涤纶超临界CO2染色工艺：环保染化助剂助力生态纺织品

在超临界CO2染色中，分散染料的溶解度和扩散性能至关重要，因此染色的温度、压力和染料的结构是重要的工艺参数。已开发的超临界CO2染色系统和设备工艺流程如图8-1所示。

图8-1　超临界染色设备工艺流程

1—加热器　2—溶解槽　3—染色槽　4—分离器　5—冷却器　6—CO2储罐　7—升压泵　8—循环泵

（一）温度和压力

温度升高可提高染料的溶解度和扩散速度，而染料的溶解度又与溶剂密度有关，溶剂密度的升高有利于染料溶解度的增大。低压时，溶剂密度随温度升高而下降，使得染料的溶解度随着温度的上升而下降；高压时，溶剂的密度受温度的影响小，染料溶解度随着温度的升高而升高。

染色温度越高，吸收的染料越多。130℃条件下染色，纤维吸收的染料量比70℃下染色纤维吸收的染料量要多40～50倍。因为染色温度必须越过聚酯纤维玻璃化转变点，才能使染料成功地扩散进入纤维。较高的温度，对于具有较高分子量的染料作用会较大。故超临界CO2染色工艺温度：80～160℃，压力：20～30MPa，时间：5～20min。

（二）分散染料的结构和极性

在超临界CO2中分散染料的溶解度与常规染色不同，极性小的染料溶解度大，这是由超临界CO2的非极性所决定的。在苯环上添加卤素如Cl、Br、I等基团有助于提高分散染料的溶解度。而染料分子上的—OH、—NH2、—NO2、—OCH3、—COOH等基团不仅增加了染料的极性，而且使染料分子通过氢键形成大分子团，降低染料在超临界CO2中的溶解度和扩散能力。因此，在未开发出适用于超临界CO2染色的新型分散染料前，对于现有分散染料需经过筛选后使用。

（三）CO2与纤维的质量比(www.xing528.com)

染色过程中CO2与纤维的最佳质量比为5～10，质量比过大将引起染料分子扩散系数下降及操作费用提升；反之，则不能为染色过程提供充足的溶解染料。

（四）分散染料中的添加剂

常规用于水相染色的分散染料，由于含有大量的分散剂在临界CO2中只能得到浅色。原因之一是染料中的助剂，如分散剂、稀释剂、油剂、抗尘剂、抗静电物质的存在，严重影响了染色条件下染料从超临界CO2中分离出来。有些研究者倾向在超临界CO2中应用纯分散染料。但是使用纯染料时，会出现染料熔融。所以，汽巴精化公司开发了含有特殊添加剂的系列染料产品。

（五）还原净洗

超临界CO2的物理、化学特性，是随着温度、压力而变化的。和染色时的超临界CO2条件相比，将染色后超临界CO2条件变化到提高染料溶解度的条件，能够去除附着或凝聚在纤维表面上的染料。而且，超临界CO2染色染料的固着率高（约98%）。用超临界CO2在60℃，25MPa的条件下处理被染物，有洗涤效果。

根据汽巴公司的观点，在实际应用中还原净洗也是必要的。因为，染色物的色浓度是各种各样的。从浅色到浓色，如果考虑实用性能，染浓色时还原净洗还是必要的。不过，染色温度从130℃降低到净洗温度60℃，需要花费时间，有可能降低生产效率。

表8-6是超临界CO2染色与常规染色工艺比较的结果。可以看出，超临界CO2染色可从源头上解决水污染问题，真正实现无水染色。染色过程中无须添加分散剂、匀染剂、净洗剂等表面活性剂，残余染料可回用，无染料浪费，有利于环境保护。染后一般不必进行还原清洗，染色周期短，可大大提高生产效率。由于可省去染色后的烘干工序，可显著降低能耗。而且CO2本身无害，且可循环使用。可以说超临界CO2染色是一种环保、节能、节水、经济、高效的染色工艺。

表8-6　超临界CO2染色与常规工艺比较