Farebná chémia polyesteru: Ako farbíme najobľúbenejšie vlákno na svete- Changxing Yongxin Textile & Dyeing Co., Ltd.

Prečo sa polyester tak ťažko farbí

Polyester, príp polyetyléntereftalát (PET) , je ťahúňom moderného textilného sveta. Je trvanlivé, odoláva vráskam a jeho výroba je relatívne lacná, čo z neho robí celosvetovo najpoužívanejšie vlákno. Má to však háčik: je známe, že je ťažké ho farbiť.

Výzva spočíva v základnej štruktúre polyesteru, ktorou je oboje hydrofóbne a vysoko kryštalický .

Hydrofóbna povaha polyesteru

Termín hydrofóbne doslovne znamená „bojajúci sa vody“. Na rozdiel od prírodných vlákien, ako je bavlna alebo vlna, ktoré majú chemické skupiny, ktoré priťahujú vo vode rozpustné farbivá, polyester nemá tieto priateľské stránky. Polymérne reťazce polyesteru sú nepolárne, čo znamená, že sa nemiešajú dobre s vodou, ktorá sa zvyčajne používa pri konvenčnom farbení. Táto odolnosť voči vode znamená, že väčšina štandardných farieb na vodnej báze jednoducho sedí na povrchu vlákna a ľahko sa zmýva.

Kryštalická výzva

Vnútorná štruktúra polyesteru je tiež husto zabalená a vysoko organizovaná alebo kryštalická. Predstavte si to ako husto tkaný košík. Priestory alebo "póry" medzi polymérnymi reťazcami sú veľmi malé. Aby molekula farbiva zafarbila vlákno natrvalo, musí preniknúť do týchto priestorov a zachytiť sa vo vnútri. Pevná kryštalická štruktúra robí túto penetráciu za normálnych podmienok extrémne obtiažnou.

Chemický roztok: Dispergované farbivá a extrémne podmienky

Na prekonanie jedinečnej odolnosti polyesteru musel textilný priemysel vyvinúť špecializovanú triedu farbív a vysokoenergetický proces farbenia. Primárnym riešením je použitie Disperzné farbivá .

Disperzné farbivá: The Perfect Match

Disperzné farbivá sú malé, neiónové (to znamená, že nemajú elektrický náboj) a sú len málo rozpustné vo vode. Ich malá veľkosť a nedostatok náboja umožňujú ich vnesenie do tesne zabalenej polyesterovej štruktúry.

Do farbiaceho kúpeľa sa pridávajú ako jemná suspenzia, čo je mimoriadne dobre dispergovaná zmes tuhých častíc farbiva vo vode. Proces farbenia sa spolieha na fyzikálny mechanizmus – nie chemickú väzbu – na zachytenie farbiva vo vlákne.

Vnútenie farby: Vysoká teplota a tlak

Najbežnejšia metóda pre farbivá na polyester je Vysoká teplota (HT) a vysoký tlak metóda. Tento proces je nevyhnutný na dočasné "otvorenie" tesnej polymérnej štruktúry.

Vysoká teplota: Farbiaci kúpeľ sa zahrieva na extrémne vysoké teploty, často okolo $130^\circ\text{C}$ ( $266^\circ\text{F}$ ). Toto teplo je kritické, pretože zvyšuje teplotu nad teplotu skleného prechodu polyesteru, čo umožňuje polymérnym reťazcom sa mierne pohybovať a póry dočasne expandovať.
Disperzia a difúzia: Drobné, neiónové molekuly disperzného farbiva potom difundujú z vody a sú vťahované do novootvorených priestorov vo vlákne.
Farebná fixácia: Ako sa vlákno ochladzuje, polymérová štruktúra sa sťahuje a uzamyká molekuly farbiva natrvalo na mieste, výsledkom čoho je farba s vynikajúcou stálofarebnosť (odolnosť voči vyblednutiu praním, trením a svetlom).

Nevyhnutná, ale problematická alternatíva: Chemické nosiče

V prípadoch, keď nie je k dispozícii vysokotlakové zariadenie, alebo na farbenie zmesí citlivých na teplotu (ako zmes polyesterovej vlny), možno použiť chemické „nosiče“. Tieto nosiče sú organické rozpúšťadlá, ktoré dočasne napúčajú polyesterové vlákno pri nižších teplotách (okolo bodu varu vody, $100^\circ\text{C}$ ). Zatiaľ čo sú účinné, mnohé tradičné nosiče sú hlavným zdrojom obáv z dôvodu ich prchavosti a environmentálnej toxicity, čo tlačí priemysel k uprednostňovaniu vysokoteplotnej/vysokotlakovej metódy alebo novších, ekologickejších alternatív.

Budúcnosť farbenia polyesteru: Smerom k zelenšej palete

Bežné vysokoteplotné a vysokotlakové metódy farbenia polyesteru sú energeticky náročné a produkujú značné množstvo odpadovej vody obsahujúcej zvyškové chemikálie a nefixované farbivá. To podnietilo cestu k ďalším udržateľné a kruhové technológie farbenia.

Superkritické $\text{CO}_2$ Farbenie: Bezvodý zázrak

Jednou z najsľubnejších inovácií je Superkritické Carbon Dioxide ( $\text{CO}_2$ ) Farbenie . V tomto procese $\text{CO}_2$ plyn je vystavený vysokému tlaku a teplote, kým neprejde do „superkritického“ stavu – fázy, v ktorej má vlastnosti kvapaliny aj plynu.

Bezvodý proces: Superkritické $\text{CO}_2$ pôsobí ako nosič rozpúšťadla a farbiva, čím úplne eliminuje potrebu vody. To dramaticky znižuje spotrebu čerstvej vody a, čo je rozhodujúce, eliminuje odpadovú vodu z farbiaceho kúpeľa.
Recyklácia čističa: Od r $\text{CO}_2$ jednoducho sa po uvoľnení tlaku vyparí späť na plyn, akékoľvek nepoužité farbivo zostane ako suchý prášok, ktorý sa dá zachytiť a znovu použiť. Samotné vlákno zostáva suché a bez zvyškov chemikálií.

SwitchDye a ďalšie inovácie

Výskumníci tiež skúmajú nové chemické postupy farbív a modifikácie vlákien. Jeden sľubný príklad, tzv SwitchDye , používa farbivo, ktoré možno vložiť do polyesterového vlákna pomocou vody sýtenej oxidom uhličitým a potom ho ľahko odstrániť, keď sa látka recykluje. Cieľom je vytvoriť farbivo, ktoré dokáže „prepnúť“ svoju afinitu k vláknu na základe jednoduchých, netoxických chemických spúšťačov. Takéto inovácie pripravujú pôdu pre udržateľnejšiu a cirkulárnejšiu textilnú ekonomiku, kde sa farby dajú ľahko odstrániť a polyesterové vlákno sa dá recyklovať bez kontaminácie.