JP2020133089A - 染色したポリエステル繊維の脱色方法 - Google Patents

染色したポリエステル繊維の脱色方法 Download PDF

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Abstract

【課題】環境に優しくて効果的である、染料で着色されたポリエステル繊維の脱色方法の提供。
【解決手段】(a)アルコールエーテル溶媒と染色されたポリエステル繊維を提供するステップと、(b)温度をポリエステル繊維のガラス転移温度と融点との間にある沸点まで、新鮮な蒸気を生成し続けるように、アルコールエーテル溶媒を加熱するステップと、(c)上記溶媒の蒸気で上記ポリエステル繊維における染料を抽出した後、上記染料を含む抽出冷却液を形成するステップと、(d)上記染料を含む抽出冷却液を上記溶媒に戻すステップと、(e)上記ステップを繰り返して上記ポリエステル繊維を脱色するステップとを含む、染色されたポリエステル繊維の脱色方法。本発明に係る脱色方法によれば、染料を効果的に取り除くことができ、染料の再染色と残存などの問題を回避でき、溶媒使用量が少なくて循環に利用できる。
【選択図】なし

Description

本発明は脱色方法に関し、特に、染料で着色されたポリエステル繊維の脱色方法に関する。
環境保全意識の重要視のため、工業・民用の廃棄物のリサイクルは現在、重要な論題と商機として成されてきた。目の前、世界全体のポリエステル製品は、年ごとに約7000万トンという産量に達し、その中、ポリエステル全量の30%を占めるボトル用ポリエステル材は今、既に完璧な回収メカニズムを備えるが、世界全体で消耗量が最も大きい紡織用ポリエステル繊維は、まだ合理的な回収メカニズムを成していないため、今では最も重要な論題の1つになる。
ポリエステル繊維の回収過程において、染料の除去は極めて重要な課題であり、その理由としては、ポリエステル繊維における染料が除去し切れないと、後の回収においてポリエステル材の精製と再利用を効果的に行うことはできない。そのため、効果的な染料除去方法を達成することは、ポリエステル繊維回収メカニズムを成すために克服しなければならない重点である。
アメリカ特許第5,356,437号(特許文献1)及び5,613,983号(特許文献2)には、酸化剤によってポリエステル繊維における染料を酸化し、薄色又は脱色という効果を達成したことが開示された。しかしながら、この脱色方法は、染料をポリエステル繊維から移し出さないが、ポリエステル繊維に残存された染料のため、後の回収精製において極大なトラブルを引き起こし、その中、主なトラブルとしては、ポリエステル繊維に常用される分散型染料分子はまだ多くのジアゾ基又はハロゲン(Cl又はBr)などの基を有し、高温下では一連の熱分解反応又は他の副反応が生じやすく、副反応で生成された副生物がポリエステル繊維に分散すると、ポリエステルの純度低下と物性悪化を引き起すようになり、そのため、後の脱色技術は、物理的吸着によってポリエステル繊維における染料を除去する方向へ傾き始めた。
アメリカ特許第7,192,988号(特許文献3)には、活性炭によってポリエステル製品における染料を吸着する方法が開示された。しかしながら、この方法では、まずメタノール又はエチレングリコールをポリエステル製品に加え、ポリエステルを180〜280℃で比較的小さいモノマーに解重合し、そして上記モノマーを高温下(170℃以上)で活性炭の吸着を行う必要がある。この方法は染料の構造を破壊しないが、解重合の過程において、染料は高温環境及び触媒の存在で一連の熱分解反応又は他の副反応が生じ、活性炭の吸着能の低下を引き起すようになる。それ以外、活性炭による染料の吸着は選択的であり、異なる種類の活性炭は、異なる表面空孔構造と官能基を有するため、各種染料に対する吸着・脱着効果は異なる。この方法のもう1つの困難さは、脱色されたポリエステル製品を得るために、染料が吸着された活性炭を上記ポリエステル製品から取り除かなければならないことにあるが、ポリエステルモノマーと活性炭は分離しにくいため、活性炭の除去がより一層難しくなってしまう。
