超临界二氧化碳染色
二氧化碳临界染色
二氧化碳临界染色
【最新版】
目录
1.二氧化碳临界染色的定义和原理
2.二氧化碳临界染色的应用领域
3.二氧化碳临界染色的优势和局限性
4.我国在二氧化碳临界染色技术方面的发展
正文
二氧化碳临界染色是一种利用二氧化碳作为染色介质的染色技术。
其原理是在高压条件下，将二氧化碳注入染色体系中，使染料在纤维表面形成均匀的染色效果。
随着压力的降低，二氧化碳会从染色体系中逸出，留下染色后的纤维。
二氧化碳临界染色技术广泛应用于纺织、皮革、纸张等行业。
在纺织领域，该技术可以提高染色速度，减少染料用量，降低生产成本，同时减少环境污染。
在皮革行业中，二氧化碳临界染色可以提高皮革的染色均匀性，增加其美观度。
在纸张领域，该技术有助于提高纸张的色泽稳定性和均匀性。
尽管二氧化碳临界染色技术具有众多优势，但也存在一定的局限性。
首先，该技术对染料的选择有一定要求，需要选择在二氧化碳中溶解性好、稳定性高的染料。
其次，染色过程中的高压条件对设备要求较高，增加了投资成本。
最后，二氧化碳临界染色技术对某些纤维材料（如聚酯纤维）的染色效果尚不理想。
我国在二氧化碳临界染色技术方面取得了显著的发展。
近年来，我国科研人员通过研究染料的性质和染色工艺，不断优化二氧化碳临界染色技术。
此外，政府对环保产业的支持也为该技术的推广提供了有力保障。
无水印染——超临界CO2染色技术的研究进展
于传统的染色方法 以水为介质， 染色后用水清洗， 耗 水量大，使用的化学 品多，治理困难。因此，从源头 防治污染， 开发绿色染色加工技术， 寻找少水或无水 染色工艺成为染整领域 的发展方向。
１２ 真空染料升华染色 ．
早在 ２ 世纪６ 年代染料升华就开始应用在纺织 ０ ０
行业 上 ，现 多用 于一些平 面产 品 （ 鼠标垫 、瓷砖 如 等） 的表面上色 ，一些三维产品韵 上色也开始使用染
Ｉ ｔ ｔ ｔ 、Ｗ ａ ｈ ｒ 、克莱姆森大学等 。此 ｎ ｉｕｅ ｓ ｅｔ ｅ １ Ｙ 外， 日本 、韩 国等一些 国家 也相继开展 了这方 面的
所示：将 Ｃ Ｑ加热加压到既非气体也非液体的超 临界
流体状 态 ，由循环泵打压到染 料罐和染色罐之间不 断循环，超临界 Ｃ Ｏ 流体边溶解染料边为织物上染 。 染色条件是 ２ ０ Ｐ ，８ ’ ６ ℃，染色 时间 １ ０３Ｍ ａ ０ １０ ｈ 左右 ，染色完成后剩 余染料和 Ｃ２ Ｏ均可 回收并循环使 用 。超 ｌ界 Ｃ 。 ｝ 缶 Ｏ 染色技术具有节能减排 、降低生产成 本、 适用性 强等诸 多优点 ，目前世界各 国的研究试 图
将 其 推 向实 用 化 、产业 化 。
等 已实现 了中试化。 但据文献检索情 况看 ， 国内外未
一
回
见大规模产业化的报道 。 目前 国内外对超临界Ｃ １ ｏ染色技术的研究内容包
国 内外 超 临 界 Ｃ 艺 设备 ，介 绍 了国 内 外 超 临 界 Ｃ 艺应 用 于 纺 织 领 域 的 研 究进 展 ， 总 结 了无 Ｏ工 Ｏ工
水印染技术 发展与应 用中存在韵 问题，指 出无水印染技 术的发 展前景 。
●
关键词 ：无水染色：超临界Ｃ０。 染色
超细涤纶超临界二氧化碳染色研究
二
１ ００
一 琳 一
力和温 度达 到预定条 件后 ， 色一定 时间， 染 然后打 开减压 阀
泄压 ， 二氧化碳 经过分离釜后 回收 至钢瓶 内； 余染料 被 使 剩
纺织导报 Ｃ ｉ ｅ ｔ ｅ ｄ ｒ ０ ８Ｎ １ ｈ ａＴ ｘ ｌ Ｌ ａ ｅ ２ ０ ｏ １ ｎ ｉ ｅ
