Zur Kenntniss des Färbevorganges. Von Georg Spohn. Zur Kenntniss des Färbevorganges. Der Process, der beim Färben von vegetabilischen und animalischen Fasern vor sich geht, konnte, so einfach auch seine praktische Ausführung sein mag, theoretisch bis jetzt noch nicht befriedigend erklärt werden. Es haben sich bekanntlich die Theoretiker betreffs dieser Frage in zwei Lager gespalten. Die einen halten den Process lediglich für einen mechanischen, d.h. sie sind der Meinung, der Farbstoff lagere sich auf oder in der Faser ab, ohne dass der Farbstoff oder die Faser irgend einer chemischen Veränderung unterworfen werde. Die anderen halten den Färbevorgang für einen chemischen Process, bei dem der Farbstoff und die Faser eine chemische Verbindung eingehen. In neuerer Zeit hat sich zu diesen beiden Theorien noch eine dritte gesellt: die sogen. Lösungstheorie von WittWitt, „Zur Theorie des Färbeprocesses“, Färber-Zeitung, 1890/91 Heft 1 S. 1, vgl. D. p. J. 1892 286109., nach welcher die Vorgänge beim Färben als Lösungserscheinungen aufzufassen sind. Die Witt'sche Theorie gibt meines Erachtens keine neue Erklärung des Färbevorganges, sondern steht voll und ganz auf dem Boden der sogen. mechanischen Theorie, worauf schon HwassHwass, „Das Beizen und Färben der Textilfaser“, Färber-Zeitung, 1890/91 Heft 14 S. 246. hingewiesen hat. Durch seine Betrachtung hat Witt, ohne dass es in seiner Absicht lag, wesentlich zur Festigung der mechanischen Theorie beigetragen, wie in einer späteren ausführlicheren Veröffentlichung über diesen Gegenstand gezeigt werden soll. Ich will nun versuchen, nachzuweisen, dass bei der Baumwolle in den von mir untersuchten Fällen von einer chemischen Färbung nicht die Rede sein kann, sondern dass diese Färbungen zweifellos auf mechanischen Vorgängen beruhen. Bevor ich jedoch die Ergebnisse meiner Untersuchungen mittheile, sei noch eine Frage erörtert, deren Klarstellung principielle Bedeutung für den Ausbau der Theorie des Färbens besitzt. In der einschlägigen Literatur begegnet man nämlich einer grossen Unsicherheit in Bezug auf die Angaben über die Lagerungsverhältnisse zwischen Farbstoff und Faser. Es heisst da oft, der Farbstoff sei „auf“ der Faser fixirt, „auf“ der Faser niedergeschlagen u. dgl., in Fällen, wo dies durchaus nicht der Fall ist, sondern wo der Farbstoff vielmehr die Substanz der Faser völlig durchdrungen und eine homogene Färbung erzeugt hat. Dasselbe gilt in noch höherem Grade von den Beizen. So heisst es beispielsweise bei Hummel-KnechtHummel-Knecht, Die Färberei und Bleicherei der Gespinnstfasern, 2 Aufl. Berlin 1891, S. 107.: „Das Beizen hat den Zweck, auf dem Textilstoffe möglichst fest und dauerhaft einen solchen Körper niederzuschlagen und zu fixiren, der fähig ist, sich mit dem nachher zu verwendenden Farbstoffe zu verbinden und denselben im unlöslichen Zustande auf der Faser niederzuschlagen.“ Es ist nun noch keine Beize bekannt geworden, deren Wirksamkeit sich lediglich auf die Oberfläche der Faser erstreckte. Die Substanz der Faser wird vielmehr völlig von der Beize durchsetzt, welche später den Farbstoff in der Faser niederschlägt bezieh. festhält. Die Ausdrücke „auf dem Textilstoff“, „auf der Faser“ in dem oben angeführten Citat sind demnach nicht zutreffend. Andererseits lassen sich – selbstredend ohne Anwendung einer Beize – Färbungen erzeugen, bei denen der Farbstoff in der That mechanisch an der Oberfläche der Faser haftet, wo also