论超临界二氧化碳在纺织中的应用

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1、论超临界二氧化碳在纺织中的应用文章标题：论超临界二氧化碳在纺织中的应用摘要阐述了超临界二氧化碳流体的特性和染色原理，介绍了目前国内外的合成和天然纺织纤维应用超临界二氧化碳流体染色的研究近况，分析其在纺织印染工业中获得广阔的发展前景所需要解决的问题。关键词超临界二氧化碳；染色原理；合成纤维；天然纤维1前言超临界染色（SupercriticalFluidDyeing，简称SFD），也叫无水染色（Pa）时，即超过临界点后，二氧化碳转变到超临界流体状态。超临界二氧化碳对物体具有很强的渗透作用，对物质的溶解能力比气体大得多，甚至超过液体，它的密度是

2、气体的数百倍，接近于液体，但其粘度又同气体相等，它的扩散系数是气体的1左右，但又比液体大数百倍。超临界流体对溶质的溶解度取决于其密度，密度越高，溶解度越大。当改变其压力和温度时，密度即发生变化，从而导致溶解度发生变化。超临界流体染色就是利用超临界流体的这些特性发展起来的染色技术。3超临界CO2的染色原理二氧化碳是非极性分子，只能溶解非极性或极性低的染料。在染色过程中，染料首先溶解在超临界二氧化碳流体中，溶解的染料随染液的流动逐渐靠近纤维界面→染料进入动力边界层（难以流动）靠近纤维界面到一定距离后，主要靠自身的扩散接近纤维→染料迅速被纤维表

3、面吸附（它们之间的分子作用力足够大）→染料将向纤维内部扩散转移（纤维内外产生用量差或者内外染料化学位差）。超临界二氧化碳流体染色的工艺过程很简单。染色通常是在15—35MPa的高压下进行，染色温度根据织物（或纤维）的品种进行调节，要大于纤维的玻璃化温度，一般掌握在80—160℃，也可再高些。染色时间一般为10-120min。图2超临界CO2染色过程示意图超临界织物的染色过程为（图2）：将卷绕被染物的经轴放在高压染色釜中，把染料放入染料釜中，关闭压力容器，二氧化碳被泵压缩到超临界状态，并经过加热器加热到规定温度。超临界二氧化碳流体溶解染料釜

4、中的染料，并被送到染色釜中，染色流体通过循环泵循环，从而染料被纤维吸附（染色）。染色结束后，染液通过分离器被减压。这时，二氧化碳变成气体，其中的染料溶解性降低而沉淀，从而分离二氧化碳和染料。不含染料的二氧化碳被回收储藏。另一方面，停止染色槽中的二氧化碳循环，开启高压染色釜，取出染色物。超临界二氧化碳流体染色具有以下一些优点：(1)染色时不用水，无废水污染；(2)染色物没有烘干这一工序，即可缩短工艺流程，又节约能源；(3)上染速度快，匀染和透染性好，染色重现性也很好；(4)染料和二氧化碳易于回收利用；(5)不需要添加表面活性剂或其他助剂，不

5、仅降低成本，提高染料的利用率，还有利于环境保护，减少污染；(6)适用的纤维品种较广，一些难染的合成纤维也可染色。4超临界CO2染色研究进展4.1涤纶纤维关于涤纶超临界二氧化碳染色的报道已经很多，涤纶属疏水性纤维，纤维结构较紧密，结晶度高。当用超临界二氧化碳作为染色介质时，虽然二氧化碳分子和涤纶分子间不会形成氢键，但是由于它分子小，分子间不会形成水中的“冰山结构”或簇状体，容易进人纤维结构致密的区域，对纤维有很强的增塑作用，可以降低纤维的玻璃化温度，增加纤维分子链的活动性和自由扩散体积，所以在温度较低的情况下便可染色。而且，有关超临界12全

6、文查看二氧化碳对涤纶形态和性能影响的实验结果表明，超临界二氧化碳对纤维性能(拉伸性能、双折射率及纤维形态的改变)没有不利的影响。E．Schollmeyer研究小组最先利用汽巴公司提供的一系列染料对涤纶超临界二氧化碳染色做了大量的研究实验。他们研究发现涤纶纤维吸收的各种染料的量不仅受染色温度、压力和时间的影响。更重要的是，虽然染色设备不影响吸收的染料的比率，但温度和压力的变化却确实对它发生影响，从而产生色差。染色温度对吸收的染料量影响最大。温度愈高，吸收的染料愈多。在某些情况下，130℃条件下染色的纤维吸收的染料量比70℃下染色的纤维吸收的

7、染料量要多40—50倍。研究人员应用混合染料染涤纶时，发现每一种变化都会引起的亮度、饱和度和色相的变化。用三种染料拼色进行染色所固着的染料总量少于用两种或一种染料所固着的染料总量，表明几种染料争相进入纤维的受染位置。应用三种染料，在温度不变条件下增加压力，引起吸附染料量比例增加的变化是，红色染料较多，蓝色、黄色染料则较少。认为可能是蓝色染料和黄色染料分子量小于红色染料，较易泳移，以致染座让给红色染料。样品在低温下变化压力进行染色，色变更加明显。因此，在这个问题上，还需要进一步探索研究。4.2其他合成纤维锦纶纤维可以在超临界二氧化碳中实现无

8、水染色，并能获得很好的染色效果。和涤纶纤维染色相同，在一定的压力（或温度）条件下，锦纶上的染料上染量随着温度（或压力）的升高而增加。用超临界二氧化碳介质染色，锦纶织物的耐磨擦牢度不低于水介质工