超临界CO2染色

科技成果——超临界二氧化碳无水染色技术
成果简介
为了解决染整过程的水体与大气污染难题，2001年起，在我国率先进行了超临界二氧化碳无水技术研究。

利用回收的工业排放二氧化碳废气在超临界状态下溶解染料，并在密闭的釜体中进行纺织品染色，创造性地实现了散纤维、纱线、织物超临界二氧化碳流体无水染色的工程化示范生产，突破了传统水介质染色过程的高耗水与高污染难题，开启了纺织纤维无水染色先河。

研究成果获辽宁省科学技术一等奖1项、国家教育部技术发明二等奖1项、第十六届全国发明展览会金奖1项。

通过了由中国工程院院士孙晋良主持的科技成果鉴定，达到国际先进水平。

现已授权发明专利20余项，成果已成功在辽宁、青海、山东、福建等公司转化，取得了较好的经济社会效益。

技术特点
利用回收的工业排放二氧化碳废气在超临界状态下溶解染料，并在密闭的釜体中进行纺织品无水染色，具有高色牢度，短流程，无三废排放，染料和二氧化碳可循环使用的优势。

与传统水介质染色相比，超临界二氧化碳流体染色无水消耗，无需漂洗和烘干；二氧化碳无毒、不易燃烧、价格低廉；染色无助剂，染料成本低，真正从根源上解决了染整过程的水污染问题。

染色产品染耐水色牢度（沾色、变色）≥4级，耐摩擦色牢度≥4级。

应用范围
适用于散纤维、纱线、织物无水染色加工。

与传统水介质染色工艺相比节水100%，降低能耗20-30%，是纺织印染清洁加工的一次“技术和产业革命”，具有显著的经济社会效益，可在我国染整行业引领、复制、推广、应用。

合作方式技术转让、合作开发。

超临界二氧化碳在染整加工中的应用摘要：针对传统水染工艺不能从根本上解决印染行业水环境污染严重及资源消耗、浪费大的问题，介绍了一种全新的清洁生产技术——超临界二氧化碳染色过程。

文章综述了超临界二氧化碳应用于染整加工领域的研究进展，包括超临界二氧化碳的性质，其在前处理的应用、以超临界二氧化碳为介质染合技术的一般流程，染合成纤维及天然纤维相关内容等，并讨论了其利弊。

关键词：超临界流体：二氧化碳；染整；前沿：进入二十一世纪环境保护越来越受到人们的重视．可持续发展问题成为当今世界经济发展的主题，任何工业的发展都必须符合这一主题的要求。

同时全球水资源环境问题日益尖锐，我国是严重缺水的国家，水污染使资源短缺问题变得更为突出，工业污染是造成水环境污染的主要污染源之一。

而在纺织品染整加工过程中，大量使用了污染环境和对人体有害的染整剂，这些助剂生物降解性差，毒性大，游离甲醛含量高，重金属离子的含量超标。

这些助剂大多以气体、液体、固体的形态排放而污染环境，严重危害人类的健康，因而，绿色染整加工技术成了近年来科研工作者追求的目标[16]。

近二十年来，超临界二氧化碳技术倍受青睐，它是采用二氧化碳来代替以水为介质的染整加工技术，工艺中无需清洗，无需烘干，二氧化碳可循环再利用。

该技术可避免大量废水对环保带来严重污染问题。

保护了水资源，省去还原清洗和烘干工序，降低了能源消耗，染色过程无有害气体排放，残余染料可循环使用，提高了染料利用率。

它不仅无毒、无污染，不易燃烧，而且价格便宜，要求的操作温度和压力都较低，具有许多奇特的性能，以前较多地应用于食品及医药工业上。

近几年来，超临界二氧化碳技术在高分子材料合成和加工以及纺织工业上的应用成为科技界关注的热点。

下面介绍超临界二氧化碳的性质以及超临界二氧化碳技术在染整加工领域的一些应用。

1超临界二氧化碳的性质常压下，物质在液相和气相间成平衡时，两相的物理性质如粘度、密度、导电度和介电常数等存在显著差别。

论文题目：超临界二氧化碳染色姓名：崔志鹏学号：0810150201专业班级：轻化082班学院：纺织学部二零一零年十二月十二日超临界二氧化碳染色【摘要】超临界二氧化碳染色技术是一种新型环保的染色技术，本文通过对一些文献的查阅，简单地概述这种技术的特点以及发展前景。

【关键词】超临界二氧化碳；新型染色技术；环保【引言】利用超临界流体溶剂所具有的低粘度、高扩散性等等传统工艺中水溶剂所不具备的多种特性进行染整加工，而且加工工艺中不断体现出了新的优势，是目前值得探索的加工工艺之一。

