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超临界二氧化碳在染色中的应用

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  • 来源:
  • 发布时间:2021-03-15 17:20
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【概要描述】超临界二氧化碳在染色实现了无水的染色技术,改变了传统纺织染色的方法,无环境污染,实现了清洁化生产。具有染色工艺流程短、上色均匀、色牢度好,生产综合成本低,经济效益、环境效益显著的特点。适合纺织印染企业推广作用

超临界二氧化碳在染色中的应用

【概要描述】超临界二氧化碳在染色实现了无水的染色技术,改变了传统纺织染色的方法,无环境污染,实现了清洁化生产。具有染色工艺流程短、上色均匀、色牢度好,生产综合成本低,经济效益、环境效益显著的特点。适合纺织印染企业推广作用

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  摘要:超临界二氧化碳在染色实现了无水的染色技术,改变了传统纺织染色的方法,无环境污染,实现了清洁化生产。具有染色工艺流程短、上色均匀、色牢度好,生产综合成本低,经济效益、环境效益显著的特点。适合纺织印染企业推广作用。

  关键词:染色 超临界二氧化碳 分散染料

  1 前言

  染整是高污染、高耗水行业,而水是十分宝贵的资源。在整个染整生产过程中,除烧毛和机械整理外。都在水中进行,即湿加工工艺。根据测算,印染加工的织物与排放的废水重量比高达1:150-120全国印染废水排放量估计全年为10亿吨,废水处理成本昂贵,占工业废水总排量的35%,由于其所排废水加入了多种染色剂、助剂和沉淀剂,所以很难有效的回收,对染整行业进行环境保护的成本很高。随着国家环保标准的提高和对工人健康保护的增强,环保成为染整行业中迫切需要解决的问题之一。我过的染整也一直是纺织也的“瓶颈”无论和世界先进水平相比,还是我国面料、服装的研发时评相比,都处于落后的状态。通过环保技术的开发,还可以促进技术的提高,提高整个行业的研发水平。

  由于水是污染的来源,人们一直尝试让纺织品的染色离开水:在有机溶剂或者超临界流体中进行染色。大家都想找到一种水的替代物,在减少污染的同时保持甚至改善染色效果。华东大学和国家染整工程技术研究中心用超临界二氧化碳做染色介质,染色过程不用水,不造成污染。现在他们研制出我过第一台超临界染色的专用实验设备;随着全球性水资源日益枯竭和环境污染日趋严重,传统的采用作为介质的印染工艺受到了严峻的挑战。一种不用水作介质的无污染的超临界CO2染色新工艺出现了。

  2 超临界二氧化碳染色原理

  二氧化碳是一种无色、无臭和不燃的气体,其比重是空气的1.5倍。分子呈直线型两氧原子分别在碳的两边,呈对称型分布,故不显极性,它的分子量虽大与水,但沸点很低,常温下为气体。它的临界温度为31.10C,加压易液化。由于其分子是非极性,故液态的二氧化碳对极性物质却具有较高的溶解能力,二氧化碳对非极性或疏水性纤维具有较高的溶解能力。如果把二氧化碳至于封闭体系中升温和加压后,当温度和压力超过二氧化碳的临界温度(31.10C)和临界压力(7.39Mpa)即超过临界流体状态。此时的二氧化碳便具有许多的性质。在临界温度以上不管如何加热,它也不能便为气体,同理,在临界压力下,即使加很大的压力也不能变为液体和固体。由于它不同与气体、液体和固体,故将这种液体状态称为超临界流体。处于超临界流体的CO2和气体一样,可以均匀地分布在整个容器中,通过控制压力,可以达到和液体一样大小的密度(0.3—1g/cm3)以上),它对物体具有很强的渗透作用,对物质的溶解能力比气体大得多,甚至比液体还要强,因此,超临界CO2流体的许多性质不用与气体和液体,更不同于固体,这就是它的性质。超临界CO2流体的密度是气体的数百倍,接近与液体,但其黏度有个气体相等,她的扩散系数是气体的1%左右,但又比液体大数百倍,这就是溶解分散在超临界CO2流体中的物质易扩散、渗透能力强的原因所在。其工艺就是利用了燃料在超临界二氧化碳中的溶解度随着流体的密度提高而提高的原理,提高温度后降低了流体的密度和燃料在溶液中的数量,促进燃料在纤维上的扩散。

