CN107548421A - 超临界流体轧制或卷绕材料加工 - Google Patents

超临界流体轧制或卷绕材料加工 Download PDF

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Abstract

本发明的方法涉及使用超临界流体来执行对材料染色使得来自第一材料的染料用于对第二材料染色。使超临界流体穿过加压容器中的第一材料。超临界流体将来自第一材料的染料输送至至少第二材料，以使得第二材料的染料特性曲线因来自第一材料的染料散布于第二材料上而改变。

Description

超临界流体轧制或卷绕材料加工
技术领域
背景技术
传统的对材料的染色依靠大量的水进行，此可不利于淡水供应且也可导致不期望的化学品进入废水流。因此，已探索使用超临界流体来作为对传统水染色工艺的替代。然而，在染色工艺中使用例如二氧化碳(carbon dioxide，CO2)等超临界流体(supercriticalfluid，SCF)已遭遇多个挑战。举例而言，染料材料与超临界流体的交互作用(包括溶解度、引入、分散、循环、沉积)以及对所述交互作用的表征皆对以超临界流体进行染色的工业规模实现带来了问题。于2000年1月13日提出申请并授予北卡罗莱纳州立大学(NorthCarolina State University)的亨德里克斯(Hendrix)等人的美国专利6,261,326(’326专利)尝试提出先前所探索的对超临界流体与染料材料交互作用的解决方案。所述’326专利尝试以单独的制备容器来补救交互作用的并发问题(complication)，所述单独的制备容器用于将染料引入超临界流体并接着将染料与超临界流体的溶液转移至纺织物处置系统以对材料染色。在’326专利的实例中，将染料连同超临界流体引入包含待染色材料的容器中，此可增加工艺及系统的零件的复杂度。
发明内容
本发明的方法及系统是有关于使用超临界流体来执行对材料染色，使得来自第一材料的染料(其可为着色剂或其他材料加工物)用于对共用容器内的第二材料染色。使无染料的超临界流体穿过加压容器中的第一材料。超临界流体将来自第一材料的染料输送至至少第二材料，以使得第二材料的染料特性曲线因染料散布于第二材料上而改变。第一材料可接触压力容器内的第二材料或与所述第二材料物理地分开。此外，在示例性实施例中，第一材料的染料在染色工艺开始时与第一材料成一体。
附图说明
在本文中参照附图详细地阐述本发明，在附图中：
图1是示出根据本文的实施例，通过超临界流体将染料自第二材料转移至卷绕材料的示例性说明图。
图2是示出根据本文的实施例，通过超临界流体将染料自第一材料转移至第二材料的示例性说明图。
图3示出根据本文的实施例，用于散布(perfuse)更多种材料加工物中的一者的呈接触布置的示例性材料。
图4示出根据本文的实施例，用于散布更多种材料加工物中的一者的呈非接触布置的示例性材料。
图5示出根据本文的实施例，呈接触布置的示例性材料。
图6示出根据本文的实施例，呈非接触布置的示例性材料。
图7示出根据本文的实施例，环绕轴连续缠绕的两种材料。
图8示出根据本文的实施例，环绕轴同时缠绕的材料。
图9示出根据本文的实施例，二氧化碳的温度及压力相图。
图10示出根据本文的实施例，表示一种使用超临界流体对卷绕材料施加染料的示例性方法的流程图。
图11示出根据本文的实施例，表示一种使用超临界流体对卷绕材料施加材料加工物的示例性方法的流程图。
图12示出根据本文的实施例，表示一种使用超临界流体对卷绕材料施加第一材料加工物及第二材料加工物的示例性方法的流程图。
图13示出根据本文的实施例，说明一种以超临界流体对材料染色的方法的流程图。
图14示出根据本文的实施例，说明另一种以超临界流体对材料染色的方法的流程图。
具体实施方式
本发明的方法是有关于使用超临界流体来执行对材料染色，使得来自第一材料的染料(其可为着色剂或其他材料加工物)用于对共用容器内的第二材料染色。使超临界流体穿过加压容器中的第一材料。超临界流体将来自第一材料的染料输送至至少第二材料，以使得第二材料的染料特性曲线因染料散布于第二材料上而改变。第一材料可接触压力容器内的第二材料或与所述第二材料物理地分开。此外，在示例性实施例中，第一材料的染料在染色工艺开始时与第一材料成一体。
本发明的方法也有关于通过以下方式对材料染色：将具有第一染料特性曲线的至少第一牺牲材料及具有第二染料特性曲线的目标材料定位于共用压力容器中，使得第一牺牲材料不接触目标材料。继续进行所述方法，以将二氧化碳引入压力容器内使得二氧化碳在位于压力容器中的同时达成超临界流体状态。使用超临界流体二氧化碳将来自第一牺牲材料染料特性曲线的染料散布于目标材料上，其中在引入二氧化碳之前来自第一牺牲材料的染料与第一牺牲材料成一体。其他实施例更设想在达成二氧化碳的超临界流体状态之前将具有第三染料特性曲线的第二牺牲材料定位于压力容器中，且然后在将来自第一牺牲材料染料特性曲线的染料散布于目标材料上的同时将来自第二牺牲材料染料特性曲线的染料散布于目标材料上。
所设想的其他示例性方法是有关于通过以下方式对材料染色：将具有第一染料特性曲线的至少第一牺牲材料及具有第二染料特性曲线的目标材料定位于共用压力容器中，使得第一牺牲材料接触目标材料。所述方法包括：将二氧化碳引入压力容器内使得二氧化碳在位于压力容器中的同时达成超临界流体状态。使用超临界流体二氧化碳将来自第一牺牲材料染料特性曲线的染料散布于目标材料上。其他实施例设想在达成超临界流体状态之前将具有第三染料特性曲线的第二牺牲材料定位于压力容器中，且在将来自第一牺牲材料染料特性曲线的染料散布于目标材料上的同时将来自第二牺牲材料染料特性曲线的染料散布于目标材料上。
超临界流体(SCF)二氧化碳(CO2)是表现出气体及液体两种特性的二氧化碳流体状态。超临界流体二氧化碳具有类液体密度(liquid-like densities)及类气体低黏度(gas-like low viscosities)以及扩散性质。超临界流体的类液体密度容许超临界流体二氧化碳溶解染料材料及化学物质以用于最终对材料染色。相较于传统以水为主的工艺，类气体黏度及扩散性质可例如加快染色时间与加快染料材料的分散。图9提供突显二氧化碳的例如固相606、液相608、气相610、及超临界流体相612等各种相的二氧化碳的压力604及温度602的图。如图所示，二氧化碳在约304凯氏度(degrees Kelvin)(即，87.53华氏度、30.85摄氏度)及73.87巴(即，72.9大气压(atm))处具有临界点614。通常而言，在高于临界点614的温度及压力处，二氧化碳为超临界流体相。
尽管本文的实例具体指代超临界流体二氧化碳，但设想可使用处于或接近超临界流体相的其他或替代组成物。因此，尽管本文中将具体参照二氧化碳作为组成物，但设想本文的实施例可适用于替代组成物及用于达成超临界流体相的适当临界点值。
可使用可商购获得的机器(例如由荷兰的DyeCoo纺织物系统BV(DyeCoo TextileSystems BV ofthe Netherlands)提供的机器(DyeCoo))来达成超临界流体二氧化碳在染色工艺中的使用。实作于传统系统中的工艺包括：将旨在进行染色的未染色材料放置于能够加压及加热的容器中以达成超临界流体二氧化碳。在保持贮存器中维持整体上与纺织物无关联的粉末式染料物(例如，散粉)。将染料物保持贮存器放置于具有未染色材料的容器中，使得所述染料物在对容器加压之前不接触未染色材料。举例而言，保持贮存器使染料物与未染色材料物理地分开。对容器加压并施加热能以使二氧化碳进入超临界流体(或接近超临界流体)状态，所述超临界流体(或接近超临界流体)状态使得染料物溶于超临界流体二氧化碳中。在传统系统中，通过超临界流体二氧化碳将染料物自保持贮存器输送至未染色材料。然后使染料物遍布未染色材料扩散以对未染色材料染色，直至超临界流体二氧化碳相终止。
