超臨界二氧化碳染色工藝的優(yōu)化

超臨界二氧化碳染色工藝的優(yōu)化

0推動(dòng)染整生產(chǎn)及節(jié)能減排技術(shù)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的意義采用超級(jí)氧化染色工藝將氧化棕櫚酸與織物染色結(jié)合起來(lái)，是一種新型的無(wú)水染色技術(shù)。與傳統(tǒng)染色方法相比,具有節(jié)水、環(huán)保、節(jié)能和無(wú)需使用助劑等優(yōu)點(diǎn)。其前處理、染色、清洗過(guò)程可一步完成,且染色時(shí)間短,可縮短生產(chǎn)周期,提高經(jīng)濟(jì)效益。因此,推進(jìn)該技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用,對(duì)推動(dòng)染整清潔生產(chǎn)及節(jié)能減排具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。目前,一些發(fā)達(dá)國(guó)家已相繼開(kāi)展該技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化研究,其中德國(guó)Uhde公司研制的產(chǎn)業(yè)化設(shè)備已有詳細(xì)的文獻(xiàn)報(bào)道本試驗(yàn)采用自制的生產(chǎn)型樣機(jī),以分散紅60為模型染料對(duì)滌綸筒子紗進(jìn)行染色,研究各工藝條件,包括流體壓力、染色溫度和時(shí)間,以及染料用量等工藝參數(shù)對(duì)上染率的影響,以期獲得優(yōu)化的、可用于產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)的染色工藝條件。1測(cè)試1.1不銹鋼管繞筒子紗織物DTY167D/48f滌綸紗線(江蘇省吳江絲織廠)。用絡(luò)筒機(jī)將紗線繞于不銹鋼管上形成筒子紗,所繞筒子紗單個(gè)質(zhì)量300g,密度0.36g/cm染料C.I.分散紅60(濾餅)(浙江吉華化工有限公司)。設(shè)備SCFD-P型超臨界二氧化碳流體染色機(jī)(東華大學(xué)研制)。1.2高染色牢度的染色步驟整個(gè)染色過(guò)程分前處理、染色和清洗三個(gè)階段。前處理階段借助超臨界二氧化碳萃取紗線上的油劑及部分齊聚物,為后續(xù)染色做準(zhǔn)備;清洗階段則借助超臨界二氧化碳將染后紗線表面的剩余染料溶解并去除,以提高染色牢度。具體步驟為:取2個(gè)滌綸筒子紗(600g)置于染色軸上,裝入染色釜D1,將分散紅60濾餅裝入染料釜D2。通過(guò)壓縮泵P1將二氧化碳加入系統(tǒng)中,加熱。待達(dá)到相應(yīng)的溫度和壓力后,關(guān)閉染料釜,打開(kāi)循環(huán)泵P2及回收釜D3,開(kāi)始前處理萃取。萃取結(jié)束后,關(guān)閉壓縮泵和回收釜,打開(kāi)染料釜,開(kāi)始染色。超臨界二氧化碳流經(jīng)染料釜溶解固體染料,在循環(huán)泵驅(qū)動(dòng)下反復(fù)循環(huán)透過(guò)筒子紗,促使染料不斷上染纖維。染畢,關(guān)閉染料釜,進(jìn)行勻染。之后降溫至滌綸玻璃化溫度(80℃)以下,打開(kāi)壓縮泵和回收釜,清洗。之后卸壓至系統(tǒng)壓力為常壓時(shí)取出織物,染色完成。1.3光密度的測(cè)定選取所染筒子紗的下層筒子,按GB/T9337—2001《分散染料高溫染色上色率的測(cè)定方法》,分別測(cè)定筒子內(nèi)、中、外層紗線的染料上染量,取平均值表征該批筒子的上染量。具體步驟為:精確稱取質(zhì)量為0.08g染色紗線樣品,置于50mL容量瓶中。加入3mL氯苯-苯酚混合液(質(zhì)量比1∶1),使紗線全部浸沒(méi)其中。將容量瓶置于沸水浴中,加熱,直至紗線全部溶解。冷卻后,邊振蕩邊逐滴加入丙酮5mL,使滌綸絮狀物析出,然后加丙酮至刻度線,加蓋,搖勻,靜置,使滌綸絮狀物全部沉積于瓶底,備用。用滴管從容量瓶上部吸取澄清的有色液,并用丙酮作參比液,在UV-2102PCS型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)上測(cè)定光密度。最后,根據(jù)染料吸光度標(biāo)準(zhǔn)曲線,計(jì)算出纖維上對(duì)應(yīng)的染料量,即上染量。