der Ausdruck „Fixirung auf der Faser“ völlige Berechtigung besitzt. Aus den angeführten Thatsachen ergibt sich die Notwendigkeit, dass auf die Correctheit der in Rede stehenden Angaben mehr Werth gelegt werden muss, als bisher geschehen ist. Die Frage selbst, ob ein Farbstoff bezieh. eine Beize auf oder in der Faser zur Ablagerung gelangt ist, lässt sich mit Sicherheit nur auf mikroskopischem Wege entscheiden. Eine rein mechanische Färbung findet zweifellos bei den mineralischen Farbstoffen statt, die durch Fällung auf der Baumwollfaser erzeugt werden, z.B. Bleichromat, Manganbister. Ich färbte zunächst Baumwolle mit Bleiehrornat. Bei Betrachtung unter dem Mikroskop sieht man ganz deutlich die Bleichromatkrystalle auf der Faser befestigt. Diese Befestigung ist rein mechanischer Natur, denn selbst bei Anwendung der stärksten Vergrösserungen erwiesen sich die der Faser anliegenden Krystallflächen völlig unverändert. Wäre bei der Befestigung ein chemischer Process im Spiel gewesen, so würden jene Krystallflächen ohne Zweifel Veränderungen erfahren haben, etwa nach Art des Abschmelzungsprocesses, wie er sich bei Lösungserscheinungen zeigt, oder in Bezug auf die Färbung. Von alledem war an den Farbstoffkrystallen nicht das mindeste zu bemerken. Ihre Grosse und Form blieb dieselbe, gleichgültig, ob sie mit der Faser in Contact traten oder nicht. An den Berührungsstellen zwischen Faser und Farbstoffkrystall waren die beiderseitigen Färbungen scharf, und zwar genau geradlinig, abgegrenzt: keinerlei Ineinanderfliessen der Färbung deutete auf chemische Vorgänge. Durch mechanischen Druck auf das Deckglas war ich im Stande, Farbstoffkrystalle ohne Verletzung von der Faser zu entfernen, die grösseren Krystalle zuerst, während die kleineren so fest an der Faser hafteten, dass sie auch durch eine Steigerung des Druckes bis zur Zertrümmerung des Deckglases nicht zu entfernen waren. Diese Beobachtung, die sich aus den Cohäsionserscheinungen leicht erklären lässt, ist ein weiterer Beleg dafür, dass es sich in fraglichem Falle nur um eine mechanische Verbindung zwischen Farbstoff und Faser handeln kann. Bei spärlicher Besetzung erscheint die Faser unter dem Mikroskop fast ungefärbt. Auch in solchen Fällen, d.h. auch wenn einzelne Strecken der Faser auf grössere Entfernungen hin – ich beobachtete deren oft genug von 60 μ, und darüber – ohne jede Farbstoffablagerung sind, erscheint die Faser makroskopisch dennoch intensiv gefärbt. Bei dichterer Besetzung der Faser mit Krystallen sehen bei oberflächlicher Betrachtung einzelne Stellen der Faser allerdings homogen gefärbt aus. Der mit mikroskopischen Arbeiten wenig Vertraute könnte in solchen Fällen allenfalls die Anschauung gewinnen, dass es sich hier um eine Von der bisher besprochenen völlig verschiedene Färbung handelt. Allein die scheinbar homogene Färbung rührt davon her, dass die Krystalle, die unterhalb der Faser liegen, durch dieselbe durchschimmern und so den gelben Schein der Faser hervorrufen. Man kann sich davon leicht dadurch überzeugen, dass man tiefer einstellt, wodurch dann die Farbstoffkrystalle sichtbar werden. Ebenso verhält es sich bei Färbungen mit Manganbister, wo ebenfalls die einzelnen Farbstoffkrystalle auf der Faser deutlich zu unterscheiden sind. Dafür, dass in den angeführten Beispielen eine chemische Färbung ausgeschlossen ist, spricht übrigens auch die Thatsache, dass Asbest, auf dieselbe Weise behandelt, ebenfalls gefärbt