纺织导报-二氧化碳在纺织领域应用的研究进展.pdf
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1、D y e in g 染整;纷织品 中图分类号: T S 1 9 0 .5文献标识码: A 文章编号:1 0 0 3 一 3 0 2 5 ( 2 0 0 4 ) 0 2 一 0 0 7 6 一 0 4 国家染整工程技术研究中心 侯爱芹戴瑾瑾 0 引言 目 前, 纺织品染色还是主要以水为介质, 染色后, 助 剂和剩余的染料残留在染液中引起污染; 为了污水脱色, 使用能破坏染料或使其沉淀的化学品,又导致污水进一 步污染及污泥处理问题。因此,污水处理成了印染厂面 临的最紧迫问题之一。这也正是研究超临界二氧化碳染 色这一新技术的出发点。 超临界二氧化碳萃取技术在食品工业中早已得到应 用, 如色素、中药
2、、咖啡因和啤酒花的提取等。 近年来, 由于人类环保意识的不断增强,C O: 在各领域的应用越 来越广。在纺织领域,超临界二氧化碳不仅可以用于前 处理,还可用于纤维染色;液态二氧化碳不仅可以用于 服装干洗,还可用于医用纺织品的消毒。 虽然超临界流体的溶剂性能普遍存在,但实际上由 于需要考虑所选择的溶剂是否容易获取、在使用过程中 的安全性、化学稳定性及临界条件等一系列因素,因而 常用的超临界流体溶剂并不太多。 二氧化碳、 氨、甲烷、乙烷、乙烯、 丙烯、甲醇、 乙 醇、 乙醚、 苯、 水等可作为超临界流体的溶剂。 但最引人 注目、 研究最多的还是C 0 2 。 因为C 0 2 纯度高, 临界温度 和
3、临界压力低 ( 临界温度3 1 , I店 界压力7 3 X 1 0 5 P a ) , 超临界流体的粘度低、 密度高, 具有很好的扩散性能, 表 面张力较低,非易燃易爆,非常稳定,没有腐蚀性,无 毒,是随处可得的副产物,如可以通过发酵、燃烧和氨 的合成获取,不会带来温室效应 , 。 1 超临界二氧化碳用于前处理 以水为介质的传统上浆和退浆工艺消耗许多能源, 并产生大量污水;而以超临界二氧化碳为介质的上浆和 作者简介:侯爱芹,女,1 9 6 7 年生,博士,上海, 2 0 0 0 5 1 退浆工艺则能显著降低能耗和污水的产生。当然由于传 统的浆料不能直接溶于超临界二氧化碳,特为此开发了 以氟化物
4、为基础的浆料, 并应用于涤棉混纺纱线的上浆。 浆料的性能主要通过所浆纱线的耐磨牢度、 断裂强力、 断 裂伸长率等特性体现出来。实践表明,二氧化碳中可溶 的浆料赋予涤棉混纺纱线的耐磨性能比传统的淀粉/ P V A 浆料高3 倍多; 通过超临界二氧化碳的洗涤/ 萃取作用可 以彻底去除织物上的浆料;浆料和二氧化碳几乎可以全 部被再循环利用2 1 0 尝试用超临界二氧化碳作为水洗剂、煮练液,结果 表明: 通过其萃取作用能够去除蜡质、油剂和一定的合 成浆料3 1 ;但是P V A浆料及其类似化合物不能用纯的超 临界二氧化碳流体去除;用超临界二氧化碳对原毛进行 萃取可获得很洁净的羊毛4 1 2 超临界二氧
5、化碳用于染色 2 . 1 超临界二氧化碳染色的优点 许多文献以涤纶染色为例介绍了超临界二氧化碳染 色的优点。简而言之,在临界点以上二氧化碳兼具液体 和气体的性质:超临界二氧化碳具有液体的密度 ( 有利 于疏水性染料的溶解) ; 有气体的低粘度和良好的扩散性 能, 与水介质相比, 染色时间大大缩短5 1 。 研究表明, 在 二氧化碳染色过程中仅通过温度和压力的改变,就能在 一个设备中进行纺丝油剂的萃取、染色和过剩染料的去 除;在工艺的最后阶段二氧化碳以气态形式释放,无需 烘 干 6 0 2 . 2 超临界流体染色设备的开发 1 9 9 1 年J a s p e r 公司与德国西北纺织研究中心 (
6、 D T N W) 合作研制了第一台半工业化的染色机。 染色釜 容积6 7 L , 最多可染4 只筒子 ( 2 k g / 只) 5 1 0 1 9 9 4 年德国A m a n n 加入共溶剂 改变流体的极性;对染料进行改性。 2 .4 . 1改变流体的极性1 2 一 , ” 加入极性共溶剂,提高超临界流体对极性染料的溶 解度。水或乙醇是最重要的用于提高超临界流体极性和 溶解能力的共溶剂。甲醇也曾被用于超临界二氧化碳中 金属络合染料染羊毛,但没有获得成功。在超临界二氧 化碳中有水存在的条件下,形成碳酸,降低纤维表面的 p H值, 促使金属络合物与媒染染料的结合。 尽管大多数 媒染染料的溶解度
