超临界CO2流体染色技术
科技成果——超临界二氧化碳无水染色技术
科技成果——超临界二氧化碳无水染色技术
成果简介
为了解决染整过程的水体与大气污染难题，2001年起，在我国率先进行了超临界二氧化碳无水技术研究。
利用回收的工业排放二氧化碳废气在超临界状态下溶解染料，并在密闭的釜体中进行纺织品染色，创造性地实现了散纤维、纱线、织物超临界二氧化碳流体无水染色的工程化示范生产，突破了传统水介质染色过程的高耗水与高污染难题，开启了纺织纤维无水染色先河。
研究成果获辽宁省科学技术一等奖1项、国家教育部技术发明二等奖1项、第十六届全国发明展览会金奖1项。
通过了由中国工程院院士孙晋良主持的科技成果鉴定，达到国际先进水平。
现已授权发明专利20余项，成果已成功在辽宁、青海、山东、福建等公司转化，取得了较好的经济社会效益。
技术特点
利用回收的工业排放二氧化碳废气在超临界状态下溶解染料，并在密闭的釜体中进行纺织品无水染色，具有高色牢度，短流程，无三废排放，染料和二氧化碳可循环使用的优势。
与传统水介质染色相比，超临界二氧化碳流体染色无水消耗，无需漂洗和烘干；二氧化碳无毒、不易燃烧、价格低廉；染色无助剂，染料成本低，真正从根源上解决了染整过程的水污染问题。
染色产品染耐水色牢度（沾色、变色）≥4级，耐摩擦色牢度≥4级。
应用范围
适用于散纤维、纱线、织物无水染色加工。
与传统水介质染色工艺相比节水100%，降低能耗20-30%，是纺织印染清洁加工的一次“技术和产业革命”，具有显著的经济社会效益，可在我国染整行业引领、复制、推广、应用。
合作方式技术转让、合作开发。
超临界二氧化碳萃取天然色素方案
超临界二氧化碳萃取天然色素方案超临界二氧化碳萃取技术是一种高效的提取方法，它利用超临界流体的特殊性质，通过改变压力和温度，使二氧化碳达到超临界状态，从而实现对天然色素的高效提取。
本文将探讨超临界二氧化碳萃取天然色素的方案，分析其重要性、挑战以及实现途径。
1. 超临界二氧化碳萃取技术概述超临界二氧化碳萃取技术是一种利用超临界流体进行物质提取的技术。
在超临界状态下，二氧化碳具有气体的高扩散性和液体的高溶解性，能够高效地穿透物质的细胞壁，提取其中的有用成分。
这种技术在天然色素的提取中具有显著优势，因为它能够保持色素的天然性质，同时避免使用有机溶剂可能带来的环境污染和健康风险。
1.1 超临界二氧化碳萃取技术的核心特性超临界二氧化碳萃取技术的核心特性主要包括三个方面：高效率、温和条件、环境友好。
高效率是指该技术能够快速提取目标成分，提取率高。
温和条件是指在提取过程中，温度和压力的控制可以保持色素的稳定性和活性。
环境友好是指使用二氧化碳作为溶剂，避免了有机溶剂的使用，减少了对环境的污染。
1.2 超临界二氧化碳萃取技术的应用场景超临界二氧化碳萃取技术的应用场景非常广泛，包括但不限于以下几个方面：- 食品工业：提取食品中的天然色素，如辣椒红、番茄红素等，用于食品添加剂。
- 化妆品工业：提取植物中的天然色素，用于化妆品的着色。
- 医药工业：提取药用植物中的有效成分，用于药物制剂。
2. 超临界二氧化碳萃取技术的实施超临界二氧化碳萃取技术的实施是一个系统的过程，需要精确控制压力、温度和时间等参数，以确保提取效率和色素质量。
2.1 超临界二氧化碳萃取设备超临界二氧化碳萃取设备主要包括高压泵、加热器、萃取器、分离器和控制系统。
高压泵用于提供足够的压力，使二氧化碳达到超临界状态。
加热器用于控制温度，确保二氧化碳在适当的温度下进行萃取。
萃取器是进行色素提取的主要场所，分离器用于将萃取后的二氧化碳和色素分离。
控制系统用于监控和调节整个萃取过程。
华东理工大学科技成果——超临界二氧化碳中染色
华东理工大学科技成果——超临界二氧化碳中染色项目简介
超临界二氧化碳对有机物的溶解性随溶质极性、分子量、密度等不同而不同，容易溶解非极性或极性弱、分子量小的有机物。
分散染料一般分子极性弱，分子量也不大，因而易溶于超临界二氧化碳。
溶于超临界二氧化碳的染料分子是杂乱分散的。
因此在这种状态下染色，染浴中的染料活泼，能快速到达纤维表面，接着能较容易地渗入到纤维内部，从而达到染料上染纤维的目的。
