第二章超临界二氧化碳在染整加工中的应用

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1、第二章第二章 超临界二氧化碳超临界二氧化碳及其在染整加工中的应用及其在染整加工中的应用纤维染色需要介质纤维染色需要介质染色介质必须具备的功能：染色介质必须具备的功能：溶解或分散染料；溶解或分散染料；润湿、溶胀或增塑纤维润湿、溶胀或增塑纤维溶解助剂，利于它们发挥作用溶解助剂，利于它们发挥作用对染料的染色亲和力、上染速率、匀染性和染对染料的染色亲和力、上染速率、匀染性和染色牢度有益。色牢度有益。最常用的染色介质是水最常用的染色介质是水水作为染色介质面临的问题：水作为染色介质面临的问题：1 水资源日益枯竭；水资源日益枯竭；2 水污染日益严重。水污染日益严重。无水节水染整技术成为发展方向无水节水染整技

2、术成为发展方向无水和节水染色的研究和应用：无水和节水染色的研究和应用：有机溶剂染色有机溶剂染色成本高、生态问题；成本高、生态问题；助剂增溶染色；助剂增溶染色；溶剂溶剂/水乳液染色；水乳液染色；超临界二氧化碳流体作为介质染色。超临界二氧化碳流体作为介质染色。1 1、二氧化碳的性质、二氧化碳的性质 二氧化碳在常温常压下是一种气体，无二氧化碳在常温常压下是一种气体，无色、无臭和不会燃烧的气体，比空气重色、无臭和不会燃烧的气体，比空气重1.51.5倍倍，非极性，沸点低，临界温度，非极性，沸点低，临界温度31.131.1度，加压度，加压易液化，液态二氧化碳对非极性物质有较强易液化，液态二氧化碳对非极性物

3、质有较强的溶胀和溶解能力。的溶胀和溶解能力。一、超临界二氧化碳流体及性质一、超临界二氧化碳流体及性质2、超临界二氧化碳、超临界二氧化碳31.17.39MPa一些物质的超临界温度和压力一些物质的超临界温度和压力超临界流体的密度是气体的近千倍；粘度与超临界流体的密度是气体的近千倍；粘度与气体相仿；扩散系数是液体的数百倍。气体相仿；扩散系数是液体的数百倍。3 3、超临界流体的特性、超临界流体的特性特性：特性：l 在临界压力以上，不管如何加热，超临界流体也不在临界压力以上，不管如何加热，超临界流体也不会变为气体；在临界温度以上，不管如何加压，超临会变为气体；在临界温度以上，不管如何加压，超临界流体也不

4、会变为液体界流体也不会变为液体；l超临界流体具有气体的特性，能够均匀分布于整个超临界流体具有气体的特性，能够均匀分布于整个容器中，扩散系数大，粘度低；容器中，扩散系数大，粘度低；l密度比较高，和液体的密度接近；密度比较高，和液体的密度接近；l超临界流体作为溶剂，其对物质的溶解能力与其本超临界流体作为溶剂，其对物质的溶解能力与其本身的极性以及被溶解物质的极性相关，同时，溶解度身的极性以及被溶解物质的极性相关，同时，溶解度随压力和温度的变化很大。随压力和温度的变化很大。二氧化碳的超临界流体二氧化碳的超临界流体 二氧化碳超临界流体具有有机溶剂类似二氧化碳超临界流体具有有机溶剂类似的溶解性能，对非极性

5、物质，如正己烷、二的溶解性能，对非极性物质，如正己烷、二氯甲烷、非极性的分散染料等有很好的溶解氯甲烷、非极性的分散染料等有很好的溶解能力，对极性物质溶解能力差。能力，对极性物质溶解能力差。二氧化碳超临界流体的特性及应用二氧化碳超临界流体的特性及应用l二氧化塘超临界流体可用于咖啡和香精的萃取二氧化塘超临界流体可用于咖啡和香精的萃取、石油的提纯、药物的精制。、石油的提纯、药物的精制。l在染整工艺中，二氧化碳流体可用作分散染料在染整工艺中，二氧化碳流体可用作分散染料无水染色介质，染色过程不产生废水，残留染料无水染色介质，染色过程不产生废水，残留染料可以回收，是一种清洁生产技术。可以回收，是一种清洁生

