Kimia Polyester yang berwarna -warni: Bagaimana Kita Pewarna Serat Paling Popular di Dunia

Mengapa poliester begitu sukar untuk dicelup

Poliester, atau polietilena terephthalate (PET) , adalah kerja keras dunia tekstil moden. Ia tahan lama, menahan kedutan, dan agak murah untuk menghasilkan, menjadikannya serat yang paling banyak digunakan di seluruh dunia. Tetapi ada tangkapan: sangat sukar untuk dicelup.

Cabarannya terletak pada struktur asas poliester, yang kedua -duanya Hidrofobik dan sangat kristal .

Sifat poliester hidrofobik

Istilah Hidrofobik Secara harfiah bermaksud "takut air." Tidak seperti serat semulajadi seperti kapas atau bulu, yang mempunyai kumpulan kimia yang menarik pewarna larut air, poliester tidak mempunyai tapak yang mesra ini. Rantaian polimer poliester adalah bukan poli, bermakna mereka tidak bercampur dengan air yang biasanya digunakan dalam pencelupan konvensional. Rintangan ini kepada air bermakna kebanyakan pewarna berasaskan air hanya duduk di permukaan serat dan mencuci dengan mudah.

Cabaran kristal

Struktur dalaman poliester juga padat dan sangat teratur, atau kristal. Fikirkan ia seperti bakul tenunan yang ketat. Ruang, atau "liang," di antara rantai polimer sangat kecil. Untuk molekul pewarna untuk mewarnai serat secara kekal, ia mesti menembusi ruang ini dan menjadi terperangkap di dalamnya. Struktur kristal yang ketat menjadikan penembusan ini sangat sukar dalam keadaan normal.

Penyelesaian kimia: menyebarkan pewarna dan keadaan yang melampau

Untuk mengatasi rintangan unik poliester, industri tekstil perlu membangunkan kelas pewarna khusus dan proses pencelupan tenaga tinggi. Penyelesaian utama adalah penggunaan Menyebarkan pewarna .

Menyebarkan pewarna: The Perfect Match

Pewarna menyebarkan adalah kecil, bukan ionik (bermakna mereka tidak mempunyai caj elektrik), dan hanya sedikit larut dalam air. Saiz kecil dan kekurangan caj mereka membolehkan mereka dibawa ke dalam struktur poliester yang ketat.

Mereka ditambah kepada mandi pewarna sebagai penggantungan halus, yang merupakan campuran zarah pewarna pepejal yang sangat baik di dalam air. Proses pencelupan bergantung kepada mekanisme fizikal -bukan ikatan kimia -untuk menjebak pewarna dalam serat.

Memaksa warna dalam: Panas dan tekanan yang tinggi

Kaedah yang paling biasa untuk Pewarna untuk poliester adalah Suhu tinggi (HT) dan tekanan tinggi kaedah. Proses ini diperlukan untuk sementara "membuka" struktur polimer yang ketat.

1. Suhu tinggi: Mandi pewarna dipanaskan hingga suhu yang sangat tinggi, selalunya di sekitar $130^{\circ }\text{C}$ ( $266^{\circ }\text{F}$ ). Haba ini kritikal kerana ia menimbulkan suhu di luar suhu peralihan kaca poliester, yang membolehkan rantai polimer bergerak sedikit dan liang -liang untuk berkembang buat sementara waktu.

2. Penyebaran dan penyebaran: Molekul pewarna kecil yang kecil dan tidak ionik kemudian meresap dari air dan ditarik ke dalam ruang yang baru dibuka di dalam serat.

3. Penetapan warna: Apabila serat sejuk, struktur polimer kontrak dan mengunci molekul pewarna secara kekal di tempat, menghasilkan warna dengan sangat baik Keteguhan warna (Rintangan untuk memudar dari mencuci, menggosok, dan ringan).

Alternatif yang perlu tetapi bermasalah: pembawa kimia

Dalam kes-kes di mana peralatan tekanan tinggi tidak tersedia, atau untuk mencelupkan campuran sensitif suhu (seperti campuran bulu poliester), "pembawa" kimia boleh digunakan. Pembawa ini adalah pelarut organik yang bertindak untuk sementara membengkak serat poliester pada suhu yang lebih rendah (sekitar titik mendidih air, $100^{\circ }\text{C}$ ). Walaupun berkesan, banyak pembawa tradisional merupakan sumber utama yang menjadi kebimbangan kerana ketidaktentuan dan ketoksikan alam sekitar mereka, mendorong industri untuk memihak kepada kaedah suhu tinggi/tekanan tinggi atau alternatif yang lebih baru.

Masa depan pencelupan poliester: ke arah palet yang lebih hijau

Kaedah panas dan tekanan tinggi konvensional untuk poliester pencelupan adalah intensif tenaga dan menghasilkan sejumlah besar air kumbahan yang mengandungi bahan kimia sisa dan pewarna yang tidak terbentuk. Ini telah mendorong pemacu untuk lebih banyak mampan dan bulat Teknologi pencelupan.

Superkritikal ${\text{Co}}_2$ Pencelupan: Keajaiban tanpa air

Salah satu inovasi yang paling menjanjikan adalah Superkritikal Carbon Dioxide ( ${\text{Co}}_2$ ) Pencelupan . Dalam proses ini, ${\text{Co}}_2$ Gas diletakkan di bawah tekanan tinggi dan suhu sehingga ia memasuki fasa "superkritikal" -fasa di mana ia mempunyai sifat kedua -dua cecair dan gas.

• Proses tanpa air: Superkritikal ${\text{Co}}_2$ Bertindak sebagai pelarut dan pembawa pewarna, sepenuhnya menghapuskan keperluan air. Ini secara dramatik mengurangkan penggunaan air tawar dan, secara kritikal, menghilangkan air kumbahan dari mandi pewarna.

• Kitar semula bersih: Sejak ${\text{Co}}_2$ Hanya menguap kembali ke dalam gas apabila tekanan dilepaskan, apa -apa pewarna yang tidak digunakan ditinggalkan sebagai serbuk kering yang boleh ditangkap dan digunakan semula. Serat itu sendiri dibiarkan kering dan bebas daripada bahan kimia sisa.

Switchdye dan inovasi lain

Penyelidik juga meneroka kimia pewarna baru dan pengubahsuaian serat. Satu contoh yang menjanjikan, yang dipanggil Switchdye , menggunakan pewarna yang boleh dimasukkan ke dalam serat poliester menggunakan air berkarbonat dan kemudian mudah dikeluarkan apabila kain dikitar semula. Idea ini adalah untuk mencipta pewarna yang boleh "menukar" pertaliannya untuk serat berdasarkan pencetus kimia yang mudah dan tidak toksik. Inovasi sedemikian membuka jalan bagi ekonomi tekstil yang lebih mampan dan bulat di mana warna boleh dilucutkan dengan mudah, dan serat poliester dapat dikitar semula tanpa pencemaran.