt. Dies kann beispielsweise so geschehen, daß die jeweiligen flüssigen und/oder gasförmigen Stoffe oder Stoffgemische mit den Komponenten wieder angereichert werden, die in die Poren der festen Materialien eingebracht werden sollen. Danach werden sie wieder dem Verfahren zugeführt. In vorteilhafter Weise werden sie jedoch ohne Anreicherungsschritt un mittelbar dem Verfahren wieder zugeführt.

Der nächste Verfahrensschritt besteht allgemein darin, daß man nach Einwirken der flüssigen und/oder gasförmigen Stoffe auf die festen Materialien mit poröser Struktur die Kammer wieder auf Umgebungs druck bringt, also das nach Einlaß der flüssigen und/oder gasförmi gen Stoffe verbliebene Vakuum in der Kammer aufhebt. Dies ge schieht im Regelfall dadurch, daß man über den Zulauf 4 oder die Einlaßdüsen 5 Luft in die Kammer 1 einströmen läßt. Anstelle von Luft können jedoch genausogut andere gasförmige Stoffe verwendet werden, die die Kammeratmosphäre füllen. Dadurch lassen sich ge gebenenfalls sogar zusätzliche vorteilhafte Wirkungen der in der Kammer 1 behandelten festen Materialien mit poröser Struktur er zielen.

Im letzten Verfahrensschritt werden die festen Materialien 2 mit poröser Struktur aus der Kammer 1 entnommen. Dies geschieht in bevorzugter Weise - wie auch das gesamte Verfahren - taktweise, kann jedoch auch kontinuierlich geschehen. Der Entnahmeschritt kann verschiedene zusätzliche Verfahrensmaßnahmen einschließen. Dazu gehört beispielsweise, daß nach der Kammer eine Station 7 vorgesehen wird, mit der überschüssige flüssige Stoffe von der po rösen Struktur der festen Materialien entfernt werden. Beispielsweise kann bei der bevorzugt geschilderten Färbung von Leder im Anschluß an die Kammer eine Abwelkstation 7 vorgesehen werden, d. h. bei spielsweise eine Anordnung von Rollen, die Überschüsse der Farblö sungen aus dem gefärbten Leder entfernen. Üblicherweise ist dies jedoch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren entbehrlich, da Über schüsse an flüssigen Stoffen von den festen porösen Materialien nicht aufgenommen werden.

Im Falle der Färbung von Leder kann eine zusätzliche Verfahrens maßnahme darin bestehen, daß man nach dem Färbeschritt und ge gebenenfalls dem Durchlauf der Leder durch eine Abwelkstation 7 einen Fixierschritt anschließt. Diese Verfahrensweise ist dann be vorzugt, wenn dem Farbstoff zur Färbung des Leders ein Fixiermittel nicht zugesetzt wurde. In diesem Fall wird das Leder nach Durchlauf durch die Abwelkstation 7 durch ein herkömmliches Fixierbad ge führt. Die Fixierung erfolgt üblicherweise in einem Tauchbad, wie es dem Fachmann aus dem Stand der Technik bekannt ist. Bei Durchlauf durch ein solches Fixierbad wird der vorher erfindungsgemäß einge brachte Farbstoff auf der Lederfaser fixiert und damit ein farbechtes Leder erhalten. Überschüsse an Fixiermittel werden auf an sich bekannte Weise, z. B. mittels einer Abwelkstation, vom Leder entfernt. Die Weiterbehandlung, beispielsweise Trocknung, des Leders erfolgt ebenfalls in an sich bekannter Weise.

Diese und weitere, jeweils auf die spezielle Verwendungsweise zuge schnittene Nachbehandlungsmaßnahmen sind dem Fachmann aus dem Stand der Technik bekannt und bedürfen daher hier keiner weiteren Erläuterung.

