专利名称：微胶囊无助剂免水洗染色工艺和装置的制作方法
技术领域：
本发明属于轻化工领域，进一步说是一种微胶囊无助剂免水洗染色工艺和装置，是一种清洁染色的工艺和装置。
背景技术：
目前分散染料的染色仍然为在助剂作用下的水系介质染色，即借助于助剂把染料稳定地分散于水中，采用130℃高温染色，染色后再经水洗、皂洗还原清洗等把织物表面浮色洗去，以达到预定的牢度要求。为了节水，人们采用小浴比染色，浴比为1∶7左右，但水洗工艺必不可少，因此每染一吨织物染色和水洗用水消耗约为100～150吨，产生的废水为严重污染。为了保护环境，人们采用种种技术手段提高处理水质量，但迄今为止尚无彻底有效的处理方法。
十多年前，德国科学家发明了一种非水系染色方法——超临界CO2染色技术，可以说是一种清洁的染色方法，彻底地解决了染色废水问题。该技术引起了广泛的重视和研究，已出现多种超临界CO2染色装置。如“用于超临界流体或准临界流体溶解固体颗粒的溶解装置及染色装置”(中国专利号ZL01119214.3)，该装置包括一种超临界流体对染料颗粒的溶解和分离装置，并能限制较大的染料颗粒与织物接触。但由于此类装置以超临界流体为介质，工作压力为300大气压左右，设备投资昂贵，至今尚未见规模化应用。
2003年陈水林等人发明了一种分散染料微胶囊无助剂的水系染色技术，中国专利号ZL03116244.4。该发明利用一种特殊的微胶囊化分散染料，利用该种微胶囊的缓释与隔离作用，在普通的高温高压染色设备上，采用通常的染色条件，实现了无废水的清洁染色。由于该方法不添加助剂，染色废水经过滤后非常清洁。但用这种方法染色后的织物仍需清洗，以除去织物上附着微胶囊和少量浮色，这种清洗仍然消耗较大量的水。
为此，发明人陈水林等人又于2004年发明了一种免除水洗的分散染料染色的方法，中国专利号ZL200410056220.9。该方法的实现过程是，采用分散染料微胶囊染色方法完成染色后，在断绝染料供应和无助剂的条件下，继续在水中对织物高温处理10至20分钟，使吸附在织物表面的染料全部进入织物纤维内部，免除了水洗，从而可节约大量的水洗用水和热能。
但是，微胶囊染色停止后，微胶囊中还存在一些末耗尽的染料，这些染料必须在免水洗处理前被排除在染色体系之外，以达到彻底断绝染料供应的要求。其次，如果织物上附着有微胶囊，在随后的热定型阶段，高温会使这些微胶囊中的染料升华，在织物上形成色点。显然，对绒毛织物、纱线等，采用水洗的方法清除附着的微胶囊是很困难的。即使对普通织物，这种清洗不仅操作复杂，而且需要额外的热能和水。
发明内容
本发明目的是提供一种微胶囊无助剂染色免水洗的工艺和染色的装置，尤其适用于分散染料微胶囊无助剂染色免水洗的工艺和染色的装置。
本发明的工艺原理表述如下分散染料微胶囊C1是一种平均粒径为数十微米的固体颗粒(ZL03116244.4)，内部含有染料固体。它具有一定的强度和耐热性能，在染色过程中不溶解，不变形，不破裂，其粒径分布基本不变；同时它又具有渗透性和缓释性，水和染料分子可以透过胶囊壁。在高温和水介质的作用下，微胶囊中的染料被逐渐溶解，扩散作用使溶解的染料分子C2透过胶囊壁，进入染液。染料分子到达纤维表面并吸附，向纤维内部扩散。这种溶解—渗透—吸附—扩散的过程不断进行，直至织物的颜色达到一定的深度。此时，只要切断对织物的染料供应，让织物在染色温度下继续处理一段时间，即可清除其表面浮色，达到免除水洗的目的。
