Studie zum hydraulischen Sprühzerstäubungssystem als neue Ressource

Wissenschaftliche Berichte Band 12, Artikelnummer: 21814 (2022) Diesen Artikel zitieren

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In dieser Studie wird das hydraulische Sprühzerstäubungssystem (HS) als neue ressourceneffiziente Methode zum kontinuierlichen Färben und Veredeln von Wollstoffen vorgestellt. Hier wurde Wollstoff mit handelsüblichen Farbstoffen und Ausrüstungen entweder im einstufigen oder im zweistufigen HS-Verfahren gefärbt und veredelt. Die Ergebnisse der Farbstärke (K/S), des Farbunterschieds (ΔECMC) und der Farbechtheitsanalyse zeigten die Befürchtungen der HS-Methode beim Färben von Wollstoffen mit unterschiedlichen GSM-Werten und Farbstoffen. Die Ausrüstungsleistung von Wollgewebe wurde durch Wasserkontaktwinkelanalyse gemessen. Die Analyse zeigt, dass die Endbearbeitungsleistung der HS-Methode erheblich war, um einen Wasserkontaktwinkel von bis zu 145° zu erreichen und gleichzeitig eine hohe Wasch- und Abriebechtheit aufrechtzuerhalten. Zwischen der einstufigen und der zweistufigen HS-Methode zeigte die einstufige Methode im Vergleich zur zweistufigen Methode eine bessere Leistung bei hoher Ressourceneffizienz. Die Ergebnisse der statistischen Analyse zeigen keine statistische Bedeutung des Stoffgewichts, der Art der Farbstoffe und der Ausrüstung für die Leistung der neuen HS-Methode, die für die industrielle Umsetzung und Ausweitung dieses Prozesses im echten Maßstab von entscheidender Bedeutung ist. Die Ergebnisse dieses Berichts sind von großer Bedeutung, da er eine umweltfreundlichere Alternative zu den herkömmlichen ressourcenintensiven Färbe- und Veredelungsmethoden für Wollstoffe darstellt.

Bei der Zerstäubung handelt es sich im Wesentlichen um den Prozess der Umwandlung großer Flüssigkeitsmengen in kleine Tropfen. Es handelt sich um eine Störung des festigenden Einflusses der Oberflächenspannung, die durch die Einwirkung innerer und äußerer Kräfte verursacht wird. Unter Sprühzerstäubung versteht man die Umwandlung einer Flüssigkeit in einen Sprühnebel aus feinen Partikeln1. Aufgrund der hohen Prozesskontrolle, der geringen Abfallerzeugung und der einfachen Bedienung wird dieses Verfahren häufig bei der Verteilung von Material über einen kontrollierten Oberflächenbereich in verschiedenen Bereichen eingesetzt. Das Sprühen ist das am weitesten verbreitete Mittel zur Pestizidanwendung zur Schädlingsbekämpfung in der Land- und Forstwirtschaft2. In jüngster Zeit hat die hydraulische Sprühtechnologie aufgrund ihrer Machbarkeit, Nachhaltigkeit und wirtschaftlichen Vorteile die Aufmerksamkeit vieler Forscher auf dem Gebiet der Funktionalisierung von Textilien auf sich gezogen3,4,5. Li, Arumugam et al. (2020) berichteten über eine vollständig sprühbeschichtete organische Solarzelle, die direkt auf Standard-Polyester-Baumwollgewebe hergestellt wurde6. Samanta und Bordes (2020) schlugen eine Herstellungsmethode für leitfähige Textilien durch Sprühbeschichtung wasserbasierter Graphendispersionen vor7. Sadanandan, Bacon et al. (2020) berichteten, dass sich die Sprühbeschichtung von Textilgeweben mit Graphen als eine der vielversprechenderen Techniken zur Überwindung der Einschränkungen der unregelmäßigen und groben Strukturen von Textilgeweben herausstellt8. Die Sprühbeschichtung ist ein potenzielles Verfahren zur Herstellung dünnerer Filme auf Textilien. Auf dieser Grundlage kann die Sprühtechnologie eine anerkannte Alternative zum Rotationsbeschichtungs- und berührungslosen Abscheidungsverfahren im Gegensatz beispielsweise zum Siebdruck sein. Im Vergleich zum Digitaldruck, der diese Eigenschaften streng einschränkt, profitiert die Sprühbeschichtung auch von einem breiteren Spektrum akzeptabler rheologischer Parameter.

Das hydraulische Sprühzerstäubungssystem ist ein kontinuierlicher Prozess, bei dem das gewünschte Material durch einen Zerstäuber9 großflächig in den Stoff gesprüht wird. Bei diesem System ist es nicht mehr erforderlich, große Chemikaliendepots vorzubereiten. Darüber hinaus gibt es während der Verarbeitung keine physikalischen und chemischen Wechselwirkungen (wie bei herkömmlichen Methoden), die die inhärenten Eigenschaften des behandelten Materials schützen10. Darüber hinaus reduziert das Verfahren die Abfallentsorgung, da im Vergleich zu herkömmlichen Methoden keine oder weniger Chemikalien benötigt werden, was zu einer Reduzierung des Energie- und anderen Ressourcenverbrauchs bei nachfolgenden Abfallbewirtschaftungs-/-behandlungsprozessen führt11,12.

Derzeit sind Nachhaltigkeitsaspekte in Bezug auf Produktionsprozesse in der Textilverarbeitungsindustrie weltweit ein ernstes Problem. Unter den vielen Herausforderungen in konventionellen Textilprozessen sind Ressourcenunempfindlichkeit, Abfallproduktion und Frischwasserverbrauch die wichtigsten, die einer robusten und sofortigen Lösung bedürfen. Mehrere fortschrittliche Methoden wie das Färben mit flüssigem Ammoniak13, das Färben mit überkritischen Flüssigkeiten14, das Färben mit Vernetzungsmitteln15, das Färben mit Schaum16 und das Färben auf Nanopartikelbasis17 usw.18 werden seit vielen Jahren eingeführt, aber die meisten dieser Technologien haben die Laborumgebung aufgrund des Mangels daran nicht verlassen Interesse seitens der relevanten Geschäftswelt, da diese Prozesse entweder und/oder Nachteile im Zusammenhang mit Installationskosten, geringer Polarität, Chargenprozess mit geringer Kapazität, vertikaler Anordnung, inhomogener Flüssigkeitsverteilung, chemischer Ansammlung, unzuverlässigem Betriebsprozess usw. mit sich bringen.14,19, 20.

