超臨界二氧化碳染色

1、論文題 目 :姓 名 :學(xué) 號 :專業(yè)班級 :學(xué) 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(shù)是一種新型環(huán)保的染色技術(shù), 本文通過對一些文獻(xiàn)的查閱, 簡單地概述這種技術(shù)的特點(diǎn)以及發(fā)展前 景?！?關(guān)鍵詞 】超臨界二氧化碳;新型染色技術(shù);環(huán)?！?引言 】 利用超臨界流體溶劑所具有的低粘度、 高擴(kuò)散性等等傳 統(tǒng)工藝中水溶劑所不具備的多種特性進(jìn)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(gè)氧原子分別在碳

2、的兩側(cè),呈 對稱分布 , 故不顯極性。所以,它的相對分子質(zhì)量雖比水大。但沸點(diǎn) 很低,在常溫時(shí)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(zhì)的溶解能力不高, 對 低極性和非極性物質(zhì)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(qiáng)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(dāng)超過 C02的臨界溫度 (31.10C 和臨界壓力 7.39MPa 時(shí),即超過臨 界點(diǎn)后,則 C02轉(zhuǎn)變到超臨界流體狀態(tài)。此時(shí),它具有許多獨(dú)特的性 質(zhì)。在臨界溫度以上, 不管如何加熱,它也不能變?yōu)闅怏w;同時(shí), 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(kuò)散性質(zhì)的流體。 i超臨界二氧化碳流體染色具有以下一些優(yōu)點(diǎn)(1染色時(shí)不用水,無廢水污染;(2 染色結(jié)束后可降低壓力, 此時(shí) CO 2氣化, 不需要進(jìn)行染后供干, 既可縮短工藝流程,又可縮短染色時(shí)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(fù)回用;(5染料可重復(fù)利用,染色時(shí)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(hù), 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(shí)現(xiàn)了無水染色,徹底消除了染色廢水的產(chǎn)生,因此 可以從根本上解決印染廢水處理的難題,保護(hù)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(kuò)散 劑、勻染劑等化學(xué)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(chǎn)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(huì) 帶來 " 溫室效應(yīng) "(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(yīng)用, 從而使染料利用率大大提高 ;(7染色時(shí)間短染色后一般不必進(jìn)行還原清洗,縮短了生產(chǎn)周 期,能實(shí)現(xiàn) " 快速響應(yīng) " 的生產(chǎn)和經(jīng)營機(jī)制 . iii超臨界二氧化碳應(yīng)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(huì)增加生產(chǎn)成本, 而且會(huì)污染水質(zhì), 有時(shí)還會(huì)降低染料的平衡上染 率,影響到染色的質(zhì)量

6、。若采用超臨界二氧休碳流體作為染色介質(zhì), 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(huì)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(kuò)散阻力小介于氣體和液體之間、擴(kuò)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(shí), 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(rèn)為, CO 2在纖維上的吸附

7、平衡在短時(shí)間內(nèi)就能達(dá)到。因?yàn)槔w維的纖度小, 纖維表面積和質(zhì)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?cái)U(kuò)散進(jìn)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(nèi)部的擴(kuò)散是一個(gè)速率受限制的過程,和水染色 體系相比,擴(kuò)散速率要快,因?yàn)樵谒旧w系中纖維的溶脹很困難。 纖維中染料的濃度達(dá)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(jìn)行的, 染色溫度應(yīng)根

8、據(jù)織物(或纖維的品種 進(jìn)行調(diào)節(jié), 一般掌握在 80 1600C ,也可再高些。對于一些難擴(kuò)散、 耐熱性又好的纖維染色溫度可高達(dá) 3000C , 染色時(shí)間一般為 5 20min 。 染色時(shí)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(dāng)達(dá)到所需溫度時(shí),就在 2 3min 內(nèi)等溫壓縮到所需壓力,并用 攪拌器攪拌。 在整個(gè)染色時(shí)間內(nèi)要保持恒定的壓力, 染色結(jié)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(shù)，全過程不產(chǎn)生 污染物，充分體現(xiàn)了清潔生產(chǎn)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(jīng)濟(jì)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(yuǎn),超臨界二氧化碳流體染色E,科普與趣聞,（2005）05-0062-01 邢聲遠(yuǎn),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