一种超临界CO₂介导的拼色染色方法

专利名称：：一种超临界CO₂介导的拼色染色方法
技术领域：
：本发明涉及一种超临界C02介导的拼色染色方法，该方法实现了超临界二氧化碳中染色过程中的拼色。(二)
背景技术：
：传统染色工艺以水作为染色介质，存在耗水量大、能耗高、环境污染严重等问题。中国是纺织印染的第一大国，纺织印染行业排放的印染废水是我国工业系统中重点污染源之一。近年来发展的超临界流体染色工艺，与传统的以水为介质的染色工艺相比具有污染小、成本低、工序少等优点，是一种前景广阔的"绿色染色"技术。超临界二氧化碳染色方法引入了化工过程的超临界流体技术，利用二氧化碳作为染色介质把染料溶解并送至纤维孔隙，二氧化碳在染色结束后又能与染料充分分离，整个染色过程在密封系统中进行，不产生废水和废气，属于绿色生产的过程，符合可持续发展的战略。国内外一些学者用不同的方法和设备对超临界二氧化碳染色进行了研究，取得了一定的成果。但由于实验方法和设备的差异和局限性，大部分研究都限于单种染料的超临界二氧化碳染色，但是为了使纺织品能够获得理想的颜色和色光，仅用单种染料上染是不够的，需要将不同颜色的染料拼混起来进行拼色染色。传统的水浴法拼色染色工艺是以两种或两种以上染料按适当的比例配制染浴，并对织物进行染色，以获得预期的染色效果。超临界C02染色工艺一般将染料放置在染料釜，超临界co2先经过染料釜，染料溶解于其中，并随之进入染色蒼对织物进行染色。由于染料在超临界C02中的溶解度较小，通常染料的用量相对于超临界C02溶解度而言是过量的。另一方面，由于在一定温度和压力下，每种染料在超临界co2中的溶解度是一定的，这样溶解于超临界co2中并随之进入染色釜的混合染料的比例也是一定的。因而不能简单地通过调整混合染料的比例以获得预期的染色效果。即使将混合染料直接置于染色釜，因为染料也是先溶解于超临界C02中，然后再对织物进行染色的，因此也存在同样的问题。
发明内容本发明目的是提供一种超临界C02介导的拼色染色方法。本发明釆用的技术方案是一种超临界C02介导的拼色染色方法，所述方法包括以超临界C02流体为介质，先后用不同种分散染料对待染色的织物进行染色，使被染织物获得所需要的颜色。本发明为超临界二氧化碳染色中的多浴法拼色方法。该方法中的染色介质为超临界二氧化碳，染料为任何可以应用于超临界染色的染料，被染织物为合成纤维和天然纤维，采用的染色装置为超临界二氧化碳循环染色装置，采用的染色方法为动态平衡法。所述拼色染色工艺采用多浴法，即将织物先后放置于不同染料的染色系统中，进行两次或者两次以上染色后得到成品。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)。本发明应用2种以上的染料进行染色时，是将待染色的织物依次分别置于不同的色泽的染料中分次染色，所述的分次染色步骤所述方法如下将待染织物置于第一种染料的染色体系中进行第一次染色，第一次染色结束后，被染色的织物再置于第二种染料的染色体系中进行第二次染色，得到拼色染色的织物；如有必要，第二次染色结束后，可将织物置于第三种染料的染色体系中进行第三次染色，直到织物获得所需要的颜色；所述染色体系为染色釜、染料釜和循环泵组成的密闭循环系统；所述第一次染色和第二次染色方法如下将分狀染料置于染料釜中，待染织物置于染色釜中，将液态二氧化碳注入染色体系中，于70140。C、1430MPa下，开启循环泵对织物进4亍循环染色，染色时间为30120min，流体质量流量为100~120kg/h。优选的，所述第一种染料和第二种染料为分散红343、分散蓝366、分散黄241中的任意两种。所述待染织物为涤纶织物。本发明的有益效果主要体现在1、提供了一种有效的超临界二氧化碳拼色染色的方法，该方法解决了混合染料在超临界co2中同时溶解的比例不可调而无法进行拼色的问题，通过2次或2次以上的染色，最终得到预期的拼色染色效果。2、通过控制染色条件(时间、温度、压力)，可以方便地实现对每一浴中染料上染量的控制，从而通过调节各浴染料的上染比例使织物获得所需要的颜色。3、能获得较好的染色效果，染后织物的耐水洗色牢度和耐摩擦色牢度均满足国家标准。图1为本发明超临界二氧化碳多浴法拼色染色方法采用的循环染色设备示意图。