本发明的装置是一种将固液萃取机理应用于微胶囊无助剂免水洗染色的装置，由普通的染色机、萃取机、管路、2～8个阀门和泵等组成一个染色系统。该系统采用水为工作介质，其工作温度和压力与普通的染色条件一致，通常工作温度为100～140℃，压力为0～0.4MPa，染色时间为0.5～1.5小时。如典型的纯涤纶织物染色条件为130℃、0.3MPa。
本装置的工作流程是将水输入容器，水与容器中的微胶囊充分接触，形成水与微胶囊的混合体系。通常系统中水为织物重量的10～30倍，推荐30倍，微胶囊染料的用量，根据不同的染色深度要求，为织物重量的0.1～10％。由于微胶囊具有较大的比表面积，在较高的温度下，如130℃，水的粘度极小，易通过微胶囊壁，溶解其中的分散染料，形成分散染料水溶液。染料溶液与微胶囊随后通过一个过滤介质C3，较大粒径的微胶囊C1被限制在容器内，染料溶液从容器输出。
萃取机A2中的过滤介质C3可采用附图5中的网篮形式，也可采用柱状、袋装、折波状、片状等任何通常的形式。过滤介质C3的选材也很广泛，选择难以被分散染料着色的材质为好，包括但不限于满足系统工作条件的金属、陶瓷、玻璃纤维、粘胶纤维或天然纤维等，但应避免使用聚酯等与分散染料有亲和力的材料。
实际上，染色机中存在少量粒径较小的微胶囊是可以接受的，因为这些微胶囊具有更大的比表面积，其内部的染料较早消耗枯竭，它造成的负面影响也较小。为了降低工作负荷，过滤介质C3的过滤精度可适当放宽。根据所用微胶囊染料的规格，结合对染色产品质量的要求，过滤介质C3的过滤精度一般应选择2～50微米。
本发明还包括由萃取机A2、染色机A1和连接管路组成的工作回路，该回路使经由萃取机流出染液不断地注入染色机，染液中的染料被织物吸收后，枯竭的染液被重新输入萃取机，再次从含有染料的微胶囊中获得溶解的染料，形成较高浓度的染料溶液。如此不断循环30～60分钟，达到预定的染色深度后，关闭这个工作回路，使染色机内得不到新的染料供应，染色机继续在染色温度条件下独立运行一段时间，如5～20分钟，使纤维表面的浮色进入纤维，从而完成免水洗处理过程。
系统中的染料溶解—消耗是一个动态过程，因此萃取机应有足够的输出流量，以不断补充染色机内的染料消耗。但是，由于分散染料的溶解度很小，染料达到溶解饱和以后，过大的工作流量也是无益的。决定萃取机工作流量的主要因素是染料的用量和织物重量，通常微胶囊染料的重量为织物重量的0.1％～10％；此外还与溶解装置的性能、织物的结构、染色机的性能等有关。因此，萃取机的流量一般为1～100m3/h。
本发明的各种变体可适合与各种形态的疏水性纤维制品，如锦纶、涤/棉混纺纤维以及散纤维、纱线、针织布、成衣等制品。
图1是本发明的一种微胶囊无助剂免水洗染色装置示意图；符号说明A1-染色机，A2-萃取机，A3-泵，V1、V2、V3、V4和V5-阀门。
泵A3为萃取机运行提供动力，兼作染色机的动力来源。
V4和V5控制萃取机A2的反冲洗回路。染色完成后，关闭V2、V3，打开V4、V5，可以对萃取机进行清洗。
图2是本发明的第二种微胶囊无助剂免水洗染色装置示意图；符号说明A1-染色机，A2-萃取机，A3-泵，V1、V2、V3、V4和V5-阀门。
泵A3为萃取机运行提供动力，兼作染色机的动力来源。泵的安装位置一般在染色机A1的出水端，也可以安装在染色机A1的进水端。
V4和V5控制萃取机A2的反冲洗回路。染色完成后，关闭V2，打开V3、V4、V5，可以对萃取机进行清洗。
图3是本发明的第三种微胶囊无助剂免水洗染色装置示意图；符号说明A1-染色机，A2-萃取机，A3、A4-泵，V1、V2、V3、V4和V5-阀门。