该项技术的原理在于气体在超临界状态下形成的流体密度低，染料能自动溶解且具有较高的扩散性；染料在超临界二氧化碳中的溶解度随着流体密度的增加而增加，由压力和温度来控制二氧化碳流体密度从而控制染料在超临界二氧化碳流体中的溶解度；提高温度来降低流体的密度和染料在溶液中的数目，促进染料扩散到纤维中去。
因此该系统控制参数可比常规水相工艺较为快速的进行调节。
该工艺无需助剂，二氧化碳无毒，可循环使用；残留的染料可以粉末状态回收，无废水和废弃物，无需染色后处理和染后烘燥，可节能80%左右。
该工艺染色速度比传统工艺快好几倍，染色效率高。
所属领域化工、材料、环境
项目成熟度小试
合作方式技术开发、技术转让。
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。
超临界二氧化碳染色
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。
超临界CO_2流体染色的研究进展
流 速有关 ， 须 采用 合适 的工 艺 、 必 设备 加 以控 制 。 目 前， 国外 在这 方 面 的研 究 比较 成熟 ， 国也 有相 当的 我
研 究 成果 。
余 志成 等 ｌ研 究 了涤 纶 织 物 在 超 临界 Ｃ 染 ２ ］ Ｏｚ 色 的上染 速 率 、 上染 率 、 表观深 度 Ｋ／ Ｓ值 、 染 性及 匀 其 影 响 因素 。实 验结 果 表 明 ： 随着 超 临界 Ｃ 。 色 Ｏ 染 温 度 、 力 的提 高 ， 纶 织 物 的 上染 速 率 、 压 涤 上染 率 及
分散 染料 与极 性纤 维作 用力很 小 ， 导致染 色牢 度差 ，
只有 对天 然纤 维进行 处 理 。
３ ２ １ 浸 渍处 理 ．．
来越高， 主要在美 国和亚洲 。其 中又 以德 国的研究
最 为成 熟 ， 并且 已 申请 多项 专利 。
３ １ 化学 纤维 的超 临 界 Ｃ ｚ 色 ． Ｏ 染 在 超 临界 Ｃ 染色 化学 纤 维过 程 中 ， 聚 物从 Ｏ２ 低 纤 维 内部 向表 面扩 散 ， Ｃ 。中低 聚 物 的 问题 比在 在 Ｏ 水 溶 液 中要 突 出得 多 ， 主要 与染 色温 度 、 比和液体 浴
Ｋ／ Ｓ值增 加 ； 预定 型温 度在 １ ０ 当 ６ ℃左 右 时 ， 纶织 涤 物 的 Ｋ／ Ｓ值 、 上染 率 最 低 ； 物 要 得 到 良好 的匀 染 织 性 ， Ｏ Ｃ 流体 要 有 合 适 的循 环 速 率 。李 青 等 Ｉ 用 超 ３ ］
临界 Ｃ 染 色 法 对 超 细 涤 纶 织 物 的染 色状 况 分 别 Ｏ
通过 分 离器 释 放 压 力 ， 是 由于 Ｃ 这 Ｏ 变 为 气 体 ， 降 低 了染料 的溶 解 度 ， 使 沉 积 于 底 部 的染 料 粉 末 回 可
天然纤维超临界二氧化碳染料合成及染色
天然纤维超临界二氧化碳染料合成及染色在当今快速发展的时代，环境保护和可持续发展备受关注。
天然纤维的超临界二氧化碳染料合成及染色技术，作为一种环保、高效的染色工艺，正在逐渐引起人们的关注。
1. 介绍天然纤维，如棉、麻、丝等，是人们日常生活中常见的纺织原料。
而传统的染色工艺中，使用的染料多为合成染料，其中包含了对环境和人体健康有害的物质。
超临界二氧化碳染料合成及染色技术的提出，为解决传统染色工艺中存在的环境污染和资源浪费问题提供了新的途径。
2. 超临界二氧化碳染料合成超临界二氧化碳是一种介于气态和液态之间的状态，在一定的温度和压力条件下，具有较高的溶解能力。
利用超临界二氧化碳作为反应介质，进行染料的合成，不仅可以提高反应速率和产率，还可以避免传统有机溶剂对环境造成的危害。
使用超临界二氧化碳作为反应介质，可以实现染料的高效合成，并且减少有机溶剂的使用，降低了对环境的污染。
3. 超临界二氧化碳染料染色传统的染色工艺中，染料在水溶液中与纤维发生作用，而超临界二氧化碳染料染色技术中，染料通过超临界二氧化碳的介质作用，直接进入纤维内部，使得染色效果更加均匀、快速和节省能源。
超临界二氧化碳是可再生、无毒的介质，符合环保理念。
4. 个人观点和理解作为一名文章写手，我对天然纤维超临界二氧化碳染料合成及染色技术充满信心。
