ポリエステルのカラフルな化学: 世界で最も人気のある繊維をどのように染色するか- Changxing Yongxin Textile & Dyeing Co., Ltd.

ポリエステルはなぜ染色が難しいのか

ポリエステル、または ポリエチレンテレフタレート（PET） 、現代のテキスタイル界の主力製品です。耐久性があり、しわになりにくく、比較的安価に生産できるため、世界で最も使用されている繊維です。しかし、落とし穴があります。染色するのが難しいことで有名です。

課題はポリエステルの基本構造にあります。 疎水性の そして非常に 結晶質 .

ポリエステルの疎水性

用語 疎水性の 文字通りには「水を恐れる」という意味です。水溶性染料を引き寄せる化学基を持つ綿やウールなどの天然繊維とは異なり、ポリエステルにはこれらのフレンドリーな部位がありません。ポリエステルのポリマー鎖は無極性であるため、従来の染色で通常使用される水とよく混ざりません。この耐水性は、ほとんどの標準的な水性染料が繊維の表面に留まるだけで、簡単に洗い流されることを意味します。

結晶質の挑戦

ポリエステルの内部構造も緻密で高度に組織化されており、結晶質になっています。しっかりと編まれたバスケットのようなものだと考えてください。ポリマー鎖間の空間、つまり「細孔」は非常に小さいです。染料分子が繊維を永久に着色するには、染料分子がこれらの空間に浸透し、内部に閉じ込められる必要があります。緻密な結晶構造により、通常の条件下ではこの侵入は非常に困難になります。

化学溶液: 分散染料と極限条件

ポリエステル特有の耐性を克服するために、繊維産業は特殊な種類の着色剤と高エネルギー染色プロセスを開発する必要がありました。主な解決策は、 分散染料 .

分散染料: The Perfect Match

分散染料は小さく、非イオン性 (電荷を持たないことを意味します) で、水にわずかに溶けます。それらはサイズが小さく、電荷がないため、密に詰まったポリエステル構造の中に運び込まれることができます。

これらは、固体染料粒子が水中に非常によく分散された混合物である微細な懸濁液として染浴に加えられます。染色プロセスは、化学結合ではなく物理的メカニズムに基づいて染料を繊維内に閉じ込めます。

色を強制的に入れる: 高温と高圧

最も一般的な方法は、ポリエステル用染料です 高温 (HT) および高圧 方法。このプロセスは、緊密なポリマー構造を一時的に「開く」ために必要です。

高温: 染料浴は非常に高温に加熱され、多くの場合、 $130^\circ\text{C}$ ( $266^\circ\text{F}$ ）。この熱はポリエステルのガラス転移温度を超えて温度を上昇させ、ポリマー鎖がわずかに移動して細孔が一時的に拡大するため、非常に重要です。
分散と拡散: 次に、小さな非イオン性の分散染料分子が水から拡散し、繊維内に新しくできた空間に引き込まれます。
色の定着: 繊維が冷えると、ポリマー構造が収縮し、染料分子を所定の位置に永久的に固定し、優れた色を実現します。 色堅牢度 （洗濯、摩擦、光による色褪せに強い）。

必要だが問題のある代替手段: 化学キャリア

高圧装置が利用できない場合、または温度に敏感な混合物 (ポリエステルとウールの混合物など) を染色する場合は、化学「キャリア」を使用できます。これらのキャリアは、低温（水の沸点付近、 $100^\circ\text{C}$ ）。多くの従来のキャリアは効果的ではありますが、その揮発性と環境毒性により大きな懸念材料となっており、業界では高温高圧法やより新しく環境に優しい代替法を好むようになっています。

ポリエステル染色の未来: より環境に優しいパレットに向けて

ポリエステルを染色するための従来の高温高圧方法は、エネルギーを大量に消費し、残留化学薬品や未定着の染料を含む大量の廃水を生成します。これにより、さらに多くのことを求める意欲が高まりました 持続可能で循環的 染色技術。

超臨界 $\text{CO}_2$ 染色: 水のない驚異

最も有望なイノベーションの 1 つは、 超臨界 Carbon Dioxide ( $\text{CO}_2$ ) 染色 。このプロセスでは、 $\text{CO}_2$ 気体は、液体と気体の両方の性質を持つ「超臨界」状態になるまで高圧および高温下に置かれます。

水なしプロセス: 超臨界 $\text{CO}_2$ 溶媒および染料キャリアとして機能し、水の必要性を完全に排除します。これにより真水の消費量が劇的に削減され、重要なことに染浴からの廃水がなくなります。
クリーナーのリサイクル: 以来 $\text{CO}_2$ 圧力が解放されると単純に蒸発してガスに戻り、未使用の染料は乾燥粉末として残り、回収して再利用できます。繊維自体は乾燥したままであり、残留化学物質はありません。

スイッチダイとその他のイノベーション

研究者たちは、新しい染料の化学や繊維の修飾も研究しています。有望な例の 1 つと呼ばれるものは、 SwitchDye は、炭酸水を使用してポリエステル繊維に染料を挿入し、生地をリサイクルするときに簡単に除去できる染料を使用しています。そのアイデアは、単純で毒性のない化学トリガーに基づいて、繊維に対する親和性を「切り替える」ことができる染料を作成することです。このようなイノベーションは、色を簡単に剥がすことができ、ポリエステル繊維を汚染することなくリサイクルできる、より持続可能で循環的な繊維経済への道を切り開きます。