Wetenschap

Superkritisch verven levert prachtig lapje

Nog even, en we dragen wellicht katoen dat is geverfd met een nieuwe, aan de TU ontwikkelde, milieuvriendelijke methode. Deze week rondt promovenda procestechnologie Vanesa Ferna’ndez Cid (WBMT) haar zoektocht naar het perfect gekleurde lapje af.

Een onderzoekster die vier jaar lang lapjes stof verft. Bij het horen van stoere woorden als ‘werktuigbouwkunde’ en ‘apparatenbouw’ is het niet direct het eerste waaraan je denkt, maar voor chemicus ir. Vanesa Ferna’ndez Cid ligt dat anders. De oranje en paarse stukjes katoen die ze voor haar promotieonderzoek in het laboratorium voor de apparatenbouw en de procesindustrie (API) vervaardigde, moeten de oplossing bieden voor een netelig milieuprobleem.

De gewone consument heeft er geen weet van, maar om katoen te verven jast de industrie er jaarlijks meer dan één miljard ton water doorheen, plus nog eens stapels zouten en andere stoffen. Het water is nodig om de kleurstoffen naar het katoen te loodsen, en om het geverfde katoen achteraf te ontdoen van verfresten. Wat overblijft, is een kleine binnenzee aan kleurig, zwaar vervuild afvalsop. Niet meer van deze tijd, natuurlijk.

Procestechnologen studeren daarom al twintig jaar op een schonere methode. Het zou ook moeten kunnen met superkritisch koolstofdioxide, vermoedt men. Dat is een curieuze verschijningsvorm van koolstofdioxide, waarbij het CO2 zozeer wordt samengeperst en verhit dat het de eigenschappen krijgt van zowel een gas als een vloeistof. Superkritisch CO2 heeft als voordeel dat het goedkoop is, en dat allerlei kleurstoffen er uitstekend in oplossen. Bovendien kun je het na het kleuren eenvoudig laten verdampen. Je katoen is dan meteen droog, en het CO2 kun je opnieuw gebruiken.

Maar in de praktijk lukt het toch wat minder. Superkritisch CO2 laat de katoenvezels niet zwellen. En dat is wél nodig, om de kleurstof de vezels in te krijgen. Een vaal, vlekkerig lapje is alles wat je krijgt, met superkritisch CO2.
Kleurhechting

Ferna’ndez Cid besloot het probleem bij de wortel aan te pakken. De lapjes katoen gingen de kast in; de onderzoekster ging methanol verven. Van methanol kun je weliswaar geen trui breien, de stof lijkt wat betreft chemie veel op de chemische ‘pootjes’ van katoen waaraan kleurstof zich hecht. “We moesten toch érgens beginnen”, zegt Ferna’ndez Cid, bijna verontschuldigend.

Vanaf dat moment druppelden de ontdekkingen binnen. De promovenda wist de vinger te leggen op de details van de chemische reacties waarmee kleurstof zich hecht. Ze ontdekte dat de toevoeging van een klein beetje fosfor- of azijnzuur de kleurhechting sterk verbetert. Uiteindelijk kwam ze tot het inzicht dat een andere, nieuwe kleurstof het veel beter zou doen in superkritisch CO2. Een kleurstof gebaseerd op fluor, terwijl de industrie gebruikmaakt van chloorhoudende kleurstoffen. En het zwellen? De oplossing is achteraf gezien eigenlijk simpel. Even in methanol laten voorweken dat katoen, en daarna: verven maar.

Inmiddels slaagt Ferna’ndez Cid erin om lapjes katoen van twintig gram (ongeveer zo groot als een flinke vaatdoek) in superkritisch CO2 fel oranje of paars te kleuren. Bijna honderd procent van de kleurstof hecht zich aan het katoen. Ferna’ndez Cid zegt het als in een wasmiddelenreclame: “We zien geen kleurverschil met het katoen dat nu in de handel is. Ons katoen voelt iets zachter aan. Het raakt zelfs minder beschadigd door het kleurproces dan het geval is bij water.”

Nu het nieuwe procédé nog zien op te schalen, zodat de katoenindustrie het kan gebruiken. Daartoe moeten er meer kleurtjes komen . een koud kunstje, volgens Ferna’ndez Cid . en moet de TU gaan experimenteren met grootschaligere textielkleurmachines. Met geluk kan het eerste superkritisch gekleurde hesje over een jaar of vijf â tien in de kledingzaak hangen.

“Dit heeft de toekomst, als je het mij vraagt”, zegt Ferna’ndez Cid. “Je bespaart er water en geld mee, en het proces is veel milieuvriendelijker. De industrie zal wel moeten.”