这种新兴的染色技术不仅能够提高染料的利用率，减少对环境的污染，还能够为纺织行业的可持续发展提供新的思路和方法。
通过对染料合成和染色工艺的深入研究和探索，我相信天然纤维超临界二氧化碳染料合成及染色技术将会为纺织行业注入新的活力。
在今后的发展中，我将继续关注天然纤维超临界二氧化碳染料合成及染色技术的进展，努力将新的知识和信息传递给更多的读者，推动环保和可持续发展理念在纺织行业的深入推广。
5. 总结天然纤维超临界二氧化碳染料合成及染色技术，作为一种环保、高效的染色工艺，具有巨大的发展潜力。
通过利用超临界二氧化碳的溶解能力，可以实现染料的高效合成和纤维的均匀染色，为纺织行业的可持续发展提供了新的思路和方法。
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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。
由于二氧化碳分子粘度低，它与染料分子间作用力又小，染料在超临界二氧化碳流体中扩散较快，加上在这种流体中纤维表面附近的扩散边界层很薄，所以染料可很快吸附到纤维表面。
还由于它对纤维有较强的增塑作用，所以上染速度快，匀染性和透染性均很好。
3、该技术的加工工艺流程
超临界CO2染色在130℃、24MPa下，10分钟就可以上染，上染速度是传统工艺的5～10倍，匀染和透染性好，可以实现98%以上的上染率。
超临界CO2染色工艺过程一般包括等温压缩、等容温升和等温释放3个过程，具体的工艺流程如图。
4、该技术的适用范围
该技术当前最适用于涤纶纤维，这方面的研究在实验室条件下已经获得成功。
特别适合于低极性的分散染料染疏水性的合成纤维。
另外，
超临界二氧化碳流体在超细涤纶纤维染色方面也取得了令人瞩目的成果。
超细涤纶纤维纤度小，比表面积大，水浴染色时往往出现得色量低、显色性差、色牢度差等问题。
超临界二氧化碳既对分散染料有较大的溶解度，又有易于扩散和运动的气体特性，有望解决超细涤纶纤维的染色问题。
超临界二氧化碳染色也同样适用于其他各类合成纤维，如聚酯纤维、聚丙烯纤维、聚酰胺纤维、聚丙烯腈纤维等。
用超临界二氧化碳染色可以实现染后织物具有良好机械性能、牢度性能。
聚酯纤维同样极性较小，在二氧化碳中较易上染。
5、该技术目前的应用情况
研究表明，超临界二氧化碳染色在绦纶以及超细绦纶染色方面的应用最为成功，能够获得与常规染色同等甚至更为优异的染色效果。
在合成纤维以及天然纤维的染色方面，国内外研究者通过对染料或纤维进行改性，已经取得了实验室条件下的初步成功。
然而，这方面对工艺参数的影响、改性剂机理、适宜的改性方法和染色机理等研究尚处于空白阶段。
并且国内外在超临界CO2染色技术实际工业应用方面报道还比较少，该技术现今仍处于实验室研究阶段。
因此，超临界二氧化碳染色从实验设备或半产业化设备向产业化设备的转移仍需要大量研究工作。
6、该技术的优缺点
优点：(1) 真正实现了无水染色。
(2)无需使用助剂。
(3)二氧化碳易得，安全。
CO2无毒，容易获取，且CO2可循环使用，不会带来“温室效应”；
(4)降低了能耗，热能消耗仅为常规工艺的百分之二十
(5)染色效果好,超临界CO2染色具有较高的上染率和良好的匀染性；
(6)染料可回用,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“快速回应”的生产和经营机制。
缺点：（1）使用高压，安全性能差；
（2）设备投资高；
（3）不适用于天然纤维，如棉、毛、丝等
7、该技术的发展前景
超临界CO2染色技术是一个具有良好前景的新型染色技术，以CO2为介质，染色过程不产生污染物，充分体现了清洁生产的理念。
加强对纤维改性、无水染色的理论研究与实践检验，开创超临界流体在染色领域的广泛应用，从源头上解决印染行业的环境污染问题，这是当前研究的主要任务。
但纵观国内外的文献，在超临界CO2染色中各种分散染料在不同纤维上着色的最佳操作条件、染料在超临界CO2中的溶解状况和在纤维内部的扩散系数、染色过程的热力学基础、染料结构与纤维的结构关系以及染料与纤维的改性、设计等方面积累的数据仍不够充分，更缺乏染色机理和动力学的微观分析，因此尚需相关领域的科技工作者联合攻关。