wird. In letzterem Falle kann allerdings von einer echten Färbung in technischem Sinne weniger gesprochen werden, als in den oben besprochenen Fällen. Während nämlich die Baumwollfaser noch genügend grosse ebene Flächen besitzt, an denen auch die grösseren Farbstoffkrystalle adhäriren können, ist dies bei Asbest nicht mehr der Fall. Hier zeigt das mikroskopische Bild, dass nur die kleinen Krystalle auf der Faser haften, während die grossen zwischen den Fasern lose eingestreut sind. Die bisher behandelten Färbungen gehören ohne Zweifel zu den typischen Fällen mechanischer Färbung, bei denen es a priori im höchsten Grade wahrscheinlich war, dass sie ohne chemische Vorgänge zwischen Faser und Farbstoff zu Stande kommen. Die einzelnen Partikelchen der färbenden Substanz waren der directen Beobachtung zugänglich, aus ihrem Verhalten liess sich die Natur des Färbevorganges direct erkennen. Wie nun aber, wenn dies nicht mehr der Fall ist, wenn unsere optischen Hilfsmittel nicht einmal mehr ausreichen, die Wege, welche für die Einwanderung der Farbstoffpartikelchen in die Faser nothwendig vorhanden sein müssen, wahrzunehmen, geschweige denn die einzelnen Farbstoffpartikelchen selbst? Solche Fälle, in denen die Farbstoffpartikelchen so klein sind, dass sie sich der optischen Beobachtung völlig entziehen, d.h. nur in ihrer Gesammtheit wahrnehmbar sind, in denen sie in die Substanz der Fasern einzuwandern vermögen und dieselbe homogen färben, sind bisher für die chemische Theorie vorzugsweise als Argument benutzt worden, namentlich wenn mit solchen Färbungen zugleich Farbenänderungen verknüpft sind. Ohne mich auf Erörterungen der Gründe einzulassen, welche vom theoretischen Standpunkte aus für die eine oder andere Auffassung sprechen, sei im Folgenden wiederum ein typisches Beispiel für eine grosse Gruppe von Färbungen behandelt, in welchem der Farbstoff zweifellos rein mechanisch an die Faser gebunden ist, obwohl die Faser (noch dazu unter Farbenänderung) völlig homogen gefärbt wird. Bekanntlich besitzt gefälltes Alizarin eine gelbbraune Farbe und wird von ungeheizter Baumwolle überhaupt nicht aufgenommen. Je nach der Art der Beize kann man jedoch mit Alizarin sehr schöne und echte Farben auf der Baumwolle hervorrufen. Taucht man z.B. mit Thonerde gebeizte Baumwolle in ein Alizarinbad und erwärmt, so färbt sich die Baumwolle an, und zwar mit einer anderen Nuance, als wenn vorher mit Chromoxyd, Eisenoxyd u.s.w. gebeizt worden wäre. Hier sind nun drei Möglichkeiten gegeben. Erstens kann die von der Faser aufgenommene Beize lediglich als Träger für den Farbstoff dienen, der für sich allein nicht in die Faser einzuwandern vermag. In diesem Falle wäre nicht nur die Färbung, sondern der ganze Vorgang von Anfang bis zu Ende rein mechanischer Natur, gegen welche Auffassung schon der Umstand spricht, dass die Farbe der ausgefärbten Faser völlig verschieden ist von der Farbe des Alizarins. Die zweite Möglichkeit besteht darin, dass die Faser durch die Beize chemische Veränderungen erleidet, durch welche dann die Aufnahme des Farbstoffes ermöglicht wird. Diese Farbstoffaufnahme könnte auf zweierlei, wesentlich von einander verschiedene Weise zu Stande kommen: entweder geht die chemisch veränderte Faser mit dem Alizarin eine chemische Verbindung ein, die dann ihrerseits der Faser die Färbung verleiht und in welchem Falle der Vorgang ein rein chemischer sein würde, oder mit der chemischen Veränderung der