Das Förder- oder Transportband 8 läuft - insbesondere im Rahmen der bevorzugten taktweisen Verfahrensführung - über eine Um lenkrolle 9 zu einer Reinigungsstation 10, in der Rückstände der verwendeten flüssigen oder gasförmigen Stoffe entfernt werden. Da nach wird es über eine zweite Umlenkrolle 9′ geführt, um erneut fe ste Materialien 2 gemäß der Erfindung behandeln zu können.

Wie bereits oben angeführt, kann das erfindungsgemäße Verfahren mit Vorteil auf einer Vielzahl von industriellen Anwendungsgebieten eingesetzt werden. Die vorliegende Erfindung betrifft daher auch die Verwendung des Verfahrens, wie es oben im einzelnen beschrieben wurde, zur Gerbung oder Nachgerbung von Häuten sowie zur Färbung von Leder. Die Verwendung des Verfahrens in einem dieser beiden Anwendungsbereiche entspricht einer besonders bevorzugten Aus führungsform der Erfindung.

Darüberhinaus kann das erfindungsgemäße Verfahren auch mit Vorteil bei der Schädlingsbekämpfung in (Holz) bei der Konservierung, Fär bung und/oder Beizung von Holz oder Holzbeschichtungen, beispiels weise Furnieren, bei der Färbung und/oder Imprägnierung von tex tilen Materialien, bei der Färbung und/oder Imprägnierung von Papier oder Pappe und bei der Färbung und/oder Imprägnierung von tonar tigen oder Kunststoffmaterialien verwendet werden. Der große Vorteil bei der Verwendung in all diesen Fällen ist daran zu sehen, daß der jeweilige flüssige und/oder gasförmige Stoff bzw. ein Gemisch dieser Stoffe innerhalb kürzester Zeit in die poröse Struktur der festen Materialien eindringt, ohne daß dafür große Überschüsse der flüssi gen und/oder gasförmigen Stoffe erforderlich sind. Außerdem lassen sich gleichzeitig Stoffmischungen einsetzen, so daß beispielsweise eine Färbung der oben aufgezählten festen Materialien in einem Schritt erfolgen kann, ohne daß die Anwendung mehrerer aufeinan derfolgender Färbeschritte erforderlich ist.

Über die Verfahrensbedingungen lassen sich die Penetrationstiefen bequem steuern und erlauben daher wahlweise ein vollständiges Durchdringen der festen Materialien mit poröser Struktur mit den flüssigen und/oder gasförmigen Stoffen oder nur ein partielles Ein dringen, unter Umständen sogar von einer bevorzugten Seite.

Die Erfindung wird nachfolgend durch Anwendungsbeispiele näher erläutert.

Beispiel 1

Stücke von Schuhoberleder (Rindleder) der Größe 30 cm·20 cm, Stärke 1,2 mm, wurden am Auflegetisch einer Vorrichtung gemäß der Figur auf ein poröses Transportband gelegt und mittels dieses Ban des in die Vakuumkammer befördert. Der Deckel wurde geschlossen, und die Kammer mit dem darin enthaltenen Lederstück wurde 15 Sekunden auf einen Druck von 60 mbar evakuiert. Die Temperatur im Inneren der Kammer betrug 40°C.

Der Anschluß zur Vakuumpumpe wurde verschlossen, und unmittelbar danach wurden über die Düsen im Deckel der Vakuumkammer 25 ml einer Farblösung zum Färben von Leder zugeführt, die auf einer handelsüblichen Farbe aufgebaut und für die Färbung in üblicher Weise zugerichtet und mit Zusätzen versehen worden war. Die Farbe drang in wenigen Sekunden gleichmäßig in die Lederstruktur ein und wurde vom Leder weitgehend aufgesaugt. Es wurde eine gleichmäßige Durchfärbung der Lederprobe erreicht.