朋 ｒ
章从超临界二 氧化碳 （ Ｃ Ｃ ： Ｓ — Ｏ ）染色原理 发 、研 究 了对 超细 涤纶 纤维的 染色工艺 通 过测
定Ｋ， 值和各项染 色色牢度与高温高 压染色 工艺进 行了比较 ；研 究比较 了不 同结构分散染料在 Ｓ 超 临界二 氧化碳 染色 中的差异 。结果 表明 ：分散蓝７ 在超临界二氧 化碳 中染超细涤纶 织物 的合理工 ９ 艺条件为温度１０ 。 ｛ Ｃ，压力２ ａ Ｏ ＭＰ ．时间６ ｉ，各项 色牢度均达到４ ｏ ｒｎ ａ 级以上 ；超临界二氧 化碳染色 时 ，分散染料 分子极 ， 陡越低越有 利于上染涤纶 与高 温高压染色工 艺相 ，超临界二氧 化碳 染色工 匕 艺染色得色更深 、加工流程短 染色温度低 ，染料可 回用 ，染色后无需水洗 ，环保特性突 出。
碳 染色 ， 色后就可以得到干 燥被 染物 ， 染 省去了漂 冼和 烘干
公司 ） Ｌ ０ ２ Ａ ， Ａ ２ ０ 一 型新红 外线 试色机 （ 桃园瑞 比染色 台湾
试机 有 限公司 ） Ｙ ７ Ａ染 色摩擦 牢度实 验器 （ ，５１ 浙江 温州 纺 织仪 器厂）， ＡＡＴ 皂 冼 牢度机 （ＤＬ Ａｔ ｓ ＣＣ Ｓ ｌ 有限 公司）， ａ Ｓ ＵＮ３０ ＨＳ １０ 日晒牢度计 （ 美国Ｑ Ｐ — ＡＲ公司） 。
超临界二氧化碳
超临界二氧化碳在染整加工中的应用摘要：针对传统水染工艺不能从根本上解决印染行业水环境污染严重及资源消耗、浪费大的问题，介绍了一种全新的清洁生产技术——超临界二氧化碳染色过程。
文章综述了超临界二氧化碳应用于染整加工领域的研究进展，包括超临界二氧化碳的性质，其在前处理的应用、以超临界二氧化碳为介质染合技术的一般流程，染合成纤维及天然纤维相关内容等，并讨论了其利弊。
关键词：超临界流体：二氧化碳；染整；前沿：进入二十一世纪环境保护越来越受到人们的重视．可持续发展问题成为当今世界经济发展的主题，任何工业的发展都必须符合这一主题的要求。
同时全球水资源环境问题日益尖锐，我国是严重缺水的国家，水污染使资源短缺问题变得更为突出，工业污染是造成水环境污染的主要污染源之一。
而在纺织品染整加工过程中，大量使用了污染环境和对人体有害的染整剂，这些助剂生物降解性差，毒性大，游离甲醛含量高，重金属离子的含量超标。
这些助剂大多以气体、液体、固体的形态排放而污染环境，严重危害人类的健康，因而，绿色染整加工技术成了近年来科研工作者追求的目标[16]。
近二十年来，超临界二氧化碳技术倍受青睐，它是采用二氧化碳来代替以水为介质的染整加工技术，工艺中无需清洗，无需烘干，二氧化碳可循环再利用。
该技术可避免大量废水对环保带来严重污染问题。
保护了水资源，省去还原清洗和烘干工序，降低了能源消耗，染色过程无有害气体排放，残余染料可循环使用，提高了染料利用率。
它不仅无毒、无污染，不易燃烧，而且价格便宜，要求的操作温度和压力都较低，具有许多奇特的性能，以前较多地应用于食品及医药工业上。
近几年来，超临界二氧化碳技术在高分子材料合成和加工以及纺织工业上的应用成为科技界关注的热点。
下面介绍超临界二氧化碳的性质以及超临界二氧化碳技术在染整加工领域的一些应用。
1超临界二氧化碳的性质常压下，物质在液相和气相间成平衡时，两相的物理性质如粘度、密度、导电度和介电常数等存在显著差别。
超临界二氧化碳染色的原理及研究进展
原清洗等优 点， 且整个染色过程 中不会造成任何污染 。 解决了传统染色工艺使用大量 的水， 存在环境污
