Japonští vědci našli způsob, jak polyester obarvit znovu bez odstraňování původních barviv

Barevný textil patří k obtížně recyklovatelným materiálům. Jednou z překážek je samotné barvivo, jehož odstranění z polyesterových vláken vyžaduje chemikálie, vodu a energii. Japonští vědci nyní představili postup, který jde opačnou cestou. Původní barviva z vláken neodstraňuje, ale pomocí superkritického oxidu uhličitého je nechává přeskupit a vytvořit nový, jednotný odstín. Výsledkem může být zajímavá cesta k účinnější recyklaci polyesteru, při níž se zachová samotné vlákno i jeho materiálová hodnota.

Polyester dnes patří k nejpoužívanějším syntetickým vláknům v textilním průmyslu. Jeho oblibu podporují vlastnosti, jako jsou pevnost, odolnost proti mačkání, snadná údržba a relativně nízké výrobní náklady. Právě jeho rozšíření však přispívá k rostoucímu množství textilního odpadu. Každoročně ho podle údajů citovaných výzkumníky vzniká na světě více než 92 milionů tun. Přesto se méně než 1 % barevného textilu vrací do výroby prostřednictvím recyklace, při níž se původní vlákna znovu využijí k výrobě nových vláken.

Proč barevné oděvy končí na skládkách

Jednou z hlavních překážek je technologie barvení. Polyesterová vlákna dokážou barviva velmi dobře fixovat, což je výhodné při používání oděvů, ale komplikuje jejich následné zpracování. Pokud mají být barevná vlákna znovu použita pro výrobu textilu, musí se recyklační technologie vypořádat s původním odstínem. Ten totiž může ovlivnit výslednou barvu nového materiálu a omezovat možnosti jeho dalšího využití.

Dosavadní postupy proto často počítají s odstraněním barviv. To může vyžadovat chemické látky, značné množství vody a energeticky náročné zpracování. Japonští vědci z Univerzity ve Fukui se rozhodli tento problém řešit jinak. Namísto odstraňování barviv zkoumají možnost jejich přímého přeskupení uvnitř polyesterových vláken. Původní barviva tak zůstávají součástí materiálu a společně vytvářejí nový odstín.

Síla oxidu uhličitého ve stavu plynu i kapaliny

Základem technologie je superkritický oxid uhličitý, označovaný jako scCO₂. Jde o oxid uhličitý přivedený za specifických podmínek teploty a tlaku do stavu, v němž vykazuje vlastnosti plynu i kapaliny. Dokáže pronikat do struktury polymerních vláken a současně podporovat pohyb molekul barviv. Ta se následně přesouvají z míst s vyšší koncentrací do oblastí, kde je jejich koncentrace nižší, až se v materiálu rovnoměrněji rozloží.

Tento princip umožňuje spojovat polyesterové textilie různých barev a vytvořit z nich materiál s jednotným novým odstínem. Výzkumníci při laboratorních experimentech pracovali se třemi barvivy označenými Blue BG, Yellow G a Red 4 G. Různě obarvené polyesterové tkaniny společně ošetřovali při teplotě 120 °C a tlaku 25 MPa. Sledovali přitom nejen výslednou barvu, ale také vliv poměru jednotlivých vstupních materiálů a délky zpracování.

Od žluté a modré k jednotné zelené

Zajímavý výsledek přinesla kombinace modře a žlutě obarvené polyesterové tkaniny v poměru 1:3. Po třiceti minutách získaly oba materiály rozdílné zelenavé odstíny. Po šedesáti minutách se jejich barvy již téměř shodovaly a po devadesáti minutách dosáhly stejného zeleného odstínu. Změnou poměru vstupních tkanin mohli vědci posouvat výslednou barvu od žlutavě zelené až k modrozelené. Zapojením třetího barviva se možnosti výsledného barevného spektra dále rozšířily.

Pro případné průmyslové využití je důležité, aby bylo možné výslednou barvu předem naplánovat. Recyklátoři potřebují vědět, jaký odstín vznikne kombinací konkrétních vstupních materiálů, jinak by se jim obtížně zajišťovala požadovaná kvalita nového produktu. Výzkumný tým proto vedle samotné technologie připravil také matematický model, který zohledňuje vzájemné působení jednotlivých barviv.

Přesná matematická předpověď nových odstínů

Model vychází z experimentálně naměřených hodnot intenzity zbarvení a umožňuje přesněji předpovídat výsledný odstín podle poměru jednotlivých vstupních tkanin. Vědci při jeho ověřování sledovali tři různé vlnové délky světla. Po započtení vzájemných interakcí barviv se podařilo výrazně snížit chybu predikce. Například při vlnové délce 680 nanometrů klesla hodnota střední kvadratické chyby z 0,4017 na 0,0540. Takové zpřesnění může být důležité pro budoucí řízení recyklačního procesu a přípravu materiálových směsí s předem definovanou barevností.

Podstatné je také to, co se během procesu děje se samotným vláknem. Mikroskopická analýza ukázala, že barviva se po ošetření rozložila rovnoměrněji, zatímco mikrostruktura polyesterových vláken zůstala zachována. Technologie tak podle dosavadních výsledků dokáže změnit barevné vlastnosti materiálu, aniž by poškodila jeho vlákennou strukturu. To je pro materiálovou recyklaci zásadní výhoda, protože zachování kvality původního vlákna vytváří předpoklady pro jeho opětovné využití při výrobě nových textilií.

Výzvy pro přechod z laboratoře do praxe

Výzkum z Univerzity ve Fukui tak přináší zajímavý příspěvek k hledání účinnějších způsobů recyklace barevného polyesteru. Možnost využít již přítomná barviva může omezit potřebu jejich chemického odstraňování a následného opětovného barvení. Potenciální přínos spočívá také v nižší spotřebě vody a chemických látek spojených s odbarvováním. Samotná studie však zatím nepředstavuje komplexní environmentální ani ekonomické hodnocení technologie.

Provoz při teplotě 120 °C a tlaku 25 MPa vyžaduje odpovídající technologické zařízení a jeho energetická náročnost bude důležitá při posuzování celkové udržitelnosti procesu. Výzkumníci ostatně sami upozorňují, že dosavadní experimenty pracovaly s textiliemi, jejichž složení a použitá barviva byla předem známá. Skutečný textilní odpad je podstatně komplikovanější. Obsahuje různé druhy vláken, směsi materiálů a barviv s odlišnými chemickými vlastnostmi.

Studie s názvem  Sustainable and predictable color change of dyed polyester fibers through supercritical carbon dioxide fluid  treatment byla zveřejněna v odborném časopise The Journal of Supercritical Fluids. Jejími autory jsou Jianhua Ren, Isao Tabata a Kazumasa Hirogaki z Univerzity ve Fukui.

Mohlo by vás zajímat:

Textilka budoucnosti: Továrna v jediné kapce, kde látky vyrábějí a barví samy bakterie