一种对位芳纶超临界CO2无水染色的方法

一种对位芳纶超临界co2无水染色的方法
技术领域
1.本发明属于纺织印染技术领域，具体涉及对位芳纶在超临界co2流体中进行无水染色的方法。


背景技术：

2.对位芳纶是对位芳香族聚酰胺纤维，是一种高强、高模、耐高温、耐磨、耐腐蚀、高阻燃性、低密轻质的高性能纤维，在航空航天、轨道交通、信息技术、新能源、环境保护等领域都有重要的应用。近年来，对位芳纶纤维的应用逐渐向安全防护领域过渡，在特警服装、软质防弹背心、防刺防割耐磨部队服装、消防服和炼油炼钢高温作业服等防护服装领域得到广泛应用。
3.对位芳纶大分子链排列呈直线状，其大分子结构中至少有85％的酰胺键(-conh-)直接与两个苯环连接，链段排列规整，在对位芳纶毗邻的高分子链中，氨基(-nh-)和羰基(-c＝o-)结构会在分子链间产生相当强的氢键，而氢键共平面使其在剪切和拉伸流动作用下形成液晶，使得对位芳纶大分子柔性差、刚性强，纤维在轴向产生高取向度和结晶度，玻璃化温度高达350℃，纤维表面光滑致密，染料不易进入纤维内部，造成对位芳纶纤维染色困难。
4.对位芳纶的传统染色方法有原液染色法、预处理改性染色法、未干纤维染色法和载体染色法等。原液着色法色系不全、色光暗淡、成本较高；预处理改性对芳纶服用性能影响很大；未干纤维染色工艺复杂；载体染色影响生态环境，环保型载体染色成本高，难以乳化，不易脱载；且上述方法均为水浴染色，会产生大量印染废水，极大的限制了对位芳纶在防护服装领域的应用。
5.近年来，超临界co2染色以其无水、无助剂添加、剩余染料可回收、co2可循环使用优势，成为纺织材料清洁化染色首选方法。研究显示，不同密度超临界co2对聚合物产生较强增塑作用，能够在无载体条件下降低其玻璃化转变温度，从而提升染料分子向纤维扩散转移能力。因此，通过高温高压超临界co2对纤维产生增塑作用，降低纤维玻璃化转变温度，为芳纶无水染色提供了新的思路。但高温下分散染料亚稳态晶型自发转变为稳定晶型，染料易聚集熔融，阻碍了染料均匀溶解性能，严重影响上染率和着色强度。


