La colorata chimica del poliestere: come tingiamo la fibra più popolare al mondo

Perché il poliestere è così difficile da tingere

Poliestere, o polietilene tereftalato (PET) , è un cavallo di battaglia del moderno mondo tessile. È durevole, resiste alle pieghe ed è relativamente economico da produrre, il che la rende la fibra più utilizzata a livello globale. Ma c'è un problema: è notoriamente difficile da tingere.

La sfida risiede nella struttura fondamentale del poliestere, che è entrambe le cose idrofobo e altamente cristallino .

La natura idrofobica del poliestere

Il termine idrofobo significa letteralmente "paura dell'acqua". A differenza delle fibre naturali come il cotone o la lana, che hanno gruppi chimici che attraggono i coloranti idrosolubili, il poliestere è privo di questi siti amici. Le catene polimeriche del poliestere non sono polari, il che significa che non si mescolano bene con l'acqua tipicamente utilizzata nella tintura convenzionale. Questa resistenza all'acqua significa che la maggior parte dei coloranti standard a base d'acqua si depositano semplicemente sulla superficie della fibra e si lavano via facilmente.

La sfida cristallina

Anche la struttura interna del poliestere è densamente compattata e altamente organizzata, o cristallina. Pensatelo come un cesto strettamente intrecciato. Gli spazi, o "pori", tra le catene polimeriche sono molto piccoli. Affinché una molecola colorante possa colorare la fibra in modo permanente, deve penetrare in questi spazi e rimanere intrappolata al suo interno. La stretta struttura cristallina rende questa penetrazione estremamente difficile in condizioni normali.

La soluzione chimica: coloranti dispersi e condizioni estreme

Per superare la resistenza unica del poliestere, l'industria tessile ha dovuto sviluppare una classe specializzata di coloranti e un processo di tintura ad alta energia. La soluzione principale è l'uso di Coloranti dispersi .

Coloranti dispersi: The Perfect Match

I coloranti dispersi sono piccoli, non ionici (il che significa che non hanno carica elettrica) e solo leggermente solubili in acqua. Le loro dimensioni ridotte e la mancanza di carica consentono di trasportarli nella fitta struttura in poliestere.

Vengono aggiunti al bagno di colorante come sospensione fine, ovvero una miscela estremamente ben dispersa di particelle di colorante solido in acqua. Il processo di tintura si basa su un meccanismo fisico, non su un legame chimico, per intrappolare il colorante all'interno della fibra.

Forzare il colore: calore e pressione elevati

Il metodo più comune per coloranti per poliestere è il Alta temperatura (HT) e alta pressione metodo. Questo processo è necessario per "aprire" temporaneamente la stretta struttura polimerica.

1. Alta temperatura: Il bagno di tintura viene riscaldato a temperature estremamente elevate, spesso intorno $130^{\circ }\text{C}$ ( $266^{\circ }\text{F}$ ). Questo calore è fondamentale perché aumenta la temperatura oltre la temperatura di transizione vetrosa del poliestere, consentendo alle catene polimeriche di muoversi leggermente e ai pori di espandersi temporaneamente.

2. Dispersione e diffusione: Le minuscole molecole di colorante disperso non ionico si diffondono quindi dall'acqua e vengono attirate negli spazi appena aperti all'interno della fibra.

3. Fissazione del colore: Quando la fibra si raffredda, la struttura polimerica si contrae e blocca permanentemente le molecole del colorante in posizione, ottenendo un colore eccellente solidità del colore (resistenza allo scolorimento dovuto al lavaggio, allo sfregamento e alla luce).

Un'alternativa necessaria ma problematica: i trasportatori chimici

Nei casi in cui non sono disponibili apparecchiature ad alta pressione o per la tintura di miscele sensibili alla temperatura (come una miscela di lana e poliestere), è possibile utilizzare "veicoli" chimici. Questi trasportatori sono solventi organici che agiscono per rigonfiare temporaneamente la fibra di poliestere a temperature più basse (intorno al punto di ebollizione dell'acqua, $100^{\circ }\text{C}$ ). Sebbene efficaci, molti vettori tradizionali rappresentano una delle principali fonti di preoccupazione a causa della loro volatilità e tossicità ambientale, spingendo l’industria a favorire il metodo ad alta temperatura/alta pressione o alternative più nuove ed ecologiche.

Il futuro della tintura del poliestere: verso una tavolozza più verde

I metodi convenzionali ad alta temperatura e alta pressione per la tintura del poliestere sono ad alta intensità energetica e producono quantità significative di acque reflue contenenti sostanze chimiche residue e coloranti non fissati. Ciò ha alimentato la spinta a fare di più sostenibile e circolare tecnologie di tintura.

Supercritico ${\text{CO}}_2$ Tintura: la meraviglia senz'acqua

Una delle innovazioni più promettenti è Supercritico Carbon Dioxide ( ${\text{CO}}_2$ ) Tintura . In questo processo, ${\text{CO}}_2$ il gas viene sottoposto ad alta pressione e temperatura finché non entra in uno stato "supercritico", una fase in cui ha le proprietà sia di un liquido che di un gas.

• Processo senza acqua: Supercritico ${\text{CO}}_2$ agisce come solvente e trasportatore di colorante, eliminando completamente la necessità di acqua. Ciò riduce drasticamente il consumo di acqua dolce e, soprattutto, elimina le acque reflue dal bagno di tintura.

• Riciclaggio più pulito: Da allora ${\text{CO}}_2$ evapora semplicemente nuovamente nel gas quando la pressione viene rilasciata, qualsiasi colorante inutilizzato viene lasciato come polvere secca che può essere catturata e riutilizzata. La fibra stessa viene lasciata asciutta e priva di residui chimici.

SwitchDye e altre innovazioni

I ricercatori stanno anche esplorando nuove sostanze chimiche coloranti e modifiche delle fibre. Un esempio promettente, chiamato SwitchDye , utilizza un colorante che può essere inserito nella fibra di poliestere utilizzando acqua gassata e poi facilmente rimosso quando il tessuto viene riciclato. L'idea è quella di creare un colorante in grado di "cambiare" la sua affinità con la fibra sulla base di fattori chimici semplici e non tossici. Tali innovazioni aprono la strada a un’economia tessile più sostenibile e circolare in cui i colori possono essere rimossi facilmente e la fibra di poliestere può essere riciclata senza contaminazioni.