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(guò)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(guò)氟辛酸甲基丙烯酸酯)、聚(1，1’二氫過(guò)氟辛酸-g-苯乙烯)等。(近年來(lái)美國(guó)認(rèn)為過(guò)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(wèn)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(guò)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(guò)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(méi)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(wèn)題。為解決問(wèn)題.染色過(guò)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(wèn)題這說(shuō)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。
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