Faser ändern sich zugleich auch die physikalischen Eigenschaften der Faser in der Art, dass sie fähig wird, das Alizarin aufzunehmen. Gegen die letztere Eventualität spricht wiederum die Verschiedenheit der Farbe des Alizarins und der ausgefärbten Faser, dagegen nicht gegen die erstere Eventualität. Die dritte Möglichkeit endlich besteht darin, dass die von der Faser aufgenommene Beize in keinerlei chemische Beziehung zur Faser tritt, auch nicht bloss dem Farbstoffe als Vehikel dient, sondern dass die Beize das Alizarin aufnimmt und mit demselben eine chemische Verbindung erzeugt, welche der Faser die bekannte Färbung gibt. In diesem Falle käme zwar der Farbstoff durch einen chemischen Vorgang, der sich nothgedrungen innerhalb der Substanz der Faser abspielen muss, zu Stande; die Fixirung des Farbstoffes in der Faser, also die eigentliche Färbung, wäre dagegen ein rein mechanischer Vorgang. Die zuletzt genannte Möglichkeit ist zutreffend. Wir sind bekanntlich in dem in Rede stehenden Falle im Stande, genau dieselbe Farbe ohne Anwesenheit der Baumwolle zu erzeugen, was nicht möglich sein würde, wenn die Substanz der Baumwolle an dem Zustandekommen der die Färbung erzeugenden Verbindung betheiligt wäre. Bekanntlich gibt reine Thonerde mit Alizarin allein dieselbe rothe Färbung wie die gebeizte Baumwolle mit Alizarin. Ebenso gelingt es, genau dieselbe rothe Färbung auf mit Thonerde imprägnirtem Asbest hervorzurufen, also mit einer Substanz, die auch nicht die mindeste chemische Aehnlichkeit mit Baumwolle besitzt. Aus den vorgeführten Thatsachen ergibt sich zur Evidenz, dass das Alizarin lediglich auf die in der Faser aufgespeicherte Beize wirkt, dass die Faser nur den Farbstoffträger bildet, mit welchem der durch die Einwirkung des Alizarins auf die Beize erzeugte farbige Niederschlag mechanisch verbunden ist. Es finden also zwar chemische Processe innerhalb der Faser statt, durch welche die färbende Verbindung entsteht, die Substanz der Faser ist jedoch an diesen chemischen Vorgängen nicht betheiligt: der eigentliche Färbevorgang, d.h. die Verbindung zwischen Farbstoff und Faser beruht einzig und allein auch hier auf mechanischen Ursachen. Diese mechanischen Kräfte können wohl nur Molekularkräfte sein, deren Wirksamkeit freilich, soweit sie die Färbeprocesse betrifft, noch wenig erforscht ist. Hätten wir an Stelle von Baumwolle irgend eine andere vegetabilische Spinnfaser für unsere Versuche gewühlt, so würden sich die Verhältnisse ungleich complicirter gestaltet haben. Wir wissen, dass Baumwolle nahezu reine Cellulose ist, ebenso wissen wir aber auch, dass alle anderen Spinnfasern in chemisch und physikalisch verschiedene Schalen differenzirt sind, die namentlich in der erstgenannten Richtung noch sehr wenig bekannt sind. In vielen Fällen pflegt die äusserste dieser Schalen sehr dünn zu sein, welcher Umstand sogar schon den für Baumwolle so einfachen Nachweis, ob es sich bei Anwendung von Bleichromat oder Manganbister um chemische oder mechanische Färbung handelt, ungleich schwieriger gemacht haben würde. Vorstehende Untersuchungen habe ich auf Anregung und unter Leitung meines hochverehrten Lehrers, Herrn Privatdocenten Dr. M. Fünfstück, ausgeführt und spreche ihm auch hier meinen wärmsten Dank aus. Auch danke ich Herrn Prof. Dr. Häussermann für die freundliche Unterstützung, die er mir durch Ueberlassung von Material u.s.w. zu Theil werden liess. Stuttgart, Technische Hochschule.