泵A3为萃取机运行提供动力，A4作为染色机的动力来源。泵的安装位置一般在染色机A1的出水端，也可以安装在染色机A1的进水端。
V4和V5控制萃取机A2的反冲洗回路。染色完成后，关闭V2、V3，打开V4、V5，可以对萃取机进行清洗。
图4是本发明的第四种微胶囊无助剂免水洗染色装置示意图。将萃取机置于染色机内，可使染色机与萃取机成为一体。该结构的萃取机容器为非承压容器，系统结构简单、紧凑、经济。
符号说明A1-染色机，A2-萃取机，A3-泵，V1、V2、V3和V5-阀门。
泵A3为萃取机运行提供动力，兼作染色机的动力来源。
V5控制萃取机A2的反冲洗回路。染色完成后，关闭V3，打开V2、V5，可以对萃取机进行清洗。
图5是本发明的一种微胶囊无助剂免水洗染色装置中的萃取机的原理示意图，内部过滤介质为滤篮形式，但并不限定萃取机的具体结构。
符号说明A2-萃取机，C1-微胶囊染料，C2-溶解的染料分子，C3-滤网。
具体实施例方式
以下实施例有助于进一步理解本发明，但不能限定本发明的内容。
实施例采用的装置中，微胶囊染料萃取机、染色机、泵和阀门通过管道连接组成一个工作回路，有多种连接方式。为便于理解，给出附图1、附图2、附图3和附图4四种结构，但本发明所保护的范围并不限于这四种结构。
实施例1涤纶中样染色试验选用设备为1.普通高温高压溢流染布的染色机，容量20kg，最高工作温度140℃，最高工作压力0.4MPa；2.普通的萃取机作为微胶囊染色萃取机，容积20L，最高工作温度140℃，最高工作压力0.4MPa，过滤介质用不锈钢折波滤芯，过滤精度20微米，过滤面积2m2；将设备按附图1方式连接。
试验材料1.纯涤纶布1.9kg；2.微胶囊化分散染料(C.I.分散蓝56)4％owf.；3.水300L；4.醋酸适量。
操作步骤步骤1染色机A1进布，加水，加醋酸调节染液的pH值至5～6；步骤2将微胶囊化染料加入微胶囊染色萃取机A2；步骤3关闭排水阀V4和V5，调节阀门V1、V2、V3，使流经萃取机A2的水流达到20m3/h(20℃时)；步骤4升温至130℃后保温30分钟；步骤5关闭V2和V3，以切断萃取机A2对染色机A1的染料溶液供应回路；步骤6染色机继续保温运行20分钟；步骤7降温，完成染色。
实施例2涤纶染色生产选用设备为1.普通高温高压溢流染布机，容量200kg，最高工作温度140℃，最高工作压力0.4MPa；2.微胶囊染色萃取机，容积L，最高工作温度140℃，最高工作压力0.4MPa，过滤介质为粘胶纤维制无纺布滤袋，过滤精度20微米，过滤面积6m2；将设备按图2方式连接。
试验材料1.纯涤纶布55 kg；2.微胶囊化分散染料(C.I.分散蓝56)2％owf.；3.水1000L；4.醋酸适量。
操作步骤步骤1染色机A1进布，加水，加醋酸调节染液的pH值至5～6；步骤2将微胶囊化染料加入微胶囊染色萃取机A2；步骤3关闭排水阀V5，调节阀门V1、V2、V3、V4，使流经萃取机A2的水流达到30m3/h(20℃时)；步骤4升温至130℃后保温30分钟；步骤5完全打开V4，关闭V2和V3，以切断萃取机A2对染色机A1的染料溶液供应回路；步骤6染色机继续保温运行20分钟；步骤7降温，完成染色。
实施例3涤纶筒纱染色选用设备为1.普通高温高压筒纱染色中样机，容量3kg，最高工作温度140℃，最高工作压力0.4MPa；2.微胶囊染色萃取机，容积6L，最高工作温度140℃，最高工作压力0.4MPa，过滤介质用不锈钢滤芯，过滤精度20微米，过滤面积0.18m2；将设备按图3方式连接。