Im Streben nach einer nachhaltigen Modernisierung der Textilverarbeitung hin zu einem umweltfreundlicheren Produktionssystem besteht ein dringender Bedarf an einem neuen fortschrittlichen System, das herkömmliche Nassproduktionsprozesse ersetzt und gleichzeitig die Aussicht auf eine industrielle Umsetzung im echten Maßstab hinsichtlich Machbarkeit, Verfahrenstechnik und Produktionslänge bietet usw.21.

Daher schlagen wir das hydraulische Sprühzerstäubungssystem als neue Methode zum Färben und Veredeln von Textilien (Wollgewebe) vor. Nach unserem besten Wissen gibt es keine Studien, die das Färben und Veredeln von Wollstoffen mithilfe eines hydraulischen Sprühzerstäubungssystems untersucht haben. Für diese Studie wurden Wollstoffe ausgewählt, da diese häufig in Kleidung, Decken, Schabracken, Isolierungen, Polstern, technischen Textilien usw. verwendet werden. Darüber hinaus ist die derzeitige Verarbeitung von Wollstoffen mit Säure-/Reaktivfarbstoffen äußerst ressourcenintensiv, was eine dringend notwendige Umstellung auf eine umweltfreundlichere Alternative erfordert.

Der in dieser Studie verwendete monosulfonierte egalisierende Säurefarbstoff (Telon Yellow T-3R) und der bifunktionelle Reaktivfarbstoff (Realan Red EHF) wurden von DyStar Pte. erworben. Ltd (Singapur). Netzmittel (Rucowet FN), fluorkohlenstofffreie wasserabweisende Ausrüstung ❴Finish 1 (F1): Ruco-Dry ECO DCF, Finish 2 (F2): Ruco-Dry DHE❵ wurde von Rudolf GmbH (Deutschland) bereitgestellt. Alle Grundchemikalien wie Essigsäure (CH3COOH), Natriumcarbonat (Na2CO3·10H2O) und Natriumsulfat (Na2SO4) waren von analytischer Qualität und wurden wie von Sigma Aldrich Ltd. erhalten ohne weitere Reinigung verwendet. Zwei verschiedene Arten von Wollstoffen (norwegische Merinowolle); (a) Wollstoff 1 (W1): 469 GSM, gewaschen, gewalkt, geschoren, dekatisiert; (b) Wollstoff 2 (W2): 264 g/m², vorgewaschen, wärmefixiert, wurden verwendet.

In dieser Studie wurde sowohl das einstufige als auch das zweistufige Färben und Veredeln von Wollstoffen mit der HS-Methode untersucht und mit herkömmlichen Verfahren verglichen. Das hydraulische Sprühzerstäubungssystem MiniMax von Imogo AB wurde zusammen mit dem FlexDyer im Labormaßstab verwendet. Einzelheiten zum Zerstäubersystem MiniMax HS und den Maschinenparametern finden Sie im Kap. 1.1 der unterstützenden Informationen. Für alle Studien wurden die Proben 24 Stunden lang bei einer Temperatur von 20 ± 2 °C und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 55 ± 5 % konditioniert und alle Parameter wurden auf der Grundlage entsprechender Vorstudien ausgewählt (siehe Abschnitt 1.2 der Hintergrundinformationen). Die an dieser Studie beteiligten Prozesse sind in Abb. 1 schematisch dargestellt und werden wie folgt beschrieben;

Zweistufiger Färbe- und Veredelungsprozess von Wollstoffen durch die HS-Methode: In einem zweistufigen Prozess wurden Wollstoffe in separaten Prozessen gefärbt und veredelt (siehe Abb. 1a). Das Verhältnis von Sprühlösung zu Stoff betrug 1:0,4 mit einer Aufnahmerate von 80 %, gefolgt von einer standardmäßigen Farbstofffixierung im Laborautoklaven (98 °C für 90 Minuten). Sprühlösungen wurden hergestellt, indem entweder Säurefarbstoffe (Farbstoff 1: 8,75 g/L, pH ~ 3) oder Reaktivfarbstoffe (Farbstoff 2: 20 g/L, pH ~ 4,5) in Wasser gelöst wurden. Nach dem Färben wurden die Proben gespült und bei Umgebungsbedingungen getrocknet, bevor die handelsüblichen hydrophoben Appreturen (Finish 1: 80 ml/L, pH ~ 5 und Finish 2: 125 ml/L, pH ~ 4) bei einer Aufnahme von 80 % aufgetragen wurden durch Trocknen (W1: 160 °C für 2 Min., W2: 160 °C für 1 Min.) und Aushärten (W1: 170 °C für 1 Min., W2: 170 °C für 0,5 Min.) in einer Mathis-Laborspannrahmenmaschine. Bei diesem Versuch wurden die Proben jedoch beidseitig besprüht und bearbeitet.

Einstufiger Färbe- und Veredelungsprozess von Wollstoffen durch die HS-Methode: Wollstoffe wurden gleichzeitig mit einer Aufnahmerate von 80 % gefärbt und veredelt (siehe Abb. 1b). Farbstoff- und Finishlösung wurden getrennt zubereitet und gemischt, um vier Sprühlösungen mit zwei Farbstoffen und zwei handelsüblichen hydrophoben Finishmitteln zu erhalten: Säure + F1 (pH 3,5), Säure + F2 (pH 3,5), Reaktiv + F1 (pH 4,5), Reaktiv + F2 (pH 4,5). Das Spray wurde vor der Fixierung im Laborautoklaven (98 °C) auf beide Seiten des Stoffes aufgetragen. Nach der Fixierung wurden die Proben in einer Mathis-Laborspannmaschine nach dem Zwei-Schritte-Verfahren getrocknet und ausgehärtet.