本文中的实施例是有关于一种染料均衡的概念，所述染料均衡为一种控制在材料上产生的染料特性曲线(profile)的方式。举例而言，若第一材料具有可被阐述为红色着色的染料特性曲线且第二材料具有可被阐述成不存在着色(例如，漂白或白色)的染料特性曲线，则以超临界流体二氧化碳进行均衡染色的概念产生所述两种染料特性曲线之间所尝试的均等化，使得形成第一染料特性曲线的至少一些染料物自第一材料转移至第二材料。此工艺的施加包括：使用在其上和/或其中包含有染料物的牺牲材料(例如，被染色的第一材料)，所述牺牲材料用作载体以将具体染料物施加至旨在被所述牺牲材料的染料物染色的第二材料。举例而言，在施加超临界流体二氧化碳工艺之后，第一材料与第二材料可分别具有彼此不同的所产生的染料特性曲线，同时也具有与其相应初始染料特性曲线(例如，第一染料特性曲线及第二染料特性曲线)不同的染料特性曲线。此种真正均衡的缺乏可能是所期望的。在示例性实施例中，举例而言，若第一材料为仅旨在作为染料载体的牺牲材料，则可执行所述工艺直至第二材料达成所需染料特性曲线，而无论所产生的第一材料的染料特性曲线如何。
使用超临界流体二氧化碳的染色工艺的另一实例可被称为加性染色工艺(additive dyeing process)。有助于说明加性染色工艺的实例包括具有表现出红色着色的染料特性曲线的第一材料及具有表现出蓝色着色的第二染料特性曲线的第二材料。超临界流体二氧化碳有效地在第一材料及第二材料(和/或第三材料)上产生表现出紫色着色(例如，红色+蓝色＝紫色)的染料特性曲线。
如前所述，设想当容许均衡染色工艺充分进行时，第一材料及第二材料可达成共同的染料特性曲线。在其他实施例中，设想第一材料与第二材料产生彼此不同的染料特性曲线，但所产生的染料特性曲线也不同于每一相应材料的初始染料特性曲线。此外，设想第一材料可为牺牲染料转移材料，而第二材料为需要目标染料特性曲线的材料。因此，可执行超临界流体二氧化碳染色工艺直至第二材料达成所需染料特性曲线，而无论第一材料的所产生染料特性曲线如何。此外，在示例性实施例中，设想可将具有第一染料特性曲线(例如，红色)的第一牺牲材料染料载体及具有第二染料特性曲线(例如，蓝色)的第二牺牲染料载体放置于系统中，以在第三材料上产生所需染料特性曲线(例如，紫色)。应理解，可变动材料、染料特性曲线、及其他所设想变数(例如，时间、超临界流体二氧化碳体积、温度、压力、材料组成、及材料类型)的任何组合及数目，以达成本文所设想的结果。
本文中的实施例设想使用超临界流体二氧化碳对一或多种材料染色(例如，以材料加工物进行处置)。在本文的实施例中设想彼此结合使用的二或更多种材料的概念。此外，设想在系统中引入对并非旨在用于传统后处理利用(例如，服装制造、鞋制造、铺地毯、室内装饰)的具有一体染料物的一或多种材料的使用，所述一或多种材料可被称为牺牲材料或染料载体。此外，设想可使用任何染料特性曲线。可彼此结合地使用染料特性曲线的任何组合，以在一或多种材料中达成任何所需染料特性曲线。在本文中将提供用于所揭露的方法及系统的其他特征及工艺变数。
在材料上达成所需染料特性曲线可受到多种因素的影响。举例而言，若存在50公斤的第一材料(例如，卷绕或轧制材料)以及100公斤的第二材料，则当第二材料原始染料特性曲线不存在染料时，每重量的第一材料所产生的染料特性曲线可表达为第一染料特性曲线的原始颜色/强度/饱和度的1/3。作为另一选择，在具有相同比例的材料但原始第二染料特性曲线具有与第一染料特性曲线相当的饱和度/强度且具有不同着色的情况下，第一染料特性曲线可表达为1/3X+1/3Y，其中X为原始第一染料特性曲线且Y为原始第二染料特性曲线(即，第一材料的重量/所有材料的重量)。以第二材料来看，使用所述前面的两个实例所产生的染料特性曲线对于第一实例而言可为(2/3X)/2及(2/3X+2/3Y)/2(即，[第一材料的重量/所有材料的重量]*[第一材料的重量/第二材料的重量])。前面的实例仅用于说明目的，乃因应设想多种其他因素也为相关的，例如可由经验值表示的每公斤码数、材料组成、染色工艺长度、温度、压力、时间、材料孔隙率、材料密度、材料的缠绕张力、及其他变数。然而，前述内容旨在提供对预期均衡染色工艺的理解以补充本文所提供的实施例。因此，所提供的实例及值并非为限制性的而是仅为示例性的。
现在参照图1，即根据本文的实施例示出通过超临界流体二氧化碳而将染料100自第二材料102转移至卷绕材料104的示例性说明图。以超临界流体二氧化碳引入至染色工艺的材料可为任何材料，例如组成物(例如，棉花、羊毛、丝绸、聚酯、和/或耐纶)、基材(例如，织物和/或纱线)、产品(例如，鞋类和/或衣服)等。在示例性实施例中，第二材料102为具有第一染料特性曲线且由染料材料108构成的聚酯材料。染料特性曲线为可由颜色、强度、色调、染料物类型、和/或化学组成定义的染料特性或材料加工物特性。设想不存在实质染料物(例如没有通过染色方法或在上面施加的其他材料加工物的非自然着色)的材料也具有阐述不存在染料的染料特性曲线。因此，无论与材料相关的着色、加工物、或染料如何，所有材料皆具有染料特性曲线。也就是说，无论所执行(未执行)的颜色/材料加工工艺如何，所有材料皆具有染料特性曲线。举例而言，所有材料皆具有起始(starting)着色，而无论是否已对材料执行染色工艺。
第二材料102具有第一表面120、第二表面122、及多种染料材料108。可为染料物的组成物/混合物的染料材料108出于论述目的而被示出成粒状构件；然而，染料材料108实际上可能在宏观层面上无法与材料的下伏基材(underlying substrate)被个别地辨识出。此外，如将在下文所述，设想染料物可与所述材料成一体。一体染料物为以化学方式或物理方式与材料结合的染料物。一体染料物是相较于作为不以化学方式或物理方式与材料耦接的染料物的非一体染料物。非一体染料物的实例包括撒在及刷在材料的表面上使得以最小的机械作用力便能被移除的干粉式染料物。
在图1处，仅出于论述目的而将超临界流体二氧化碳106示出为箭头。尽管在图1中如此示出，但实际上超临界流体二氧化碳在宏观层面上无法单独被辨识出。此外，染料材料112及116被示出成分别由超临界流体二氧化碳110及118转移，但如所指出，此说明图仅用于论述目的而非实际的按比例缩放的表示。
参照图1，将超临界流体二氧化碳106引入至第二材料102。超临界流体二氧化碳106的初始引入与染料材料无关(例如，没有溶解于其中的染料物)。在示例性实施例中，超临界流体二氧化碳106自第一侧120穿过第二材料102至第二侧122。当超临界流体二氧化碳106穿过第二材料102时，第二材料102的染料材料108(例如，染料物)变得与超临界流体二氧化碳有关(例如，溶解于其中)，染料材料108被示出成与超临界流体二氧化碳110连接的染料材料112。第二材料102被示出成具有第一染料特性曲线，所述第一染料特性曲线可由第二材料102的染料材料108造成。作为另一选择，在示例性实施例中，设想超临界流体二氧化碳的初始引入(或在任何时间)可将染料物自来源(例如，保持贮存器)输送至第二材料102以加强第二材料的染料特性曲线，同时也加强具有来自所述来源的染料物及第二材料102的卷绕材料104的染料特性曲线。
卷绕材料可为有效地用于编织、针织、编结、钩编、缝纫、刺绣等中的连续的类纱线材料。卷绕材料的非限制性实例包括纱线、线、绳索、带、细丝、及绳。设想卷绕材料可围绕卷轴(例如，圆锥形或圆柱形)缠绕，抑或卷绕材料在没有帮助形成所产生缠绕形状的第二支撑结构的情况下可围绕其自身缠绕。卷绕材料的性质可为有机的或合成的。卷绕材料可为多批个别材料或单批材料。