试验材料1.纯涤纶筒子纱1kg；2.微胶囊化分散染料(C.I.分散蓝56)2％owf.；3.水20L；4.醋酸适量。
按实施例1的步骤操作，萃取机A2的工作流量为5m3/h。
实施例4涤纶中样染色试验选用设备为按附图4方式制作一台内置萃取机的染色机，容量20kg，最高工作温度140℃，最高工作压力0.4MPa；内置萃取机容积20L，过滤介质用五层不锈钢烧结网滤芯，过滤精度20微米，过滤面积1m2。
试验材料1.纯涤纶布1.9kg；2.微胶囊化分散染料(C.I.分散蓝56)2％owf.；3.水300L；4.醋酸适量。
操作步骤步骤1染色机A1进布，加水，加醋酸调节染液的pH值至5～6；步骤2将微胶囊化染料加入微胶囊染色萃取机A2；步骤3关闭排水阀V5，打开V3；调节阀门V2，使流经萃取机A2的水流达到10m3/h(20℃时)；步骤4升温至130℃后保温30分钟；步骤5关闭V2和V3，以切断萃取机A2对染色机A1的染料溶液供应回路；步骤6染色机继续保温运行20分钟；步骤7降温，完成染色。
用上述方法排出的染色残液呈弱酸性，由于未添加助剂，色度、COD和BOD极低，有较高的回用价值。
权利要求
1.一种微胶囊无助剂免水洗染色装置，其特征是该染色装置将用于织物染色的染色机A1，通过一组管路和用于控制流量和流向的2～8个阀门，连接一个用于萃取微胶囊内染料的，带过滤介质的萃取机A2。
2.如权利要求1所述的染色装置，其特征是所述的萃取机A2是带过滤介质的固液萃取机。
3.如权利要求1所述的染色装置，其特征是所述的过滤介质是过滤网；其材质是金属、陶瓷、玻璃纤维、粘胶纤维或天然纤维。
4.如权利要求1所述的染色装置，其特征是所述的萃取机的过滤精度2～50微米，工作压力0～0.4MPa。
5.一种微胶囊无助剂免水洗染色工艺，其特征是被染织物在仅含有溶解状态的染料水溶液中染色，含有染料的微胶囊被置于萃取机中，染色机中的染色液通过泵和管路进入萃取机中，萃取机分离大于2～50微米粒径的微胶囊，将微胶囊中的部分染料溶解在染液中，再输入染色机，如此染色30～60分钟以后，关闭萃取机的进水阀门和出水阀门，切断对染色机的染料供应，再在染色机中染色5～20分钟。
6.如权利要求5所述的微胶囊无助剂免水洗染色工艺，其特征是所述的染色机中染液的pH5～6、微胶囊染料的重量为织物重量的0.1％～10％，水为织物重量的10～30倍；染色温度为100～140℃；压力为0～0.4MPa。
7.如权利要求5所述的微胶囊无助剂免水洗染色工艺，其特征是所述萃取机的流量为1～100m3/h。
8.如权利要求5所述的微胶囊无助剂免水洗染色工艺，其特征是所述的微胶囊是分散染料的微胶囊。
全文摘要
本发明为微胶囊无助剂免水洗的染色工艺和装置。本发明装置为连接在普通高温高压染色机上的一个旁路，该旁路包括一种微胶囊染料萃取机，连接微胶囊染料萃取机和染色机的进水和出水管，控制染料释放的阀门。本装置与普通高温高压染色机连接使用，可以在通常的染色条件下，对涤纶等疏水纤维的微胶囊无助剂免除水洗染色，可以简化操作，染色完成后，剩余的微胶囊与染液分离，排水十分清洁。
文档编号D06P1/96GK1986956SQ200610147479
公开日2007年6月27日 申请日期2006年12月19日 优先权日2006年12月19日
发明者胡卫明, 陈水林, 俞正庆 申请人:上海西伦实业有限公司