具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述,但本发明的保护范围并不仅限于此实施例1:本发明所采用的超临界二氧化碳循环染色系统参见图1,包括依次相连的二氧化碳钢瓶l、二氧化碳储罐2、制冷系统3、加压泵4、染料釜5、染色爸6、循环泵7和分离釜8，ST1ST13为阀门。染色染料采用浙江椒江染化二厂生产的分散染料(粉末，未加任何助剂)，用纯度为99%的二氧化碳作为超临界染色介质，用商品涤纶织物作为被染物，进行超临界流体两浴法拼色染色。染色工艺为A.将分散红343O.lg预置于染料釜，被染织物涤纶(400mmx180mm)预置于染色釜；B.染色前，关闭排空阀ST7、ST8以及ST5、STIO、ST13,打开ST1、ST2、ST3、ST4、ST6和ST9;启动加压泵，开启加热装置，对系统进行加压升温；到达ll(TC、20MPa后，关闭ST2、ST6，打开ST5,开启循环泵进行循环染色，保持染色体系内温度和压力，控制流体质量流量为100kg/h,循环染色时间为60min。C.染色结束后，关闭染料釜与染色釜间的循环回路，同时关闭加热装置，向染色釜内通入新鲜的C02使染色釜保持一定压力，利用循环泵将超临界C02在染色釜内不断循环流动，清洗被染织物表面未固着的浮色。清洗结束，打开STIO,使染色体系内二氧化碳通过分离釜和剩余染料分离后被回收至二氧化碳储罐，关闭ST10,开启排空阀ST4和ST8，排空染色体系内剩余二氧化碳，取出被染织物，同时清洗染色系统以去除系统内残留染料(若采用由两套或两套以上染色循环装置组成的超临界拼色染色工艺，在各套染色装置中分别投加不同颜色的染料进行交替染色，每次染色结束后则不需对染色系统进行清洗，大大提高了染色效率)。D、将分散蓝3660.1g放置在染料釜中，对被染织物重复染色步骤B(染色条件改为温度90。C，压力18Mpa，染色时间40min)和染色步骤C。E、染色完成后，得到红紫色布样品。实施例2:A.将分散红343O.lg预置于染料釜，被染织物涤纶(400mmx180mm)预置于染色釜；B.染色前，关闭排空阀ST7、ST8以及ST5、STIO、ST13，打开ST1、ST2、ST3、ST4、ST6和ST9;启动加压泵，开启加热装置，对系统进行加压升温；到达90。C、18MPa后，关闭ST2、ST6,打开ST5，开启循环泵进行循环染色，保持染色体系内温度和压力，控制流体质量流量为100kg/h,循环染色时间为40min。C.染色结束后，关闭染料釜与染色釜间的循环回路，同时关闭加热装置，向染色釜内通入新鲜的C02使染色釜保持一定压力，利用循环泵将超临界C02在染色釜内不断循环流动，清洗被染织物表面未固着的浮色。清洗结束，打开STIO,使染色体系内二氧化碳通过分离釜和剩余染料分离后被回收至二氧化碳储罐，关闭ST10,开启排空阀ST4和ST8，排空染色体系内剩余二氧化碳，取出被染织物，同时清洗染色系统以去除系统内残留染料(若采用由两套或两套以上染色循环装置组成的超临界拼色染色工艺，在各套染色装置中分别投加不同颜色的染料进行交替染色，每次染色结束后则不需对染色系统进行清洗，大大提高了染色效率)。D、将分散蓝3660.1g放置在染料釜中，对被染织物重复染色步骤B(染色条件改为温度110。C，压力20Mpa,染色时间60min)和染色步骤C。E、染色完成后，得到蓝紫色布样品。实施例3:A.将分散红343O.lg预置于染料釜，被染织物涤纶(400mmx180mm)预置于染色釜；B.染色前，关闭排空阀ST7、ST8以及ST5、STIO、ST13,打开ST1、ST2、ST3、ST4、ST6和ST9;启动加压泵，开启加热装置，对系统进行加压升温；到达11(TC、20MPa后，关闭ST2、ST6,打开ST5,开启循环泵进行循环染色，保持染色体系内温度和压力，控制流体质量流量为100kg/h,循环染色时间为60min。C.染色结束后，关闭染料釜与染色釜间的循环回路，同时关闭加热装置，向染色釜内通入新鲜的C02使染色釜保持一定压力，利用循环泵将超临界C02在染色釜内不断循环流动，清洗被染织物表面未固着的浮色。清洗结束，打开STIO,使染色体系内二氧化碳通过分离釜和剩余染料分离后被回收至二氧化碳储罐，关闭STIO，开启排空阀ST4和ST8，排空染色体系内剩余二氧化碳，取出被染织物，同时清洗染色系统以去除系统内残留染料(若采用由两套或两套以上染色循环装置组成的超临界拼色染色工艺，在各套染色装置中分别投加不同颜色的染料进行交替染色，每次染色结束后则不需对染色系统进行清洗，大大提高了染色效率)。