Konventionelles Färbe- und Veredelungsverfahren für Wollstoffe: Wollstoffe wurden in einer Ausziehfärbemaschine gefärbt und anschließend mit einem Pad-Dry-Cure-Verfahren veredelt (siehe Abb. 1c). Typischerweise betrug das Flottenverhältnis beim Färben 1:20. Die Lösung wurde durch Auflösen von entweder Säurefarbstoff (0,35 g/L) oder Reaktivfarbstoff (0,8 g/L) hergestellt und die Stoffe wurden nach den jeweiligen Standardfärbekurven (Säurefarbstoff: pH-Wert) gefärbt ~ 3,2, 98 °C, 90 min; Reaktivfarbstoff: pH ~ 4,5, 98 °C, 60 min). Zur Veredelung wurden die handelsüblichen hydrophoben Ausrüstungen mit einer Aufnahmerate von 60 % und einem Druck von zwei bar aufgetragen. Die resultierenden Proben wurden in einer Mathis-Laborspannrahmenmaschine ausgehärtet (W1 + F1: 160 °C für 2 Minuten + 170 °C für 1 Minute, W1 + F2: 140 °C für 3 Minuten, W2 + F1: 160 °C für 1 Minute). + 170 °C für 0,5 Min., W2 + F2: 140 °C für 2 Min.

Prozessschritte: (a) zweistufiger Färbe- und Veredelungsprozess von Wollgewebe durch die HS-Methode, (b) einstufiger Färbe- und Veredelungsprozess von Wollgewebe durch die HS-Methode und (c) herkömmlicher (zweistufiger) Färbe- und Veredelungsprozess aus Wollstoff.

Insgesamt wurden in dieser Studie 24 Proben hergestellt und vergleichend untersucht, um die Machbarkeit der HS-Zerstäubungsmethode zum Färben und Veredeln eines Wollstoffs als fortschrittliches ressourceneffizientes Verfahren zu verstehen. Eine Zusammenfassung aller Proben und ihre entsprechenden Beschreibungen finden Sie in Tabelle 1.

Die Charakterisierung der Proben erfolgte hinsichtlich Farbmessungen (Färben), Wasserkontaktwinkel (Ausrüstung) und Echtheit von Farbstoffen und Ausrüstungen gegenüber Waschen und Abrieb. Die vorbereiteten, gefärbten und veredelten Wollstoffe wurden vollständig charakterisiert, um die Wirksamkeit der neu eingeführten, fortschrittlichen, ressourceneffizienten HS-Färbe- und Veredelungsmethode zu verstehen. Um die Färbeleistung zu untersuchen, wurden Farbmessungen der Proben mit einem Datacolor 500-Spektrophotometer durchgeführt. Die Farbdaten wurden im sichtbaren Spektralbereich von 360–700 nm gemessen und in Tristimuluswerte umgewandelt, die einen bestimmten Punkt im Farbraum beschreiben. Mit diesem Messtool wurden zwei unterschiedliche Farbwerte gemessen und zur Farbbeurteilung herangezogen. Die Farbstärke wurde mithilfe der Kubelka-Munk-Gleichung (Gleichung 1) unter Verwendung des Reflexionsgrads gefärbter Proben (R), des Absorptionskoeffizienten (K) und des Streukoeffizienten (S) gemessen und als K/S ausgedrückt.

Neben der Farbstärke wurde auch der Farbunterschied zwischen den Proben gemessen und als ΔECMC-Wert ausgedrückt. Um einen Mittelwert des K/S- und ΔECMC-Werts zu erhalten, wurden vier verschiedene Messwerte des Reflexionsgrads an verschiedenen Positionen jeder Probe verwendet. Diese Messungen wurden mit drei Wiederholungen jeder Probe durchgeführt. Die Proben wurden vor der Messung konditioniert. Um eine genaue Farbmessung zu erhalten, wurde der Stoff gefaltet, sodass eine doppelte Schicht gemessen wurde. Um die Leistung der hydrophoben Ausrüstung zu beurteilen, wurde die Hydrophobie der Proben im Hinblick auf den Wasserkontaktwinkel mit einem optischen Tensiometer von Biolin Scientific (Attension Theta) gemessen. Der Wasserkontaktwinkel (\({\theta }_{{\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}}\)) wurde gemessen, indem der durchschnittliche Kontaktwinkel nach 2 s ermittelt wurde, sobald der Wassertropfen (Tropfen) Größe 5 μL) wurde auf der Stoffoberfläche stabilisiert. An jeder Probe wurden drei unabhängige Messungen durchgeführt und der Mittelwert mit Variationskoeffizienten angegeben. Die Waschechtheit von Farbstoffen und Ausrüstungen wurde gemäß ISO 6330:2012 in einem Waschgerät, Typ A, gemessen. Die Proben wurden gemäß dem Programm 4 N (wie in der Norm beschrieben) mit einer maximalen Beladung von 2 kg bei gewaschen 40 ± 3 °C, für 30 Min. und mit 20 ± 1 g eines phosphatfreien Pulverwaschmittels ohne optische Aufheller und Enzyme. Um die Farbechtheit im Laufe der Zeit zu testen, wurde das Waschen mit weiteren drei Zyklen wiederholt, mit einem dazwischenliegenden Trocknungsschritt bei 70 °C für 25 Minuten und einer Konditionierung vor der weiteren Farbprüfung. Die Abriebechtheit von Farbstoffen und Ausrüstungen wurde mit einem Martindale SDL Atlas M235 bei einer Drehzahl von 47,5 Umdrehungen pro Minute gemäß ISO 12.947–1:1998, einer Gewichtsbelastung von 9 kPa und insgesamt 10.000 Durchgängen gemessen. Als Gegenreibetuch wurde ein handelsüblicher Wollstoff verwendet.

Es wurde eine statistische Analyse durchgeführt, um festzustellen, ob es signifikante Unterschiede in den gesammelten Daten gibt, indem diese in das Statistiktool Minitab implementiert wurden. Um den signifikanten Unterschied zwischen Prozessen (konventionelles, zweistufiges und einstufiges HS) zu bestimmen, wurde ein einfaktorieller ANOVA-Test mit einem Konfidenzintervall von 95 % durchgeführt, wobei die Nullhypothese besagte, dass alle Mittelwerte gleich sind, und die Alternativhypothese besagte, dass bei Mindestens ein Mittelwert ist unterschiedlich. Um den signifikanten Unterschied zwischen den Messungen vor und nach dem Waschtest zu testen, wurde ein gepaarter t-Test mit einem Konfidenzintervall von 95 % durchgeführt, wobei die Nullhypothese besagte, dass der Mittelwert der Differenzen (μd) gleich 0 ist, und die Alternativhypothese besagte, dass die Mittelwert der Differenzen ist ungleich 0.