超临界二氧化碳的概念二氧化碳(CO2)是一种无色、无臭和不燃的气体，其相对密度是空气的1. 5倍。

它的分子呈直线型，两个氧原子分别在碳的两侧，呈对称分布,故不显极性。

所以，它的相对分子质量虽比水大。

但沸点很低，在常温时为气体。

它的临界温度为31.10C？加压易液化。

由于其分子是非极性的，液态的二氧化碳对极性物质的溶解能力不高，对低极性和非极性物质都有较高的溶解能力，因而对非极性或疏水性纤维具有较强的溶胀能力。

如果把二氧化碳置于密封体系中升温和加压，当超过C02的临界温度(31.10C)和临界压力〔7.39MPa）时，即超过临界点后，则C02转变到超临界流体状态。

此时，它具有许多独特的性质。

在临界温度以上，不管如何加热，它也不能变为气体；同时，在临界压力下，即使加很大的压力也不能变为液体和固体。

由于它不同于气体、液体和固体，故将这种状态的流体状态称为超临界流体。

超临界CO2流体（SCF）是指处于临界温度和临界压力(31.2。

C,7.31MPa)以上，具有良好溶解性和扩散性质的流体。

i超临界二氧化碳流体染色具有以下一些优点（1）染色时不用水，无废水污染；（2）染色结束后可降低压力，此时CO2气化，不需要进行染后供干，既可縮短工艺流程，又可縮短染色时间、节省烘干能源；(3)上染速度快，匀染和透染性好，染色重现性也很好；(4)CO2本身无毒，不燃，可重复回用；(5)染料可重复利用，染色时不需要添加分散剂、匀染剂、缓冲剂等助剂，不仅可降低成本，提高染料的利用率，还有利于环境保护，减少污染；(6)适用的纤维品种较广，一些难染的合成纤维（如丙纶、芳纶等）也可染色。

超临界CO2流体染色技术河北科技大学纺织服装学院张晏铭二氧化碳是一种无色、无臭和不燃，非极性的气体，沸点很低，在常温下为气体。

如果在封闭体系中升温和加压，当温度和压力超过二氧化碳的临界温度31·1℃和临界压力7·39MPa，二氧化碳即转变到超临界流体状态。

在临界温度以上，即使这样加热，他也不能变成气体。

同理在临界压力以上，即使怎样加压，也不能变为液体和固体。

1、背景和发展历史1988年,纺织物的超临界流体染色的首项专利提出。

1989年,德国Bochum的Ruhr大学的理科硕士论文课题与GMSchneider教授密切合作,采用此新技术进行了首次实验室规模的聚酯染色。

继首次成功试验[12]以后,由德国Krefeld的德国西北纺织研究中心(DTNW)继续这项工作。

1991年,基于最佳的实验室规模的染色条件[19～25],德国Velen的Jasper公司与德国西北纺织研究中心紧密合作,制造了首台半工业规模的染色机。

1994年,Jasper公司的其中一台CO2染色机安装在德国B ǒnnigheim的Amann&Sǒhne公司,用于聚酯缝纫线染色,以试验该技术用于纺织工业的可能性。

1995年初,在德国Hagen的UHDEHochdrucktechnik公司开始了新的探讨,德国西北纺织研究中心终于建造了一台新的CO2染色试验设备。

自1995年,国际上对这一技术的兴趣越来越高,最初在美国和亚洲,以后又在欧洲。

2、该技术的原理染色时，只有分子状态的染料可以上染纤维，随着分子状态染料上染纤维，胶团中和晶粒中的染料分子会不断溶解到水中，直到上染结束；由于染料溶解度低，因此在低温时大大限制了上染速度。