  3 超临界二氧化碳染色特点

  超临界二氧化碳流体具有许多特殊的性能,它不同与水,也不同与有机溶剂。做为染色介质,特别适合与极性低的分散染料染疏水性的合成纤维。

  分散染料是一类难溶与水,在水中组要呈悬浮体存在的非离子性染料,在是中要依靠大量的分散系等助剂保持分散状态。它除了大部分足以细小的晶粒成悬浮体分散与水中外,同时也有很少部分呈分子溶解状,还有部分则存在与分散剂等助剂的胶团中,并相互保持动态平衡。染色时只有分子状态的染料可以上染纤维,随着分子会不断溶解到水中,直到上染结束;由于染料溶解度低,因此在低温时大大限制了上染速度;又由于大部分染料是以悬浮提存在,因此,染液的分散稳定性不高,容易发生晶粒的凝聚、晶型转变和晶粒增长,严重时还回出现沉淀,引起染色困难或不匀。分散剂的存在虽然提高了染料悬浮体的分散稳定性,但是它的存在不仅增加了生产成本,也会污染水质,有的还会降低染料的平衡上染量。

  由于二氧化碳粘度低,它与染料分子间作用力又小,染料在超临界二氧化碳中扩散较快,加上在这种流体中纤维表面附近的扩散边界层很薄,所以染料可很快吸收附到纤维表面。由于它对纤维有较强的增塑作用,所以上染速度快。匀染性和透染性均很好。

  采用超临界CO2染色 印染行业的重大突破,解决了多年难以解决的污染问题,具有以下的优点:(1)不用水、无废水污染、属于环保型的染整工艺;(2)染色结束后降低压力、CO2迅速汽化、因而不需要进行染后烘干,既缩短了工艺流程,又节省了烘燥所需的能源;(3)上染速度快,匀染和透染性能好,染色的重现性佳;(4)CO2本身无毒无味,不燃,可重复使用;(5)燃料可以重复利用,染色时无需添加任何分散剂、匀染剂、缓冲剂等助剂,不仅降低了生产成本,提高了染料利用率,而且还有利于环境保护,减少污染;(6)适用的纤维品种较广,一些难以染色的合成纤维(如丙纶、芳纶等)也可以进行正常染色。此外,该系统还可用于羊毛脱脂,以取代全氯乙烯而利于环保。浙江大学化学系亦利用实验室设备对该项技术进行可行性研究,此项绿色工艺将给纺织品染色带来一场革命。

  4 超临界二氧化碳染色存在的问题和发展方向

  但是,目前采用超临界CO2流体染色还处于小批量试验阶段,还存在着一些需要解决的问题:一是生产设备价格高,而且是高压系统,一次性投资较大;2是相适用的染料品种不够齐全,有关染色工艺也有待于进一步研究与完善。超临界CO2流体染色主要适用非离子类的难溶剂分散染料,染色的纤维包括涤纶、锦纶、醋酸纤维,也曾研究用于丙纶和芳纶的染色,但对与纤维如棉、羊毛等亲水性纤维的二氧化碳超临界染色,需要对这些纤维进行改性,使之能够用分散染料染色,不仅增加了工艺流程,而且在纤维变性过程中仍然存在问题,需要进一步深入研究。其中有前途的首先推涤纶的染色。超临界CO2流体在纺织工业中的应用,除了染色之外,还可以用于织物的前处理与整理加工。其工业化前景:工业生产上能用的高压系统已在纱线染色中开发应用,因此建立超临界二氧化碳的染色工业生产线的趋势很大。

  总之,超临界二氧化碳染色是环保型的技术含量较高的染色工艺,代表了染整行业的发展方向,适于纺织印染企业推广应用。

  参考文献

  [1] 宋心远,沈煜如.新型染整技术,中国纺织出版社

  [2] 侯爱芹,戴瑾瑾.二氧化碳在纺织领域的应用的研究进展,纺织导报 2004(2):76—80

  [3] S.L.Draper 孙波.分散染料在超临界CO2中的溶解.国外纺织技术:纺织针织服装化纤染整,2001(3):24--28

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