Die Ergebnisse dieser Studie werden in zwei Teilen präsentiert; Teil 1 präsentiert die Ergebnisse im Zusammenhang mit der Färbeleistung der resultierenden Wollstoffe, die mit der zweistufigen oder einstufigen HS-Methode hergestellt wurden, im Vergleich zur herkömmlichen Ausziehfärbemethode. Teil 2 präsentiert die Ergebnisse im Zusammenhang mit der Veredelungsleistung der resultierenden Wollstoffe, die mit HS-Methoden (zweistufig oder einstufig) hergestellt wurden, im Vergleich zur herkömmlichen Pad-Dry-Cure-Methode.

Eine Vergleichsstudie zur Beurteilung der Färbeleistung der zweistufigen und einstufigen HS-Methode im Vergleich zur herkömmlichen Ausziehfärbemethode wurde anhand von Farbstärkemessungen (K/S), Farbdifferenzmessungen (ΔECMC) und Echtheitsmessungen durchgeführt Waschen und Abrieb basierend auf Farbmessungen der Farbstoffe von Wollstoffen.

Alle mit Säure- und Reaktivfarbstoffen gefärbten Wollstoffe wurden durch Farbstärkemessungen bewertet, um den Unterschied zwischen der konventionellen und der HS-Färbemethode zu ermitteln. Grundsätzlich gibt der Farbstärkewert Auskunft über die Farbtiefe auf der gefärbten Stoffoberfläche22. Die in Abb. 2b und c dargestellten Ergebnisse zeigen die Diagramme der K/S-Werte der gefärbten Wollstoffproben, die mit Säurefarbstoff und Reaktivfarbstoff hergestellt wurden. Die Ergebnisse von sowohl säure- als auch reaktivgefärbten Proben zeigten, dass je nach Färbemethode ein signifikanter Unterschied in der Farbstärke besteht, der auch mit bloßem Auge sichtbar ist (Abb. 2a). Konventionell gefärbte Proben zeigten höhere Farbstärkewerte als HS-gefärbte Proben. Dies kann auf die mögliche Diffusionsbeschränkung von Farbstoffen bei der HS-Färbemethode im Vergleich zur herkömmlichen Färbemethode zurückzuführen sein, die eine gleichmäßige Verteilung der Farbstoffe in den Poren des Wollstoffs einschränkte23.

(a) Digitale Fotos der Proben; (b) Farbstärkemessungen (K/S) von säuregefärbtem Wollstoff; (c) Farbstärkemessungen (K/S) von reaktiv gefärbtem Wollstoff (= konventionell; = zweistufige HS-Methode; = einstufige HS-Methode).

Eine höhere Diffusion bei herkömmlichen Methoden kann aufgrund der Verwendung von Elektrolyten bei der herkömmlichen Methode (die bei der HS-Methode nicht verwendet wurden) auftreten, die die Löslichkeit und Adsorption von Farbstoffen in den Fasern beeinflusst24. Die Wollfaser quillt in Flüssigkeit und die sauren Bedingungen laden die Aminosäuren an der Oberfläche auf, sodass der Farbstoff in die Faser eindringen und starke Bindungen mit den Fasern eingehen kann25. Da es sich bei der Farbstofffixierung bei der HS-Methode um einen eher trockenen Prozess handelt, bei dem der Stoff nur trockener Hitze ausgesetzt ist, während er durch die Sprühflüssigkeit feucht ist, quillt die Wollfaser weniger auf und beeinträchtigt den Farbstofffixierungsprozess. Die Stoffoberfläche speichert während der Fixierung weniger Feuchtigkeit (die Eigenschaft von Wolle) und die Farbstoffe wandern in eine feuchtere Umgebung mit niedrigerem pH-Wert. Der Anteil an nicht fixierten Farbstoffen ist nicht höher, die Fixierung scheint also tiefer im Stoff zu erfolgen. Dennoch zeigte der K/S-Wert der mit neuen HS-Methoden gefärbten Proben eine signifikante Farbstärke von bis zu 14,0, was für kommerzielle Anwendungen geeignet ist.

Ein genauer Blick auf die Ergebnisse zeigt, dass zwischen den einstufigen und zweistufigen HS-gefärbten Proben ein deutlicher Unterschied in der Farbstärke besteht. Einstufig mit HS gefärbte Proben zeigten eine bessere Farbstärke als zweistufig sprühgefärbte Proben. Die schlechte Farbstärke bei der zweistufigen HS-Färbemethode kann auf eine Einmischung in die Farbe während des Endbearbeitungsschritts zurückzuführen sein. Obwohl die Färbemethode in beiden Fällen die gleiche war, wurden bei der einstufigen Methode Farbstoffe und Ausrüstungen gemischt und gemeinsam auf den Wollstoff gesprüht, während bei der zweistufigen Methode Farbstoffe und Ausrüstungen getrennt über die Proben gesprüht wurden, um sie zu formen eine schichtweise Anordnung von Farbstoffen und Oberflächen. Es wurde festgestellt, dass das Ausmaß des Unterschieds in der Farbstärke zwischen den einstufig und zweistufig gefärbten Proben von der Art der verwendeten Ausrüstung und dem Gewicht des Stoffes beeinflusst wird (siehe Abb. 2). Es wurde festgestellt, dass Finish 2 (Ruco-Dry DHE) zu größeren Farbunterschieden führte als Finish 1 (Ruco-Dry ECO DCF). Leichterer Wollstoff (W2/264 g/m²) lieferte in HS-gefärbten Proben eine bessere Farbstärke im Vergleich zu schwererem Wollstoff (W1/469 g/m²).