D、将分散黄2410.1g放置在染料釜中，对被染织物重复染色步骤B(染色条件改为温度90。C,压力18Mpa，染色时间40min)和染色步骤C。E、染色完成后，得到橙红色布样品。实施例4:A.将分散红343O.lg预置于染料釜，^^皮染织物涤纶(400mmx180mm)预置于染色釜；B.染色前，关闭排空阀ST7、ST8以及ST5、STIO、ST13,打开ST1、ST2、ST3、ST4、ST6和ST9;启动加压泵，开启加热装置，对系统进行加压升温；到达9(TC、18MPa后，关闭ST2、ST6，打开ST5,开启循环泵进行循环染色，保持染色体系内温度和压力，控制流体质量流量为100kg/h,循环染色时间为40min。C.染色结束后，关闭染料釜与染色釜间的循环回路，同时关闭加热装置，向染色釜内通入新鲜的C02使染色蒼保持一定压力，利用循环泵将超临界C02在染色釜内不断循环流动，清洗被染织物表面未固着的浮色。清洗结束，打开STIO，使染色体系内二氧化碳通过分离釜和剩余染料分离后被回收至二氧化碳储罐，关闭ST10,开启排空阀ST4和ST8，排空染色体系内剩余二氧化碳，取出被染织物，同时清洗染色系统以去除系统内残留染料(若采用由两套或两套以上染色循环装置组成的超临界4并色染色工艺，在各套染色装置中分别投加不同颜色的染料进行交替染色，每次染色结束后则不需对染色系统进行清洗，大大提高了染色效率)。D、将分散黄2410.1g放置在染料釜中，对被染织物重复染色步骤B(染色条件改为温度110。C,压力20Mpa,染色时间60min)和染色步骤C。E、染色完成后，得到橙黄色布样品。实施例5:A.将分散蓝366O.lg预置于染料釜，被染织物涤纶(400mmx180mm)预置于染色釜；B.染色前，关闭排空阀ST7、ST8以及ST5、STIO、ST13,打开ST1、ST2、ST3、ST4、ST6和ST9;启动加压泵，开启加热装置，对系统进行加压升温；到达110。C、20MPa后，关闭ST2、ST6,打开ST5，开启循环泵进行循环染色，保持染色体系内温度和压力，控制流体质量流量为100kg/h,循环染色时间为60min。C.染色结束后，关闭染料釜与染色釜间的循环回路，同时关闭加热装置，向染色釜内通入新鲜的C02使染色釜保持一定压力，利用循环泵将超临界C02在染色釜内不断循环流动，清洗被染织物表面未固着的浮色。清洗结束，打开STIO,使染色体系内二氧化碳通过分离釜和剩余染料分离后被回收至二氧化碳储罐，关闭STIO,开启排空阀ST4和ST8，排空染色体系内剩余二氧化碳，取出被染织物，同时清洗染色系统以去除系统内残留染料(若采用由两套或两套以上染色循环装置组成的超临界拼色染色工艺，在各套染色装置中分别投加不同颜色的染料进行交替染色，每次染色结束后则不需对染色系统进行清洗，大大提高了染色效率)。D.将分散黄2410.1g放置在染料釜中，对被染织物重复染色步骤B-(染色条件改为温度9CTC,压力18Mpa,染色时间40min)和染色步骤C。E、染色完成后，得到蓝绿色布样品。实施例6:A.将分散蓝366O.lg预置于染料釜，被染织物涤纶(400mmx180mm)预置于染色釜；B.染色前，关闭排空阀ST7、ST8以及ST5、STIO、ST13,打开ST1、ST2、ST3、ST4、ST6和ST9;启动加压泵，开启加热装置，对系统进行加压升温；到达90。C、18MPa后，关闭ST2、ST6,打开ST5，开启循环泵进行循环染色，保持染色体系内温度和压力，控制流体质量流量为100kg/h,循环染色时间为40min。C.染色结束后，关闭染料釜与染色釜间的循环回路，同时关闭加热装置，向染色釜内通入新鲜的C02使染色釜保持一定压力，利用循环泵将超临界C02在染色釜内不断循环流动，清洗被染织物表面未固着的浮色。清洗结束，打开STIO，使染色体系内二氧化碳通过分离釜和剩余染料分离后被回收至二氧化碳储罐，关闭ST10,开启排空阀ST4和ST8，排空染色体系内剩余二氧化碳，取出被染织物，同时清洗染色系统以去除系统内残留染料(若采用由两套或两套以上染色循环装置组成的超临界拼色染色工艺，在各套染色装置中分别投加不同颜色的染料进行交替染色，每次染色结束后则不需对染色系统进行清洗，大大提高了染色效率)。D.