又由于大部分染料是以悬浮体存在，因此，染液的分散稳定性不高，容易发生晶粒的凝聚、晶型转变和晶粒增长，严重时还会出现沉淀，引起染色困难或不匀。

分散剂的存在虽然提高了染料悬浮体的分散稳定性，但是它的存在不仅增加了生产成本，也会污染水质，有的还会降低染料的平衡上染量。

超临界二氧化碳的性质及应用1 前言超临界流体是区别于气体、液体而存在的第三流体。

当温度和压力达到临界点时，物质就进入了超临界状态，超临界状态下的物质出现为一种既非气体又非液体的状态，叫超临界流体。

处于超临界状态F流体的物理化学性质如密度、扩散性、电导率、粘度等町以不超过相际边界呖通过压力或温度调节。

基于这屿独特的物理化学性质，超临界流体被证明是一种环境亲和的介质，它可能实现化学和化工技术的可持续发展。

而超临界C02(sc-c02)流体无毒、无污染、不易燃烧、价格低廉、化学惰性、可回收利用，且兼有超临界流体的特性，因此得到了人们的广泛关注。

2 超临界流体及其基本性质2.1 超临界流体(Supercritical fluid，SCF)超临界流体是指该流体处在其临界温度和临界压力以上的状态。

图1是纯物质的相图。

如图1所示，在相图中除气相、液相和固相外，还示出了一个特殊的区域即超临界区域SCF。

SCF是一种非凝聚性的高密度流体，在超临界状态下液体和气体的差别完全消失，是一种既不同于气体也不同于液的状态。

超临界流体的临界压力和临界温度因物质分子结构不同而异，分子极性愈强，分子愈大，临界温度愈高，临界压力则愈低表1 气体、液体和超临界流体的性能比较表1表明：超临界流体的密度比气体的密度大数百倍，其数值与液体相当，而粘度比液体小两个数量级，其数值与气体相当，扩散系数介于气体和液体之间约为气体的1／100，比液体要大数百倍。

由此得知，超临界流体具有与液体相当的密度，故有与液体相似的可溶解溶质的特点，同时又具有气体易于扩散的特点，它的低粘度，高扩散性，有利于溶解在其中的物质扩散和向固体基质的渗透。

在物质的超临界状态下，只要压力和温度稍有变化，密度就显著地变化，并相应地表现为溶解度的变化，这一性质使超临界流体的极具应用价值。

2．2 超临界二氧化碳流体的基本性质CO2临界温度和临界压力较低，分别为31．1 cC和7．38MPa，是应用最广泛的超临界流体。

超临界二氧化碳染色梁磊【摘要】纺织品染色需要消耗大量的水,而由此带来的污染问题日益严重.介绍一种新型染色工艺--超临界二氧化碳染色.该工艺可以进行无水染色,免去了废水处理的工序,不需要添加表面活性剂或其他吸附剂,一般情况下比传统工艺染色的色泽更加鲜艳,染料更易于回收染色,工艺流程比传统工艺更短.【期刊名称】《轻纺工业与技术》【年(卷),期】2010(039)002【总页数】3页(P43-44,50)【关键词】超临界二氧化碳;纺织;染色;应用【作者】梁磊【作者单位】天津工业大学纺织学院,天津,300160【正文语种】中文【中图分类】TS193.59随着国有企业逐步转制或退出，民营企业不断涌现并占据主导地位，由于这种小型企业处于初级阶段，资金不足和缺乏比较专业的技术人员，导致企业的生产工艺和生产流程老化，跟不上市场产品发展的需求，所生产出来的纺织品在舒适性和功能性方面达不到要求，加工过程也不具备环保性，而且随着时代的发展，人们对纺织品的性能也提出了新的要求，一般的印染处理只能满足普通的服用功能，但如太空服，军装及军用蓬布等产品用平常的工艺方法较难达到其要求。

传统的印染模式已不适应环保健康潮流的发展，新兴的印染技术势必会替代原有的印染模式，在人类崇尚健康，同时国际市场在提倡环保的潮流下，中国作为世界的制造工厂，面临着前所未有的压力。

目前国内的染整行业面临的形势非常严峻，如严重的环境污染，不断上升的能源成本，日益严重的缺水问题，低下的资源、能源利用率，激烈的市场竞争，加上产品附加值不高，创新产品不多，高新技术很少采用，清洁生产难于实施及国际上绿色壁垒的阻挠等，导致了有些染整企业亏损严重，并影响到企业的可持续发展。

在这样的形势下，染整企业唯一出路是必须走创新道路，大力采用高新技术，印染新技术的发展将围绕开发新材料、降低能源消耗、提高资源有效利用率和生产效率、减少环境污染、提高产品质量档次等方面进行。

在自然界中二氧化碳通常以气体状态存在，当环境温度、压力两相的界面消失，成为均相体系，温度、压力进一步提高时，二氧化碳就处于超临界状态。

二氧化碳临界染色
二氧化碳临界染色是一种环境友好的染色工艺，它以液态CO2作为介质的染色工艺，在超高压（超过CO2的临界压力）的条件下使CO2液化，染料在其中溶解，纤维也在其中膨化，允许染料分子迅速、均匀地扩散。

染色后减压，CO2蒸发，无须水洗，是环境友好型的染色工艺。

此外，超临界二氧化碳作为水的替代品用作染色介质，已成功应用于分散染料上染涤纶。

在染色时无需分散剂，染色后织物表面的浮色可用超临界二氧化碳流体循环清洗，无需还原清洗，节约成本；残余染料以粉末状被完全回收利用，无污水排放。

然而，目前关于超临界二氧化碳染色的研究主要集中在聚酯纤维的染色机理上，与工业化有关的大多数技术问题已经得到解决，但在天然纤维织物染色方面还没有取得重大突破。

同时，这种染色工艺在推广过程中存在的成本高、设备稳定性差、使用寿命短等问题还有待解决。

可以查阅关于超临界二氧化碳染色工艺的相关文献报道获取更多信息。