近来の脱色技術は、ポリエステル繊維が化学的反応を行わないまま、染料を取り除くことに注目している。例えば、溶媒抽出という手段によってポリエステル繊維における染料を溶出させて持ち出す方法があり、そのメリットとしては、染料を取り除くことができ、染料が高温で分解して又は副生物を生成するという問題を効果的に回避できるが、環境保全の要求に対応して人の健康が脅かされない考えでは、溶媒の使用量低下は重要な課題になった。
アメリカ特許第7959807号(特許文献4)には、非塩素系剤で抽出してポリエステル繊維を脱色する方法が開示され、この方法は、ポリエステル繊維を溶媒に浸漬し、ポリエステル繊維を溶媒に接触させて染料の抽出を行うものであり、この方法は浸漬という手段によって抽出するため、溶媒における染料が飽和濃度に達した場合、染料がポリエステル繊維を再染色するという問題があり、そのため、所望の染料除去率を達するように、ポリエステル繊維を複数回抽出処理して大量の溶媒を消耗しなければならないが、環境保全の面からはまだ望ましくない。
上記したことから分かるように、抽出という手段でポリエステル繊維における染料を取り除くことは、染料及びポリエステル繊維が高温下で発生する問題を回避できるが、染料の取り除き率を向上させるように抽出回数を増加しなければならず、過程において大量の溶媒を用いて、やはり環境に不良な影響を与えるようになる。そのため、やはり高効率で環境に優しい、染料で着色されたポリエステルの脱色方法を見出す必要がある。
台湾特許公告第1481762号(特許文献5)には、キシレン系、グリコール系、希エステル系などの溶媒及びそれらの組み合わせが開示され、溶媒を沸点まで加熱することによって新鮮な蒸気を生成し、蒸気でポリエステル繊維における染料を抽出し、上記染料を含む抽出冷却液を上記溶媒に戻すことで、溶媒の使用量低減とポリエステル繊維における染料の効果的除去が図れる。しかしながら、この方法に採用された溶媒は、その沸点がいずれも138℃以上よりも高く、コストが高価である。
米国特許第5356437号明細書 米国特許第5613983号明細書 米国特許第7192988号明細書 米国特許第7959807号明細書 台湾特許公告第1481762号明細書
そのため、本発明の主な目的は、環境に優しくて効果的である、染料で着色されたポリエステル繊維の脱色方法を提供することにある。この方法は、浸漬という手段に制限されなく、また、脱色処理温度が従来よりも低く、即ち、ポリエステル繊維の染料を効果的に脱去できる。
そして、本発明に係る染料で着色されたポリエステル繊維の脱色方法は、
(a)アルコールエーテル溶媒と染色されたポリエステル繊維を提供するステップと、
(b)温度をポリエステル繊維のガラス転移温度と融点との間にある沸点まで、新鮮な蒸気を生成し続けるように、アルコールエーテル溶媒を加熱するステップと、
(c)上記アルコールエーテル溶媒の蒸気で上記ポリエステル繊維における染料を抽出した後、上記染料を含む抽出冷却液を形成するステップと、
(d)上記染料を含む抽出冷却液を上記アルコールエーテル溶媒に戻すステップと、
(e)上記ステップを繰り返して上記ポリエステル繊維を脱色するステップと、
を含む。
本発明に係る染料で着色されたポリエステル繊維の脱色方法は、従来の溶媒でポリエステル繊維を浸漬して染料を除去する手段に代わって、溶媒で新鮮な蒸気を形成して冷却する方法によって上記ポリエステル繊維における染料を抽出し、染料を完全に取り除くことができ、本発明に係る脱色方法によると、溶媒を循環に利用して溶媒使用量を大幅に低減し、また、脱色温度が比較的低くてエネルギーコストを低減させることができ、そして、取り除かれた染料が再び上記ポリエステル繊維を再染色することなく、環境保全及びコスト節約の要求に合わせるようになる。
本発明に係る染料で着色されたポリエステル繊維の脱色方法は、