Um die Färbeleistung der konventionellen und der HS-Methode besser zu verstehen, wurde der Farbunterschied sowohl der säure- als auch der reaktiv gefärbten Wollstoffproben bewertet. Zunächst wurde die vergleichende Farbdifferenzanalyse der HS-gefärbten Proben (einstufig) im Vergleich zu den mit konventionellen Methoden hergestellten Proben durchgeführt (siehe Abb. 3a). Anschließend wurde auch der Farbunterschied zwischen einstufigen und zweistufigen HS-gefärbten Proben untersucht (Abb. 3b). Die Ergebnisse des Farbunterschieds zwischen HS-gefärbten und konventionell ausziehgefärbten Wollstoffproben zeigen einen signifikanten Farbunterschied, der mit bloßem Auge erkannt werden kann, da alle Proben einen ΔECMC-Wert von über 1,0 aufwiesen. Dies zeigt den möglichen Farbunterschied der Proben aufgrund der Färbebedingungen in unterschiedlichen Kombinationen aus HS-Methode (einstufig oder zweistufig), Wollstoff (W1 oder W2) und Ausrüstungsmittel (F1 und F2) an, die angewendet werden können zur Optimierung vor Massenprozessen im industriellen Maßstab. Dennoch war der Farbunterschied für W1-Gewebe (469 GSM) mit 6,6 für Säurefarbstoffe und 6,7 für Reaktivfarbstoffe am stärksten. Für W2-Gewebe (264 GSM) betragen die Farbunterschiede 4,5 für Säurefarbstoffe und 4,1 für Reaktivfarbstoffe. Dies unterstreicht die Eigenschaften zweier unterschiedlicher Textilprozesse zur Erzielung unterschiedlicher Produktleistungen. Ein genauer Blick auf die Ergebnisse zeigt, dass Säurefarbstoffe einen größeren Farbunterschied ausmachen als Reaktivfarbstoffe. Reaktivfarbstoffe eignen sich besser für einen kontinuierlichen Färbeprozess, da der Färbemechanismus weniger vom Quellen der Wollfaser bei hohen Temperaturen und der Anwesenheit von Wasser abhängt26,27. Andererseits ist der Farbunterschied bei einer einstufigen HS-Methode geringer als bei einer zweistufigen Methode (siehe Abb. 3a). Eine weitere Analyse der Farbdifferenzmessung zwischen den in zwei Schritten und in einem Schritt gefärbten Proben (siehe Abb. 3b) zeigt, dass W1-Stoff, der entweder mit Säurefarbstoffen oder Reaktivfarbstoffen gefärbt und mit F1 veredelt wurde, ΔECMC-Werte aufweist, die hoch genug sind mit dem bloßen menschlichen Auge erkannt werden28. Im Gegensatz dazu zeigte der Farbunterschied von W2-Gewebe, das mit Säurefarbstoffen gefärbt und mit F1 veredelt wurde, einen ΔECMC-Wert von weniger als 1, was auf das Vorhandensein eines Farbunterschieds hinweist, der über die Nachweisgrenze des menschlichen Auges hinausgeht.

Farbunterschied (ΔECMC) zwischen (a) HS-gefärbten (zweistufigen) und konventionell ausziehgefärbten Proben; (b) Ein- und zweistufige HS-gefärbte Proben (schattiertes Quadrat = Farbdifferenzpunkte).

Die Farbechtheit ist eine wesentliche Analyse zur Bestimmung der Färbeleistung. Die resultierenden Wollstoffproben, die entweder mit der konventionellen oder der HS-Färbemethode hergestellt wurden, wurden einer Waschechtheitsanalyse unterzogen. Die Färbeleistung im Verhältnis zur Waschechtheit wurde anhand von Farbstärkemessungen bewertet, die in Abb. 4 dargestellt sind. Die Ergebnisse zeigen, dass die K/S-Werte der meisten Proben nach dem Waschen unabhängig von der verwendeten Methode gesunken sind. Der Rückgang des K/S-Werts nach dem Waschen kann durch den Verlust lose fixierter Farbstoffe aus dem Stoff während des Waschens erklärt werden29,30. Einige Proben zeigten einen überraschenden Anstieg der Farbstärke nach vier Waschzyklen im Vergleich zu einem Zyklus, was auf das Erreichen der Gleichmäßigkeit der Farbstoffe auf der Stoffoberfläche zurückzuführen sein kann, nachdem mögliche Farbstoffflecken entfernt wurden. Diese neuartige Studie hat durch ihre Ergebnisse mehrere neue Diskussionen eröffnet, zu denen auch die Untersuchung des gemeldeten Phänomens der Farbstärke im Zusammenhang mit dem Waschen gehört. Obwohl dies den Rahmen dieser Arbeit sprengt, kann es durchaus untersucht werden, um die HS-Technologie zum Färben und Veredeln besser zu verstehen.

Waschechtheit basierend auf der Messung der Farbstärke (K/S); (a) Säuregefärbter Wollstoff; (b) Reaktiv gefärbter Wollstoff ( = Standard K/S (links); = K/S nach 1 Wäsche (Mitte); = K/S nach 4 Wäschen (rechts)).

Die Farbechtheit des resultierenden Wollstoffs beim Waschen wurde anhand des Farbunterschieds der Proben vor und nach dem Waschen weiter bewertet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 dargestellt und zeigen, dass die mit Säurefarbstoffen gefärbten Proben nach dem Waschen einen signifikanten Farbunterschied aufweisen (beobachtet sowohl bei konventionellen als auch bei HS-Methoden). Das Ergebnis zeigt, dass W2-Stoff seine Farbe nach dem Waschen besser behält als W1-Stoff, da die ΔECMC-Werte einen geringeren signifikanten Unterschied aufweisen. Ein Vergleich zwischen Säure- und Reaktivfarbstoffen zeigt, dass Reaktivfarbstoffe eine bessere Waschechtheit aufweisen als Säurefarbstoffe, da die meisten ΔECMC-Werte nahe oder < 1 bleiben, was für beide Arten von mit Reaktivfarbstoffen gefärbten Stoffen zu finden ist. Im Allgemeinen nahm der Farbunterschied mit der Anzahl der Wäschen für Proben zu, die mit allen drei Methoden (einstufige HS-Methode, zweistufige HS-Methode und konventionelle Methode) hergestellt wurden. Eine genaue Betrachtung der Ergebnisse zeigt einen vergleichsweise größeren Farbunterschied bei den HS-gefärbten Proben als bei den herkömmlich gefärbten Proben. Die ΔECMC in HS1-W1@AF1 betrug nach einer Wäsche 3,73 und stieg nach vier Wäschen auf 5,34, wohingegen C-W1@AF2 eine anfängliche ΔECMC von 0,71 nach einer Wäsche aufweist, die nach vier Wäschen auf 1,50 anstieg. Dies kann auf die sukzessive Auswirkung der Waschzyklen auf die Wechselwirkung der lose gebundenen/gebundenen Farbstoffe mit der Stoffoberfläche zurückzuführen sein, die zur Extraktion von Farbstoffen aus dem Stoff führt31. Dennoch ist die Farbstärke trotz des Farbstoffverlustes hoch genug, um die durch die K/S-Analyse bestätigten Eigenschaften des gefärbten Stoffes als farbiges Material beizubehalten.