在图1中，卷绕材料104具有第一表面124及第二表面126。卷绕材料也被示出成具有第二染料特性曲线以及染料材料114。在示例性实施例中，染料材料114可为由已穿过第二材料102的超临界流体二氧化碳转移的染料物，并且/或者染料材料114为与前一操作中的卷绕材料104有关的染料物。
因此，图1示出超临界流体二氧化碳染色操作，在所述超临界流体二氧化碳染色操作中，超临界流体二氧化碳自第一侧120穿过第二材料102至第二侧122，同时转移来自第二材料的染料物(例如，将染料物溶解于超临界流体二氧化碳中)，如由超临界流体二氧化碳110输送的染料材料112所示。卷绕材料104在第一侧124上接收超临界流体二氧化碳(例如，110)。超临界流体二氧化碳穿过卷绕材料104，同时容许染料材料(例如，114)对卷绕材料104染色。在示例性实施例中，对卷绕材料104染色的染料材料可为来自第二材料102的染料材料。更设想，对卷绕材料104染色的染料材料可为来自其他材料层或来源的染料材料。此外，超临界流体二氧化碳(例如，超临界流体二氧化碳118)可穿过卷绕材料104，同时随其转移染料材料(例如，116)。此染料材料116可与另一材料层和/或第二材料102层沉积于一起。应理解，此可为其中因超临界流体二氧化碳重复穿过材料层而在不同材料层上达成染料材料的均衡的循环。最后，在示例性实施例中，设想染料材料108、112、114、及116可在不同材料中无法区分和/或产生无法区分的染料特性曲线。也就是说，由于各种染料物中的每一者在超临界流体内具有不同的溶解度，因此超临界流体穿过各种材料的流动会带走并沉积所述染料物，以产生在宏观层面上的(例如，在人眼看来)染料物的均质掺和。此循环可继续直至例如在二氧化碳自超临界流体状态发生状态变化时超临界流体被自循环过程移除。
图1为示例性的，且旨在用作对工艺的说明而未按比例示出。因此，在示例性实施例中，应理解，实际上对于通常观察者而言，在没有特殊设备的情况下，染料物(即，染料材料)、材料、及超临界流体二氧化碳可能在宏观层面上反而是看似无法区分。
现在参照图2，即根据本文的实施例示出通过超临界流体二氧化碳将染料101自第一材料1102转移至第二材料1104的示例性说明图。被引入以超临界流体二氧化碳进行均衡染色的材料可为任何材料，例如组成物(例如，棉花、羊毛、丝绸、聚酯、和/或耐纶)、基材(例如，织物和/或纱线)、产品(例如，鞋类和/或衣服)等。在示例性实施例中，第一材料1102为具有第一染料特性曲线且由染料材料1108构成的聚酯材料。第一材料1102具有第一表面1120、第二表面1122、及多种染料材料1108。可为染料物的组成物/混合物的染料材料1108出于论述目的而被示出成粒状构件；然而，实际上染料材料1108可能在宏观层面上无法与材料的下伏基材被个别地辨识出。此外，如将在下文所述，设想染料物与材料成一体。一体染料物为以化学方式或物理方式与材料结合的染料物。一体染料物是相较于作为不以化学方式或物理方式与材料耦接的染料物的非一体染料物。非一体染料物的实例包括撒在及刷在材料的表面上使得以最小的机械作用力便能被移除的干粉式染料物。
在图2处，仅出于论述目的而将超临界流体二氧化碳1106示出为箭头。实际上，超临界流体二氧化碳在宏观层面上无法如图2所示被单独辨识出。此外，染料材料1112及1116被示出成分别由超临界流体二氧化碳1110及1116转移，但如所指出，此说明图仅用于论述目的而非实际的按比例缩放的表示。
参照图2，将超临界流体二氧化碳1106引入至第一材料1102。超临界流体二氧化碳1106的初始引入与染料材料无关(例如，没有溶解于其中的染料物)。在示例性实施例中，超临界流体二氧化碳1106自第一侧1120穿过第一材料1102至第二侧1122。当超临界流体二氧化碳1106穿过第一材料1102时，第一材料1102的染料材料1108(例如，染料物)变得与超临界流体二氧化碳有关(例如，溶解于其中)，染料材料1108被示出成与超临界流体二氧化碳1110连接的染料材料1112。第一材料1102被示出成具有第一染料特性曲线，所述第一染料特性曲线可由第一材料1102的染料材料1108造成。作为另一选择，在示例性实施例中，设想超临界流体二氧化碳的初始引入(或在任何时间)可将染料物自来源(例如，保持贮存器)输送至第一材料1102以加强第一材料的染料特性曲线，同时也加强具有来自来源的染料物及第一材料1102的第二材料1104的染料特性曲线。
第二材料1104具有第一表面1124及第二表面1126。第二材料也被示出成具有第二染料特性曲线以及染料材料1114。在示例性实施例中，染料材料1114可为由已穿过第一材料1102的超临界流体二氧化碳转移的染料物，并且/或者染料材料1114为与前一操作中的第二材料1104有关的染料物。
因此，图2示出超临界流体二氧化碳染色操作，在所述超临界流体二氧化碳染色操作中，超临界流体二氧化碳自第一侧1120穿过第一材料1102至第二侧1122，同时转移来自第一材料的染料物(例如，将染料物溶解于超临界流体二氧化碳中)，如由超临界流体二氧化碳1110输送的染料材料1112所示。第二材料1104在第一侧1124上接收超临界流体二氧化碳(例如，1110)。超临界流体二氧化碳穿过第二材料1104，同时容许染料材料(例如，1114)对第二材料1104染色。在示例性实施例中，对第二材料1104染色的染料材料可为来自第一材料1102的染料材料。更设想，对第二材料1104染色的染料材料可为来自其他材料层或来源的染料材料。此外，超临界流体二氧化碳(例如，超临界流体二氧化碳1118)可穿过第二材料1104，同时随其转移染料材料(例如，1116)。此染料材料1116可与另一材料层和/或第一材料1102层沉积于一起。应理解，此可为其中因超临界流体二氧化碳重复穿过材料层而在不同材料层上达成染料材料的均衡的循环。最后，在示例性实施例中，设想染料材料1108、1112、1114、及1116可在不同材料中无法区分和/或产生无法区分的染料特性曲线。也就是说，由于各种染料物中的每一者在超临界流体内具有不同的溶解度，因此超临界流体穿过各种材料的流动会带走及沉积所述染料物，以产生在宏观层面上的(例如，在人眼看来)染料物的均质掺和。此循环可继续直至例如在二氧化碳自超临界流体状态发生状态变化时超临界流体被自循环过程移除。
图2为示例性的，且旨在用作对工艺的说明而未按比例示出。因此，在示例性实施例中，应理解，实际上对于通常观察者而言，在未借助特殊设备的情况下，染料物(即，染料材料)、材料、及超临界流体二氧化碳可能在宏观层面上反而是看似无法区分。
此外，如本文中将提供，各实施例设想与材料成一体的染料物。在实例中，当染料物以物理方式或化学方式与材料结合时，所述染料物与材料成一体。在另一实例中，当染料物在材料上均质化时，所述染料物与材料成一体。染料物的均质化与染料物以非均匀方式施加于其上的材料(例如若仅将染料物撒在材料上或以其他方式松散地施加至材料)形成对比。与材料成一体的染料物的实例为当染料物嵌入并维持于材料的纤维内时，例如当染料物散布于材料上时。
本文所用的用语“散布”为在材料上和/或遍布整个材料涂布、渗透、和/或扩散表面加工物(例如染料物)。将染料物散布于材料上在例如热压釜等压力容器中进行，此为在此项技术中所已知的。此外，超临界流体及溶解于超临界流体中的染料物可通过循环帮浦在压力容器内循环，此亦为此项技术中所已知的。超临界流体通过帮浦在压力容器内的循环使得超临界流体穿过压力容器内的材料并环绕所述材料以使得被溶解的染料物散布于材料上。也就是说，当将其中溶解有染料物(例如，加工材料)的超临界流体二氧化碳散布于目标材料上时，所述染料物沉积于所述目标材料的一或多个部分上。举例而言，聚酯材料在暴露至适于形成超临界流体二氧化碳的条件时，可变为“打开的”以容许部分染料物保持嵌入形成聚酯材料的聚酯纤维中。因此，调整热量、压力、循环流动、及时间会影响超临界流体、染料物、及目标材料。在所有所述变数相组合的情况下，当超临界流体二氧化碳散布于目标材料上时，可发生染料物遍布整个材料上的沉积。
