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超輻界二氧化碳液態(tài)染色研發(fā)趨勢(shì)

1.傳統(tǒng)染色的載色體(Vehicle)是水。水是寶貴的自然資源，尤其在中國(guó)。因此染色工作者把載色體從水換成臨界二氧化碳液體進(jìn)行染色、洗滌、整理作為節(jié)水的重點(diǎn)科研對(duì)象。

一、超臨界二氧化碳(又稱SCF-C02)液態(tài)染色的關(guān)鍵因素

1.1二氧化碳超I臨界的必要條件

Hyatt論述到二氧化碳熱力學(xué)性質(zhì)時(shí)指出，其成為液態(tài)C02的超臨界點(diǎn)，壓力20Bar時(shí)，大約為31℃。液態(tài)高壓范圍為20~73Ba，且液態(tài)二氧化碳為疏水性的。

1.1.2兩親助劑的使用

雖然液態(tài)C02用于染色(包括洗滌、整理)。并不需要多相體系，但由于液態(tài)C02對(duì)疏水性染料.油、脂肪、類脂的溶解度屬微溶狀態(tài)，僅用二氧化碳，得色率和效果并不好。因此需要助染的助劑。助染助劑最為適合的是一種既親油，又親水的兩親助劑。如液體溶劑、醇、碳?xì)浠衔?、醚、胺、酮及其混合物。此外兩親聚合物是隨機(jī)嵌段(二嵌、三嵌、多嵌或生成聚合物的嵌).接枝共聚，星型均聚、共聚低聚物等。

溶劑是指高沸點(diǎn)低蒸汽壓得那種溶劑，閃點(diǎn)必須高于37.8℃、一般在60.5℃、而93.3℃或更高的更好。如石蠟及異構(gòu)的混合物。

助溶劑包括醇：如乙醇、異丙醇、丁醇，辛醇、癸醇、十二醇、十六醇等C2----C16醇；鹵化烴：包括氯三氟甲烷、三氯氟甲烷、過氟丙烷、氯二氟甲烷、硫代氟乙烷等；胺(如N甲基吡咯烷酮)。酰胺(如二甲基乙酰胺)l酯(如醋酸乙酯、二元酯、乳酸酯)；醚(如二乙醚、四氫呋喃、乙二醇醚)；脂肪族碳?xì)浠衔?如甲烷、乙烷、丙烷、氨基丁烷、正戊烷、已烷)；氧化物(氧化氮)；烯烴(如乙烯、丙烯)；天然碳?xì)浠衔?如萜烯，雙苧烯)；酮(丙酮.甲乙酮)；烷基吡咯烷酮、硫代惡唑等。

聚合物：如聚甲基硅氧烷、聚(苯乙烯-g-二甲基硅氧烷)、聚(甲基丙烯酸-g-1，1’二氫過氟辛酸甲基丙烯酸酯)、聚(1，1’二氫過氟辛酸-g-苯乙烯)等。(近年來美國(guó)認(rèn)為過氟辛酸衍生物疑似致癌物)。由這些助溶劑與液態(tài)C02的復(fù)配將使分散染料疏水纖維(如錦綸、滌綸)的得色率和遞深性比單獨(dú)C02液有很大的提高。

1.1.3用含濕蒸汽解決親水性染料的染色問題

由于陰離子染料屬于親水性染料，它們并不溶解于疏水的液態(tài)二氧化碳之中，水基本上也很少溶解于液態(tài)的二氧化碳之中，一般溶于C02的水不超過5％(重量/體積)，而在液態(tài)時(shí)C02中含水僅為0.5％“1.0％(重量/體積)。當(dāng)液態(tài)二氧化碳染色體系中引入了吸濕的纖維時(shí)，此體系用親水染料染親水性天然纖維如羊毛、蠶絲、纖維素纖維及其與疏水性纖維的混紡變得可能。棉和絲所用纖維的含濕度在50~100％范圍內(nèi)，以75％含濕度為最適；而羊毛和黏膠所用纖維的含濕度在60~100％范圍內(nèi)，以75％為最適。

1.1.4用胺化劑制“活性棉”

棉布即使吸濕了，染色還比黏膠的淺很多，因此在液態(tài)二氧化碳系統(tǒng)中染色，一般是需要用胺化劑對(duì)棉纖維引入氨、仲氨的共價(jià)鍵合基團(tuán)，使棉成為對(duì)陰離子染料增加染座的“活性棉”以起到增深效果。當(dāng)棉布氨化處理后，纖維上含有叔胺或季銨鹽的基團(tuán)，棉及混紡織物通過水中含保溫劑(保濕劑一般用三聚氰胺、尿素、硫代二乙二醇等)。使之棉織物含有充分濕度就可染色。

1.1.5為改善色牢度染料引入活性基

用一般分散染料，以液態(tài)二氧化碳超臨界點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)色牢度還是不夠好。于是在分散染料上引入活性基團(tuán)、制成活性型分散染料，因此種染料對(duì)纖維素產(chǎn)生了共價(jià)鍵合，故色牢度顯著提高。

1.1.6調(diào)節(jié)溫度和SCF-C02密度以控制染料相分配用SCF-C02超臨界染色，染料在SCF-C02相和被染的纖維相這兩相中的分配有密切關(guān)系。

當(dāng)溫度維持不變，適當(dāng)降低SCF-C02密度時(shí).染料在C02液中的溶解度并沒有顯著下降。反之，當(dāng)度下降，尤其是降到纖維Tg(玻璃轉(zhuǎn)化點(diǎn))以下時(shí)，染料溶解度會(huì)顯著降低。也即當(dāng)SCF-C02跌至臨界點(diǎn)之后，C02液吸收染料的速度是比纖維吸收染料的速度快，因此出現(xiàn)了染料沉淀和摩擦牢度問題。為解決問題.染色過程設(shè)置了SCF-C02二個(gè)密度區(qū)。首先第一密度區(qū)，密度值較高，范圍在0.4~0.7g/cm3，以0.62g/cm3為適宜的值，溫度在Tg點(diǎn)以上在染色溫度下保溫循環(huán)30~45分鐘，液循環(huán)速度控制在27.8~45.4升/分鐘。然后以0.0037--0373kg/分鐘的速率，降壓進(jìn)入第二密度區(qū)，密度控制在0.3~0.5g/cm3范圍，以0.45g/cm3為適宜，溫度控制恒定值。某些分散染料(如紅167，黃86，藍(lán)60，紫9l等)在恒定溫度下，有控制地降低SCF-C02密度，結(jié)果染料溶解度的降低不顯著，這可認(rèn)為溶解度在控制范圍內(nèi)。此時(shí)染料從SCF-C02液中被吸出是有利于纖維吸收的。

另一方面，如果維持密度(SCF-C02)不變，則降低溫度，以密度控制使染料在SCF-C02中溶解度顯著增加。隨著降溫，染科上染纖維的速度慢于染料從C02液中析出的速度。導(dǎo)致染料沉淀及摩擦牢度問題這說明染料從溶液中向纖維上的分配情況錯(cuò)綜復(fù)雜。它不僅依賴于染料在SCF-C02中的溶解度，而且還依賴染料對(duì)纖維的親和力。這一點(diǎn)在選染料時(shí)很重要。如分散藍(lán)77號(hào)對(duì)滌綸(對(duì)苯二甲酸乙二醇酯)的親和力很高，可以優(yōu)選。