7、很低,但有些情况下,染得织物的颜 色浓度和牢度性能均可与传统的水介质染色相比。 G i e h l 等人的研究也获得了类似的结果,他们发现媒染剂对色 泽和颜色浓淡有影响。 如果使用共溶剂, 当改变颜色时会产生清洗问题。 与 常规的超临界二氧化碳染色相反,染色之后共溶剂需从 纤维上去除,这需要额外增加烘干步骤。工业化应用有 机溶剂, 存在安全问题, 而且染色之后共溶剂必须与C 0 2 分离。这二者都会大大增加设备的成本。 2 .4 .2改 变纤维的性能13 - 15 1 天然纤维通过浸渍溶胀剂或用交联剂进行预处理可 以进行超临界二氧化碳染色。 用高分子量聚醚衍生物、聚氧乙烯和聚乙二醇或聚 丙二醇
8、浸渍纤维,进行棉、粘胶和羊毛的超临界二氧化 碳染色。这些物质通过断开纤维素大分子链间的氢键使 棉纤维溶胀,来提高纤维素对染料的可及度。除了湿处 理牢度低外,这一工艺的主要缺点是必须通过水相加工 进行浸渍及染色后需去除浸渍剂, 还包括两步烘干过程。 在超临界二氧化碳中将棉浸渍在低分子量的氢键拆分剂 如二乙醇胺及分散染料中,仅获得很淡的颜色,二乙醇 胺还会引起色变。溶胀剂对羊毛染色也无明显的效果。 也有报道将纤维浸渍不同的整理剂如甲基丙烯酸醋 以染得浓色,处理后的天然纤维用传统的分散染料就可 以染色。 提高天然纤维在超临界二氧化碳中上染率的另一个 方法是将纤维进行改性,引进疏水性官能团,永久改变
9、纤维表面结构,该疏水性官能团可以提高分散染料对纤 维的直接性。 有人用苯甲酞氯和苯甲酞琉基乙酸醋 ( B T G )对棉 纤维进行改性。 B T G 改性的棉在超临界二氧化碳染色后, 由于取代度较低 ( 8 . 8 %的增重率) , 所以得色量较低, 牢 度较差。对于用苯甲酸氯改性,分散染料要获得较高的 上染率,纤维的改性增重率则要达到2 2 % ( o . w . f . ) 。纤 维过高的改性增重率会严重影响纤维本身的性能。 还可通过在棉纤维上引入1 , 3 , 5 一 三氯均三嗦( T C T ) 基团来提高纤维素在C O : 中的活性。 T C T 增重率仅为3 % 就可以得到较高的得
10、色量。改性后的棉纤维在超临界二 氧化碳中染色后,牢度等级如水洗牢度、干摩擦牢度和 湿摩擦牢度均为5 级, 只有少数例外。 但由于反应过程中 T C T 会释放出H C 1 ,所以对纤维的损伤也相当严重。 为获得合适的颜色深度,对纤维进行改性会明显改 变天然纤维的优良性能。 此外, 在所有的加工过程中, 预 处理和清洗都要在水溶液或其它溶剂中进行,从而需增 加烘干步骤。这些处理不仅消耗能源,而且增加工序。 因此,实现天然纤维超临界二氧化碳染色,比较理 想的途径是对染料进行改性。 2 .4 . 3对染料进行改性 16 - 1 7 1 对分散染料进行改性,引人活性基团并利用其能够 与纤维反应形成化学
11、键,这种思路能解决上述的缺憾。 用三氯均三嗦 ( T C T ) , 2 一 澳代丙烯酸 ( B A A )改 性后所获得的活性分散染料在超临界二氧化碳中上染天 然纤维, 染色性能有不同程度的改善。 其中2 一 澳代丙烯 酸胺改性后所得到的染料染色效果更好。但在超临界二 氧化碳染色过程中,活性基团与天然纤维发生取代反应 会分别释放出腐蚀性的H C l 和H B r 。这两种酸都会损伤 纤维和染色设备。 对羊毛、 兔毛、 聚酞胺一 6 6 以及棉纤维采用乙烯矾、 丙烯酞胺和S 0 2 X 改性的染料在超临界二氧化碳流体中染 色, 在1 0 0一1 2 0的低温条件下便可获得深染的效果。 而且染色
12、后的羊毛、兔毛、聚酸胺一 6 6 的水洗牢度也很 好。但对真丝的染色效果却很差。 至今为止,在超临界二氧化碳中不超过 1 2 0的中 温和3 0 0 X 1 0 5 P a 的染色条件下,含乙烯矾的分散染料 最适宜上染含 一 N H : 的纤维,而且对纤维没有损伤。 _ 纺织导报 C h i n a T e x t i le L e a d e r 2 0 0 4 N o . 2 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark D y e in g 产业化规模生产
13、的经 济效益;染色设备的运行,包括更换颜色时的清洁、染 色结果的控制及从实验室染色结果向工业化设备的可放 大性;低聚物的去除和分离等。 已证明超临界二氧化碳是对环境友好的介质,C 0 2 技术在纺织领域的应用已引起世界各国的广泛关注,并 相继开展了广泛而系统的研究,以加快该项新技术的产 业化。. 参考文献 1 A n t h o n y A C l i f f o r d a n d K e i t h D B a r t l e . S u p e r c r i t i c a l F l u i d D y e i n g . T e x t i l e T e c h n o l o
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