Chimia colorată a poliesterului: cum vopsim cea mai populară fibră din lume- Changxing Yongxin Textile & Dyeing Co., Ltd.

De ce poliesterul este atât de greu de vopsit

Poliester, sau polietilen tereftalat (PET) , este un cal de bătaie al lumii textile moderne. Este durabil, rezistă la riduri și este relativ ieftin de produs, ceea ce o face cea mai folosită fibră la nivel global. Dar există o captură: este notoriu de greu de vopsit.

Provocarea constă în structura fundamentală a poliesterului, care este ambele hidrofob si foarte cristalin .

Natura hidrofobă a poliesterului

Termenul hidrofob înseamnă literal „temă de apă”. Spre deosebire de fibrele naturale precum bumbacul sau lâna, care au grupări chimice care atrag coloranții solubili în apă, poliesterul nu are aceste locuri prietenoase. Lanțurile polimerice ale poliesterului sunt nepolare, ceea ce înseamnă că nu se amestecă bine cu apa utilizată în mod obișnuit în vopsirea convențională. Această rezistență la apă înseamnă că majoritatea vopselelor standard pe bază de apă stau pur și simplu pe suprafața fibrei și se spală ușor.

Provocarea cristalină

Structura internă a poliesterului este, de asemenea, dens ambalată și foarte organizată, sau cristalină. Gândește-te la el ca la un coș țesut strâns. Spațiile, sau „porii”, dintre lanțurile polimerice sunt foarte mici. Pentru ca o moleculă de colorant să coloreze permanent fibra, aceasta trebuie să pătrundă în aceste spații și să rămână prinsă în interior. Structura cristalină strânsă face această pătrundere extrem de dificilă în condiții normale.

Soluția chimică: coloranți dispersați și condiții extreme

Pentru a depăși rezistența unică a poliesterului, industria textilă a trebuit să dezvolte o clasă specializată de coloranți și un proces de vopsire cu înaltă energie. Soluția principală este utilizarea Coloranți dispersați .

Coloranți dispersați: The Perfect Match

Coloranții dispersi sunt mici, neionici (însemnând că nu au încărcătură electrică) și doar ușor solubili în apă. Dimensiunea lor mică și lipsa de încărcare le permit să fie transportate în structura de poliester strâns ambalată.

Ele sunt adăugate în baia de colorant ca o suspensie fină, care este un amestec extrem de bine dispersat de particule solide de colorant în apă. Procesul de vopsire se bazează pe un mecanism fizic - nu pe o legătură chimică - pentru a prinde colorantul în fibră.

Forțarea culorii: căldură și presiune ridicată

Cea mai comună metodă pentru coloranti pentru poliester este Temperatură înaltă (HT) și presiune înaltă metoda. Acest proces este necesar pentru a „deschide” temporar structura polimerului strâns.

Temperatură ridicată: Baia de vopsea este încălzită la temperaturi extrem de ridicate, adesea în jur $130^\circ\text{C}$ ( $266^\circ\text{F}$ ). Această căldură este critică deoarece ridică temperatura dincolo de temperatura de tranziție sticloasă a poliesterului, permițând lanțurilor polimerice să se miște ușor și porilor să se extindă temporar.
Dispersie și difuzie: Moleculele mici de colorant dispersat neionic difuzează apoi din apă și sunt atrase în spațiile nou deschise din fibră.
Fixarea culorii: Pe măsură ce fibra se răcește, structura polimerului se contractă și blochează permanent moleculele de colorant, rezultând o culoare excelentă. rezistența culorii (rezistență la decolorare de la spălare, frecare și lumină).

O alternativă necesară, dar problematică: purtători chimici

În cazurile în care echipamentele de înaltă presiune nu sunt disponibile sau pentru vopsirea amestecurilor sensibile la temperatură (cum ar fi un amestec de poliester-lână), pot fi utilizați „purtători” chimici. Acești purtători sunt solvenți organici care acționează pentru a umfla temporar fibra de poliester la temperaturi mai scăzute (în jurul punctului de fierbere al apei, $100^\circ\text{C}$ ). Deși eficienți, mulți purtători tradiționali sunt o sursă majoră de îngrijorare din cauza volatilității și toxicității asupra mediului, împingând industria să favorizeze metoda de temperatură înaltă/presiune înaltă sau alternative mai noi, mai ecologice.

Viitorul vopsirii poliesterului: către o paletă mai ecologică

Metodele convenționale de înaltă căldură și de înaltă presiune pentru vopsirea poliesterului sunt consumatoare de energie și produc cantități semnificative de apă uzată care conțin substanțe chimice reziduale și coloranți nefixați. Acest lucru a alimentat un impuls pentru mai mult durabilă și circulară tehnologii de vopsire.

Supercritic $\text{CO}_2$ Vopsirea: Minunea fără apă

Una dintre cele mai promițătoare inovații este Supercritic Carbon Dioxide ( $\text{CO}_2$ ) Vopsirea . În acest proces, $\text{CO}_2$ gazul este pus sub presiune și temperatură ridicată până când intră într-o stare „supercritică” - o fază în care are proprietăți atât de lichid, cât și de gaz.

Proces fără apă: Supercritic $\text{CO}_2$ acționează ca solvent și purtător de colorant, eliminând complet nevoia de apă. Acest lucru reduce dramatic consumul de apă proaspătă și, în mod esențial, elimină apele uzate din baia de vopsea.
Reciclare mai curată: Din moment ce $\text{CO}_2$ pur și simplu se evaporă înapoi în gaz atunci când presiunea este eliberată, orice colorant nefolosit este lăsat în urmă ca o pulbere uscată care poate fi capturată și reutilizată. Fibra în sine este lăsată uscată și fără substanțe chimice reziduale.

SwitchDye și alte inovații

Cercetătorii explorează, de asemenea, noi chimie ale coloranților și modificări ale fibrelor. Un exemplu promițător, numit SwitchDye , folosește un colorant care poate fi introdus în fibra de poliester folosind apă carbogazoasă și apoi îndepărtat cu ușurință când materialul este reciclat. Ideea este de a crea un colorant care să-și poată „schimba” afinitatea pentru fibre pe baza unor declanșatori chimici simpli, netoxici. Astfel de inovații deschid calea către o economie textilă mai durabilă și circulară, în care culorile pot fi îndepărtate cu ușurință, iar fibra de poliester poate fi reciclată fără contaminare.