超临界二氧化碳染色

1、论文题 目 :姓 名 :学 号 :专业班级 :学 院 :二零一零年十二月十二日 超临界二氧化碳染色【 摘要 】 超临界二氧化碳染色技术是一种新型环保的染色技术, 本文通过对一些文献的查阅, 简单地概述这种技术的特点以及发展前 景。【 关键词 】超临界二氧化碳;新型染色技术;环保【 引言 】 利用超临界流体溶剂所具有的低粘度、 高扩散性等等传 统工艺中水溶剂所不具备的多种特性进行染整加工, 而且加工工艺中 不断体现出了新的优势,是目前值得探索的加工工艺之一。超临界二氧化碳的概念二氧化碳 (CO2 是一种无色、无臭和不燃的气体,其相对密度是 空气的 1. 5倍。它的分子呈直线型,两个氧原子分别在碳

2、的两侧,呈 对称分布 , 故不显极性。所以,它的相对分子质量虽比水大。但沸点 很低,在常温时为气体。它的临界温度为 31.10C ? 加压易液化。由于 其分子是非极性的, 液态的二氧化碳对极性物质的溶解能力不高, 对 低极性和非极性物质都有较高的溶解能力, 因而对非极性或疏水性纤 维具有较强的溶胀能力。 如果把二氧化碳置于密封体系中升温和加压, 当超过 C02的临界温度 (31.10C 和临界压力 7.39MPa 时,即超过临 界点后,则 C02转变到超临界流体状态。此时,它具有许多独特的性 质。在临界温度以上, 不管如何加热,它也不能变为气体;同时, 在临界压力下, 即使加很大的压力也不能变

3、为液体和固体。 由于它不 同于气体、液体和固体,故将这种状态的流体状态称为超临界流体。超临界 CO 2流体 (SCF 是指处于临界温度和临界压力 (31.2。 C,7.31MPa 以上,具有良好溶解性和扩散性质的流体。 i超临界二氧化碳流体染色具有以下一些优点(1染色时不用水,无废水污染;(2 染色结束后可降低压力, 此时 CO 2气化, 不需要进行染后供干, 既可縮短工艺流程,又可縮短染色时间、节省烘干能源;(3上染速度快,匀染和透染性好,染色重现性也很好;(4CO 2本身无毒,不燃,可重复回用;(5染料可重复利用,染色时不需要添加分散剂、匀染剂、缓冲剂 等助剂,不仅可降低成本,提高染料的利

4、用率,还有利于环境保护, 减少污染;(6适用的纤维品种较广, 一些难染的合成纤维 (如丙纶、 芳纶等 也可染色。 ii超临界 C02流体染整加工的优势 :(1真正实现了无水染色,彻底消除了染色废水的产生,因此 可以从根本上解决印染废水处理的难题,保护了水资源 ;(2无需使用助剂,如用分散染料染涤纶可省去分散剂、扩散 剂、匀染剂等化学品 ;(3 C02易得, 安全, 无毒, 是发酵及合成氨等工业中的副产物, 易纯化,因此染色过程中无有害气体排放,且 C02可循环使用,不会 带来 " 温室效应 "(4降低了能耗,因省去了染色后织物的烘燥过程,热能消耗 仅为常规工艺的 20% ;

5、(5染色效果好,超临界 002染色具有较高的上染率和良好的匀 染性 ;(6染料可冋用,残余染料可重新回到粉末状,并加以应用, 从而使染料利用率大大提高 ;(7染色时间短染色后一般不必进行还原清洗,缩短了生产周 期,能实现 " 快速响应 " 的生产和经营机制 . iii超临界二氧化碳应用于分散染料的染色由于分散染料是一类难溶于水, 在水中主要呈悬浮体存在的非离 子性染料, 在水中要依靠大量的分散剂等助剂以保持其分散状态。 分 散剂的存在虽可提高染料悬浮体的分散稳定性, 但是, 采用分散剂不 仅会增加生产成本, 而且会污染水质, 有时还会降低染料的平衡上染 率,影响到染色的质量

6、。若采用超临界二氧休碳流体作为染色介质, 则由于它是非极性分子, 对分散染料的溶解能力比水高得多。 染料溶 解度高,这不仅可提高上染速度,还可提高匀染和移染性 , 如果染料 全部溶解 , 也不会出现分散染料在水中存在的稳定性降低而引起的各种问题。又由于超临界二氧化碳流体的粘度极低,分子间作用力小 , 染料在其中的扩散阻力小介于气体和液体之间、扩散速度快 . 因而 有利于染料的渗透和移染 , 从而可大大提高匀染和透染程度。开始时, 纤维在超临界 CO 2中溶胀(CO 2对 PET 和 PP 纤维的亲和 力大,由于吸附的 CO 2 的增塑作用,纤维的 Tg 下降。有人认为, CO 2在纤维上的吸附

7、平衡在短时间内就能达到。因为纤维的纤度小, 纤维表面积和质量的比值大。另一方面,拒水性的染料在超临界 CO 2中有相对髙的溶解度(溶解度和水染色体系中的几乎相等。溶解的 染料和 CO 2分子相互作用。这些溶解的染料分子相对容易地扩散进溶 胀纤维的无定形区, 随后吸附在纤维分子上, 且在很大程度上服从分 配定律 , 尽管在聚酯内部的扩散是一个速率受限制的过程,和水染色 体系相比,扩散速率要快,因为在水染色体系中纤维的溶胀很困难。 纤维中染料的浓度达到 102 -104,比染浴中的高。 iv利用超临界二氧化碳流体染色, 其工艺过程很简单。 染色通常是在 20 30兆帕的高压下进行的, 染色温度应根

8、据织物(或纤维的品种 进行调节, 一般掌握在 80 1600C ,也可再高些。对于一些难扩散、 耐热性又好的纤维染色温度可高达 3000C , 染色时间一般为 5 20min 。 染色时将织物卷绕在一根有孔的不锈钢辊上, 并将其悬吊在高压染罐 中。将粉状染料放入染罐的底部,并在隔绝空气的状态下充人 CO 2气 体,当达到所需温度时,就在 2 3min 内等温压縮到所需压力,并用 搅拌器搅拌。 在整个染色时间内要保持恒定的压力, 染色结束后减压, 最后排气即可。 v展望 超临界CO2染整工艺是一种新型的污水染色技术，全过程不产生 污染物，充分体现了清洁生产的理念，由于封闭式操作，且流程短、 效率高、能耗低，打打提到了工艺的经济性，一定是未来环保型染整 加工的必然趋势之一。 i 邢声远,超临界二氧化碳流体染色E,科普与趣闻,（2005）05-0062-01 邢声远,超临界二氧化碳流体染色E,科普与趣闻,（2005）05-0062-01 iii 宋梦军,杨文芳,超临