毛纺工业节能减持染色技术研发趋势分析

超辐界二氧化碳液态染色研发趋势

1.传统染色的载色体(Vehicle)是水。水是宝贵的自然资源，尤其在中国。因此染色工作者把载色体从水换成临界二氧化碳液体进行染色、洗涤、整理作为节水的重点科研对象。

一、超临界二氧化碳(又称SCF-C02)液态染色的关键因素

1.1二氧化碳超I临界的必要条件

Hyatt论述到二氧化碳热力学性质时指出，其成为液态C02的超临界点，压力20Bar时，大约为31℃。液态高压范围为20~73Ba，且液态二氧化碳为疏水性的。

1.1.2两亲助剂的使用

虽然液态C02用于染色(包括洗涤、整理)。并不需要多相体系，但由于液态C02对疏水性染料.油、脂肪、类脂的溶解度属微溶状态，仅用二氧化碳，得色率和效果并不好。因此需要助染的助剂。助染助剂最为适合的是一种既亲油，又亲水的两亲助剂。如液体溶剂、醇、碳氢化合物、醚、胺、酮及其混合物。此外两亲聚合物是随机嵌段(二嵌、三嵌、多嵌或生成聚合物的嵌).接枝共聚，星型均聚、共聚低聚物等。

溶剂是指高沸点低蒸汽压得那种溶剂，闪点必须高于37.8℃、一般在60.5℃、而93.3℃或更高的更好。如石蜡及异构的混合物。

助溶剂包括醇：如乙醇、异丙醇、丁醇，辛醇、癸醇、十二醇、十六醇等C2----C16醇；卤化烃：包括氯三氟甲烷、三氯氟甲烷、过氟丙烷、氯二氟甲烷、硫代氟乙烷等；胺(如N甲基吡咯烷酮)。酰胺(如二甲基乙酰胺)l酯(如醋酸乙酯、二元酯、乳酸酯)；醚(如二乙醚、四氢呋喃、乙二醇醚)；脂肪族碳氢化合物(如甲烷、乙烷、丙烷、氨基丁烷、正戊烷、已烷)；氧化物(氧化氮)；烯烃(如乙烯、丙烯)；天然碳氢化合物(如萜烯，双苎烯)；酮(丙酮.甲乙酮)；烷基吡咯烷酮、硫代恶唑等。

聚合物：如聚甲基硅氧烷、聚(苯乙烯-g-二甲基硅氧烷)、聚(甲基丙烯酸-g-1，1’二氢过氟辛酸甲基丙烯酸酯)、聚(1，1’二氢过氟辛酸-g-苯乙烯)等。(近年来美国认为过氟辛酸衍生物疑似致癌物)。由这些助溶剂与液态C02的复配将使分散染料疏水纤维(如锦纶、涤纶)的得色率和递深性比单独C02液有很大的提高。

1.1.3用含湿蒸汽解决亲水性染料的染色问题

由于阴离子染料属于亲水性染料，它们并不溶解于疏水的液态二氧化碳之中，水基本上也很少溶解于液态的二氧化碳之中，一般溶于C02的水不超过5％(重量/体积)，而在液态时C02中含水仅为0.5％“1.0％(重量/体积)。当液态二氧化碳染色体系中引入了吸湿的纤维时，此体系用亲水染料染亲水性天然纤维如羊毛、蚕丝、纤维素纤维及其与疏水性纤维的混纺变得可能。棉和丝所用纤维的含湿度在50~100％范围内，以75％含湿度为最适；而羊毛和黏胶所用纤维的含湿度在60~100％范围内，以75％为最适。

1.1.4用胺化剂制“活性棉”

棉布即使吸湿了，染色还比黏胶的浅很多，因此在液态二氧化碳系统中染色，一般是需要用胺化剂对棉纤维引入氨、仲氨的共价键合基团，使棉成为对阴离子染料增加染座的“活性棉”以起到增深效果。当棉布氨化处理后，纤维上含有叔胺或季铵盐的基团，棉及混纺织物通过水中含保温剂(保湿剂一般用三聚氰胺、尿素、硫代二乙二醇等)。使之棉织物含有充分湿度就可染色。

1.1.5为改善色牢度染料引入活性基

用一般分散染料，以液态二氧化碳超临界点，发现色牢度还是不够好。于是在分散染料上引入活性基团、制成活性型分散染料，因此种染料对纤维素产生了共价键合，故色牢度显著提高。