(a)アルコールエーテル溶媒と染色されたポリエステル繊維を提供するステップと、
(b)温度をポリエステル繊維のガラス転移温度と融点との間にある沸点まで、新鮮な蒸気を生成し続けるように、アルコールエーテル溶媒を加熱するステップと、
(c)上記溶媒の蒸気で上記ポリエステル繊維における染料を抽出した後、上記染料を含む抽出冷却液を形成するステップと、
(d)上記染料を含む抽出冷却液を上記溶媒に戻すステップと、
(e)上記のステップを繰り返して上記ポリエステル繊維を脱色するステップと、
を含む。
色相はL≧80、a≦0、b≦4を達成してもよい。
上記の染料で着色されたポリエステル繊維とは、内部に染料を含むポリエステル繊維を指す。上記ポリエステル繊維の種類は、特に制限されず、例えば、ポリエチレンテレフタレート繊維(単にPETと称され、ガラス転移温度69〜82℃、融点250〜265℃)、ポリブチレンテレフタレート繊維(単にPBTと称され、ガラス転移温度80℃、融点225℃)、ポリプロピレンテレフタレート繊維(単にPTTと称され、ガラス転移温度60℃、融点223℃)、ポリ−1,4−シクロヘキサンジメチレンテレフタレート繊維(単にPCTと称され、ガラス転移温度92℃、融点258℃)、及びポリ−2,6−エチレンナフタレート繊維(単にPENと称され、ガラス転移温度117℃、融点337℃)などであるが、これに制限されない。好ましくは、上記ポリエステル繊維がポリエチレンテレフタレート繊維である。上記染料は一般にポリエステル繊維に適用される染料であり、例えば、分散型染料、カチオン性染料、及び蛍光増白剤などであるが、これに制限されない。好ましくは、上記の染料で着色されたポリエステル繊維が更に添加剤を含み、例えば、各種の加工助剤であるが、これに制限されない。
分散型染料は水に少量溶解し、水において分散剤作用によって高度に分散された状態を呈する染料である。分散型染料は水溶性基を含まず、分子量が比較的低く、分子には極性基(例えば、ヒドロキシル基、アミノ基、ヒドロキシアルキルアミノ基、シアノアルキルアミノ基等)を含むが、ノニオン型染料に属する。このような染料は、その後処理要求が比較的高く、通常には分散剤の存在下で擦ることによって研磨する必要があり、高度分散で結晶型が安定し、パレット化して初めて利用できる。分散型染料の染色液は均一で安定している懸濁液である。主には、ポリエステル繊維と酢酸繊維の染色に用いられる。
カチオン性染料は紡織染料の一種であり、アルカリ性染料や塩基性染料とも称される。水に溶解してカチオン状態を呈し、カチオン性染料は水に可溶し、水溶液でイオン化して正電荷を有する有色イオンを生成する染料である。染料のカチオンは、織物における第3のモノマーの酸性基に結合して繊維を染色することができ、アクリル繊維の染色のための専用染料であり、強度が高くて色光が輝いて、耐光堅ろう度が良いというメリットがある。
蛍光増白剤は、蛍光染料の一種であり、白色染料とも称され、複雑な有機化合物でもある。その特性としては、入射光を励起して蛍光を生成することによって、染色された物質はフローライトのようにキラキラと発光している効果を得、人間の目には物質が極めて白く見える。
ステップ(b)において、上記溶媒の常圧での沸点は上記ポリエステル繊維のガラス転移温度と融点との間にあり、好ましくは90〜200℃であり、特に好ましくは100〜140℃である。上記溶媒の常圧での沸点が上記ポリエステル繊維のガラス転移温度よりも低い場合、加圧によって上記溶媒の沸点を上記ポリエステル繊維のガラス転移温度よりも低くないように上昇させることができ、逆に、溶媒の常圧での沸点が上記ポリエステル繊維の融点温度よりも高い場合、減圧によって上記溶媒の沸点を上記ポリエステル繊維の融点温度よりも高くないように低下させることができる。
