Красочная химия полиэстера: как мы красим самое популярное в мире волокно- Changxing Yongxin Textile & Dyeing Co., Ltd.

Почему полиэстер так трудно покрасить

Полиэстер или полиэтилентерефталат (ПЭТ) , является рабочей лошадкой современного текстильного мира. Оно прочное, не мнется и относительно недорогое в производстве, что делает его наиболее используемым волокном в мире. Но есть одна загвоздка: красить очень сложно.

Проблема заключается в фундаментальной структуре полиэстера, которая одновременно гидрофобный и весьма кристаллический .

Гидрофобная природа полиэстера

Срок гидрофобный буквально означает «боящийся воды». В отличие от натуральных волокон, таких как хлопок или шерсть, которые содержат химические группы, притягивающие водорастворимые красители, у полиэстера нет этих дружественных участков. Полимерные цепи полиэстера неполярны, то есть плохо смешиваются с водой, обычно используемой при обычном окрашивании. Эта устойчивость к воде означает, что большинство стандартных красителей на водной основе просто остаются на поверхности волокна и легко смываются.

Кристаллический вызов

Внутренняя структура полиэстера также плотно упакована и высокоорганизована, или кристаллична. Думайте об этом как о плотно сплетенной корзине. Пространства или «поры» между полимерными цепями очень малы. Чтобы молекула красителя навсегда окрасила волокно, она должна проникнуть в эти пространства и застрять внутри. Плотная кристаллическая структура делает это проникновение чрезвычайно трудным в обычных условиях.

Химическое решение: дисперсные красители и экстремальные условия

Чтобы преодолеть уникальную стойкость полиэстера, текстильной промышленности пришлось разработать специализированный класс красителей и процесс высокоэнергетического крашения. Основное решение – использование Дисперсные красители .

Дисперсные красители: The Perfect Match

Дисперсные красители имеют небольшой размер, неионогенны (то есть не имеют электрического заряда) и лишь незначительно растворимы в воде. Их небольшой размер и отсутствие заряда позволяют вносить их в плотно упакованную полиэфирную структуру.

Их добавляют в красильную ванну в виде мелкодисперсной суспензии, которая представляет собой чрезвычайно хорошо диспергированную смесь твердых частиц красителя в воде. Процесс крашения основан на физическом механизме, а не на химической связи, который удерживает краситель внутри волокна.

Форсирование цвета: высокая температура и давление

Самый распространенный метод для красители для полиэстера это Высокая температура (HT) и высокое давление метод. Этот процесс необходим, чтобы временно «открыть» плотную структуру полимера.

Высокая температура: Красильная ванна нагревается до чрезвычайно высоких температур, часто около $130^\circ\text{C}$ ( $266^\circ\text{F}$ ). Это тепло имеет решающее значение, поскольку оно поднимает температуру выше температуры стеклования полиэфира, позволяя полимерным цепям слегка двигаться, а порам временно расширяться.
Дисперсия и диффузия: Крошечные неионогенные дисперсные молекулы красителя затем диффундируют из воды и втягиваются в недавно открытые пространства внутри волокна.
Фиксация цвета: По мере охлаждения волокна структура полимера сжимается и надолго фиксирует молекулы красителя на месте, в результате чего получается превосходный цвет. стойкость цвета (стойкость к выцветанию от стирки, трения и света).

Необходимая, но проблемная альтернатива: химические носители

В случаях, когда оборудование высокого давления недоступно или для окрашивания термочувствительных смесей (например, смеси полиэстера и шерсти), можно использовать химические «носители». Эти носители представляют собой органические растворители, которые временно набухают полиэфирное волокно при более низких температурах (около точки кипения воды, $100^\circ\text{C}$ ). Несмотря на свою эффективность, многие традиционные носители являются основным источником беспокойства из-за их летучести и токсичности для окружающей среды, что подталкивает отрасль отдавать предпочтение методу высокой температуры/высокого давления или более новым, более экологичным альтернативам.

Будущее крашения полиэстера: на пути к более экологичной палитре

Традиционные методы окрашивания полиэстера с использованием высоких температур и высокого давления являются энергоемкими и приводят к образованию значительного количества сточных вод, содержащих остаточные химические вещества и нефиксированные красители. Это подстегнуло стремление к большему устойчивый и цикличный технологии окраски.

сверхкритический $\text{CO}_2$ Крашение: безводное чудо

Одной из наиболее перспективных инноваций является сверхкритический Carbon Dioxide ( $\text{CO}_2$ ) Крашение . В этом процессе $\text{CO}_2$ газ подвергается высокому давлению и температуре до тех пор, пока он не перейдет в «сверхкритическое» состояние — фазу, в которой он обладает свойствами как жидкости, так и газа.

Безводный процесс: сверхкритический $\text{CO}_2$ действует как растворитель и носитель красителя, полностью устраняя необходимость в воде. Это значительно снижает потребление пресной воды и, что особенно важно, исключает сточные воды из красильной ванны.
Чистая переработка: Поскольку $\text{CO}_2$ просто испаряется обратно в газ при сбросе давления, любой неиспользованный краситель остается в виде сухого порошка, который можно собрать и использовать повторно. Само волокно остается сухим и свободным от остаточных химикатов.

SwitchDye и другие инновации

Исследователи также изучают новые химические составы красителей и модификации волокон. Один многообещающий пример, названный SwitchDye , использует краситель, который можно ввести в полиэфирное волокно с помощью газированной воды, а затем легко удалить при переработке ткани. Идея состоит в том, чтобы создать краситель, который сможет «переключать» свое сродство к волокну на основе простых, нетоксичных химических триггеров. Такие инновации открывают путь к более устойчивой и замкнутой текстильной экономике, в которой цвета можно легко удалить, а полиэфирное волокно можно переработать без загрязнения.