1.1.6调节温度和SCF-C02密度以控制染料相分配用SCF-C02超临界染色，染料在SCF-C02相和被染的纤维相这两相中的分配有密切关系。

当温度维持不变，适当降低SCF-C02密度时.染料在C02液中的溶解度并没有显著下降。反之，当度下降，尤其是降到纤维Tg(玻璃转化点)以下时，染料溶解度会显著降低。也即当SCF-C02跌至临界点之后，C02液吸收染料的速度是比纤维吸收染料的速度快，因此出现了染料沉淀和摩擦牢度问题。为解决问题.染色过程设置了SCF-C02二个密度区。首先第一密度区，密度值较高，范围在0.4~0.7g/cm3，以0.62g/cm3为适宜的值，温度在Tg点以上在染色温度下保温循环30~45分钟，液循环速度控制在27.8~45.4升/分钟。然后以0.0037--0373kg/分钟的速率，降压进入第二密度区，密度控制在0.3~0.5g/cm3范围，以0.45g/cm3为适宜，温度控制恒定值。某些分散染料(如红167，黄86，蓝60，紫9l等)在恒定温度下，有控制地降低SCF-C02密度，结果染料溶解度的降低不显著，这可认为溶解度在控制范围内。此时染料从SCF-C02液中被吸出是有利于纤维吸收的。

另一方面，如果维持密度(SCF-C02)不变，则降低温度，以密度控制使染料在SCF-C02中溶解度显著增加。随着降温，染科上染纤维的速度慢于染料从C02液中析出的速度。导致染料沉淀及摩擦牢度问题这说明染料从溶液中向纤维上的分配情况错综复杂。它不仅依赖于染料在SCF-C02中的溶解度，而且还依赖染料对纤维的亲和力。这一点在选染料时很重要。如分散蓝77号对涤纶(对苯二甲酸乙二醇酯)的亲和力很高，可以优选。

1.1.7染色载体的筛选

在SCF-C02(即超临界二氧化碳)染色体系中，选用两亲的助溶剂可改善吸色率、固色率。然而对某些亲水纤维的深色染色仍有困难。此时选择载体是必须的。载体的主要作用是降低纤维的玻璃转化点，提高染料在纤维上的分配比。为此，美国北卡罗琳娜大学以三氯苯用壬基苯酚聚氯乙烯醚为乳化剂作载体染色试验，在天然纤维和合成纤维上染色基本是成功的。例子如下：

例1：棉纱筒子密度0.5g/c.c

以C.1直接兰78号.用量22％o.w.f

染色条件：SCF-C02液密度0.6g/c.c

温度/时间：40~83℃，流速31.822升/分钟-磅

液流循环1→0/5’→O→I/5’

结果染得深兰：干摩4~5级，湿摩3~4级

例2：羊毛精纺纱(没经洗漂)

以C.1酸性红360号，用量5％o.w.f

SCF-C02液密度0.7g/c.c

温度80℃/30分；流速31.822升/分钟-磅

流向O→1内循环

结果染成深红色，干湿摩擦均为4.0级。

(按AATCC试验法8号).

例3：尼龙6染色

以C.1酸性红360号；用量5％o.w.f

SCF-C02液密度0.65g/c.c

温度/时间：100℃/30分钟，流速31.822升/分钟-磅

流向0→1内循环

结果染成深红色，干/湿摩擦均为4.O级。

例4：腈Orlan75

用C.1阳离子兰28号，用量5％o.w.f

SCF-C02液密度0.65g/c.c

温度/时间：100℃/30分钟，流速31.822升/分钟-磅

流向O→1内循环

染得很深，干/湿摩擦均为5.O级。

例5：涤Dacron54、64、107W(杜邦)

涤纱筒子密度0.5g/c.c

染料用C.1分散兰56号，用量0.89％(糊状)

SCF-C02液密度0.6g/c.c

温度/时问：100℃/30分钟，流速68.19升/分钟-磅

流向1→0/5’，O→I/5’

染得深兰色，表观上摩擦牢度无问题。

例6：涤50/棉50混纺

纱筒子密度0.49/c.c

染料用C.1分散兰56号/C.1直接兰78号，用量2.22％.o.w.f

SCF-C02密度0.33g/c.C

温度/时间：lOO~C/30分钟，流速31.822升/分钟-磅

流向1~O/5’，0~I/5’

染得深兰色，相当于有3％o.w.f的染深性

干摩擦4~5级，湿摩擦4级。