上染率按式(1)計(jì)算。2分散紅60染滌綸的染色條件在本課題組前期開(kāi)發(fā)的實(shí)驗(yàn)室樣機(jī)上,用1%(owf)的分散紅60染滌綸時(shí),在25MPa,120℃,2h染色條件下的上染率為33%2.1壓力分布的影響二氧化碳流體的密度是壓力和溫度的函數(shù)由表1可知,在17MPa壓力下,筒子紗兩肩端有明顯白芯,染色不均勻。這是由于在該壓力條件下,超臨界二氧化碳流體密度過(guò)低,系統(tǒng)內(nèi)流體流量降低,二氧化碳流經(jīng)筒子紗時(shí)壓力有損失,導(dǎo)致紗線上各點(diǎn)壓力分布不均勻,造成染色均勻性變差。隨著壓力增加,纖維上的染料量逐漸增大,當(dāng)壓力增加到25MPa后,再增加壓力,上染率的增幅不明顯。這是因?yàn)樵谙嗤臏囟认?隨著壓力增加,超臨界二氧化碳流體的密度逐漸增大,染料在流體中的溶解度隨之增加,流體攜帶更多的染料到達(dá)纖維表面,并擴(kuò)散進(jìn)入纖維內(nèi)部,因此纖維上的染料量也相應(yīng)增加。再繼續(xù)增加壓力,超臨界二氧化碳流體密度進(jìn)一步提高,雖然染料溶解度亦將繼續(xù)增大,但這對(duì)上染過(guò)程存在有利和不利兩方面作用:一方面,纖維表面染料的濃度梯度增大,促進(jìn)了染料上染;另一方面由于上染過(guò)程是染料在二氧化碳流體與纖維上的分配過(guò)程,染料在流體中溶解度的提高不利于染料在纖維中的分配2.2染色溫度的影響滌綸纖維的玻璃化溫度(T由表2可知,70℃時(shí)分散紅60便已上染滌綸纖維,而該溫度下常規(guī)水浴染色,染料幾乎不上染纖維,這表明二氧化碳流體對(duì)纖維的溶脹作用大于水。當(dāng)染色溫度從70℃提高到90℃時(shí),上染量迅速增加,表明聚酯纖維內(nèi)分子鏈段運(yùn)動(dòng)加劇,纖維內(nèi)部自由體積增大,染料上染速率隨之增大。溫度升至100℃時(shí),上染量雖進(jìn)一步增大,但增幅變緩。120℃時(shí)上染量已接近最大值,再提高溫度,上染量增大不再明顯。因此,在超臨界二氧化碳流體中用分散紅60染色時(shí),要獲得比較高的上染量,染色溫度可控制在120℃左右。另外,比較表1和表2可知,在超臨界二氧化碳流體中用分散紅60染滌綸,溫度對(duì)上染量的影響比壓力更明顯。2.3min對(duì)上染量的影響在染色溫度120℃,壓力25MPa和染料用量1%(owf)的條件下,研究染色時(shí)間(30,60,90和120min)對(duì)上染量的影響,結(jié)果如表3所示。由表3可知,隨著染色時(shí)間延長(zhǎng),纖維上的染料量逐漸提高。染色30min時(shí),染料的上染率達(dá)83.5%;60min時(shí),上染率達(dá)92%;繼續(xù)延長(zhǎng)染色時(shí)間,纖維上的染料量緩慢增加,表明染色已接近平衡。以超臨界二氧化碳流體為介質(zhì)對(duì)紗線進(jìn)行染色時(shí),染色時(shí)間與上染量的關(guān)系和以水為介質(zhì)的常規(guī)染色基本一致。2.4染料濃度對(duì)上染量的影響染料用量越大,則越多的染料接近纖維表面形成濃度梯度,促進(jìn)染料上染,從而提高上染量。本試驗(yàn)染料濃度選擇0.5%,1%,1.5%和2%(owf),在120℃和25MPa的條件下染色90min,研究染料濃度對(duì)上染量的影響,結(jié)果見(jiàn)表4。由表4可知,當(dāng)染料用量從0.5%增加到2.0%時(shí),纖維上的染料量幾乎成線性增加,而上染率卻逐漸下降。這表明,滌綸在超臨界二氧化碳中染色時(shí),分散染料的上染服從能斯特分配關(guān)系對(duì)比分散紅60在水介質(zhì)中的上染率(表5)可以看出,當(dāng)染料濃度均為1%(owf)時(shí),水中的上染率為94.7%,而在超臨界二氧化碳中染色時(shí)上染率為93.7%,兩者相當(dāng)。因此,該結(jié)果佐證了本課題組前期研究得出的分散染料在水中和在超臨界二氧化碳中對(duì)滌綸纖維親和力相當(dāng)?shù)慕Y(jié)論3超臨界二氧化碳介質(zhì)(1)在超臨界二氧化碳中用分散紅60染滌綸,上染量隨溫度和壓力的增加而增大,且溫度對(duì)染色的影響比壓力更為明顯。欲獲得較高的上染量,溫度和壓力可分別控制在120℃和25MPa左右。(2)滌綸在超臨界二氧化碳介質(zhì)中