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涤纶纤维超临界CO_2流体染色研究

侯爱芹  
【摘要】:染整加工是整个纺织工业中耗水量最大的产业。传统的染色方法以水为介质,染色后用水清洗,耗水量大,使用的化学品多,治理困难。所以,从源头防治污染,开发绿色染整加工技术,寻求少水或无水染色工艺成为染整领域的发展方向。 超临界二氧化碳流体染色(SCFD)是一种新型的无水染色技术。与传统的染色方法相比,超临界二氧化碳流体染色具有下列优点:真正实现了无水染色,彻底消除了印染废水的产生;降低能耗;印染加工中无需使用助剂,如用分散染料染涤纶可省去分散剂,匀染剂,净洗剂等化学品;超临界二氧化碳染色具有较高的上染率和良好的匀染性;残余的染料可以回收使用,染料利用率大大提高;染色时间短,染色后不必进行还原清洗;二氧化碳无毒,容易获取,且二氧化碳可循环使用,不会带来“温室效应”。 所以,超临界二氧化碳流体染色是一种极具发展前景的染色技术,符合环境保护的潮流。在该领域进行系统的研究,有助于将此技术推向实用化,产业化。 为开展SCF染色的系统研究,本实验室研究和设计制造了我国首台超临界CO_2流体染色实验室设备。为保证染色均匀性,该设备采取系统外循环方式,该设计不仅提高上染效率,也符合实际生产需求,是一种缩小的生产设备模型。 在此设备上,研究了超临界CO_2染色时不同的温度、压力、时间条件等工艺参数对染色性能的影响规律,当温度高于110℃,染料对纤维的上染明显提高。在温度保持恒定的情况下改变染色压力,随着压力的升高,染料对纤维的上染明显提高。但达到一定的压力(20MPa)后,继续提高压力,染料对纤维的上染不再明显改善。对于分散蓝79在超临界CO_2体系中染色,当染色温度为120℃~130℃时,染60min,上染已接近平衡。 东华大学博士论文 通过对分散染料在超临界二氧化碳体系的动力学研究,并和水介 质中染色的相关理论进行比较,得出染料在该体系中不同温度条件下 对涤纶纤维的扩散系数。根据An五enius方程推出染料在超临界二氧 化碳体系中向纤维扩散的表观活化能为67.47Jln101。在水介质中染料 在纤维中扩散的表观活化能为187.02Jh刀01。表明染料在水介质中向 纤维中扩散的能阻比在超临界C认介质中向纤维中扩散的能阻大得 多,水介质中染色对温度的依赖性比在超临界coZ介质中大。 本文还讨论了超临界Cq染色时不同的温度、压力条件对染料的 聚集态结构及性能的影响。采用了与染色同样的条件,研究了超临界 Cq染色时染色条件对纤维形态结构及性能的影响。通过X谢线衍 射、DSC、SEM、IR等手段研究了染料的聚集态和纤维形态结构的 变化。结果表明,染料的晶型没有发生变化,随着温度和压力的提高, 染料的熔点和结晶性能提高;纤维的晶体结构也没有发生变化,结晶 度有所下降,熔点基本上无变化,超临界Cq处理使低聚物向纤维表 面迁移,随着处理温度的提高,纤维表面的齐聚物明显增多,但纤维 表面未受损伤,其化学结构没有发生变化。 通过以上系统研究,为超临界C02染色,染料的选择、最佳工 艺条件的确定提供有效的理论依据,对该项新技术的应用将具有指导 意义。


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