染 严重及 资源消耗 、浪 费大 ，以及有机溶 剂染色 的生态、成本 、很难工业化 应用的 问题 。文章介
绍 了超 临 界 二 氧 化碳 染色 法 的基 本 原 理 ， 国 内外超 临 界二 氧 化 碳 染 色 技 术在 合 成 纤 维 和 天 然 纤 维 纺 对 织 品 中 的研 究 现 状 作 了全 面 分 析 ， 并对 其 发 展 前 景 进 行 了展 望 。 关 键 词 ： 超 临 界 二 氧 化 碳 ；染 色 ；天 然 纤 维 ；合 成 纤 维
Ｏ 前 言
随着经济的不断发展和社会 的日益进步， 全世 界 各国对环境 问题 已经极 为关注 。 在全球水资源 问题相
１ 染色 原理
１１ 超临界 Ｃ 流体 性质 ． Ｏ， 对于一般物质， 当液相和气相在常压下呈平衡 时， 两相的物理性质如粘度、 密度等相差很显著 。 当达到某
一
当尖锐 的今天 ， 生产 中水资源不足 ， 水污染严 重以及
污水处理 困难等 问题 已经 成为 限制染整 工业发展 的
“ 颈” 瓶 。
温度和压力时， 两相密度相等， 气相和液相间无明显的
界限， 称为临界状态 。 物质有其 固有 的临界温度 Ｔ 和 ｃ 临界压力 Ｐ 二氧化碳 Ｔ ＝ １０ ℃，ｃ ７ ３Ｍ ａ 。 ｃ（ ｃ ３ ．６ Ｐ ＝ ． ９Ｐ ） 物 质在临界点状态下， 气液界面消失， 体系性质均一， 不再
聚 、 晶 型 转 变 和 晶粒 增 长 ， 严 重 时 还 会 出现 沉 淀 ，
洗，使 用的Ｃ ０没有 毒性且不可燃，染色过程中没有 有害气体和废水排放， 完全 是一种无废气 、废水和 废 渣排放 的清 洁生产工 艺。
超临界二氧化碳中分散红3B爽超细涤纶织物的染色研究
摘 要 ： 用超 临界二氧化碳染色法对超细涤纶织物的染色状况分别从时间 、 、 温度 压力方面进行了考察研究． 优化出超临界二
氧化碳 中分散红 ３ Ｂ对超细涤纶织物 的染色 工艺： Ｐ 、１ 。染 ３ ｉ 并 比较 了染色的 Ｋ Ｓ 吉 ２ Ｍ ａ １０ ｃ ０ ｎ ０ ｍ ， ／ 值 果表明： 临界状态下染色远 比 超 高温高压染色的超细涤纶得色深， 且色牢度优于高温高压染色 ．
ｕ ｓ ｏ ｙ ｄ ｆ ｂ ｉ ｓ ｗｅ ｅ ｃ ｍｐ ｒ ｄ ｈ ｅ ｕ ｔ ｈ ｗｅ ｈ ｔｔ ｅ ｃ ｌ ｒｙ ｅｄ ｏ ａ ｒ ｙ ｄ ｉ ｕ ｅ ｃ ｉｃ ｌｓ ａ ｅ ｅ ｆｄ ｅ ａ ｒ ｃ ｒ ｏ ａ ｅ ．Ｔ ｅ ｒ ｓ ｌ ｓ ｏ ｓ ｄ ｔ ａ ｈ ｏ ｏ ｉ ｌ ｆｆ ｂ ｉ ｄ ｅ ｎ ｓ ｐ ｒ ｒ ｉａ ｔ ｔ ｃ ｔ
染 色） 工艺 上也 遇 到 了合 成 纤 维 很 多 问题 ， 得 色 量 如 低 、 色性 差 、 显 匀染 性 差 、 色牢度 差 等 ．超 临界 二氧 化 『 】 １
碳 与水 有 着完 全 不 同的染 色 特征 ， 有类 似液 体 的 它具
向发展的新合纤 的典 型代表． 由于纤度极细， 大大 降 低 了纤维 的刚 度 ， 加 了纤 维 的层 状 结 构 ， 大 了 比 增 增 表 面积 和毛细 效应 ， 维 内 部反射 光 在表 面分 布 更 使纤 细腻． 因此， 具有丝般柔软 、 手感滑糯 、 光泽高雅柔和 、 吸湿散湿性 良好 、 织物覆盖力强及服用性能好；超细涤纶；染色；ＫＳ ；上染量；色牢度 ／值 中 图 分类 号 ：Ｔ ６９ Ｑ １． ２ 文 献 标识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ： １０—４９２１）２０ １— ３ ０４０３（ ００—０４０ ０