图3示出根据本文的实施例，支撑多种卷绕材料206及第二材料208的材料保持元件204。此实例中的所述多种卷绕材料206具有第一染料特性曲线。在示例性实施例中，所述第一染料特性曲线可为除材料的自然状态之外不存在着色或其他表面加工物的特性曲线。所述多种卷绕材料206可为目标材料，即旨在用于例如服装或鞋类等商品中的材料。第二材料208可为具有一体染料物的牺牲材料。举例而言，第二材料208可为先前所染色的(或以其他方式处置的)材料。
在与下文将论述的图4形成对比的图3中所示的实例中，第二材料208与卷绕材料206物理接触。在此实例中，第二材料208的表面接触卷绕材料206的表面。在示例性实施例中，物理接触或由所述接触提供的紧密接近提供在存在超临界流体的情况下染料物自第二材料208至卷绕材料206的高效转移。此外，在示例性实施例中，暴露至超临界流体以用于染色目的的材料的物理接触容许高效地使用压力容器中的空间，使得材料的尺寸(例如，材料的卷材长度)可被最大化。
如用于示例性目的的图3所示，第二材料208的体积显著小于卷绕材料206。在此实例中，卷绕材料206为目标材料；因此，目标材料的体积的最大化可能为所期望的。由于某些压力容器具有有限的体积，因此所述有限体积的由牺牲材料所占用的一部分会限制可供目标材料使用的体积。因此，在示例性实施例中，牺牲(或多种牺牲材料)在定位于共用压力容器中时具有较目标材料小的体积(例如，码数)。此外，尽管示出了示例性材料保持元件204，但设想，可实作保持元件的替代配置。
图4示出根据本文的实施例，也支撑卷绕材料207及第二材料209的材料保持元件。尽管示出卷绕材料207及第二材料209位于共用保持元件上，但设想，在替代示例性实施例中可使用物理地分开的保持元件。卷绕材料207具有第一染料特性曲线且第二材料209具有第二染料特性曲线。具体而言，卷绕材料207或第二材料209中的至少一者具有一体染料物。与其中示出多种材料紧密接近或物理接触的图3相反，图4所示的材料彼此未直接接触。在示例性实施例中，不存在物理接触容许对至少一种材料的高效替代及操纵，而不存在对其他材料的显著的物理操纵。举例而言，若由具有包含第一着色的染料特性曲线的第二材料209来处置卷绕材料207以使得第二材料的染料物中的至少某些在超临界流体染色工艺中散布于卷绕材料207上，则第二材料209可被移除并由具有不同染料特性曲线(例如，材料处置(例如DWR))的第三材料来替代，所述第三材料较佳继第二材料209的染料物之后被散布至卷绕材料207。也就是说，图4所示及大体论述的物理关系可在制造及处理方面为高效的，乃因可达成对材料的个别操纵。
在示例性实施例中，尽管示出卷绕材料207及第二材料209位于共用材料保持元件204上，但设想卷绕材料207位于第一保持元件上而第二材料209位于与第一保持元件不同的第二保持元件上。
尽管在图3及图4中仅示出两种材料，但应理解可同时将任何数目的材料暴露至超临界流体(或接近超临界流体)。举例而言，设想将二或更多种具有一体染料物的牺牲材料放置于具有旨在被散布以牺牲材料的染料物的目标材料的共用压力容器内。此外，设想材料的数量并非仅限于在图3或图4中所示的该些比例。举例而言，设想目标材料可具有较牺牲材料大得多的体积。此外，设想可调整牺牲材料的体积以达成所需要的目标材料的染料特性曲线。举例而言，端视牺牲材料的染料特性曲线(例如，浓度、着色等)以及除目标材料的体积外所需要的目标材料的染料特性曲线而定，可调整牺牲材料的量以达成所需要的超临界流体染色结果。类似地，设想根据在染色工艺中所包括的材料的所需染料特性曲线和/或体积来调整第二材料(或第一材料)的染料特性曲线。
图5示出根据本文的实施例，支撑第一材料1206及第二材料1208的例如轴1204等材料保持元件。此实例中的第一材料1206具有第一染料特性曲线。在示例性实施例中，第一染料特性曲线可为除材料的自然状态之外不存在着色的特性曲线。第一材料1206可为目标材料，即旨在用于例如服装或鞋类等商品中的材料。第二材料1208可为具有一体染料物的牺牲材料。举例而言，第二材料1208可为先前所染色的(或其他处置)材料。
在与下文将论述的图6形成对比的图5中所示的实例中，第二材料1208与第一材料1206物理接触。在此实例中，第二材料1208的表面接触第一材料1206的表面。在示例性实施例中，物理接触或由所述接触提供的紧密接近提供在超临界流体的存在下染料物自第二材料1208至第一材料1206的高效转移。此外，在示例性实施例中，暴露至超临界流体以用于染色目的的材料的物理接触容许高效地使用压力容器中的空间，使得材料的尺寸(例如，材料的卷材长度)可被最大化。
如用于示例性目的的图5所示，第二材料1208的体积显著小于第一材料1206。在此实例中，第一材料1206为目标材料；因此，目标材料的体积的最大化可为所期望的。由于某些压力容器具有有限的体积，因此所述有限体积的由牺牲材料所占用的一部分会限制可供目标材料使用的体积。因此，在示例性实施例中，牺牲(或多种牺牲材料)在定位于共用压力容器中时具有较目标材料小的体积(例如，码数)。尽管示出第二材料1208相对于第一材料1206位于轴1204的外部位置上，但设想可相对于目标材料在轴1204上更向内地定位牺牲材料。此外，尽管示出示例性轴1204，但设想可实作保持元件的替代配置。
图6示出根据本文的实施例，也支撑第一材料1207及第二材料1209的例如轴1204等材料保持元件。尽管示出第一材料1207及第二材料1209位于共用保持元件上，但设想在替代示例性实施例中可使用不同的保持元件。第一材料1207具有第一染料特性曲线且第二材料1209具有第二染料特性曲线。具体而言，第一材料1207或第二材料1209中的至少一者具有一体染料物。与其中示出多种材料紧密接近或物理接触的图5相反，图6所示的材料未直接彼此接触。在示例性实施例中，不存在物理接触容许对至少一种材料的高效替代及操纵，而不存在对其他材料的显著的物理操纵。举例而言，若由具有包含第一着色的染料特性曲线的第二材料1209来处置第一材料1207以使得第二材料的染料物中的至少某些在超临界流体染色工艺中散布于第一材料1207上，则第二材料1209可被移除并由具有不同染料特性曲线(例如，材料处置(例如DWR))的第三材料替代，所述第三材料较佳继第二材料1209的染料物之后被散布至第一材料1207。也就是说，在示例性实施例中，图6所示及大体论述的物理关系可在制造及处理方面为高效的，乃因可达成对材料的个别操纵。
尽管第一材料1207及第二材料1209被示出成具有类似的材料体积，但设想第一材料1207可具有实质上较第二材料1209大的材料体积，在示例性实施例中第二材料1209可用作牺牲材料。此外，在示例性实施例中，尽管示出第一材料1207及第二材料1209位于共用保持元件上，但设想第一材料1207位于第一保持元件上且第二材料1209位于与第一保持元件不同的第二保持元件上。
尽管在图5及图6中仅示出两种材料，但应理解可同时将任何数目的材料暴露至超临界流体(或接近超临界流体)。举例而言，设想将二或更多种具有一体染料物的牺牲材料放置于具有旨在以牺牲材料散布于其上的染料物的目标材料的共用压力容器内。此外，设想材料的数量并非仅限于图5或图6中所示的该些比例。举例而言，设想目标材料可具有较牺牲材料大得多的体积。此外，设想可调整牺牲材料的体积以达成所需要的目标材料的染料特性曲线。举例而言，端视牺牲材料的染料特性曲线(例如，浓度、着色等)以及除目标材料的体积外所需要的目标材料的染料特性曲线而定，可调整牺牲材料的量以达成所需要的超临界流体染色结果。类似地，设想根据在染色工艺中所包括的材料的所需染料特性曲线和/或体积来调整第二材料(或第一材料)的染料特性曲线。
