一种基于超临界二氧化碳的染整方法
阅读说明：本技术 一种基于超临界二氧化碳的染整方法 (Dyeing and finishing method based on supercritical carbon dioxide ) 是由 杨文芳 吴仪 于梦瑶 张城铭 李怡涵 于 2021-10-27 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种基于超临界二氧化碳的染整方法,其包括步骤：拒水剂预处理；对染料进行研磨,研磨后染料颗粒粒径小于1.5μm；将研磨后的拒水剂和染料置于处理釜底部；将聚酯织物置于处理釜中以及拒水剂和染料上方,自处理釜底部通入超临界二氧化碳；超临界二氧化碳经过、吸收和溶解拒水剂和染料后对聚酯织物进行染整处理；染整完成后,降低压力,取出聚酯织物。本发明为以超临界二氧化碳做介质的一浴一步染-整工艺技术方法,可用于在聚酯纤维染色及功能整理,缩短了加工流程,省时、提效、节能、没有水的消耗与无水排放,染料可回收,凸显了绿色染整理念。(The invention provides a dyeing and finishing method based on supercritical carbon dioxide, which comprises the following steps: pretreating a water repellent agent; grinding the dye, wherein the particle size of the ground dye particles is less than 1.5 mu m; placing the ground water repellent agent and the dye at the bottom of a treatment kettle; placing the polyester fabric in a treatment kettle and above a water repellent agent and a dye, and introducing supercritical carbon dioxide from the bottom of the treatment kettle; carrying out dyeing and finishing treatment on the polyester fabric after supercritical carbon dioxide passes through, absorbs and dissolves the water repellent agent and the dye; and after finishing, reducing the pressure and taking out the polyester fabric. The invention is a one-bath one-step dyeing-finishing process technical method taking supercritical carbon dioxide as a medium, can be used for dyeing and function finishing of polyester fibers, shortens the processing flow, saves time, improves efficiency, saves energy, has no water consumption and no water discharge, can recover dye, and highlights the concept of green dyeing and finishing.)
技术领域
本发明涉及纺织材料的染色和功能整理技术领域，尤其是涉及一种基于超临界二氧化碳的染整方法。
背景技术
目前，纺织材料通常需要染色和功能整理两个基本加工工序，而目前的染整技术大多采用水为介质，进行染色或功能整理，尤其是对于涤纶织物等要求具有拒水功能或其他多功能于一身的织物来说，利用水介质进行染、整处理，具有耗水量大、排污量大、能耗高、效率较低等缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于超临界二氧化碳的染整方法，以解决现有技术中存在的至少一个上述技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提供的一种基于超临界二氧化碳的染整方法，主要包括以下步骤：
S10.拒水剂预处理
去除拒水剂中的水分，使得拒水剂固化，后将固化后的拒水剂在100～105℃的温度环境下进行研磨，研磨后拒水剂颗粒粒径小于2μm；
S20.对染料进行研磨，研磨后染料颗粒粒径小于1.5μm；