Ｓｔ ｕｄｙ ｏｎ ｓ ｕｐｅ ｆ ｎｅ ｒ ｉ ｐｏｌ ｙｅｓ ｅｒ ｉ ｂｅ ｄ ｔ ｆ ｒ ｙｅｉ ｗｉ ｈ Ｄ ｉ ｐｅｒ ｅ ｎｇ ｔ ｓ ｓ Ｒｅ ｄ ３Ｂ ｉ ｓ ｎ ｕｐｅｒ ｒ ｔ ｃ ｃ ｒ ｃ ｉ ｉ ａｌ ａ ｂｏｎ ｄｉ ｏｘｉ ｅ ｄ
超临界二氧化碳染色的原理及研究进展
２１ ０ ０年 ３ 月
化 纤 与 纺 织 技 术
Ｃｈ ｍｉ ａ ｂ ｒ＆ Ｔｅ ｔｌ ｃ ｎ ｌ ｇ ｅ ｃ ｌＦｉ ｅ ｘ ｉｅ Ｔｅ ｈ ｏ ｏ ｙ
ｖＯ１３ ＮＯ． ．９ １
Ｍａ ． ２ Ｏ ｒ ０ｌ
文章 编 号 ：６ ２—５ ０ ２ １ ０１—０ ３ １７ ０ Ｘ（ ０ ０） ０ ４—０ ５
３ ５
物 质 便 处 于 超 临 界 状 态 。 在 这 种 状 态 下 ，它 既 不
超 临 界 Ｃ 染 色 在 １０ ℃ 、２ ａ下 ，１ Ｏ ３ ４ ＭＰ ０
完全 与一 般 的气 体相 同 ，又 不是 液 体 ，称 为超 临 界 流体 状 态。超 临界 流体对 溶 质 的溶解 度取 决 于 其 密度 。
衡 时 ，两相 的物理 性 质 如黏 度 、 度 等相 差 很显 密
著 。 当达到某 一温 度 和压 力 时 ，两相 密 度 相 等 ，
气 相 和液相 间无 明显 的 界 限 ， 称为 临界 状态 。物
质 有其 固有 的 临界 温度 和临 界 压力 Ｐ （ 氧 ｃ二 化碳 Ｔ ＝ １ ０ Ｃ， ｃ ． ９ＭＰ ） ｃ ３ ． ６ｏ Ｐ ＝７ ３ ａ 。物 质 在 临
再分 为气体 和液体 。若温 度 Ｔ＞Ｔ ， 力 Ｐ＞ ｃ ｃ压 Ｐ，
作 者 简 介 ：乔 欣 （ ９６一） １８ ，女 ， 北 保 定人 ，在 读硕 士 研 究 生 ， 事 染 整 工 艺 与 功 能性 纺 织 品 开 发 的研 究 工 作 。 河 从
第 ｌ 期
乔
欣 等 ： 临 界 二 氧 化 碳 染 色 的 原 理 及研 究 进 展 超
染速 度 快 、匀 染 和透 染 性 能好 ， 料 的重 现性 极 染
超临界CO2流体染色技术
超临界CO2流体染色技术河北科技大学纺织服装学院张晏铭二氧化碳是一种无色、无臭和不燃，非极性的气体，沸点很低，在常温下为气体。
如果在封闭体系中升温和加压，当温度和压力超过二氧化碳的临界温度31·1℃和临界压力7·39MPa，二氧化碳即转变到超临界流体状态。
在临界温度以上，即使这样加热，他也不能变成气体。
同理在临界压力以上，即使怎样加压，也不能变为液体和固体。
1、背景和发展历史1988年,纺织物的超临界流体染色的首项专利提出。
1989年,德国Bochum的Ruhr大学的理科硕士论文课题与GMSchneider教授密切合作,采用此新技术进行了首次实验室规模的聚酯染色。
继首次成功试验[12]以后,由德国Krefeld的德国西北纺织研究中心(DTNW)继续这项工作。
1991年,基于最佳的实验室规模的染色条件[19～25],德国Velen的Jasper公司与德国西北纺织研究中心紧密合作,制造了首台半工业规模的染色机。
1994年,Jasper公司的其中一台CO2染色机安装在德国B ǒnnigheim的Amann&Sǒhne公司,用于聚酯缝纫线染色,以试验该技术用于纺织工业的可能性。