本発明は、加熱装置によって上記溶媒をその沸点まで加熱し、同温度で上記溶媒から上記新鮮な蒸気を生成し続けるようにするが、上記加熱装置は特に制限されず、上記溶媒を上記溶媒の沸点まで加熱できればよい。上記加熱装置は、ポリエステル繊維と別に異なる槽に設けられてもよいが、加熱装置によって生成された新鮮な蒸気はラインでポリエステル繊維の槽に注入して脱色してもよい。この方法は、浸漬させることなく、上記溶媒を蒸気の形態で上記ポリエステル繊維と接触させることができる。上記ポリエステル繊維が上記新鮮な蒸気と接触した後、マクロ的視点から、上記ポリエステル繊維が膨潤し始め、ミクロ的視点から、上記ポリエステル繊維が新鮮な蒸気の温度影響で分子運動を行い始め、これはステップ(c)の抽出に寄与する。
上記アルコールエーテル溶媒は、エチレングリコールモノメチルエーテル(EM、沸点124℃)、ジエチレングリコールモノメチルエーテル(DEM、沸点194℃)、トリエチレングリコールモノメチルエーテル(TEM、沸点122℃/10mmHg)、エチレングリコールモノエチルエーテル(EE、沸点135.6℃)、ジエチレングリコールモノエチルエーテル(DE、沸点201.9℃)、エチレングリコールモノブチルエーテル(EB、沸点171℃)、エチレングリコールプロピルエーテル(EP、沸点151.3℃)、プロピレングリコールモノメチルエーテル(PM、沸点120℃)、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル(DPM、沸点190℃)、プロピレングリコールモノエチルエーテル(PE、沸点132.8℃)、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル(DPE、沸点223.5℃)、プロピレングリコールモノブチルエーテル(PNB、沸点171.1℃)、ジプロピレングリコールモノブチルエーテル(DPNB、沸点222℃)、プロピレングリコールプロピルエーテル(PP、沸点149℃)、又はジプロピレングリコールプロピルエーテル(DPP、沸点243℃)から選ばれる。更に好ましくは、上記溶媒がエチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、又はプロピレングリコールモノエチルエーテルから選ばれる1種以上である。
従来の上記ポリエステル織物を溶媒に浸漬して抽出する製法に比べ、本発明に係る脱色方法は、そのステップ(c)において、上記溶媒の蒸気で上記ポリエステル繊維における染料を抽出した後、上記染料を含む抽出冷却液を形成して上記溶媒に戻すものであり、抽出冷却液の溶媒分は、改めて上記新鮮な蒸気に変換できるため、上記ポリエステル繊維を繰り返して脱色でき、溶媒の使用量が著しく低減される。2〜3回浸漬して脱色処理する必要があり、大量の溶媒を消耗しなければならない浸漬手段とは異なっている。
上記染料を含む上記抽出液を上記染料で着色されたポリエステル繊維から分離する方法としては、いずれの既知の固液分離方法であってもよく、例えば、重力による自然滴下、圧力フィルター、窒素ガス加圧によるろ過、真空吸引ろ過、又は遠心分離という手段があるが、これに制限されない。好ましくは、重力による自然滴下を利用する場合、上記ポリエステル繊維を離して上記溶媒の上に設置し、上記染料を含む上記抽出冷却液は、重力によって上記染料で着色されたポリエステル繊維から上記溶媒に滴下するようになる。
本発明に係る脱色方法は、所定の反応スペースにて行うことに制限されず、上記反応スペースは、上記新鮮な蒸気が漏れることなく上記溶媒の沸点に耐えることができればよい。上記新鮮な蒸気としては、加熱装置によって上記溶媒をその沸点まで加熱し、同温度で上記溶媒から上記新鮮な蒸気を生成し続けてもよく、上記加熱装置としては、特に制限されず、上記溶媒を沸点まで加熱できればよい。上記加熱装置は、ポリエステル繊維と別に異なる槽に設けられてもよいし、同一の槽に設けられてもよく、異なる槽に設けられた場合、加熱装置で生成された新鮮な蒸気は、外接ラインでポリエステル繊維を有する槽に注入して脱色してもよい。
薬品と測定機器
1.XF−19:高堅ろう度アゾ系濃黄色染料(分散型染料に属する)、中孚染料(Chung Fu Dyestuffs)社製品。