S30.将研磨后的拒水剂和染料置于处理釜底部；
S40.将聚酯织物置于处理釜中以及拒水剂和染料上方，自处理釜底部通入超临界二氧化碳；超临界二氧化碳经过、吸收和溶解拒水剂和染料后对聚酯织物进行染整处理；
处理釜内工作温度110～115℃，处理时间10～30min；后继续升温至125～135℃，处理时间20～60min；处理釜内压力维持在150～300bar；
S50.染整完成后，降低压力，取出聚酯织物。
其中，拒水剂可以遴选含氟、有机硅的拒水整理剂，且拒水剂应适应于超临界二氧化碳环境，并要求与染料有良好的相容性，如FK、FK-582C、FWO-990等但不限于这几种拒水剂。
染料可以是商品分散染料，也可以是未商品化的纯染料。商品分散染料应进行按常规工艺进行纯化处理，研磨至1.5μm以下；合成后未商品化的纯染料同样研磨至1.5μm以下，例如包括但不限于：分散红73，分散蓝79，分散黄114。
进一步地，步骤S40中，所述超临界二氧化碳流量为10～30g/min。
进一步地，还包括步骤S60：对染整处理后的聚酯织物进行还原清洗。
进一步地，还原液中包括保险粉2～10g/l，氢氧化钠或碳酸钠2～10g/l。
进一步地，还原处理时，处理温度为50～60℃；处理时间为10～20min。
进一步地，还包括步骤S70：回收剩余染料、拒水剂及超临界二氧化碳。
进一步地，还包括步骤S11：对聚酯织物进行预处理。
优选地，利用精炼剂(0.5～5g/l)，与碳酸钠、氢氧化钠、磷酸三钠等碱剂中一种或两种对聚酯织物进行预处理，预处理温度为40～60℃，处理时间10～30min，充分水洗后干燥。
一般情况下，聚酯织物的预处理可以其他染整装置上进行，清洗烘干后再置于本申请中的处理釜中进行染色和整理。
更为优选地，所述织物缠绕在织物架上，且织物自内呈螺旋形向外延伸，相邻两个织物层之间留有间隔；织物通过织物架放置在所述处理釜内。
进一步地，所述织物架包括中间套管，中间套管两端对称地设置有连接架；每个连接架上设置有多个用于与织物两侧边缘(长度方向的两侧边缘)固定连接的连接件，多个连接件在以中间套管为中心的螺旋型渐开线轨迹上间隔布设。
进一步地，所述连接件为挂钩或夹子。
进一步地，所述连接架为轮辐型，包括外圈和辐条，辐条一端与外圈连接，另一端与中间套管固定连接，所述连接件设置在辐条上。
进一步地，所述中间套管沿所述超临界二氧化碳流动方向布设。即中间套管的轴向大体与所述超临界二氧化碳流动方向相同。
进一步地，所述中间套管一端封闭，另一端设置有进液口；中间套管管壁上设置有出液孔；一部分吸收和溶解了拒水剂和染料的超临界二氧化碳通过管路，经进液口进入中间套管，自出液孔喷出。
优选地，自出液孔喷出的所述超临界二氧化碳流量为流经处理釜的所述超临界二氧化碳总流量的1/6～1/4。
进一步地，所述出液孔倾斜设置，用于迫使自出液孔喷出的所述超临界二氧化碳倾向于沿织物层间螺旋形夹层流动。
通过在所述中间套管上设置出液孔，从而可有效搅动所述超临界二氧化碳在织物各层之间流动，从而有效提高织物各层以及每层正反面上染料分子和拒水剂分子均匀附着，避免各层之间、以及流动方向上织物的色差。
采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：
本发明提供了一种以超临界二氧化碳做介质的一浴一步染-整工艺技术方法，可用于在聚酯纤维染色及功能整理，缩短了加工流程，省时、提效、节能、没有水的消耗与无水排放，染料可回收，凸显了绿色染整理念。
附图说明
为了更清楚地说明本发明
具体实施方式
或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例6提供的织物架与处理釜结构示意图；
图2为发明实施例6中织物在织物架上的俯视图；
图3为本发明实施例7提供的织物架与处理釜结构示意图；
图4为本发明实施例8提供的织物架与处理釜结构示意图；
图5为本发明实施例8中间套管内填充染料和拒水剂时的示意图。
附图标记：
10-处理釜；11-中间隔板；12-透气通孔；20-织物架；21-中间套管；22-外圈；23-辐条；24-连接件；30-织物；40-混合颗粒层；41-颗粒混合物；50-容纳盒。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面结合具体的实施方式对本发明做进一步的解释说明。
实施例1
本实施例公开了一种基于超临界二氧化碳的染整方法，主要包括以下步骤：
S10.拒水剂预处理
去除拒水剂中的水分，使得拒水剂固化，后将固化后的拒水剂在100～105℃的温度环境下进行研磨，研磨后拒水剂颗粒粒径小于2μm；
S20.对染料进行研磨，研磨后染料颗粒粒径小于1.5μm；
S30.将研磨后的拒水剂和染料置于处理釜底部；
S40.将聚酯织物置于处理釜中以及拒水剂和染料上方，自处理釜底部通入超临界二氧化碳；超临界二氧化碳经过、吸收和溶解拒水剂和染料后对聚酯织物进行染整处理；