将分散黄2410.1g放置在染料釜中，对被染织物重复染色步骤B(染色条件改为温度110。C，压力20Mpa,染色时间60min)和染色步骤C。仏染色完成后实施例7(对比例)A.将0.1g分散红343和0.1g分散蓝366混合后预置于染料釜，被染织物涤纶(400mmx180mm)预置于染色蚤，进^f亍一浴法染色；B.染色前，关闭排空阀ST7、ST8以及ST5、STIO、ST13,打开ST1、ST2、ST3、ST4、ST6和ST9;启动加压泵，开启加热装置，对系统进4亍加压升温；到达110。C、20MPa后，关闭ST2、ST6,打开ST5,开启循环泵进行循环染色，保持染色体系内温度和压力，控制流体质量流量为100kg/h，循环染色时间为60min。C.染色结束后，关闭染料釜与染色釜间的循环回路，同时关闭加热装置，向染色釜内通入新鲜的C02使染色蚤保持一定压力，利用循环泵将超临界C02在染色釜内不断循环流动，清洗被染织物表面未固着的浮色。清洗结束，打开STIO,使染色体系内二氧化碳通过分离釜和剩余染料分离后被回收至二氧化碳储罐，关闭ST10,开启排空阀ST4和ST8，排空染色体系内剩余二氧化碳，取出被染织物，同时清洗染色系统以去除系统内残留染料。D.染色完成后，得到紫色布样品。E.控制不同的染色条件，只能得到不同深浅的紫色，难以获得所需要的偏蓝或者偏红的紫色，这就是传统一浴法染色存在的局限性。对实施例1~6染好的织物进行耐摩擦色牢度和耐水洗色牢度的测定，结果列于表12:表l:被染织物的耐摩擦色牢度测试结果<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>将色牢度的测定结果和国家标准(GB/T17253-1998)中合成纤维丝织物的一等品标准(一等品标准为干摩擦色牢度24，湿摩擦色牢度三3，沾色色牢度三3，允许其中两项比一等品要求低半级或一项低一级)进行比较可知两浴法拼色染色，织物的耐摩擦色牢度和耐水洗色牢度均能符合国家标准中合成纤维丝织物的一等品标准。表2:被染织物的耐水洗色牢度测试结果<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>权利要求1.一种超临界CO2介导的拼色染色方法，其特征在于所述方法包括以超临界CO2流体为介质，先后用不同种分散染料对待染色的织物进行染色，使被染织物获得所需要的颜色。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于方法是将待染色的织物依次分别置于不同的色泽的染料中分次染色，所述的分次染色步骤如下将待染织物置于第一种染料的染色体系中进行第一次染色，第一次染色结束后，被染色的织物再置于第二种染料的染色体系中进行第二次染色，得到拼色染色的织物；如有必要，第二次染色结束后，再将织物置于第三种染料的染色体系中进行第三次染色，直到织物获得所需要的颜色；所述染色体系为染色釜、染料釜和循环泵组成的密闭循环系统；所述第一次染色、第二次或第三次染色方法如下将染料置于染料釜中，待染织物置于染料釜中，将液态二氧化碳注入染色体系中，于70140°C、1430MPa下，开启循环泵对织物进4亍循环染色，染色时间为30120min，流体质量流量为100~120kg/h。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于所述第一种、第二种或第三种染料均为分散染料。4.如权利要求2所述的方法，其特征在于所述第一种染料和第二种染料为分散红343、分散蓝366、分散黄241中的任意两种。5.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述待染织物为涤纶织物。全文摘要本发明提供了一种超临界CO₂介导的拼色染色方法，所述方法包括以超临界CO₂流体为介质，先后用不同种分散染料对需要染色的织物进行染色，使被染织物获得所需要的颜色。本发明的有益效果主要体现在提供了一种有效的超临界二氧化碳拼色染色的方法，可广泛用于印染行业，具有明显的社会效益和经济效益。文档编号D06P1/16GK101368343SQ20081012145公开日2009年2月18日申请日期2008年9月29日优先权日2008年9月29日发明者林春绵,潘志彦,陈金海,鲁雪燕申请人:浙江工业大学