如已在图5及图6中说明且如将在图7及图8中说明，设想围绕保持装置的第一材料及第二材料的各种接合。如前文所提供，第一材料1206和/或第二材料1208可为针织、机织、或以其他方式构造的任何材料织物。第一材料1206和/或第二材料1208可由任何有机的或合成的材料形成。在示例性实施例中，第一材料1206和/或第二材料1208可具有任何染料特性曲线。染料特性曲线可包括由任何染料物形成的任何染料类型。在示例性实施例中，第一材料1206及第二材料1208为聚酯机织材料。
超临界流体二氧化碳容许以改质的被分散染料物对聚酯染色。此因超临界流体二氧化碳和/或造成二氧化碳的超临界流体状态的条件使得材料的聚酯纤维溶胀而发生，所述溶胀使得染料物能够扩散并渗入聚酯纤维的孔隙及毛细管结构。设想当材料中的一或多者的组成为纤维素时，可以类似方式使用反应性染料。在示例性实施例中，第一材料1206及第二材料1208是由共同材料类型形成使得染料物有效地用于对所述两种材料染色。在替代实施例中，例如当所述材料中的一者作为染料载体而为牺牲性的时，所述染料物可具有较目标材料低的对牺牲材料的亲和力，其可增大超临界流体二氧化碳染色的速度。实例可包括：第一材料的性质为纤维素的且第二材料为聚酯材料，且与第一材料有关的染料物为被分散染料类型，使得所述染料物具有较第一材料大的对聚酯材料(在此实例中)的亲和力。在此实例中，可经历缩短的染色时间以达成所需要的第二材料的染料特性曲线。
图10示出根据本文的实施例，一种对卷绕材料(例如图1、图3、及图4中所示者)染色的示例性方法的流程图300。在方框302处，将多种卷绕材料及第二材料定位于压力容器中。在示例性实施例中，可将卷绕材料维持于固定设备上，所述固定设备容许多种卷绕材料同时定位于压力容器中。此外，设想固定设备有效地用于将卷绕材料定位于相对于压力容器的内壁以及相对于其他卷绕材料的适当位置中。在示例性实施例中，避免欲被材料加工物散布于其上的材料接触压力容器的内壁容许所述材料加工物散布于所述材料。如前所述，在定位于容器中之前，可将卷绕材料围绕轴缠绕。可通过将作为共同分组的材料移动至压力容器内而将所述材料定位于容器内。此外，设想可以各种方式(例如，以垂直方式、以堆迭方式、以水平方式、和/或以偏置方式)将材料维持于固定设备上。此外，设想可将材料维持于不同的固定装置上并定位于共用压力容器中。
在方框304处，可对压力容器加压。在示例性实施例中，将材料装载至压力容器中，且然后将压力容器密封并加压。为维持所添加的二氧化碳处于超临界流体相，在示例性实施例中使压力上升至高于临界点(例如，73.87巴)。
无论以何种方式对压力容器加压，在方框306处，将超临界流体二氧化碳引入压力容器中。可通过使维持于压力容器中的二氧化碳自第一状态(即，液体、气体、或固体)过渡至超临界流体状态来引入此超临界流体二氧化碳。正如所已知，可通过达成足够用于超临界流体相改变的压力和/或温度来实现状态改变。设想一或多个加热元件用于使压力容器的内部温度上升至足够的温度(例如，304凯氏度、30.85摄氏度)。在示例性实施例中，一或多个加热元件也可在将二氧化碳引入压力容器中时(或之前)加热所述二氧化碳。
在方框308处，使超临界流体二氧化碳穿过所述多种卷绕材料及第二材料中的每一者。在超临界流体二氧化碳穿过可能具有不同染料特性曲线的材料的同时，染料物在各材料之间转移并散布于所述材料上。在示例性实施例中，将染料物溶解于超临界流体二氧化碳中，使得超临界流体二氧化碳用作染料物的溶剂及载体。此外，由于超临界流体二氧化碳的温度及压力，因此所述材料可暂时性地变动(例如，膨胀、打开、溶胀)以更易于接受染料物的染色。
在示例性实施例中，设想超临界流体二氧化碳的通过为其中例如在具有循环帮浦的闭合系统中超临界流体二氧化碳穿过材料多次的循环。此循环正是可有助于达成染色的因素。在实施例中，使超临界流体循环经过材料达一段时间(例如，60分钟、90分钟、120分钟、180分钟、240分钟)，且然后通过使温度和/或压力下降而容许超临界流体二氧化碳改变状态(例如，变为液体二氧化碳)。在示例性实施例中，在二氧化碳自超临界流体状态改变状态之后，染料物不再可溶解于非超临界流体二氧化碳中。举例而言，染料物可溶解于超临界流体二氧化碳中，但当二氧化碳过渡至液体二氧化碳时，染料物不再可溶解于液体二氧化碳中。
在方框310处，自压力容器提取所述多种卷绕材料及第二材料。在示例性实施例中，将压力容器内的压力降低至接近大气压力且自压力容器重新捕获二氧化碳以便可重新用于后续染色操作中。在实例中，在达成所述材料的一或多者的所需染料特性曲线之后，可将用于固定所述材料的固定设备移出容器。
尽管在图10中论述及示出了具体步骤，但设想可引入一或多个其他或替代步骤以达成本文的实施例。此外，设想所列出步骤中的一或多者可被一起省略以达成本文所提供的实施例。
图11示出根据本文的实施例的流程图400，流程图400示出一种通过牺牲材料对卷绕材料施加材料加工物的示例性方法。在方框402处，将具有表面加工物的牺牲材料及多种卷绕材料定位于共用压力容器中。如前所述，所述定位可为手动的或自动的。也可通过移动共用固定设备来达成所述定位，所述共用固定设备供固定牺牲材料和/或所述多种卷绕材料中的一或多者以用于定位。设想牺牲材料在定位于压力容器中时接触卷绕材料或与所述卷绕材料物理地分开。
如前所述，设想牺牲材料的材料加工物可为着色剂(例如，染料物)、亲水性加工物、疏水性加工物、和/或抗菌加工物。如下文将在图12中说明，设想多种牺牲材料可与所述多种卷绕材料同时定位于压力容器内。作为另一选择，设想牺牲材料可包含旨在施加至所述多种卷绕材料的多于一种材料加工物。在示例性实施例中，举例而言，着色剂及亲水性加工物两者可由牺牲材料维持并通过超临界流体的散布而被施加至卷绕材料。
在方框404处，将二氧化碳引入压力容器中。二氧化碳在被引入时可处于液体状态或气体状态。此外，设想在二氧化碳引入时压力容器是封闭的以将二氧化碳维持于压力容器内。压力容器在二氧化碳被引入时可处于大气压力下。作为另一选择，压力容器在二氧化碳被引入时可高于或低于大气压力。
在方框406处，对压力容器加压以容许所引入的二氧化碳达成超临界流体状态(或接近超临界流体状态)。此外，设想对压力容器(或在压力容器内)施加热能以帮助达成二氧化碳的超临界流体状态。如上文所述，图9的状态图示出用以达成超临界流体状态的温度与压力之间的趋势。在实施例中，将压力容器加压至至少73.87巴。可通过注入大气空气和/或二氧化碳直至压力容器的内部压力达到所需压力(例如至少二氧化碳的临界点压力)来达成此加压。
在方框408处，将来自牺牲材料的材料加工物中的至少一部分散布于所述多种卷绕材料上。通过超临界流体二氧化碳将材料加工物转移至所述多种卷绕材料。如前所述，超临界流体二氧化碳用作材料加工物自牺牲材料至所述多种卷绕材料的输送机制。此可通过使超临界流体在压力容器内循环(例如通过循环帮浦)使得超临界流体散布于牺牲材料及所述多种卷绕材料两者上而协助进行。设想材料加工物可至少部分地溶解于超临界流体内，以容许所述材料加工物脱离与牺牲材料的结合而被沉积于所述多种卷绕材料上/内。为确保材料加工物施加至所述多种卷绕材料的一致性，材料加工物可与牺牲材料成一体，此确保预期量的材料加工物被引入压力容器内。材料加工物的转移可继续进行直至足够量的材料加工物散布于卷绕材料上。
尽管在图11中具体参照一或多个步骤，但设想可在达成本文所提供的实施例的同时实作一或多个其他或替代步骤。因此，可增添或省略方框同时仍保持处于本文的范围内。