处理釜内工作温度110～115℃，处理时间10～30min；后继续升温至125～135℃，处理时间20～60min；处理釜内压力维持在150～300bar；所述超临界二氧化碳流量为10～30g/min。
其中，根据要求染色深度计算染料用量0.1～6％(o.w.f)，拒水剂用量2～15％(o.w.f)。
S50.染整完成后，降低压力，取出聚酯织物。
S60.对染整处理后的聚酯织物进行还原清洗。还原液中包括保险粉2～10g/l，氢氧化钠或碳酸钠2～10g/l。还原处理时，处理温度为50～60℃；处理时间为10～20min。
S70.回收剩余染料、拒水剂及超临界二氧化碳。
以及更为优选地，在步骤10前，设置步骤S11：对聚酯织物进行预处理。其中优选地，利用精炼剂(0.5～5g/l)，与碳酸钠、氢氧化钠、磷酸三钠等碱剂中一种或两种对聚酯织物进行预处理，预处理温度为40～60℃，处理时间10～30min，充分水洗后干燥。
本发明为一种超临界二氧化碳(supercritical carbon dioxide；SC-CO2)为介质的一浴一步染色-拒水整理工艺技术方法，超临界二氧化碳为非极性线型分子，其具有性质稳定、价廉易得、无毒无害、临界温度及压力适中、扩散性能好等特点，染色过程中能有效缩短处理时间、无需添加化学助剂，减少能源消耗和废水排放等优势，是目前可以代替传统水介质染色的较好选择。
SC-CO2流体对疏水性的涤纶纤维有很好的溶胀和增塑作用，不仅降低纤维的玻璃化温度(Tg)，且使大分子间孔隙增加，有利于染料的扩散进入，提高渗透和匀染程度。分散染料微溶于水，根据相似相溶原理，分散染料能够很好且均匀的溶解在SC-CO2流体中，克服了传统水浴法难以上染涤纶织物的障碍，染得的织物颜色均匀、色彩鲜艳。
以及，超临界二氧化碳为非极性线型分子，作为非极性含氟拒水整理剂、有机硅拒水剂表面能低，在超临界二氧化碳介质中有良好的的溶解性能，从而实现了超临界二氧化碳介质中进行拒水整理的可能性。由于拒水整理剂均为液体，受到制备工艺的限制，难以用于超临界CO2介质中的织物整理，其一浴一步染-整工艺研究也尚未见到相关报道。本发明通过对整理剂固化、研磨处理，使设计的一浴一步染色-拒水整理得以实现。
本发明可用于在聚酯纤维染色及功能整理，缩短了加工流程，省时、提效、节能、没有水的消耗与无水排放，染料可回收，凸显了绿色染整理念。
实施例2
本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于：
本实施例为聚酯针织物染-拒水整理实验，工艺流程为：聚酯织物预处理→染色-整理→还原清洗；
主要步骤包括：
1)染料、拒水剂预处理：染料选自分散红73，研磨粒径1μm以下；将含氟拒水剂FK-582C固化、研磨粒径1.5μm以下。
2)聚酯织物预处理：利用精炼剂2g/l，碳酸钠5g/l，对聚酯织物进行预处理，处理温度为50℃，处理时间20min，后充分水洗后干燥。
3)染色-整理处理
将染料(分散红73)和拒水剂混入超临界二氧化碳介质中，分散红73用量为2％(o.w.f)，拒水剂用量10％(o.w.f)；后将织物置于处理釜中，通入超临界二氧化碳介质(超临界二氧化碳)，其中处理釜温度110℃，织物染整处理时间20min，后继续升温至130℃，继续处理30min，处理釜压力300bar，二氧化碳流量30g/min。
4)还原清洗
利用含有保险粉5g/l，氢氧化钠3g/l的还原液对织物进行还原清洗，处理温度60℃，清洗处理时间10min。
聚酯织物测试结果：接触角134.0°，水洗色牢度4-5级，染色均匀，颜色符合要求。
实施例3
本实施例与实施例2基本相同，不同之处在于染整升温、保温参数不同。
其中工艺流程：染料、拒水剂预处理→聚酯织物预处理→染色-整理→还原清洗。
其中，聚酯织物预处理时：利用精炼剂2g/l，碳酸钠5g/l，对聚酯织物进行预处理，处理温度为50℃，处理时间15min，后充分水洗后干燥。
染色-整理处理时，将染料(分散红73)和拒水剂混入超临界二氧化碳介质中，分散红73用量为2％(o.w.f)，拒水剂用量10％(o.w.f)；后将织物置于处理釜中，通入超临界二氧化碳介质(超临界二氧化碳)，其中处理釜温度115℃，织物染整处理时间20min，后继续升温至130℃，继续处理30min，处理釜压力300bar，二氧化碳流量30g/min。
织物测试结果为：接触角125.6°，水洗色牢度4-5级，染色均匀，颜色符合要求。
实施例4
本实施例与实施例2基本相同，不同之处在于：
染料、拒水剂预处理时：分散红73研磨粒径1μm以下，含氟拒水剂FK-582C固化后，研磨粒径为3μm以下；
聚酯织物预处理时间为15min，充分水洗后干燥。
