无污染的超临界CO2液体染色

邢声远

    随着全球性水资源日益枯竭和环境污染日趋严重，传统的采用水作为介质的印染工艺受到了严峻的挑战。一种不用水作介质的无污染的超临界CO2染色新工艺出现了。

    二氧化碳是一种无色﹑无臭和不燃的气体，其比重是空气的1.5倍。分子呈直线型，两个氧原子分别在碳的两边，呈对称型分布，故不显极性，它的分子量虽大于水， 但沸点很低，常温下为气体。它的临界温度为31.1℃,加压易液化。由于其分子是非极性的，故液态的二氧化碳对极性物质的溶解能力极低，而对低极性和非极性物质却具有较高的溶解能力，二氧化碳对非极性或疏水性纤维具有较高的溶解能力。如果把二氧化碳置于封闭体系中升温和加压后，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 )即超过临界点后, 则二氧化碳就转变为超临界流体状态。此时的二氧化碳便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,同理,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，故将这种液体状态称为超临界流体。处于超临界流体的 CO2和气体一样，可以均匀地分布在整个容器中，通过控制压力，可以达到和液体一样大小的密度（0.3-1g/cm3 以上）,它对物体具有很强的渗透作用,对物质的溶解能力比气体大得多,甚至比液体还要强,因此,超临界CO2 流体的许多性质不同于气体和液体,更不同于固体,这就是它的独特性质。超临界CO2流体的密度是气体的数百倍，接近于液体，但其粘度又和气体相等，它的扩散系数是气体的1%左右，但又比液体大数百倍，这就是溶解分散在超临界CO2流体中的物质易扩散﹑渗透能力强的原因所在。

    超临界 CO2 流体染色主要适用非离子类的难溶性分散染料，染色的纤维包括涤纶﹑锦纶﹑醋酸纤维，也曾研究用于丙纶和芳纶的染色，最近又有人在研究用于羊毛和棉等天然纤维的染色，其中最有前途的首推涤纶的染色。超临界CO2 流体在纺织工业中的应用，除了染色之外，还可用于织物的前处理与整理加工。

    采用超临界 CO2 染色是印染行业的重大突破，解决了多年难以解决的污染问题，具有以下的优点：（1）不用水，无废水污染，属于环保型的染整工艺；（2）染色结束后降低压力，CO2迅速气化，因而不需要进行染后烘干，既缩短了工艺流程，又节省了烘燥所需的能源；（3）上染速度快，匀染和透染性能好，染色的重现性极佳；（4）CO2本身无毒﹑无味﹑不燃，可重复使用；（5）染料可重复利用，染色时无需添加任何分散剂﹑匀染剂﹑缓冲剂等助剂，不仅降低了生产成本，提高了染料利用率，而且还有利于环境保护，减少污染；（6）适用的纤维品种较广，一些维以染色的合成纤维（如丙纶﹑芳纶等）也可进行正常染色。但是，目前采用超临界CO2流体染色还处于小批量试验阶段，还存在着一些需要解决的问题：一是生产设备价格高，而且是高压系统，一次性投资较大；二是相适用的染料品种不够齐全，有关染色工艺也有待于进一步研究与完善。不管怎么说，它是环保型的技术含量较高的染色工艺，代表了染整行业的发展方向。

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