图12示出根据本文的实施例的流程图500，流程图500说明一种将来自第一牺牲材料及第二牺牲材料的至少两种材料加工物施加至卷绕材料的方法。方框502示出将卷绕材料、第一牺牲材料、及第二牺牲材料定位于共用压力容器中的步骤。具有第一材料加工物的第一牺牲材料及具有第二材料加工物的第二牺牲材料。举例而言，如以上所提供，设想第一材料加工物具有第一染料特性曲线且第二材料加工物具有第二染料特性曲线，其散布于卷绕材料上时会产生第三染料特性曲线。前面的实例也适用于此处，其中第一染料特性曲线为红色着色剂且第二染料特性曲线为蓝色着色剂，以使得当红色着色剂及蓝色着色剂两者散布于卷绕材料上时所述卷绕材料呈现紫色着色。在替代实例中，第一材料加工物可为抗菌加工物且第二材料加工物可为疏水性材料加工物，使得卷绕材料在共同施加工艺中需要所述两种材料加工物，此缩短加工时间。尽管以组合方式提供具体材料加工物，但应认识到可同时将任何组合暴露至超临界流体以施加至卷绕材料。
尽管论述了第一牺牲材料及第二牺牲材料，但可提供任何数目的牺牲材料。此外，设想第一牺牲材料的数量与第二牺牲材料的数量端视需要施加至卷绕材料的每一材料加工物的所需量而不同。此外，设想牺牲材料也将维持来自压力容器内的其他材料的材料加工物的一部分。因此，设想在确定欲添加至压力容器中的表面加工物的数量时考虑到所有材料(包括牺牲在内)的体积。
在方框504处，对压力容器加压，使得压力容器内的二氧化碳在压力容器中达成超临界流体状态。然后，如在方框506中所示，超临界流体有效地将第一牺牲材料的材料加工物及第二材料的材料加工物施用至卷绕材料。
尽管在图12中具体参照一或多个步骤，但设想可在达成本文所提供的实施例的同时实作一或多个其他或替代步骤。因此，可增添或省略方框，同时仍保持处于本文的范围内。
图7示出根据本文的实施例的多种材料的第一示例性缠绕物1300，其具有为了均衡染色而在轴1204上彼此接触的表面。缠绕物1300是由轴1204、第一材料1206、及第二材料1208构成。第一材料1206及第二材料1208被横切以说明与轴1204的相对位置。在此种缠绕物中，在第二材料1208环绕第一材料1206缠绕之前，全部的第一材料1206环绕轴1204缠绕。也就是说，超临界流体二氧化碳1302在作为超临界流体二氧化碳+染料1304穿过第二材料1208之前，超临界流体二氧化碳1302实质上穿过第一材料1206的缠绕厚度。接着，超临界流体二氧化碳以超临界流体二氧化碳+染料1306的型态自第二材料1208排出，然后，可使超临界流体二氧化碳+染料1306再循环经过一或多种额外或其他材料(例如，第一材料1206)。因此，在示例性实施例中，形成一种循环，于此循环中，超临界流体二氧化碳+染料散布于压力容器内的材料上直至温度或压力被改变而导致超临界流体改变状态，在超临界流体改变状态时，染料物将与其在超临界流体状态改变时所接触的材料成为一体。
在此所示实例中，第一材料1206的最后一圈暴露出与第二材料1208的第一圈的表面直接接触的表面。也就是说，缠绕物1300的所示出连续轧制容许第一材料1206与第二材料1208之间有限的但可得的直接接触。此直接接触可与其中染料载体或染料物与待染色材料物理地分开的替代实施例区隔。因此，在示例性实施例中，待染色材料与具有染料物的材料之间的直接接触可减少染色时间并减少可能的清洁及维护次数。
图8示出根据本文的实施例的用于超临界流体染色的第二示例性缠绕物1401，其中第二示例性缠绕物1401的多种材料在轴1204上。缠绕物1401是由轴1204、第一材料1206、及第二材料1208构成。第一材料1206及第二材料1208被横切以说明与轴1204的相对位置。在此种缠绕物中，第一材料1206与第二材料1208同时环绕轴1204缠绕。也就是说，当所述两种材料围绕轴1204缠绕时每种材料的多圈与另一材料接触，因此超临界流体二氧化碳1407穿过第一材料1206与第二材料1208的交替层能容许所述材料之间的多重直接接触。在此实例中，超临界流体二氧化碳1407在所述材料之间转移染料，并因染料物源与目标间的一致距离(例如，1个材料厚度距离)而在可能较短的循环中达成染料物的转移。超临界流体二氧化碳+染料1405可自材料(例如，第二材料1208)排出以再循环经过材料并使染料物的均衡进一步扩展。
尽管在图7及图8中仅示出两种材料，但在额外示例性实施例中，设想任何数目的材料可以任何方式相对于彼此缠绕。此外，设想可对材料实作物理布置的组合。举例而言，可如图7或图8所示布置二或更多种牺牲材料，而目标材料不接触牺牲材料。也就是说，根据本文的实施例，设想在用于共用超临界流体染色工艺的共用压力容器中，一或多种材料可彼此物理接触，而一或多种材料可彼此物理地分开。
图13示出根据本文的实施例，一种对材料均衡染色的示例性方法的流程图508。在方框510处，将第一材料及第二材料定位于压力容器中。如前所述，在定位于容器中之前，可将所述材料围绕轴缠绕。可通过将轧制于一起的材料移动至压力容器中而定位所述材料。此外，设想所述材料可以各种方式(例如，连续地、并行地)围绕轴缠绕。此外，设想可将所述材料维持于不同的保持装置上并定位于共用压力容器中。
在方框512处，可对压力容器加压。在示例性实施例中，将所述材料装载至压力容器中，且然后将压力容器密封并加压。为维持所添加的二氧化碳处于超临界流体相，在示例性实施例中，使压力上升至高于临界点(例如，73.87巴)。
无论以何种方式对压力容器加压，在方框514处，将二氧化碳引入(或再循环)至压力容器中。可通过使维持于压力容器中的二氧化碳自第一状态(即，液体、气体、或固体)过渡至超临界流体状态来引入此种二氧化碳。正如所知，可通过达成足够用于超临界流体相改变的压力和/或温度来达成所述状态改变。设想一或多个加热元件用于使压力容器的内部温度上升至足够的温度(例如，304凯氏度、30.85摄氏度)。在示例性实施例中，当二氧化碳被引入压力容器中时(或之前)，一或多个加热元件也可(或作为另一选择)加热所述二氧化碳。二氧化碳的引入可在加压期间、在加压之前、和/或后续加压之后发生。
在方框516处，使超临界流体二氧化碳穿过第一材料及第二材料。在示例性实施例中，将超临界流体二氧化碳泵送至供所述材料中的一或多者缠绕的轴中。超临界流体二氧化碳自轴排出至所述材料中。当超临界流体二氧化碳穿过可能具有不同染料特性曲线的材料时，染料物在各材料之间转移并散布于所述材料上。在示例性实施例中，染料物溶解于超临界流体二氧化碳中，使得超临界流体二氧化碳用作染料物的溶剂及载体。此外，由于超临界流体二氧化碳的温度及压力，因此所述材料可暂时性地变动(例如，膨胀、打开、溶胀)，以更易于接受染料物的染色。
在示例性实施例中，设想超临界流体二氧化碳的通过是其中例如在具有循环帮浦的闭合系统中超临界流体二氧化碳穿过材料多次的循环。此循环正是可有助于达成染色的因素。在实施例中，使超临界流体循环经过材料达一段时间(例如，60分钟、90分钟、120分钟、180分钟、240分钟)，且然后通过使温度和/或压力下降而容许超临界流体二氧化碳改变状态(例如，变为液体二氧化碳)。在示例性实施例中，在二氧化碳自超临界流体状态改变状态之后，染料物不再可溶解于非超临界流体二氧化碳中。举例而言，染料物可溶解于超临界流体二氧化碳中，但当二氧化碳过渡至液体或气体二氧化碳时，染料物可能不再可溶解于液体或气体二氧化碳中。更设想使二氧化碳在内部循环(例如，穿过材料保持器或轴)和/或使二氧化碳随着重新捕获过程而循环以减少在相变(例如，减压)期间损耗的二氧化碳。
在方框518处，自压力容器提取第一材料及第二材料。在示例性实施例中，将压力容器内的压力降低至接近大气压力且自压力容器重新捕获二氧化碳以便可能重新用于后续染色操作中。在实例中，在达成所述材料中的一或多者的所需染料特性曲线之后，可将上面缠绕有材料的轴移出容器。
尽管在图13中论述及示出了具体步骤，但设想可引入一或多个额外或替代步骤以达成本文的实施例。此外，设想所列出步骤中的一或多者可一起省略以达成本文所提供的实施例。
