1前言
超臨界染色(supercriticalfluiddyeing，簡(jiǎn)稱sfd)，也叫無(wú)水染色(waterlessdyeing)，于1989年由德國(guó)西北纖維研究中心的科學(xué)家schollmeyer等發(fā)明，從這時(shí)起，各國(guó)科學(xué)家投入大量人力、物力研究無(wú)水染色新技術(shù)。
無(wú)水染色在世界范圍內(nèi)被視為對(duì)傳統(tǒng)印染業(yè)的革命，傳統(tǒng)織物染色需大量用水和化學(xué)助染劑，屬高耗能、高污染行業(yè)，而無(wú)水染色具有工藝簡(jiǎn)單、流程短，不用助劑、染色后不用清洗、染料利用率高，并從源頭上杜絕廢水的生成等優(yōu)點(diǎn)。
超臨界二氧化碳染色工藝的發(fā)展將給傳統(tǒng)印染工業(yè)帶來(lái)質(zhì)的飛躍，從能源節(jié)約和生態(tài)環(huán)境的觀點(diǎn)來(lái)看，這一革新的技術(shù)都是很有意義的。
2超臨界流體的特性
常規(guī)條件下物質(zhì)一般有三態(tài)，即氣、液、固三態(tài)。這三種狀態(tài)在常壓條件下可相互轉(zhuǎn)變，其轉(zhuǎn)變可用相圖加以說明(圖1)
圖1純凈物質(zhì)的相圖
當(dāng)某一種物質(zhì)被壓縮到其臨界壓力和加熱到臨界溫度之上時(shí)，其氣相和液相就成為超臨界。臨界點(diǎn)有溫度和壓力兩個(gè)坐標(biāo)，即分別為臨界溫度(tc)和臨界壓強(qiáng)(pc)。在臨界點(diǎn)之上物質(zhì)將成為超臨界流體，其性質(zhì)位于典型氣體和液體之間，并兼具兩者的優(yōu)點(diǎn)。
能形成超臨界流體的化合物有多種，但考慮到達(dá)到超臨界狀態(tài)的難易，使用時(shí)的安全性、化合物的穩(wěn)定性以及是否容易獲得等因素，最常用的為二氧化碳。二氧化碳是一種無(wú)色﹑無(wú)臭、不燃、不爆、無(wú)毒、無(wú)腐蝕性又容易獲得的非極性氣體，當(dāng)超過二氧化碳的臨界溫度(31.1℃)和臨界壓力(7.39mpa)時(shí)，即超過臨界點(diǎn)后，二氧化碳轉(zhuǎn)變到超臨界流體狀態(tài)。超臨界二氧化碳對(duì)物體具有很強(qiáng)的滲透作用，對(duì)物質(zhì)的溶解能力比氣體大得多，甚至超過液體，它的密度是氣體的數(shù)百倍，接近于液體，但其粘度又同氣體相等，它的擴(kuò)散系數(shù)是氣體的1左右，但又比液體大數(shù)百倍。超臨界流體對(duì)溶質(zhì)的溶解度取決于其密度，密度越高，溶解度越大。當(dāng)改變其壓力和溫度時(shí)，密度即發(fā)生變化，從而導(dǎo)致溶解度發(fā)生變化。超臨界流體染色就是利用超臨界流體的這些特性發(fā)展起來(lái)的染色技術(shù)。
3超臨界co2的染色原理
二氧化碳是非極性分子，只能溶解非極性或極性低的染料。在染色過程中，染料首先溶解在超臨界二氧化碳流體中，溶解的染料隨染液的流動(dòng)逐漸靠近纖維界面→染料進(jìn)入動(dòng)力邊界層(難以流動(dòng))靠近纖維界面到一定距離后，主要靠自身的擴(kuò)散接近纖維→染料迅速被纖維表面吸附(它們之間的分子作用力足夠大)→染料將向纖維內(nèi)部擴(kuò)散轉(zhuǎn)移(纖維內(nèi)外產(chǎn)生用量差或者內(nèi)外染料化學(xué)位差)。
超臨界二氧化碳流體染色的工藝過程很簡(jiǎn)單。染色通常是在15—35mpa的高壓下進(jìn)行，染色溫度根據(jù)織物(或纖維)的品種進(jìn)行調(diào)節(jié)，要大于纖維的玻璃化溫度，一般掌握在80—160℃，也可再高些。染色時(shí)間一般為10-120min。
圖2超臨界co2染色過程示意圖
超臨界織物的染色過程為(圖2)：將卷繞被染物的經(jīng)軸放在高壓染色釜中，把染料放入染料釜中，關(guān)閉壓力容器，二氧化碳被泵壓縮到超臨界狀態(tài)，并經(jīng)過加熱器加熱到規(guī)定溫度。超臨界二氧化碳流體溶解染料釜中的染料，并被送到染色釜中，染色流體通過循環(huán)泵循環(huán)，從而染料被纖維吸附(染色)。染色結(jié)束后，染液通過分離器被減壓。這時(shí)，二氧化碳變成氣體，其中的染料溶解性降低而沉淀，從而分離二氧化碳和染料。不含染料的二氧化碳被回收儲(chǔ)藏。另一方面，停止染色槽中的二氧化碳循環(huán)，開啟高壓染色釜，取出染色物
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