主要成果
福井大学の研究チームは、超臨界二酸化炭素（scCO₂）を用いて、ポリエステル繊維に既に含まれている染料を移動・再分布させることで、異なる色の生地を新しい均一な色に統合する実験的手法を確立しました。このプロセスでは、元の色剤を一度除去する必要がなく、投入する生地の色の組み合わせや比率を変えることで、目的の色相を調整できることが示されました。
技術・詳細
実験では、Blue BG、Yellow G、Red 4 Gで染色されたポリエステル生地が使用されました。処理条件は温度120℃、圧力25MPaに設定されており、この高圧条件下でscCO₂が繊維に浸透し、染料分子の移動を促進します。染料は濃度が高い領域から低い領域へと移動し、最終的に生地全体で均一な分布に達します。
具体的にBlue BG（青）とYellow G（黄）を1:3の比率で組み合わせた場合、処理開始から30分後には異なる緑色の色調を示しましたが、60分後にはほぼ同一の色になり、90分後には完全に同じ緑色に収束しました。また、顕微鏡観察により、処理後もポリエステル繊維の微細構造は変化しておらず、構造的な変質ではなく染料の分布のみが変化したことが確認されています。
研究チームは、得られる色の強度を定量的に記述するため、Kubelka–Munk関数（K/S値）を用いて測定しました。単純な加算計算では予測しきれない染料間の相互作用を考慮した「カラーマッチングモデル」を開発し、信頼領域反射アルゴリズムを用いて相互作用係数を決定した結果、予測精度が大幅に向上しました。根平均二乗誤差（RMSE）は、410nmで0.4388から0.1720へ、530nmで0.7758から0.2624へ、680nmで0.4017から0.0540へとそれぞれ減少しました。
背景・業界の文脈
ポリエステルは繊維業界で最も一般的に使用される合成繊維の一つですが、リサイクルにおける大きな課題が「色」です。従来、着色されたポリエステルをリサイクルして別の色にするには、染料を除去する脱色工程が必要であり、これには大量の化学薬品、水、およびエネルギーが消費されていました。本研究は、この初期脱色ステップを回避し、既存の染料をそのまま利用して色を変換するアプローチを提示しています。
今後の展望
本研究は、特定の染料組成を持つ生地を用いた実験室レベルでの成果であり、今後は実際の繊維廃棄物を用いた検証が必要です。また、より複雑な染料の組み合わせへの対応や、大規模な処理プロセスの構築が次のステップとして挙げられています。この手法が確立されれば、環境負荷の高い脱色工程を経ずに、着色済みポリエステルの再利用を可能にする技術となることが期待されます。
元記事: https://bioengineer.org/supercritical-co%E2%82%82-redistributes-polyester-dyes-for-fiber-recycling/
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