Die Farbechtheit ausgewählter gefärbter Wollstoffe in Bezug auf Abrieb wurde anhand der Farbstärke K/S (vor und nach dem Abrieb) gemäß der zuvor beschriebenen Methode (Abschnitt Materialcharakterisierung) untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass Proben, die mit einem hydraulischen Sprühzerstäubungssystem hergestellt wurden, nach dem Abriebtest keinen signifikanten Unterschied in der Farbstärke aufwiesen, unabhängig vom einstufigen und zweistufigen Verfahren sowie den verwendeten Farbstoffen. Dieses Phänomen ist besonders wichtig, da es sich beim hydraulischen Sprühzerstäubungssystem um einen kontinuierlichen Färbeprozess handelt, der im Vergleich zur herkömmlichen Methode mehrere Nachbehandlungsprozesse ausschließt. Als weitere Studie kann eine detaillierte Studie durchgeführt werden, um den Mechanismus der überlegenen Farbechtheit ausgewählter gefärbter Wollstoffe in Bezug auf Abrieb zu verstehen.

Um die Wirkung der einzelnen Vorbereitungsmethoden und die Leistung der hydrophoben Ausrüstungen zu verstehen, wurden alle fertigen Proben durch Messung des Wasserkontaktwinkels und ihrer Echtheit gegenüber Waschen und Abrieb vergleichend untersucht. An den Daten wurde eine einfaktorielle ANOVA-Analyse durchgeführt, um den signifikanten Unterschied zwischen den Proben zu bestimmen.

Um die Hydrophobie der Proben zu beurteilen, wurden Kontaktwinkelmessungen durchgeführt, wie weiter oben im Abschnitt „Materialcharakterisierungen“ beschrieben. Abbildung 5 zeigt den \({\theta }_{{\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}}\) des Wollstoffs, der entweder mit Ruco-Dry ECO DCF (F1) oder Ruco-Dry hergestellt wurde DHE (F2) endet. Die Ergebnisse zeigen einen signifikanten Unterschied in \({\theta }_{{\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}}\) des fertigen Wollstoffs abhängig von der verwendeten Vorbereitungsmethode. Im Allgemeinen zeigten alle mit einer der beiden Ausrüstungen ausgerüsteten Proben einen höheren Wasserkontaktwinkel auf dem Stoff, wenn dieser mit der HS-Methode hergestellt wurde, im Vergleich zu Proben, die mit der herkömmlichen Foulard-Methode hergestellt wurden. Dies lässt sich mit der hydrophoben Natur der Wolle erklären, die Flüssigkeit daran hindert, in den Kern der Faser oder des Stoffes einzudringen26,32. Da die Ausrüstungsflüssigkeit höchstwahrscheinlich nicht vollständig in den Stoff eindringt, reagieren die wasserabweisenden Chemikalien hauptsächlich mit den Fasern auf der Stoffoberfläche, was zu höheren Kontaktwinkeln bei den HS-behandelten Proben im Vergleich zu den herkömmlichen gepolsterten Proben führt.

Analyse des Wasserkontaktwinkels von hydrophob ausgerüsteten Wollstoffen; (a) Ruco-Dry ECO DCF (F1); (b) Ruco-Dry DHE (F2) und (c) digitales Bild der Hydrophobie von Wollstoff.

Was Ruco-Dry ECO DCF (F1) betrifft, Proben, die mit der herkömmlichen Polstermethode für W1-Gewebe hergestellt wurden, ein \({\theta }_{{\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}}\) Es wurde eine Temperatur von 125° aufgezeichnet, die bei Herstellung mit einer zweistufigen HS-Methode um 9° und bei Herstellung mit einer einstufigen HS-Methode um 14° erhöht werden kann. Dies weist auf eine bessere Endbearbeitungsleistung der HS-Methode gegenüber der herkömmlichen Polstermethode hin, wenn ein Oberflächeneffekt, in diesem Fall eine wasserabweisende Wirkung, gewünscht wird. Der Vergleich der einstufigen und zweistufigen HS-Methode zeigt, dass die einstufige HS-Methode effizienter ist als die zweistufige Methode. Die hohe Ausrüstungsleistung hängt mit der gleichmäßigen und gleichmäßigen Verteilung der Ausrüstung auf der Oberfläche des Wollgewebes zusammen. Andererseits zeigt ein Vergleich zwischen W1-Gewebe und W2-Gewebe, dass es keinen signifikanten Unterschied in der Ausrüstungsleistung im Gegensatz zum Unterschied in der Färbeleistung gibt. Bei mit Ruco-Dry DHE (F2) vorbereiteten Proben zeigen mit der HS-Methode hergestellte Proben eine bessere Endbearbeitungsleistung als konventionell gepolsterte Proben. Es wurde jedoch kein signifikanter Unterschied zwischen der einstufigen und der zweistufigen HS-Methode festgestellt. Im Allgemeinen wurde festgestellt, dass die Endbearbeitungsleistung der mit Ruco-Dry DHE hergestellten Proben höher ist als die von Ruco-Dry ECO DCF. Mit Ruco-Dry DHE behandelte Proben erreichen superhydrophobe Eigenschaften mit Kontaktwinkeln zwischen 140 und 150° für einstufige HS-Proben33,34. Bemerkenswert ist auch, dass es keinen signifikanten Unterschied in den durchschnittlichen Kontaktwinkeln zwischen den beiden verschiedenen Stoffen W1 und W2 gibt.