6、产技术。1 1、分散染料超临界二氧化碳染色的特点：、分散染料超临界二氧化碳染色的特点：上染速度快上染速度快匀染和透染性好匀染和透染性好染色重现性好染色重现性好染色工艺流程短染色工艺流程短不用水，无废水污染问题不用水，无废水污染问题染料可重复利用，不须添加助剂染料可重复利用，不须添加助剂常规方法难染的纤维也能染色常规方法难染的纤维也能染色二氧化碳无毒、不燃，可重复使用。二氧化碳无毒、不燃，可重复使用。二、分散染料超临界二氧化碳流体染色二、分散染料超临界二氧化碳流体染色2 2、采用超临界流体技术进行分散染料染色，、采用超临界流体技术进行分散染料染色，上染率高、匀染性好、透染性好，因为：上染率高、匀

7、染性好、透染性好，因为：l对染料的溶解性好，可以杜绝分散染料水介质染对染料的溶解性好，可以杜绝分散染料水介质染色时因溶解度不好产生的问题，色时因溶解度不好产生的问题，可以使用纯分散染可以使用纯分散染料，免用大量的分散剂；料，免用大量的分散剂；l 流体的粘度低，分子间作用力小，染料的扩散阻流体的粘度低，分子间作用力小，染料的扩散阻力小，渗透和移染好，容易染匀和染透；力小，渗透和移染好，容易染匀和染透；l可以采用高温低压的染色条件，适当降低染料可以采用高温低压的染色条件，适当降低染料溶解度，从而提高平衡上染率、增加扩散速度；溶解度，从而提高平衡上染率、增加扩散速度；l超临界流体与染料分子之间作用力

8、小，染料在超临界流体与染料分子之间作用力小，染料在流体中扩散速度快，纤维表面扩散边界层薄，利流体中扩散速度快，纤维表面扩散边界层薄，利于染料吸附。于染料吸附。3 3、超临界二氧化碳流体染色、超临界二氧化碳流体染色发展状况：发展状况： 该技术由德国北德纺织研究院提出并进行该技术由德国北德纺织研究院提出并进行了大量的研究，得到世界范围的重视，成为研了大量的研究，得到世界范围的重视，成为研究热点，被认为是最有发展前景的无水染色技究热点，被认为是最有发展前景的无水染色技术。但目前尚不能大规模应用于实际生产。术。但目前尚不能大规模应用于实际生产。 1989年，德国Bochum的Ruhr大学的理科硕士论文

9、课题与G M Schneider教授合作，采用这种新技术进行了首次实验室规模的合成纤维染色。德国Krefeld的德国西北纺织研究中心(DTNW)继续这项工作，在静态染色设备中染色。此后， Ciba精化公司和瑞士Basel公司合作为染料制造商并取得许多适合于超临界二氧化碳染色的分散染料的专利。 1991年，德国Velen的Jasper公司与德国西北纺织研究 中心合作，制造了首台半工业规模的染色机。 1995年，在德国Hagen的UHDE公司的努力探索下，德国西北纺织研究中心建成了一台具有30L的高压釜，可染2只筒子纱的二氧化碳染色设备，这台新的设备包括一个萃取循环装置，以在染色工艺中去除和分离剩

10、余的染料纺纱油脂，在更换染料时用于清洁设备，以及用于二氧化碳的再循环，另外还有一只独立染料储存槽与一只高速泵成一体化，此后，国际上对这一技术的兴趣越来越高。超临界二氧化碳染色设备超临界二氧化碳染色设备染色条件：染色条件：压力：压力：2030MPa温度：温度：80160（也可高达（也可高达300）时间：时间：520min染色过程：染色过程： 织物卷绕于有孔不锈钢辊上织物卷绕于有孔不锈钢辊上 悬挂于高压罐悬挂于高压罐中中 粉状染料置于染罐底部粉状染料置于染罐底部 隔绝空气下冲入隔绝空气下冲入CO2气体气体 升温至所需温度升温至所需温度 等温压缩至所需等温压缩至所需压力压力 恒压下搅拌染色恒压下搅拌

11、染色 减压排气减压排气 结束。结束。染色条件对染色的影响染色条件对染色的影响温度：温度：温度升高，染料溶解度和扩散速度提温度升高，染料溶解度和扩散速度提高，上染速度增加；高，上染速度增加；压力：压力：压力升高，流体密度增加，染料浓度压力升高，流体密度增加，染料浓度可以提高，但扩散速度降低。可以提高，但扩散速度降低。一般采用较高温度和较低压力条件染一般采用较高温度和较低压力条件染色，可以达到较好的效果：色，可以达到较好的效果：染料浓度染料浓度低，扩散速度快、匀染和透染性好，具体低，扩散速度快、匀染和透染性好，具体染色时，应根据纤维特性、染料性能、染染色时，应根据纤维特性、染料性能、染色浓度来控制