1995年初,在德国Hagen的UHDEHochdrucktechnik公司开始了新的探讨,德国西北纺织研究中心终于建造了一台新的CO2染色试验设备。
自1995年,国际上对这一技术的兴趣越来越高,最初在美国和亚洲,以后又在欧洲。
2、该技术的原理染色时，只有分子状态的染料可以上染纤维，随着分子状态染料上染纤维，胶团中和晶粒中的染料分子会不断溶解到水中，直到上染结束；由于染料溶解度低，因此在低温时大大限制了上染速度。
又由于大部分染料是以悬浮体存在，因此，染液的分散稳定性不高，容易发生晶粒的凝聚、晶型转变和晶粒增长，严重时还会出现沉淀，引起染色困难或不匀。
分散剂的存在虽然提高了染料悬浮体的分散稳定性，但是它的存在不仅增加了生产成本，也会污染水质，有的还会降低染料的平衡上染量。
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论文
题目：超临界二氧化碳染色
姓名：崔志鹏
学号：0810150201
专业班级：轻化082班
学院：纺织学部
二零一零年十二月十二日
超临界二氧化碳染色
【摘要】超临界二氧化碳染色技术是一种新型环保的染色技术，本文通过对一些文献的查阅，简单地概述这种技术的特点以及发展前景。
【关键词】超临界二氧化碳；新型染色技术；环保
【引言】利用超临界流体溶剂所具有的低粘度、高扩散性等等传统工艺中水溶剂所不具备的多种特性进行染整加工，而且加工工艺中不断体现出了新的优势，是目前值得探索的加工工艺之一。
超临界二氧化碳的概念
二氧化碳(CO2)是一种无色、无臭和不燃的气体，其相对密度是
空气的1. 5倍。
它的分子呈直线型，两个氧原子分别在碳的两侧，呈对称分布,故不显极性。
所以，它的相对分子质量虽比水大。
但沸点很低，在常温时为气体。
它的临界温度为31.10C？加压易液化。
由于
其分子是非极性的，液态的二氧化碳对极性物质的溶解能力不高，对低极性和非极性物质都有较高的溶解能力，因而对非极性或疏水性纤维具有较强的溶胀能力。
如果把二氧化碳置于密封体系中升温和加压，当超过C02的临界温度(31.10C)和临界压力〔7.39MPa）时，即超过临界点后，则C02转变到超临界流体状态。
此时，它具有许多独特的性质。
在临界温度以上，不管如何加热，它也不能变为气体；同时，在临界压力下，即使加很大的压力也不能变为液体和固体。
由于它不同于气体、液体和固体，故将这种状态的流体状态称为超临界流体。
超临界CO2流体（SCF）是指处于临界温度和临界压力(31.2。
C,7.31MPa)以上，具有良好溶解性和扩散性质的流体。
i
超临界二氧化碳流体染色具有以下一些优点
（1）染色时不用水，无废水污染；
（2）染色结束后可降低压力，此时CO2气化，不需要进行染后供干，既可縮短工艺流程，又可縮短染色时间、节省烘干能源；
(3)上染速度快，匀染和透染性好，染色重现性也很好；
(4)CO2本身无毒，不燃，可重复回用；
(5)染料可重复利用，染色时不需要添加分散剂、匀染剂、缓冲剂等助剂，不仅可降低成本，提高染料的利用率，还有利于环境保护，减少污染；
(6)适用的纤维品种较广，一些难染的合成纤维（如丙纶、芳纶等）也可染色。
ii
超临界C02流体染整加工的优势:
（1）真正实现了无水染色，彻底消除了染色废水的产生，因此可以从根本上解决印染废水处理的难题，保护了水资源;
（2）无需使用助剂，如用分散染料染涤纶可省去分散剂、扩散剂、匀染剂等化学品;
