Полиэстеру изменили цвет без удаления красителей с помощью сверхкритического CO₂

Красители осложняют переработку цветного полиэстера: их удаление может требовать большого количества химикатов, воды или энергозатратной обработки. Исследователи из Университета Фукуи в Японии предложили другой подход — не удалять красители, а перераспределять их между тканями разных цветов с помощью сверхкритического углекислого газа (scCO₂).

При совместной обработке красители переходят между полиэстеровыми волокнами, и исходные цвета постепенно выравниваются. Меняя соотношение тканей, можно управлять итоговым оттенком без предварительного обесцвечивания и добавления новых красителей.

Работу выполнили Цзяньхуа Жэнь, Кадзумаса Хирогаки и Исао Табата из Университета Фукуи. Результаты опубликованы в журнале The Journal of Supercritical Fluids.

Как ткани разных цветов получают общий оттенок

Для экспериментов исследователи окрасили полиэстеровые ткани красителями Blue BG, Yellow G и Red 4 G, а затем обрабатывали их вместе в сверхкритическом CO₂ при температуре 120 °C и давлении 25 МПа. Соотношение тканей разных цветов меняли, а интенсивность окраски оценивали по функции Кубелки — Мунка (K/S).

Сверхкритический CO₂ проникает в полиэстеровые волокна и способствует перемещению красителей. Их молекулы переходят из областей с большей концентрацией в области с меньшей, постепенно перераспределяясь между тканями.

В одном из опытов синюю и жёлтую ткани соединили в соотношении 1:3. Через 30 минут обработки они приобрели разные зеленоватые оттенки. Через 60 минут цвета стали почти одинаковыми, а через 90 минут обе ткани получили одинаковый зелёный оттенок.

Изменение пропорций позволяло смещать цвет от желтовато-зелёного к сине-зелёному. Сочетания трёх красителей дали более широкий диапазон оттенков.

Модель учитывает взаимодействие красителей

Измеренная интенсивность окраски в целом оказалась немного ниже теоретической суммы вкладов отдельных красителей. Чтобы учесть это расхождение, исследователи разработали модель подбора цвета с поправками на попарные взаимодействия красителей. Коэффициенты взаимодействия определили по экспериментальным данным с помощью отражательного алгоритма доверительной области.

Модель снизила среднеквадратическую ошибку прогноза K/S с 0,4388 до 0,1720 на длине волны 410 нм, с 0,7758 до 0,2624 на 530 нм и с 0,4017 до 0,0540 на 680 нм. Микроскопия показала равномерное распределение красителей; микроструктура волокон при этом не изменилась.

Что предстоит проверить на текстильных отходах

Эксперимент показал, что цвет полиэстера можно изменить без предварительного удаления красителей. Однако исследователи работали с тканями, состав окраски которых был известен, а не с реальными смешанными текстильными отходами.

Следующий этап — проверить метод на различных потоках отходов и более сложных сочетаниях красителей, а также оценить возможность масштабирования. Пока речь идёт о лабораторном способе изменения цвета, который может стать одним из этапов подготовки полиэстера к переработке «из волокна в волокно», а не о готовой технологии замкнутого цикла.