2.CBN−356:分散型濃赤色染料、中孚染料(Chung Fu Dyestuffs)社製品。
3.XF−284:分散型濃青色染料、中孚染料(Chung Fu Dyestuffs)社製品。
4.色差計:メーカーNIPPON DENSHOKU、型式NE4000。
実施例1
まず、染料で着色されたポリエステル繊維クロス(100%ポリエステル繊維クロス、クロス面の面積10×10cm、XF−19で染色されたPET、ガラス転移温度69℃、融点250℃)1.5gを量り取った。
1Lの常圧ガラス脱色槽の底部に、上記脱色槽の底部及びボディーを加熱して昇温させるように、ヒーターを設置し、脱色槽の頂部に冷却設備を設置し、脱色槽に150gのプロピレングリコールモノメチルエーテル(PM)を仕込んだ。上記脱色槽の内部に金属多孔メッシュホルダーを置き、上記濃黄色染料で染色されたポリエステル繊維クロスを上記金属メッシュホルダーの上にセットし、上記ポリエステル繊維クロスと脱色槽における溶媒液面との間を一定の距離に維持させた。
脱色槽における温度はプロピレングリコールモノメチルエーテル(PM)の沸点(即ち、120℃)であり、常圧でプロピレングリコールモノメチルエーテル(PM)から新鮮な蒸気を形成して上記ポリエステル繊維クロスを1時間脱色処理し、上記新鮮な蒸気の温度は120℃(即ち、プロピレングリコールモノメチルエーテル(PM)の沸点)である。その後、上記ポリエステル繊維クロスを取り出して25℃の脱イオン水に入れ、表面における余剰溶媒を除去し、100℃でベークして乾燥した。実施例1の染料、ポリエステル繊維クロス及び溶媒種類、並びに各項の反応パラメータを詳細に表1に記載する。
実施例2〜6
実施例1と同じステップによって、染料で着色されたポリエステル繊維クロスをそれぞれ脱色し、異なる点としては、実施例4〜6において溶媒の種類を変更し、異なる種類の新鮮な蒸気を生成し、実施例2及び3において異なる染料で着色されたポリエステル繊維クロス(PET、ガラス転移温度69℃、融点250℃)を採用して試験し、表1に詳細に示す。
比較例1
染色されない白色ポリエステル繊維織物である。
比較例2、3
実施例1と同じステップであるが、溶媒としてキシレン又はエチレングリコールを選択して利用した。
比較例4、5
溶媒浸漬・抽出という手段で1.5gの上記濃黄色染料で染色されたポリエステル繊維クロスを脱色した。
比較例1〜5の各項の反応パラメータを詳細に表1に記載する。
Figure 2020133089

光学試験
実施例1〜6及び比較例1〜5の処理前の染料で着色されたポリエステル繊維クロスと、脱色処理された後のポリエステル繊維クロスについて、光学試験を行った。
色差計によってL表色系(JIS Z8729方法採用)で測定し、L値が高いほど、色相が白色に近づくことを表し、a値が高いほど、色相が赤色に偏ることを表し、b値が高いほど、色相が黄色に偏ることを表し、上記ポリエステル繊維クロスの色が白色に近づく場合、そのL値が75よりも高くてb値が10よりも小さく、好ましくは8よりも小さく、更に好ましくは4よりも小さい。各実施例及び比較例の測定結果を詳細に表1に記載する。
実施例1〜6、及び比較例2、3は、本発明に係る脱色方法の(a)〜(e)ステップ、即ち、蒸気を繊維に接触させて冷却液に変換し、抽出して還流させるというステップを採用した。本発明は主に、上記アルコールエーテル溶媒の蒸気で抽出し、従来技術のキシレン及びエチレングリコールでパウダー方法によって抽出処理を行う温度よりも低く、エネルギー消耗コストを大幅に低減させ、また色相がより好ましい。
比較例4、5は溶媒抽出法を採用し、染料がポリエステル繊維を再染色するという問題を有し、また、染料の取り除き率を高めるように、常に清潔な溶媒で抽出回数を増加しなければならなかった。