Die Echtheitseigenschaften der aufgetragenen Ausrüstungen auf den beiden Wollstoffen wurden in Bezug auf das Waschen untersucht, wie in Tabelle 3 dargestellt. Die Ergebnisse zeigen, dass im Allgemeinen die Ausrüstungsleistung bei fast allen Proben nach dem Waschen abnimmt, was mit der Entfernung in Zusammenhang stehen kann von lose angebrachten oder verklebten Abschlüssen auf der Stoffoberfläche. Beim Vergleich herkömmlich gepolsterter, einstufiger und zweistufiger HS-behandelter Proben ist der Leistungsverlust bei Proben, die mit der einstufigen HS-Methode, gefolgt von der zweistufigen HS-Methode und schließlich der herkömmlichen Polstermethode hergestellt wurden, stärker ausgeprägt. Die Unterschiede in \({\theta }_{{\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}}\) für die mit HS-Methoden hergestellten Proben können mit der Tatsache zusammenhängen, dass die hydrophoben Mittel scheinbar wirken schwächere Bindungen im Direktspritzverfahren. Da sich wahrscheinlich mehr negativ als positiv geladene Aminosäuren auf der Oberfläche befinden, bilden die wasserabweisenden Wirkstoffe schwächere Bindungen mit der Faseroberfläche. Beim Waschen werden diese Bindungen leicht aufgebrochen, wodurch der Stoff einen Teil seiner Hydrophobie verliert35. Außerdem gibt es für alle Proben nach dem Waschen keinen signifikanten Unterschied in den durchschnittlichen Kontaktwinkeln, die Proben aller drei Prozesse zeigen ähnliche Kontaktwinkel. Für W1-Gewebe, die mit Ruco-Dry Eco DCF ausgerüstet sind, betragen diese Kontaktwinkel 129° bei der herkömmlichen Methode und 132° bzw. 130° bei der zweistufigen bzw. einstufigen HS-Methode. Ähnliches gilt für W2-Stoffe mit der gleichen Ausrüstung, bei denen die Kontaktwinkel jeweils von 131° (herkömmliche Polsterung) bis 133° (zweistufiges HS) und 132° (einstufiges HS) variieren. Nach einem Waschgang wurden die Proben im Wäschetrockner getrocknet, um die volle Wirkung der wasserabweisenden Ausrüstung wiederherzustellen. Die Neuausrichtung des hydrophoben Mittels auf der Faseroberfläche kann dazu führen, dass der Kontaktwinkel nach dem Waschen zunimmt, wie dies bei herkömmlichen Proben der Fall ist. Im Allgemeinen schnitt Ruco-Dry DHE im Waschtest schlechter ab als Ruco-Dry Eco DCF, wohingegen die anfänglichen Kontaktwinkel von DHE höher waren als die von DCF, wie in Tabelle 3 dargestellt.

Um die Unterschiede zwischen den mit allen drei Methoden hergestellten Proben besser zu verstehen, wurden die Ergebnisse mithilfe eines gepaarten t-Tests analysiert. In Tabelle S1 der Zusatzinformationen werden die P-Werte des durchgeführten gepaarten t-Tests erörtert. Liegt der P-Wert unter 0,05, sollte die Nullhypothese, d. h. der Mittelwert der Differenzen ist 0, verworfen werden. Dies bedeutet, dass die Mittelwertunterschiede vor und nach dem Waschen deutlich unterschiedlich sind, wenn der P-Wert unter 0,05 liegt. Einige wenige Proben zeigen einen unbedeutenden Unterschied im Kontaktwinkel vor und nach dem Waschen, obwohl eine Konsistenz der Werte fehlt. Im Allgemeinen weisen die konventionell gefärbten und veredelten Proben eine geringere Signifikanz der Unterschiede auf.

Ein weiterer Faktor, der die Leistung von Oberflächen beeinträchtigen kann, ist der Abrieb. Daher wurde auch die Abriebfestigkeit hydrophober Ausrüstungen auf Wolle anhand der Messung des Wasserkontaktwinkels untersucht. Ähnlich wie die Waschechtheit wurde auch die Leistung hydrophober Ausrüstungen durch Abrieb beeinträchtigt. Im Allgemeinen ist der Leistungsverlust bei Proben stärker ausgeprägt, die mit einstufigem HS, gefolgt von zweistufigem HS und schließlich mit herkömmlichem Polstern hergestellt wurden, wie in Tabelle 4 dargestellt. Wie bereits erwähnt, verursacht das direkte Sprühen bei der HS-Methode die Hydrophobie Aufgrund des Mangels an positiv geladenen Aminosäuren auf der Faseroberfläche bilden diese weniger starke Bindungen und können daher leichter abgerieben werden.

Um festzustellen, ob die Differenz zwischen den Mittelwerten vor und nach dem Abrieb signifikant unterschiedlich ist, wurde ein gepaarter T-Test durchgeführt. Tabelle 4 zeigt die aus dem Experiment ermittelten t- und P-Werte sowie die mittleren Wasserkontaktwinkel vor und nach dem Abrieb. Liegt der P-Wert unter 0,05, sollte die Nullhypothese, d. h. der Mittelwert der Differenzen ist 0, verworfen werden. In den meisten Fällen bedeutet dies, dass sich die Kontaktwinkel der konventionell gefärbten und veredelten Proben vor oder nach dem Abrieb nicht wesentlich unterscheiden. Alle mit den HS-Methoden gefärbten und ausgerüsteten Wollstoffproben, mit Ausnahme von HS2-W1@F1, C-W1@F2, HS2-W2@F1 und C-W2@F2, zeigen jedoch, dass es keinen signifikanten Unterschied im Kontakt gibt Winkelmessungen vor und nach dem Abrieb, da die P-Werte unter 0,05 liegen.

Der nachhaltige Aspekt des HS-Zerstäubungsprozesses wurde im Hinblick auf den Einsatz von Wasser, Energie und Chemikalien untersucht. Vorgeschlagene HS-Methoden sind kontinuierliche Färbe- und Veredelungsprozesse; Daher war die Bearbeitungszeit nicht Gegenstand der Studie. Dennoch unterliegt die Geschwindigkeit des Prozesses bei Massenproduktionen einer Echtzeitoptimierung. Tabelle 5 zeigt einen Überblick über den Ressourcenverbrauch bei verschiedenen HS-Methoden im Vergleich zu herkömmlichen Methoden. Die Ergebnisse zeigen, dass die HS-Methode vielversprechende ressourceneffiziente Eigenschaften mit einer Einsparung von bis zu 88 % Wasser und 100 % Chemikalien aufweist, je nach Stoff und Prozess, den sie ersetzen. Allerdings wird in diesem Verfahren über 200 % mehr Farbstoff verwendet, da das HS-Färbebad viel konzentrierter ist, was vor großtechnischen industriellen Anwendungen optimiert werden muss. Zusammen mit den Aufzeichnungen von Imago ist ersichtlich, dass die neue HS-Methode den Verbrauch von Energie und Wasser reduziert und weniger Abfall produziert, was mit dem nachhaltigen Trifecta – Netto-Null-Energie, Wasser und Abfall – identisch ist. Berechnungen im großen Maßstab hängen stark von vielen Variablen ab, aber es kann zumindest ein Vergleich der Methoden im Labormaßstab durchgeführt werden, der möglicherweise Vorhersagen für die industrielle Produktion ermöglicht. Der Inhalt dieser Bäder kann auf den Inhalt pro Gramm Stoff umgerechnet werden. Beim Vergleich der Ergebnisse zwischen der einstufigen und der zweistufigen HS-Methode zeigt sich, dass die einstufige Methode 50 % weniger Wasser verbraucht, da zwei Bäder in einem kombiniert werden. Aufgrund der Verschiebung des Aufnahmeprozentsatzes von 60 auf 80 % der wasserabweisenden Chemikalien wurden 25 % weniger dieser Chemikalien dem einstufigen Bad zugesetzt. Aufgrund des höheren Anteils des alkalischeren Netzmittels im Bad musste zur Einstellung des pH-Wertes mehr Essigsäure zugesetzt werden.