染色-整理处理时，分散红73用量为2％(o.w.f)，拒水剂用量为10％(o.w.f)，处理温度为110℃，处理时间20min，后继续升温至130℃处理30min，处理釜压力300bar，处理液的流量为30g/min。
测试结果：接触角123.0°，水洗色牢度4-5级，染色均匀，颜色符合要求。
实施例5
本实施例与实施例2基本相同，不同之处在于：
本实施例为聚酯梭织物染-拒水整理；工艺流程：染料、拒水剂预处理→聚酯织物预处理→染色-整理→还原清洗。
染料、拒水剂预处理时：染料为分散黄114，研磨粒径1.5μm以下；含氟拒水剂FWO-990固化、研磨粒径1μm以下；
聚酯织物预处理：利用精炼剂2g/l，碳酸钠5g/l，对聚酯织物进行预处理，处理温度为50℃，处理时间10min，后充分水洗后干燥。
染色-整理时，将染料(分散黄114)和拒水剂混入超临界二氧化碳介质中，分散红73用量为2％(o.w.f)，拒水剂用量12％(o.w.f)；后将织物置于处理釜中，通入超临界二氧化碳介质(超临界二氧化碳)，其中处理釜温度110℃，织物染整处理时间30min，后继续升温至130℃，继续处理30min，处理釜压力300bar，二氧化碳流量30g/min。
测试结果：接触角133.8°，水洗色牢度4-5级，染色均匀，颜色符合要求。
实施例6
本实施例公开了一种染整处理用的处理釜结构，其中，织物缠绕在织物架20上，参照图1所示，处理釜10底部设置中间隔板11，中间隔板11上设置有多个透气通孔12，研磨后的染料和拒水剂颗粒混合物均匀地摊铺在中间隔板11上，形成一个混合颗粒层40；
中间隔板11与处理釜10底板之间形成一个夹层结构，超临界二氧化碳自处理釜10底部入口进入夹层内，后经透气通孔12排出后通过混合颗粒层40，超临界二氧化碳吸收和溶解部分拒水剂和染料后对聚酯织物进行染整处理。
织物通过织物架20放置在所述处理釜10内，参照图2所示，织物30自内呈螺旋形向外延伸，相邻两个织物层之间留有间隔。
所述织物架20包括中间套管21，中间套管21两端对称地设置有连接架；每个连接架上设置有多个用于与织物两侧边缘(长度方向的两侧边缘)固定连接的连接件24，多个连接件24在以中间套管21为中心的螺旋型渐开线轨迹上间隔布设。所述连接件24为挂钩或夹子。所述连接架为轮辐型，包括外圈22和辐条23，辐条23一端与外圈22连接，另一端与中间套管21固定连接，所述连接件24设置在辐条23上。
所述中间套管21沿所述超临界二氧化碳流动方向布设。即中间套管21的轴向大体与所述超临界二氧化碳流动方向相同。超临界二氧化碳自下向上流动，自处理釜底部的入口流入，自顶部的出口流出。
本发明染整工艺缩短了加工流程，省时、提效、节能、没有水的消耗与无水排放，染料可回收，凸显了绿色染整理念。
实施例7
本实施例与实施例6基本相同，不同之处在于：
参照图3所示，本实施例包括容纳盒50，容纳盒50结构和处理釜底部夹持结构类似，容纳盒50底部设置有夹层腔，夹层腔底部设置有入口，夹层腔顶面上设置有多个透气孔，容纳盒50内填充有研磨后的染料和拒水剂颗粒混合物，一部分所述超临界二氧化碳通过管路，自夹层腔底部入口进入夹层腔内，后经透气孔排出后通过染料和拒水剂颗粒混合物层，超临界二氧化碳吸收和溶解部分拒水剂和染料后经容纳盒50顶部的出口排出。
中间套管21上端封闭，下端设置有进液口，中间套管21管壁上设置有出液孔；容纳盒50顶部的出口通过管路与中间套管21进液口连接。
自容纳盒50排出的所述超临界二氧化碳经进液口进入中间套管21，自出液孔喷出。优选地，自出液孔喷出的所述超临界二氧化碳流量为流经处理釜10的所述超临界二氧化碳总流量的1/6～1/4。以及，出液孔倾斜设置，用于迫使自出液孔喷出的所述超临界二氧化碳倾向于沿织物层间螺旋形夹层流动。
通过在所述中间套管21上设置出液孔，从而可有效搅动所述超临界二氧化碳在织物各层之间流动，从而有效提高织物各层以及每层正反面上染料分子和拒水剂分子均匀附着，避免各层之间、以及流动方向上织物的色差。
实施例8
本实施例与实施例7基本相同，不同之处在于：
参照图4所示，本实施例中不设置容纳盒，部分未吸收和溶解染料和拒水剂的超临界二氧化碳经进液口进入中间套管21，自出液孔喷出。参照图5所示，在中间套管21内中下部填充有研磨后的染料和拒水剂颗粒混合物41，染料和拒水剂颗粒混合物41填充的高度可根据经进液口排出的超临界二氧化碳浓度需要调整或设定。
填充有研磨后的染料和拒水剂颗粒混合物41的中间套管21中下部管壁上的进液口开孔率自下而上逐渐增大，直到与中上部保持一致。进液口开孔率的设置可根据自出液孔喷出的所述超临界二氧化碳流量为流经处理釜10的所述超临界二氧化碳总流量占比调整设定。
本实施例结构更加简单，便于实施和推广，成本更低。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
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