无水染色技术

5.3.3 时间的影响
在超临界CO2体系中，染料在流体中的溶解度较大，若染色时间
短，染料与纤维接触时间短，上染不充分，所以得色比较浅；染 色时间延长，接触更充分，染料不断上染并向纤维的内部扩散， 可达到较高的上染率；由于PLA纤维的结构疏松，纤维内部纤维 的染料在一定条件下也容易扩散出来，所以当达到较高的染色深 度后，由于已染着的染料又被流体带出纤维，纤维的K/S值就下 降。
1988年，超流体染色出现了第一项关于纺
织品染色的专利。 1989年，德国西门防止研究中心第一次将 超临界流体染色上染PET。 1991年，德国开发成功第一台染色中样机。 1995年以后，超流体染色技术层出不穷， 其中以分散染料上染聚酯纤维成果最为丰 富。
5.1 基本原理
染料的溶解→向纤维移动→向纤维
2. 传统印染的缺点
印染废水水量较大，每印染加工1吨纺织品
耗水100～200吨，其中80～90%成为废水。 纺织印染废水具有水量大、有机污染物含 量高、碱性大、水质变化大等特点，属难 处理的工业废水之一，废水中含有染料、 浆料、助剂、油剂、酸碱、纤维杂质、砂 类物质、无机盐等。
3. 超临界流体的性能
由图可以看出超临界二氧化碳比液态的扩散系数
大数百倍，表明其向固体基质的渗透速率要比液 态快的多；其密度又接近液态的时候，所以具有 一定的溶解性。CO2的临界温度为31.05℃，临界 压力为7.14MPa。而水的临界温度374℃，临界压 力22.13MPa。
超临CO2的性质及优点
①与有机试剂相比，无毒、阻燃，无溶剂残 余，廉价易得，使用安全，不会污染环境。 ②与水相比，CO2呈对称结构，溶解水不能溶 解的的非极性或者极性较低的有机物，可以 作为有机反应的溶剂，将脂溶性反应和产物 溶于其中并保持反应的均相性，也可作为萃 取剂，通过调节温度压强控制CO2流体的溶解 性，把不同的有机物从混合态逐步分离出来。
1997年，North Carolina州立大学与Unifi公司开始合作具有工业化规模
的超临界流体染色设备。
2002年，东华大学国家染整工程技术研究中心成功研制了国内第一台
具有产业化潜力的超临界二氧化碳染色设备。
表面吸附→向纤维内部扩散
溶于超临界CO2的染料多呈单分子杂乱分散
的状态，在这种状态下染色，染浴中的染 料比较活泼。CO2分子粘度低，浴染分子间 作用力又小，具有极高的扩散系数，可使 染料分子快速的扩散到纤维的空隙中，以 达到对纤维均匀染色的效果。
5.2工艺及设备
整个流程主要是CO2钢瓶、高压泵、染缸（或
无水染色技术
Anhydrous dyeing technique
制作人：史飞龙
1. 简介
无水染色：无水染色学名“超临界流体染
色”，把二氧化碳气体加热加压到既非气 体也非液体的超临界流体状态，这种状态 下的二氧化碳对染料有一定溶解能力。
超临界：工程上，将某流体所处的压力（P）
和温度（T）均超过临界压力（Pc）和临界 温度（Tc）时，称为超临界。既有液体的 性能，也有气体的性能。
高压釜）组成。染缸中带有搅拌器，根据需要， 可在染缸内配有不锈钢染色经轴或染色皿，以 实现织物和纤维的染色。染色时，将织物卷绕 在染色经轴上，并装在搅拌器周围。将染料放 置在染缸的底部，然后将染缸密封。先通入 CO2清洗几次后，在一定压力下将体系加热到 染色温度，当达到恒定温度时，染缸加压到工 作压力，然后在恒定不变的温度和压力条件下 搅拌。CO2在染色过程中，不断地流动通过染 缸（或者高压釜），然后经减压阀减压变为气 体后，通入大气或者循环使用。待染色完毕后， 将高压釜转为常压，便可取出Байду номын сангаас燥的布样。
5.3 影响因素（以PLA为例）
5.3.1温度的影响
温度对PLA纤维的染色深度的影响，与纤维
的玻璃化温度和CO2超临界状态的形成有关。
40℃时，接近CO2的临界温度，低于PLA纤维的玻璃化温度（57℃），


纤维大分子链段处于“冻结”，染料分子难以进入纤维内部，所以上 色很浅。 低于70℃，且处于PLA纤维的玻璃化温度附近，纤维大分子链段小幅 振动，形成小的空隙，少量染料上染，因而得色比较浅。且K/S值缓 慢增加 高于70℃，纤维大分子链段运动加剧，形成大量空隙，且染料溶解度 增加，这都促进了纤维的上染，K/S值显著增加。 当到110℃时，表面深度达到较高值。 当升到120℃时，纤维熔融结块。
6. 设备的发展
1991年，Jasper公司与德国西北纺织研究中心合作研制了第一台半工
业化的染色机。
1994年，德国Amann＆Sohne公司安装了一台上述的染色设备染涤纶
缝纫线。
1995年，Uhde公司与德国西北纺织研究中心合作生产出一台容量为
30L的设备，最多可染两只筒子或绕在经轴上的织物。
5.3.2 压力的影响

在超临界CO2体系中，压力越小对应的流体密度越低，对 染料的溶解性也就越低。K/S值越小。随着压力增加，流体密 度增加，染料在流体中的溶解度增加，上染率提高，K/S值增 大。再提高压力，流体密度进一步增大，溶解度也进一步提高， 由于分散染料上染过程使染料在介质和纤维分配的过程，染料 在流体中的溶解度过高，则不利于染料在纤维上的分配。两方 面作用K/S下降。
超临界流体具有液体的密度，与液体相似的 可溶解性；又具有气体的易于扩散的特点， 它的低粘度、高扩散性，有利于溶解在其中 的物质扩散和向固体基质的渗透。
超临界流体的临界压力和临界温度因其分子结
构异，分子极性越强，分子量越大，临界温度 越高，临界压力越低。最引人注目、研究最多 的就是CO2。
4. 超临界CO2
③具有通过调节超临界CO2中温度、压强单一 变量就能适用于多种反应条件的潜力。 ④作反应剂的同时又是萃取剂，可通过萃取 分离剩余的反应物和反应产物。 ⑤CO2不但为反应提供了惰性环境，而且可以 循环利用，节约资源和能源。 ⑥CO2本身也可作为反应物，直接参与反应集 合等反应。
5. 超临界CO2染色