Das Reaktivfärbebad ist weniger sauer und benötigt daher weniger saure Säure, um den pH-Wert auszugleichen. Die Reduzierung des Energieverbrauchs ergibt sich aus dem Farbstofffixierungsprozess. Bei einem Ausziehfärbeprozess muss die Badflüssigkeit während des gesamten Prozesses eine bestimmte Temperatur beibehalten, was energieaufwendig ist. Die unterschiedliche Methode zur Farbstofffixierung in einem Autoklaven im Gegensatz zu einem beheizten und bewegten Bad führt zu einer Reduzierung des Energieverbrauchs. Auch fällt beim HS-Verfahren weniger Abwasser an als bei einem herkömmlichen Verfahren. Die Färbe- oder Ausrüstungsflüssigkeit wird fast vollständig verwendet, wodurch das Abwasser aus dem Färbe- und Ausrüstungsprozess reduziert wird.

Zusammenfassend stellt diese Arbeit eine neue Methode zum Färben und Veredeln von Wollstoffen mithilfe des hydraulischen Sprühzerstäubungsverfahrens vor. Die neue Methode erwies sich beim Färben von Wollstoffen mit Reaktiv- und Säurefarbstoffen unter Umgebungsbedingungen als erfolgreich. Auch die Ausrüstung von gefärbtem Wollstoff mit Hydrophobierungsmittel gelang mit hervorragender Leistung. Die Leistung des Färbens und Veredelns, beobachtet durch Farbstärke (K/S), Farbunterschied (ΔECMC), Farbechtheitsanalyse und (\({\theta }_{{\mathrm{H}}_{2}\mathrm{ Die O}}\))-Analyse ergab die Machbarkeit der neuen Methoden, wie unten zusammengefasst;

Der resultierende Wollstoff zeigte eine signifikante Farbstärke von bis zu 14, was die Möglichkeit bietet, unterschiedliche Farbtiefen von mittleren bis dunklen Farbtönen zu färben. Beim Vergleich zwischen einstufigen und zweistufigen HS-Methoden scheint es, dass die einstufige HS-Methode zu einer höheren Farbstärke und geringeren Farbunterschieden führt und gleichzeitig die schnellste und umweltfreundlichste Methode zum Färben von Wolle bietet.

Die hydrophobe Ausrüstung des Wollstoffs mit der HS-Methode bot eine bessere Leistung als die herkömmliche Polstermethode. Während die HS-Methode \({\theta }_{{\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}}\) bis zu 145° erreicht, was nahe an der Superhydrophobie liegt, ist die höchste \({ \theta }_{{\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}}\) durch die Auffüllmethode betrug 135°.

Die HS-Methode ist in der Tat eine wasser-, energie- und chemikalieneffiziente Methode, mit einer Reduzierung des Wasserverbrauchs um 88 % im Vergleich zur herkömmlichen Färbe- und Veredlungsmethode. Aufgrund der Genauigkeit der HS-Maschine wurden während des Färbeprozesses weniger Hilfsmittel verwendet. Die HS-Methode wirkt sich positiv auf das Dreifache der nachhaltigen Entwicklung aus, indem sie die ökologischen, sozialen und wirtschaftlichen Aspekte verbessert.

Die in dieser Studie berichteten Ergebnisse sind von großer Bedeutung, da sie den HS-Zerstäubungsprozess als neuartigen ressourceneffizienten Textilprozess hin zu einer skalierbaren Technik etabliert haben. Die Ergebnisse, die auf dem Prozess im Labormaßstab basieren, sagen vielversprechende Bedingungen für einen industriellen Prozess im echten Maßstab voraus, bei dem eine entscheidende Reduzierung des Wasser- und Chemikalienverbrauchs und damit weniger verschmutztes Abwasser zu den Hauptvorteilen zählen. Die Gesamtergebnisse unterstreichen auch, dass die Vorteile für die Umwelt gegen die Leistung der gefärbten und veredelten Stoffe mit solchen neuartigen Verfahren abgewogen werden müssen.

Alle während dieser Studie generierten oder analysierten Daten sind in diesem veröffentlichten Artikel [und seinen ergänzenden Informationsdateien] enthalten.

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Die Autoren möchten diese Gelegenheit nutzen, um der Universität Borås (Schweden) für die finanzielle und logistische Unterstützung dieser Forschung zu danken.

Open-Access-Finanzierung durch die University of Boras.

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Roos Mulder, Mohammad Neaz Morshed, Sina Seipel, Ulrika Norén und Vincent Nierstrasz

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Ellinor Niit

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RM, SS, UN und EN haben die Studie entworfen und die experimentellen Arbeiten durchgeführt. MNM und VN stellten die Daten zusammen, analysierten und interpretierten sie. Alle Autoren waren an der Erstellung und Überarbeitung des Manskripts beteiligt.

Korrespondenz mit Mohammad Neaz Morshed oder Sina Seipel.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Mulder, R., Morshed, MN, Seipel, S. et al. Studie zum hydraulischen Sprühzerstäubungssystem als neue ressourceneffiziente Färbe- und Veredlungsmethode für Wollstoffe. Sci Rep 12, 21814 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-26172-4

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Eingegangen: 23. August 2022

Angenommen: 12. Dezember 2022

Veröffentlicht: 17. Dezember 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-26172-4

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