超臨界二氧化碳染色

1、論文題 目 :姓 名 :學 號 :專業(yè)班級 :學 院 :二零一零年十二月十二日 超臨界二氧化碳染色【 摘要 】 超臨界二氧化碳染色技術是一種新型環(huán)保的染色技術, 本文通過對一些文獻的查閱, 簡單地概述這種技術的特點以及發(fā)展前 景。【 關鍵詞 】超臨界二氧化碳;新型染色技術;環(huán)?！?引言 】 利用超臨界流體溶劑所具有的低粘度、 高擴散性等等傳 統(tǒng)工藝中水溶劑所不具備的多種特性進行染整加工, 而且加工工藝中 不斷體現(xiàn)出了新的優(yōu)勢,是目前值得探索的加工工藝之一。超臨界二氧化碳的概念二氧化碳 (CO2 是一種無色、無臭和不燃的氣體,其相對密度是 空氣的 1. 5倍。它的分子呈直線型,兩個氧原子分別在碳

2、的兩側,呈 對稱分布 , 故不顯極性。所以,它的相對分子質量雖比水大。但沸點 很低,在常溫時為氣體。它的臨界溫度為 31.10C ? 加壓易液化。由于 其分子是非極性的, 液態(tài)的二氧化碳對極性物質的溶解能力不高, 對 低極性和非極性物質都有較高的溶解能力, 因而對非極性或疏水性纖 維具有較強的溶脹能力。 如果把二氧化碳置于密封體系中升溫和加壓, 當超過 C02的臨界溫度 (31.10C 和臨界壓力 7.39MPa 時,即超過臨 界點后,則 C02轉變到超臨界流體狀態(tài)。此時,它具有許多獨特的性 質。在臨界溫度以上, 不管如何加熱,它也不能變?yōu)闅怏w;同時, 在臨界壓力下, 即使加很大的壓力也不能變

3、為液體和固體。 由于它不 同于氣體、液體和固體,故將這種狀態(tài)的流體狀態(tài)稱為超臨界流體。超臨界 CO 2流體 (SCF 是指處于臨界溫度和臨界壓力 (31.2。 C,7.31MPa 以上,具有良好溶解性和擴散性質的流體。 i超臨界二氧化碳流體染色具有以下一些優(yōu)點(1染色時不用水,無廢水污染;(2 染色結束后可降低壓力, 此時 CO 2氣化, 不需要進行染后供干, 既可縮短工藝流程,又可縮短染色時間、節(jié)省烘干能源;(3上染速度快,勻染和透染性好,染色重現(xiàn)性也很好;(4CO 2本身無毒,不燃,可重復回用;(5染料可重復利用,染色時不需要添加分散劑、勻染劑、緩沖劑 等助劑,不僅可降低成本,提高染料的利

4、用率,還有利于環(huán)境保護, 減少污染;(6適用的纖維品種較廣, 一些難染的合成纖維 (如丙綸、 芳綸等 也可染色。 ii超臨界 C02流體染整加工的優(yōu)勢 :(1真正實現(xiàn)了無水染色,徹底消除了染色廢水的產生,因此 可以從根本上解決印染廢水處理的難題,保護了水資源 ;(2無需使用助劑,如用分散染料染滌綸可省去分散劑、擴散 劑、勻染劑等化學品 ;(3 C02易得, 安全, 無毒, 是發(fā)酵及合成氨等工業(yè)中的副產物, 易純化,因此染色過程中無有害氣體排放,且 C02可循環(huán)使用,不會 帶來 " 溫室效應 "(4降低了能耗,因省去了染色后織物的烘燥過程,熱能消耗 僅為常規(guī)工藝的 20% ;

5、(5染色效果好,超臨界 002染色具有較高的上染率和良好的勻 染性 ;(6染料可冋用,殘余染料可重新回到粉末狀,并加以應用, 從而使染料利用率大大提高 ;(7染色時間短染色后一般不必進行還原清洗,縮短了生產周 期,能實現(xiàn) " 快速響應 " 的生產和經營機制 . iii超臨界二氧化碳應用于分散染料的染色由于分散染料是一類難溶于水, 在水中主要呈懸浮體存在的非離 子性染料, 在水中要依靠大量的分散劑等助劑以保持其分散狀態(tài)。 分 散劑的存在雖可提高染料懸浮體的分散穩(wěn)定性, 但是, 采用分散劑不 僅會增加生產成本, 而且會污染水質, 有時還會降低染料的平衡上染 率,影響到染色的質量

6、。若采用超臨界二氧休碳流體作為染色介質, 則由于它是非極性分子, 對分散染料的溶解能力比水高得多。 染料溶 解度高,這不僅可提高上染速度,還可提高勻染和移染性 , 如果染料 全部溶解 , 也不會出現(xiàn)分散染料在水中存在的穩(wěn)定性降低而引起的各種問題。又由于超臨界二氧化碳流體的粘度極低,分子間作用力小 , 染料在其中的擴散阻力小介于氣體和液體之間、擴散速度快 . 因而 有利于染料的滲透和移染 , 從而可大大提高勻染和透染程度。開始時, 纖維在超臨界 CO 2中溶脹(CO 2對 PET 和 PP 纖維的親和 力大,由于吸附的 CO 2 的增塑作用,纖維的 Tg 下降。有人認為, CO 2在纖維上的吸附

7、平衡在短時間內就能達到。因為纖維的纖度小, 纖維表面積和質量的比值大。另一方面,拒水性的染料在超臨界 CO 2中有相對髙的溶解度(溶解度和水染色體系中的幾乎相等。溶解的 染料和 CO 2分子相互作用。這些溶解的染料分子相對容易地擴散進溶 脹纖維的無定形區(qū), 隨后吸附在纖維分子上, 且在很大程度上服從分 配定律 , 盡管在聚酯內部的擴散是一個速率受限制的過程,和水染色 體系相比,擴散速率要快,因為在水染色體系中纖維的溶脹很困難。 纖維中染料的濃度達到 102 -104,比染浴中的高。 iv利用超臨界二氧化碳流體染色, 其工藝過程很簡單。 染色通常是在 20 30兆帕的高壓下進行的, 染色溫度應根

8、據(jù)織物(或纖維的品種 進行調節(jié), 一般掌握在 80 1600C ,也可再高些。對于一些難擴散、 耐熱性又好的纖維染色溫度可高達 3000C , 染色時間一般為 5 20min 。 染色時將織物卷繞在一根有孔的不銹鋼輥上, 并將其懸吊在高壓染罐 中。將粉狀染料放入染罐的底部,并在隔絕空氣的狀態(tài)下充人 CO 2氣 體,當達到所需溫度時,就在 2 3min 內等溫壓縮到所需壓力,并用 攪拌器攪拌。 在整個染色時間內要保持恒定的壓力, 染色結束后減壓, 最后排氣即可。 v展望 超臨界CO2染整工藝是一種新型的污水染色技術，全過程不產生 污染物，充分體現(xiàn)了清潔生產的理念，由于封閉式操作，且流程短、 效率高、能耗低，打打提到了工藝的經濟性，一定是未來環(huán)保型染整 加工的必然趨勢之一。 i 邢聲遠,超臨界二氧化碳流體染色E,科普與趣聞,（2005）05-0062-01 邢聲遠,超臨界二氧化碳流體染色E,科普與趣聞,（2005）05-0062-01 iii 宋夢軍,楊文芳,超臨