総じて言えば、本発明に係る染料で着色されたポリエステル繊維の脱色方法は、アルコールエーテル溶媒によって蒸気を形成してポリエステル繊維における染料を抽出し、各種染料に適用されて染料を完全に取り除くことができ、キシレン、エチレングリコールを溶媒とする従来技術に比べ、処理温度が低くて色相が好ましい。溶媒でポリエステル繊維を浸漬して染料を洗い出すという従来の手段に代わって、溶媒を循環に利用して溶媒の使用量を大幅に低減させた。

Claims (7)

  1. (a)アルコールエーテル溶媒と染色されたポリエステル繊維を投入するステップと、
    (b)90〜200℃の温度でポリエステル繊維のガラス転移温度と融点との間にある沸点まで、新鮮な蒸気を生成し続けるように、アルコールエーテル溶媒を加熱するステップと、
    (c)前記アルコールエーテル溶媒の蒸気で前記ポリエステル繊維における染料を抽出した後、前記染料を含む抽出冷却液を形成するステップと、
    (d)前記染料を含む抽出冷却液を前記アルコールエーテル溶媒に戻すステップと、
    (e)前記ステップを繰り返して前記ポリエステル繊維を脱色するステップと、
    を含むことを特徴とする、
    染料で着色されたポリエステル繊維の脱色方法。
  2. JIS Z8729方法で測定すると、前記ポリエステル繊維の脱色された後の色相は、L≧80、a≦0、b≦4を達成可能であることを特徴とする、
    請求項1に記載の染料で着色されたポリエステル繊維の脱色方法。
  3. 前記アルコールエーテル溶媒は、エチレングリコールモノメチルエーテル(EM、沸点124℃)、ジエチレングリコールモノメチルエーテル(DEM、沸点194℃)、トリエチレングリコールモノメチルエーテル(TEM、沸点122℃/10mmHg)、エチレングリコールモノエチルエーテル(EE、沸点135.6℃)、ジエチレングリコールモノエチルエーテル(DE、沸点201.9℃)、エチレングリコールモノブチルエーテル(EB、沸点171℃)、エチレングリコールプロピルエーテル(EP、沸点151.3℃)、プロピレングリコールモノメチルエーテル(PM、沸点120℃)、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル(DPM、沸点190℃)、プロピレングリコールモノエチルエーテル(PE、沸点132.8℃)、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル(DPE、沸点223.5℃)、プロピレングリコールモノブチルエーテル(PNB、沸点171.1℃)、ジプロピレングリコールモノブチルエーテル(DPNB、沸点222℃)、プロピレングリコールプロピルエーテル(PP、沸点149℃)、又はジプロピレングリコールプロピルエーテル(DPP、沸点243℃)から選ばれる1種以上であることを特徴とする、
    請求項1又は2に記載の染料で着色されたポリエステル繊維の脱色方法。
  4. 前記アルコールエーテル溶媒は、エチレングリコールモノメチルエーテル(EM、沸点124℃)、エチレングリコールモノエチルエーテル(EE、沸点135.6℃)、プロピレングリコールモノメチルエーテル(PM、沸点120℃)、又はプロピレングリコールモノエチルエーテル(PE、沸点132.8℃)から選ばれる1種以上であることを特徴とする、
    請求項1又は2に記載の染料で着色されたポリエステル繊維の脱色方法。
  5. 前記アルコールエーテル溶媒の沸点温度が100〜140℃にあることを特徴とする、
    請求項1又は2に記載の染料で着色されたポリエステル繊維の脱色方法。
  6. 前記染料は、分散型染料を含むことを特徴とする、
    請求項1又は2に記載の染料で着色されたポリエステル繊維の脱色方法。
  7. 前記ポリエステル繊維を離して前記溶媒の上に設置し、前記新鮮な蒸気は前記ポリエステル繊維を通過して凝縮することを特徴とする、
    請求項1又は2に記載の染料で着色されたポリエステル繊維の脱色方法。
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