技术实现要素：

6.针对上述背景技术中的技术问题，本发明提供了一种对位芳纶超临界co2无水染色的方法，发明人经过大量实验发现溶剂黄114和溶剂橙63在超临界co2中具有优异的热稳定性、耐光色牢度和溶解性，可为高温高压超临界co2中染料熔融难题提供解决方案，此外上述两种染料在超临界高温高压co2中具有独特热升华性，在高温时染料由固态直接热升华至气态，实现了对位芳纶无水中深度染色。
7.所述的溶剂黄114的结构式如下所示：
[0008][0009]
所述的溶剂橙63的结构式如下所示：
[0010][0011]
本发明提供如下技术方案：
[0012]
一种对位芳纶超临界co2无水染色的方法，所述方法为以超临界co2流体为染色介质，以溶剂黄114和溶剂橙63中的一种或两种的组合为染料，对对位芳纶进行一步染色。
[0013]
进一步地，所述的方法主要包括以下步骤：
[0014]
(1)将染料置于染料釜内，对位芳纶置于染色釜，密闭釜体；
[0015]
(2)存储在储罐中的co2经冷凝器冷凝为液态，经高压泵增压后，在预热器的作用下升温至超临界态，超临界co2流体流入染料釜溶解染料，再流入染色釜内对对位芳纶进行染色，染色结束后，超临界co2经释压降温，与未尽染染料在分离釜内分离，气体co2经冷凝器冷凝后返回储罐，完成对对位芳纶的染色。
[0016]
进一步地，步骤(1)中密闭釜体后，通入co2，排出釜内空气。
[0017]
进一步地，步骤(1)中所述染料的浓度为1-7％。
[0018]
进一步地，步骤(1)中所述对位芳纶包括对位芳纶纤维、对位芳纶纱线和对位芳纶织物。
[0019]
进一步地，步骤(2)中所述染色的条件为：染色温度为100-250℃，压力为10-30mpa，时间为10-200min。
[0020]
进一步地，步骤(2)中所述染色的条件为：染色温度为140-220℃，压力为10-24mpa，时间为10-100min。
[0021]
本发明具有如下有益效果：
[0022]
本发明以超临界co2作为绿色溶剂，利用热稳定性、耐光色牢度良好的溶剂黄114和溶剂橙63为染料，解决了高温高压超临界co2中分散染料的熔融难题；同时利用两种染料在超临界高温高压co2中具有的独特热升华性，在高温时染料由固态直接热升华至气态，首次实现了对位芳纶无水中深度染色，本发明解决了对位芳纶传统水浴染色污染严重的问题，同时改善对位芳纶染色上染率低、无法染深色的问题，实现了对位芳纶无水染色方法的
创新。
具体实施方式
[0023]
下面结合实施例对本发明进行详细的说明，但本发明的实施方式不限于此，显而易见地，下面描述中的实施例仅是本发明的部分实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，获得其他的类似的实施例均落入本发明的保护范围。
[0024]
实施例1
[0025]
一种对位芳纶超临界co2无水染色的方法，主要包括以下步骤：将3％(o.m.f.)的溶剂黄114染料置于染料釜内，对位芳纶纱线2g置于染色釜；存储在储罐中的co2经冷凝器冷凝为液态，在高压泵的作用下增压至12mpa，在预热器的作用下升温至140℃达到超临界态；超临界co2流体流入染料釜溶解染料，再流入染色釜内对对位芳纶染色，记录染色时间为30min；染色结束后，超临界co2经释压降温，气化后与未尽染染料在分离釜内分离；气体co2经冷凝器冷凝后返回储罐，将染色后的样品取出进行测试；k/s值及cielab色度值采用color-eye 7000a分光光度计在380nm-720nm范围内进行测定，读取d65光源，10
°
标准视角下数据；水洗牢度根据《gb/t 3921-2008纺织品色牢度试验耐皂洗色牢度测定》；摩擦牢度根据《gb/t 3920-2008纺织品色牢度试验耐摩擦色牢度测定》；断裂强力根据《gb/t 3916-2013,纺织品卷装纱单根纱线断裂强力和断裂伸长率的测定(cre法)测定》。
[0026]
实施例1染色条件：温度140℃，压力12mpa，溶剂黄114浓度3％(o.m.f.)，时间30min。
[0027]
表1.实施例1染色前原样和染色后的样品的测试结果
[0028][0029]
实施例2
[0030]
一种对位芳纶超临界co2无水染色的方法，主要包括以下步骤：将5％(o.m.f.)的溶剂黄114染料置于染料釜内，对位芳纶纱线2kg置于染色釜；存储在储罐中的co2经冷凝器冷凝为液态，在高压泵的作用下增压至16mpa，在预热器的作用下升温至180℃达到超临界态；超临界co2流体流入染料釜溶解染料，再流入染色釜内对对位芳纶染色，记录染色时间为50min；染色结束后，超临界co2经释压降温，气化后与未尽染染料在分离釜内分离；气体co2经冷凝器冷凝后返回储罐，将染色后的样品取出进行测试；k/s值及cielab色度值采用color-eye 7000a分光光度计在380nm-720nm范围内进行测定，读取d65光源，10
°
标准视角下数据；水洗牢度根据《gb/t 3921-2008纺织品色牢度试验耐皂洗色牢度测定》；摩擦牢度根据《gb/t 3920-2008纺织品色牢度试验耐摩擦色牢度测定》；断裂强力根据《gb/t 3916-2013,纺织品卷装纱单根纱线断裂强力和断裂伸长率的测定(cre法)测定》。
[0031]
实施例2染色条件：温度180℃，压力16mpa，溶剂黄114浓度5％(o.m.f.)，时间50min。
[0032]
表2.实施例2染色前原样和染色后的样品的测试结果