Katoenen monsters, geverfd met het door Ferna’ndez Cid ontwikkelde proces. (Foto: Vanesa Ferna’ndez Cid)

Een onderzoekster die vier jaar lang lapjes stof verft. Bij het horen van stoere woorden als ‘werktuigbouwkunde’ en ‘apparatenbouw’ is het niet direct het eerste waaraan je denkt, maar voor chemicus ir. Vanesa Ferna’ndez Cid ligt dat anders. De oranje en paarse stukjes katoen die ze voor haar promotieonderzoek in het laboratorium voor de apparatenbouw en de procesindustrie (API) vervaardigde, moeten de oplossing bieden voor een netelig milieuprobleem.

De gewone consument heeft er geen weet van, maar om katoen te verven jast de industrie er jaarlijks meer dan één miljard ton water doorheen, plus nog eens stapels zouten en andere stoffen. Het water is nodig om de kleurstoffen naar het katoen te loodsen, en om het geverfde katoen achteraf te ontdoen van verfresten. Wat overblijft, is een kleine binnenzee aan kleurig, zwaar vervuild afvalsop. Niet meer van deze tijd, natuurlijk.

Procestechnologen studeren daarom al twintig jaar op een schonere methode. Het zou ook moeten kunnen met superkritisch koolstofdioxide, vermoedt men. Dat is een curieuze verschijningsvorm van koolstofdioxide, waarbij het CO2 zozeer wordt samengeperst en verhit dat het de eigenschappen krijgt van zowel een gas als een vloeistof. Superkritisch CO2 heeft als voordeel dat het goedkoop is, en dat allerlei kleurstoffen er uitstekend in oplossen. Bovendien kun je het na het kleuren eenvoudig laten verdampen. Je katoen is dan meteen droog, en het CO2 kun je opnieuw gebruiken.

Maar in de praktijk lukt het toch wat minder. Superkritisch CO2 laat de katoenvezels niet zwellen. En dat is wél nodig, om de kleurstof de vezels in te krijgen. Een vaal, vlekkerig lapje is alles wat je krijgt, met superkritisch CO2.
Kleurhechting

Ferna’ndez Cid besloot het probleem bij de wortel aan te pakken. De lapjes katoen gingen de kast in; de onderzoekster ging methanol verven. Van methanol kun je weliswaar geen trui breien, de stof lijkt wat betreft chemie veel op de chemische ‘pootjes’ van katoen waaraan kleurstof zich hecht. “We moesten toch érgens beginnen”, zegt Ferna’ndez Cid, bijna verontschuldigend.

Vanaf dat moment druppelden de ontdekkingen binnen. De promovenda wist de vinger te leggen op de details van de chemische reacties waarmee kleurstof zich hecht. Ze ontdekte dat de toevoeging van een klein beetje fosfor- of azijnzuur de kleurhechting sterk verbetert. Uiteindelijk kwam ze tot het inzicht dat een andere, nieuwe kleurstof het veel beter zou doen in superkritisch CO2. Een kleurstof gebaseerd op fluor, terwijl de industrie gebruikmaakt van chloorhoudende kleurstoffen. En het zwellen? De oplossing is achteraf gezien eigenlijk simpel. Even in methanol laten voorweken dat katoen, en daarna: verven maar.

Inmiddels slaagt Ferna’ndez Cid erin om lapjes katoen van twintig gram (ongeveer zo groot als een flinke vaatdoek) in superkritisch CO2 fel oranje of paars te kleuren. Bijna honderd procent van de kleurstof hecht zich aan het katoen. Ferna’ndez Cid zegt het als in een wasmiddelenreclame: “We zien geen kleurverschil met het katoen dat nu in de handel is. Ons katoen voelt iets zachter aan. Het raakt zelfs minder beschadigd door het kleurproces dan het geval is bij water.”

Nu het nieuwe procédé nog zien op te schalen, zodat de katoenindustrie het kan gebruiken. Daartoe moeten er meer kleurtjes komen . een koud kunstje, volgens Ferna’ndez Cid . en moet de TU gaan experimenteren met grootschaligere textielkleurmachines. Met geluk kan het eerste superkritisch gekleurde hesje over een jaar of vijf â tien in de kledingzaak hangen.

“Dit heeft de toekomst, als je het mij vraagt”, zegt Ferna’ndez Cid. “Je bespaart er water en geld mee, en het proces is veel milieuvriendelijker. De industrie zal wel moeten.”

Katoenen monsters, geverfd met het door Ferna’ndez Cid ontwikkelde proces. (Foto: Vanesa Ferna’ndez Cid)

Redacteur Redactie

Heb je een vraag of opmerking over dit artikel?

delta@tudelft.nl

Comments are closed.