Ein geringfügiger Farblösungs-Überschuß wurde nach Belüften der Kammer und Weiterführen der Lederprobe beim Farbrücklauf der Va kuumkammer zurückgewonnen. Bei der Abwelkstation wurde aus der Lederprobe so gut wie keine Farbe zurückgewonnen.

Es zeigte sich also, daß die eingeführte Rindlederprobe ohne Zusatz eines wesentlichen Farbüberschusses in kurzer Zeit vollständig und gleichmäßig durchgefärbt werden konnte. Flecken oder Unegalitäten der Farbe zeigten sich nicht.

Beispiel 2

Die Verfahrensführung gemäß Beispiel 1 wurde wiederholt. Die Ver fahrensbedingungen wurden jedoch geringfügig abgewandelt.

Das im vorliegenden Beispiel verwendete Schuhoberleder (Rindleder) hatte eine Stärke von 1,6 mm. Es wurden 7 Färbedurchgänge bei unterschiedlichen Verfahrensbedingungen durchgeführt, die sich im einzelnen aus der nachfolgenden Tabelle ergeben.

Tabelle

Wie sich aus den in der Tabelle, letzte Spalte, angezeigten Ergeb nissen ergibt, konnte bei gleichen Farbstoffmengen (Beispiele 2a und 2b) bei dem jeweils niedrigeren Druck das bessere Färbeergebnis erzielt werden. Die gleiche Überlegung ergibt sich aus einem Vergleich der Beispiele 2e und 2g. Bei gleichem Druck (Beispiele 2a und 2c) führt die höhere Temperatur zu einem besseren Färbeergebnis.

Darüberhinaus führt - bei sonst gleichen Verfahrensbedingungen - eine Vergrößerung der Farbstoffmenge ebenfalls zu einem besseren Durchfärbeergebnis (Beispiele 2e und 2f).

Insgesamt ist jedoch festzustellen, daß auch die in der Tabelle mit "o" bezeichneten Versuche ein Färbeergebnis erbrachten, das in vorteilhafter Weise mit einer sehr geringen Farbstoffmenge erzielt wurde und trotzdem zu einer für viele Zwecke völlig befriedigenden Färbung des Leders führt. Vor allem waren die Lederbereiche, die gefärbt worden waren, völlig gleichmäßig gefärbt. Irgendwelche Män gel in der Färbung wie Flecken oder Tränen traten in keinem Fall auf. Vorteilhaft war auch, daß die Färbevorgänge sehr viel schneller abgeschlossen werden konnten und eine Abwelkstation nach der Vakuumkammer (mit den dazugehörigen Anlagen zur Rückgewinnung der Farbe) überflüssig war. Die Verwendung der Farbe war also we sentlich ökonomischer als bei herkömmlichen Lederfärbeverfahren.

Claims

1. Verfahren zum Penetrieren flüssiger und/oder gasförmiger Stoffe in feste Materialien mit poröser Struktur unter In-Kontakt-Bringen der festen Materialien mit den flüssigen und/oder gasförmigen Stoffen, dadurch gekennzeichnet, daß man die festen Materialien (2) in eine abgeschlossene Kammer (1) einbringt, die Kammer (1) auf einen Druck unter Atmophärendruck evakuiert, die festen Materialien (2) mit den flüssigen und/oder gasförmigen Stoffen in Kontakt bringt, die Kammer (1) nach Einwirken der flüssigen und/oder gasförmigen Stoffe auf die festen Materialien (2) auf Umgebungsdruck bringt und die festen Materialien (2) aus der Kammer (1) entnimmt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, worin die festen Materialien mit po röser Struktur Holz, Häute, Leder, textile Materialien, Papier, Pappe, Kunststoff oder Ton sind.