[0033][0034]
实施例3
[0035]
一种对位芳纶超临界co2无水染色的方法，主要包括以下步骤：将7％(o.m.f.)的溶剂黄114染料置于染料釜内，对位芳纶纱线20kg置于染色釜；存储在储罐中的co2经冷凝器冷凝为液态，在高压泵的作用下增压至24mpa，在预热器的作用下升温至220℃达到超临界态；超临界co2流体流入染料釜溶解染料，再流入染色釜内对对位芳纶染色，记录染色时间为70min；染色结束后，超临界co2经释压降温，气化后与未尽染染料在分离釜内分离；气体co2经冷凝器冷凝后返回储罐，将染色后的样品取出进行测试；k/s值及cielab色度值采用color-eye 7000a分光光度计在380nm-720nm范围内进行测定，读取d65光源，10
°
标准视角下数据；水洗牢度根据《gb/t 3921-2008纺织品色牢度试验耐皂洗色牢度测定》；摩擦牢度根据《gb/t 3920-2008纺织品色牢度试验耐摩擦色牢度测定》；断裂强力根据《gb/t 3916-2013,纺织品卷装纱单根纱线断裂强力和断裂伸长率的测定(cre法)测定》。
[0036]
实施例3染色条件：温度220℃，压力24mpa，溶剂黄114浓度7％(o.m.f.)，时间70min。
[0037]
表3.实施例3染色前原样和染色后的样品的测试结果
[0038][0039]
实施例4
[0040]
一种对位芳纶超临界co2无水染色的方法，主要包括以下步骤：将6％(o.m.f.)的溶剂黄114染料置于染料釜内，对位芳纶纱线20kg置于染色釜；存储在储罐中的co2经冷凝器冷凝为液态，在高压泵的作用下增压至22mpa，在预热器的作用下升温至200℃达到超临界态；超临界co2流体流入染料釜溶解染料，再流入染色釜内对对位芳纶染色，记录染色时间为60min；染色结束后，超临界co2经释压降温，气化后与未尽染染料在分离釜内分离；气体co2经冷凝器冷凝后返回储罐，将染色后的样品取出进行测试；k/s值及cielab色度值采用color-eye 7000a分光光度计在380nm-720nm范围内进行测定，读取d65光源，10
°
标准视角下数据；水洗牢度根据《gb/t 3921-2008纺织品色牢度试验耐皂洗色牢度测定》；摩擦牢度根据《gb/t 3920-2008纺织品色牢度试验耐摩擦色牢度测定》；断裂强力根据《gb/t 3916-2013,纺织品卷装纱单根纱线断裂强力和断裂伸长率的测定(cre法)测定》。
[0041]
实施例4染色条件：温度200℃，压力22mpa，溶剂黄114浓度6％(o.m.f.)，时间60min。
[0042]
表4.实施例4染色前原样和染色后的样品的测试结果
[0043][0044]
实施例5
[0045]
一种对位芳纶超临界co2无水染色的方法，主要包括以下步骤：将4％(o.m.f.)的溶剂橙63染料置于染料釜内，对位芳纶纱线2g置于染色釜；存储在储罐中的co2经冷凝器冷凝为液态，在高压泵的作用下增压至20mpa，在预热器的作用下升温至200℃达到超临界态；超临界co2流体流入染料釜溶解染料，再流入染色釜内对对位芳纶染色，记录染色时间为60min；染色结束后，超临界co2经释压降温，气化后与未尽染染料在分离釜内分离；气体co2经冷凝器冷凝后返回储罐，将染色后的样品取出进行测试；k/s值及cielab色度值采用color-eye 7000a分光光度计在380nm-720nm范围内进行测定，读取d65光源，10
°
标准视角下数据；水洗牢度根据《gb/t 3921-2008纺织品色牢度试验耐皂洗色牢度测定》；摩擦牢度根据《gb/t 3920-2008纺织品色牢度试验耐摩擦色牢度测定》；断裂强力根据《gb/t 3916-2013,纺织品卷装纱单根纱线断裂强力和断裂伸长率的测定(cre法)测定》。
[0046]
实施例5染色条件：温度200℃，压力20mpa，溶剂橙63浓度4％(o.m.f.)，时间60min。
[0047]
表5.实施例5染色前原样和染色后的样品的测试结果
[0048][0049]
实施例6
[0050]
一种对位芳纶超临界co2无水染色的方法，主要包括以下步骤：将6％(o.m.f.)的溶剂橙63染料置于染料釜内，对位芳纶纱线20kg置于染色釜；存储在储罐中的co2经冷凝器冷凝为液态，在高压泵的作用下增压至22mpa，在预热器的作用下升温至180℃达到超临界态；超临界co2流体流入染料釜溶解染料，再流入染色釜内对对位芳纶染色，记录染色时间为90min；染色结束后，超临界co2经释压降温，气化后与未尽染染料在分离釜内分离；气体co2经冷凝器冷凝后返回储罐，将染色后的样品取出进行测试；k/s值及cielab色度值采用color-eye 7000a分光光度计在380nm-720nm范围内进行测定，读取d65光源，10
°
标准视角下数据；水洗牢度根据《gb/t 3921-2008纺织品色牢度试验耐皂洗色牢度测定》；摩擦牢度根据《gb/t 3920-2008纺织品色牢度试验耐摩擦色牢度测定》；断裂强力根据《gb/t 3916-2013,纺织品卷装纱单根纱线断裂强力和断裂伸长率的测定(cre法)测定》。
[0051]
实施例6染色条件：温度180℃，压力22mpa，溶剂橙63浓度6％(o.m.f.)，时间90min。
[0052]
表6.实施例6染色前原样和染色后的样品的测试结果
[0053][0054]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。