图14示出根据本文的实施例的流程图1400，其为一种用于以超临界流体二氧化碳对材料染色的方法。所述方法具有至少两个不同的起始定位(starting position)。如在方框1402所示的第一途径为环绕轴的第一材料的缠绕物。在方框1404处，第二材料环绕来自方框1402的第一材料缠绕。方框1402及方框1404可产生与在图7或图8中大体所示出的缠绕物类似的缠绕物。
在替代方式中，图14的第二起始定位在方框1403处表示为第一材料围绕例如轴等保持装置的缠绕物以及第二材料围绕保持装置的缠绕物，所述保持装置可与供放置第一材料的保持装置相同或不同。在方框1403处所示的步骤中，第一材料与第二材料不彼此物理接触。方框1403所提供的步骤可产生在图6中大体所示出的材料定位。
在第一起始定位及第二起始定位中，如在方框1406处所示使多种材料以一种方式或另一种方式围绕一或多个保持装置缠绕以定位于共用压力容器中。
在方框1408处，将压力容器加压至至少73.87巴。可通过注入大气空气和/或二氧化碳直至压力容器的内部压力达到所需压力(例如至少二氧化碳的临界点压力)来达成此加压。举例而言，将二氧化碳添加至具有帮浦的压力容器中直至在压力容器内达成适当压力。
在方框1410处，使超临界流体二氧化碳穿过第一材料及第二材料以使得第一材料或第二材料中的至少一者的染料特性曲线改变。染料转移可继续直至染料物充分散布于材料上以达成所需染料特性曲线。在示例性实施例中，设想内部再循环帮浦有效地使超临界流体二氧化碳循环经过所述轴以及被缠绕材料多次以达成均衡染色。可调整此内部再循环帮浦以达成所需要的超临界流体二氧化碳的流动速率。内部再循环帮浦所提供的流动速率可受材料量、材料的密度、材料的渗透率等影响。
在方框1412处，自压力容器提取第一材料及第二材料，使得所述材料的颜色特性曲线(例如，染料特性曲线)不同于存在于方框1402、1403、或1404处的材料的颜色特性曲线。也就是说，在超临界流体二氧化碳完成穿过所述材料时，所述材料中的至少一者的染料特性曲线发生变化以反映所述材料中的所述至少一者已通过超临界流体二氧化碳而被染色。
尽管在图14中具体参照一或多个步骤，但设想可在达成本文所提供的实施例的同时实作一或多个额外或替代步骤。因此，可增添或省略方框同时仍保持处于本文的范围内。
工艺
在材料染色或加工应用中使用超临界流体二氧化碳的工艺依赖于对多个变数的操纵。所述变数包括时间、压力、温度、二氧化碳的数量、及二氧化碳的流动速率。此外，工艺中存在多个阶段，可以操纵各阶段中的一或多个变数以达成不同结果。该些阶段中的三者包括加压阶段、散布阶段、及减压阶段。在示例性情景中，将二氧化碳引入密封的压力容器中，其中温度及压力升高使得二氧化碳被抬升至至少304凯氏度及73.87巴的临界点。在此传统工艺中，进行对待加工的材料进行散布的第二阶段。可设定并维持流动速率且确立第二阶段的时间。最后，在传统工艺中的第三阶段处，停止流动速率，终止热能的施加，且降低压力，所有上述者实质上同时进行以使二氧化碳自超临界流体过渡至气体。
对传统工艺的改良能够通过调整不同的变数来实现。具体而言，调整阶段期间变数变化的顺序及定时会提供更佳的结果。举例而言，传统工艺可使得材料加工物(例如，染料物)涂布压力容器的内表面。压力容器的涂布是低效率的及不期望的，乃因压力容器的涂布表示材料加工物未遍布散布于预期材料且需要后续清洁来确保材料加工物不会散布至并非所预期的后续材料中。在第三阶段起始时停止流动速率导致二氧化碳及溶解于其中的材料加工物在压力容器内停滞。当二氧化碳自超临界流体过渡至气体时，由于材料加工物在相变时自二氧化碳溶液析出，故此停滞环境中的材料加工物可能未找到合适的宿主来附着。因此，压力容器自身(而非目标材料)可变成表面加工物的目标。对变数的操纵可使得材料加工物能够有利于黏附/结合/涂布预期目标材料而非压力容器自身。
在第三阶段中，设想维持或不终止流动速率直至二氧化碳自超临界流体变为气体状态。举例而言，若压力容器内的压力在散布阶段期间在100巴下运作，则二氧化碳可在第三阶段中保持处于超临界流体状态直至压力被降低至低于73.87巴。因此，当第二阶段完成时，不停止二氧化碳的流动或显著降低压力容器内二氧化碳的流动速率，而是在第三阶段中维持所述流动速率。在其他概念中，维持二氧化碳的流动速率直至压力降低至低于73.87巴。
设想第三阶段的至少两种不同的情境。第一种情境是其中工艺的第三阶段在二氧化碳的温度降低时起始的顺序。举例而言，在示例性实施例中，第二阶段可在320凯氏度下运作，在第二阶段完成时，容许温度自320凯氏度的运作温度下降。尽管在温度开始下降时传统工艺也可停止压力内二氧化碳的流动，但可替代地，设想维持所述流动速率处于某一水准，直至至少所述温度降至低于二氧化碳的临界温度，即304凯氏度。在此实例中，二氧化碳可保持为超临界流体直至所述温度降至低于304凯氏度；因此，维持流动速率以使二氧化碳及其中所溶解的材料加工物环绕目标材料移动。在此第一情境中，可将压力维持于运作压力(或高于73.87巴)，直至二氧化碳自超临界流体变为另一状态(例如，在高于73.87巴时为液体)。作为另一选择，也可容许压力在第三阶段开始时下降，但维持流动直至至少所述二氧化碳变为不同状态。
第二情境尽管与第一情境类似但依赖于因压力的下降而起始的第三阶段。举例而言，若压力容器内用于散布材料的运作压力为100巴，则当压力下降时起始第三阶段。尽管传统工艺可在此时终止二氧化碳的流动速率，但可替代地，设想维持或不同时终止所述流动速率。相反地，在第三阶段处，使二氧化碳流动直至压力降低至低于至少73.87巴，以确保其中包含有被溶解的表面加工物的二氧化碳在二氧化碳处于超临界流体状态的整个时间内的循环。也可使温度随着压力下降而同时下降，或者可维持所述温度直至达成某一压力。
在示例性实施例中，使压力及温度朝二氧化碳临界点下降而起始第三阶段，但至少部分地维持二氧化碳的流动速率，直至二氧化碳已自超临界流体状态过渡。尽管列出了具体温度及压力，但设想可使用任何温度或压力。此外，在示例性实施例中，并非依赖二氧化碳来达成特定温度或压力，而是可使用时间来决定何时降低或终止二氧化碳流动速率。
对变数的操纵并非仅限于第三阶段。设想可通过在第一阶段及第二阶段中调整变数来达成表面加工物的更高的均衡饱和度。举例而言，在二氧化碳自第一状态(例如，气体或液体)过渡至超临界流体状态之前，可能开始出现流动速率。在示例性实施例中，设想当二氧化碳过渡至超临界流体状态时，欲溶解于超临界流体中的材料加工物被暴露至二氧化碳的非停滞池，以容许不久便发生溶液的均衡。类似地，设想在二氧化碳引入之前和/或在二氧化碳的加压开始之前，对压力容器内部体积施加热能。在示例性实施例中，由于热能的转移可因压力容器的热质量而减缓工艺，因此设想在施加压力之前进行添加热能。
具有不同极性的吸收性材料加工物载体
本文所提供的牺牲材料可用作输送载具以引入旨在遍布目标材料散布的材料加工物(例如，染料物)。在示例性实施例中，材料加工物可溶解于二氧化碳超临界流体中以使超临界流体能够溶解材料加工物以散布于材料上。超临界流体为非极性的；因此，可在二氧化碳超临界流体处理系统中操作的材料加工物的化学性质为溶解于非极性溶液中的化学物质。举例而言，适用于对聚酯材料染色的染料物可溶解于二氧化碳超临界流体中但不溶解于水中。此外，适用于对聚酯染色的染料物可不具有与不同材料(例如，如棉花等有机材料)结合的适当化学性质。因此，设想将有机材料(例如，棉花)浸渍于欲施加至聚酯材料的材料加工物中。所浸渍的有机材料用作压力容器内的载体材料。当执行二氧化碳超临界流体工艺时，材料加工物被二氧化碳超临界流体溶解并遍布聚酯材料散布。将需要不同化学性质以用于材料加工物结合的有机材料不维持所述材料加工物，且因此材料加工物的预期量可供用于散布于目标材料上。