3. Verfahren nach Anspruch 2, worin die festen Materialien Leder sind.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, worin die festen Materialien (2) auf einer Unterlage (3) in die abge schlossene Kammer (1) eingebracht werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, worin die Unterlage ein Rost oder Sieb ist.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, worin man den Druck auf 1 bis 10^-4 bar, bevorzugt auf 0,1 bis 10^-3 bar, besonders bevorzugt auf 0,05 bis 0,005 bar einstellt.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, worin man eine Temperatur von 0°C bis 80°C, bevorzugt von 10°C bis 50°C, besonders bevorzugt von 15°C bis 40°C, einstellt.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, worin man als flüssige Stoffe Färbestoffe enthaltende Lösungen, Beizlö sungen oder Gerblösungen oder Nebel solcher Lösungen oder Mi schungen von Lösungen oder Nebeln mehrerer solcher Stoffe ver wendet.

9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, worin man als flüssige Stoffe Färbestoffe enthaltende Lösungen oder Nebel oder Mischungen von Lösungen oder Nebeln mehrerer solcher Stoffe verwendet, die zusätzlich ein an sich bekanntes Fixiermittel für Farbstoffe enthalten.

10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, worin man als flüssige Stoffe Färbestoffe enthaltenden Lösungen und/oder Nebel zusammen mit Fixiermittel enthaltenden Lösungen und/oder Nebeln verwendet.

11. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 10, worin man Färbestoffe enthaltende Lösungen, Beizlösungen oder Gerblösungen oder Mischungen mehrerer solcher Stoffe ausschließlich in Form feinverteilter Nebel verwendet.

12. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, worin man als gasförmige Stoffe Gase zur Schädlingsbekämpfung in und/oder Konservierung von Holz oder flüchtige Farbstoffe oder Mi schungen mehrerer solcher Stoffe verwendet.

13. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7 und 12, worin man als gasförmige Stoffe solche Stoffe verwendet, die bei den Anwendungstemperaturen und unter Vakuum in Gasform, bei Umgebungsdruck jedoch in flüssiger Form vorliegen.

14. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, worin das In-Kontakt-Bringen auf dem Weg des Eindüsens der flüs sigen und/oder gasförmigen Stoffe in die evakuierte Kammer (1) oberhalb der festen Materialien (2) erfolgt.

15. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, worin man die flüssigen und/oder gasförmigen Stoffe für eine Zeit von 1 bis 120 Sekunden, bevorzugt von 2 bis 60 Sekunden, beson ders bevorzugt von 5 bis 30 Sekunden, auf die festen Materialien einwirken läßt.

16. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, worin man zum partiellen Penetrieren der flüssigen und/oder gasför migen Stoffe in die poröse Struktur der festen Materialien eine Ein wirkzeit von 1 bis 60 Sekunden, bevorzugt von 2 bis 30 Sekunden, besonders bevorzugt von 3 bis 15 Sekunden wählt.

17. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 16, worin man eventuell überschüssige flüssige und/oder gasförmige Stoffe ganz oder teilweise in das Verfahren zurückführt.

18. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß man es taktweise führt.

19. Verwendung des Verfahrens nach einem oder mehreren der An sprüche 1 bis 18 zur Gerbung oder Nachgerbung von Häuten.

20. Verwendung des Verfahrens nach einem oder mehreren der An sprüche 1 bis 18 zur Färbung von Leder.

21. Verwendung des Verfahrens nach einem oder mehreren der An sprüche 1 bis 18 zur Schädlingsbekämpfung in Holz.

22. Verwendung des Verfahrens nach einem oder mehreren der An sprüche 1 bis 18 zur Konservierung, Färbung oder Beizung von Holz oder Holzbeschichtungen.

23. Verwendung des Verfahrens nach einem oder mehreren der An sprüche 1 bis 18 zum Färben oder imprägnieren von textilen Mate rialien.

24. Verwendung des Verfahrens nach einem oder mehreren der An sprüche 1 bis 18 zur Färbung von Papier oder Pappe.

25. Verwendung des Verfahrens nach einem oder mehreren der An sprüche 1 bis 18 zur Behandlung von tonartigen oder Kunststoffma terialien.