（3）C02易得，安全，无毒，是发酵及合成氨等工业中的副产物，易纯化，因此染色过程中无有害气体排放，且C02可循环使用，不会带来"温室效应";
（4）降低了能耗，因省去了染色后织物的烘燥过程，热能消耗仅为常规工艺的20% ;
（5）染色效果好，超临界002染色具有较高的上染率和良好的匀染性;
（6）染料可冋用，残余染料可重新回到粉末状，并加以应用，从而使染料利用率大大提高;
（7）染色时间短染色后一般不必进行还原清洗，缩短了生产周期，能实现"快速响应"的生产和经营机制.iii
超临界二氧化碳应用于分散染料的染色
由于分散染料是一类难溶于水，在水中主要呈悬浮体存在的非离子性染料，在水中要依靠大量的分散剂等助剂以保持其分散状态。
分散剂的存在虽可提高染料悬浮体的分散稳定性，但是，采用分散剂不仅会增加生产成本，而且会污染水质，有时还会降低染料的平衡上染率，影响到染色的质量。
若采用超临界二氧休碳流体作为染色介质，则由于它是非极性分子，对分散染料的溶解能力比水高得多。
染料溶解度高，这不仅可提高上染速度，还可提高匀染和移染性,如果染料全部溶解,也不会出现分散染料在水中存在的稳定性降低而引起的各
种问题。
又由于超临界二氧化碳流体的粘度极低，分子间作用力小,染料在其中的扩散阻力小〔介于气体和液体之间、扩散速度快.因而有利于染料的渗透和移染,从而可大大提高匀染和透染程度。
开始时，纤维在超临界CO2中溶胀（CO2对PET和PP纤维的亲和力大），由于吸附的CO2 的增塑作用，纤维的Tg下降。
有人认为，CO2在纤维上的吸附平衡在短时间内就能达到。
因为纤维的纤度小，纤维表面积和质量的比值大。
另一方面，拒水性的染料在超临界CO2中有相对髙的溶解度（溶解度和水染色体系中的几乎相等）。
溶解的染料和CO2分子相互作用。
这些溶解的染料分子相对容易地扩散进溶胀纤维的无定形区，随后吸附在纤维分子上，且在很大程度上服从分配定律,尽管在聚酯内部的扩散是一个速率受限制的过程，和水染色体系相比，扩散速率要快，因为在水染色体系中纤维的溶胀很困难。
纤维中染料的浓度达到102 -104，比染浴中的高。
iv
利用超临界二氧化碳流体染色，其工艺过程很简单。
染色通常是在20〜30兆帕的高压下进行的，染色温度应根据织物（或纤维）的品种进行调节，一般掌握在80〜1600C，也可再高些。
对于一些难扩散、耐热性又好的纤维染色温度可高达3000C，染色时间一般为5〜20min。
染色时将织物卷绕在一根有孔的不锈钢辊上，并将其悬吊在高压染罐中。
将粉状染料放入染罐的底部，并在隔绝空气的状态下充人CO2气体，当达到所需温度时，就在2〜3min内等温压縮到所需压力，并用搅拌器搅拌。
在整个染色时间内要保持恒定的压力，染色结束后减压，最后排气即可。
v
展望
超临界CO2染整工艺是一种新型的污水染色技术，全过程不产生污染物，充分体现了清洁生产的理念，由于封闭式操作，且流程短、效率高、能耗低，打打提到了工艺的经济性，一定是未来环保型染整加工的必然趋势之一。
i邢声远,超临界二氧化碳流体染色[E],科普与趣闻,（2005）05-0062-01
ii邢声远,超临界二氧化碳流体染色[E],科普与趣闻,（2005）05-0062-01
iii宋梦军,杨文芳,超临界CO
2在染色中的应用[C],针织工业,2011年第5期
iv吴霞玲,宋心远,超临界流体染色时分散染料的溶解度和染料吸附平衡之间的关系,国外纺织技术,中第210期
v邢声远,超临界二氧化碳流体染色[E],科普与趣闻,（2005）05-0062-01。