在实例中，棉花材料用作染料物的输送载具以对聚酯材料染色。在此实例中，在二氧化碳超临界流体工艺中期望对150公斤的聚酯染色。若总目标重量的1％表示达成所需着色所需要的染料物的量，则需要将1.5公斤的染料物散布至聚酯中以达成所需着色。可在具有8.5公斤水的水溶液中稀释1.5公斤的染料物。因此，染料物溶液为10公斤。在此示例性实施例中，由于染料物具有适于溶解于非极性二氧化碳超临界流体中的化学性质，因此染料物仅悬浮于水中而非溶解于水中。棉花具有高吸收性。举例而言，棉花可能够吸收达其重量的25倍。因此，为吸收10公斤的染料物溶液，0.4公斤的棉花(10/25＝0.4)可用作载体。然而，设想可使用更大部分的棉花来达成对染料物溶液的输送。在示例性实施例中，设想棉花具有按重量计30％的吸收率。在以上使用按重量计30％的吸收率的实例中，使用33.3公斤棉花以携带10公斤的染料物溶液。应理解，可调整溶液量、染料物的量、及吸收量以达成欲包含于用于染色工艺的压力容器中的材料的所需量。
当应用于具体材料加工实例时，设想将具有与目标材料不同的结合化学性质的材料(例如，棉花对聚酯)浸没或以其他方式浸渍于材料加工物溶液中。然后将所浸渍的载体材料放置于压力容器中。可将所浸渍的载体放置于支撑结构上或环绕目标材料包绕。可起始二氧化碳超临界流体加工的工艺。使二氧化碳超临界流体环绕并穿过载体材料并且溶解材料加工物以使材料加工物散布于目标材料上。在材料加工物施加完成时，使二氧化碳自超临界流体状态过渡至气体状态(在示例性实施例中)。在示例性实施例中，对载体材料不具有结合化学性质的材料加工物被吸引至目标材料并由目标材料维持。因此，在示例性实施例中，在加工工艺完成时，材料加工物被施加至目标材料，且载体材料几乎不存在材料加工物。
应理解，某些特征及子组合为有用的，且无需参照其他特征及子组合便可被采用。此依据权利要求的范围进行设想并处于权利要求的范围内。
尽管彼此相结合地论述了具体元件及步骤，但应理解，设想无论是否对其作出明确规定，本文所提供的任何元件和/或步骤可与任何其他元件和/或步骤进行组合，同时仍处于本文所提供的范围内。由于可在不背离本发明的范围的条件下对本发明作出诸多可能的实施例，因此应理解，本文中所述或附图中所示的所有内容皆被解释为说明性的而不具有限制性意义。
本文及结合下文所列权利要求所用的术语“权利要求中的任一项”或所述术语的类似变型旨在被解释成权利要求的特征可以任何组合形式加以组合。举例而言，示例性权利要求4可指示权利要求1至3中任一项所述的方法/设备，其旨在被解释成权利要求1及权利要求4的特征可加以组合，权利要求2及权利要求4的元件可加以组合，权利要求3及权利要求4的元件可加以组合，权利要求1、权利要求2、及权利要求4的元件可加以组合，权利要求2、权利要求3、及权利要求4的元件可加以组合，权利要求1、权利要求2、权利要求3、及权利要求4的元件可加以组合和/或其他变型。此外，术语“权利要求中的任一项”或所述术语的类似变型旨在包括“权利要求中的任一者”或此种术语的其他变型，如由以上所提供的实例中的某些所指示。

Claims (20)

1.一种对材料染色的方法，所述方法包括：
将具有第一染料特性曲线的至少第一材料及具有第二染料特性曲线的第二材料定位于共用压力容器中；
将二氧化碳(“CO2”)引入所述压力容器内，使得所述二氧化碳在位于所述压力容器中的同时达成超临界流体(“SCF”)状态；以及
以超临界流体二氧化碳将来自第一材料染料特性曲线的染料散布于所述第二材料上。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二材料是卷绕材料。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二材料是轧制材料。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述第一材料接触所述第二材料。
5.根据权利要求1所述的方法，还包括：
环绕轴缠绕所述第一材料；以及
在环绕所述轴缠绕所述第一材料之后，环绕所述第一材料缠绕所述第二材料。
6.根据权利要求1所述的方法，还包括：环绕共用轴同时缠绕所述第一材料及所述第二材料。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，还包括：
在引入所述二氧化碳之前，将具有第三染料特性曲线的第三材料定位于所述共用压力容器中；以及
在将来自所述第一材料染料特性曲线的所述染料散布于所述第二材料上的同时以超临界流体二氧化碳将来自第三材料染料特性曲线的染料散布于所述第二材料上。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中在引入所述二氧化碳之前将所述第一染料特性曲线的染料均质化于所述第一材料上。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中所述第二染料特性曲线是所述第二材料上不存在染料时的染料特性曲线。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中所述第一染料特性曲线的所述染料包含选自以下中的至少一者：
着色剂；
亲水性加工物；
疏水性加工物；以及
抗菌加工物。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，还包括：将所述压力容器加压至至少73.87巴(7.387百万帕斯卡)。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其中所述第一材料是由有机材料构成。
13.一种对材料染色的方法，所述方法包括：
将具有第一染料特性曲线的第一牺牲材料及具有第二染料特性曲线的目标材料定位于共用压力容器中，使得所述第一牺牲材料接触所述目标材料；
将二氧化碳(“CO2”)引入所述压力容器内，使得所述二氧化碳在位于所述压力容器中的同时达成超临界流体(“SCF”)状态；以及
以超临界流体二氧化碳将来自所述第一牺牲材料染料特性曲线的染料散布于所述目标材料上。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括：
在达成所述超临界流体状态之前，将具有第三染料特性曲线的第二牺牲材料定位于所述压力容器中；以及
在将来自所述第一牺牲材料染料特性曲线的染料散布于所述目标材料上的同时，将来自所述第二牺牲材料染料特性曲线的染料散布于所述目标材料上。
15.根据权利要求13至14中任一项所述的方法，其中所述目标材料是轧制材料。
16.根据权利要求13至14中任一项所述的方法，其中所述目标材料是卷绕材料。
17.根据权利要求13至16中任一项所述的方法，其中所述第一牺牲材料由棉花构成。
18.根据权利要求13至17中任一项所述的方法，其中来自所述第一牺牲材料的所述染料在溶解于超临界流体二氧化碳中时对所述目标材料的结合亲和力大于对所述第一牺牲材料的结合亲和力。
19.一种施加材料加工物的方法，所述方法包括：
将目标材料及具有材料加工物的第二材料定位于共用压力容器中；
将二氧化碳(“CO2”)引入所述压力容器内；
将所述压力容器加压至至少73.87巴，其中所述二氧化碳在位于所述压力容器中的同时达成超临界流体(“SCF”)状态；
在达成超临界流体状态之前或之后起始所述二氧化碳的流动；
使用超临界流体二氧化碳将来自所述第二材料的材料加工物散布于所述目标材料上；
在维持二氧化碳的所述流动的同时降低所述压力容器内的压力；以及
在所述压力低于73.87巴之后降低所述二氧化碳的所述流动。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述材料加工物在溶解于超临界流体二氧化碳中时对所述目标材料的结合亲和力大于对所述第二材料的结合亲和力。
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