CN109281089A - 一种超临界co2染色设备及靶向染色方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种超临界CO₂染色设备及靶向染色方法，包括染料釜、染色釜、CO₂储气瓶、加压泵、循环泵及管路形成的染色循环系统以及分离回收装置，染色釜内的设置的染色经轴为管壁上开有出气孔的出气管，其特点是：染色釜设置的进气管与出气管连通，由染色经轴侧壁上透气的所述出气孔排列成织物的印花图案。将增白剂放入染料釜，将卷绕上坯布的染色经轴放入到染色釜内部。开启染色循环系统，此时染料逐渐的溶解，并随着CO₂流体到达染色釜内部，携带CO₂染料的流体通过出气孔进入到染色经轴上的坯布中进行靶向穿透染色，持续一段时间后，在染色经轴上的坯布上获得印花效果的靶向染色，成为印花织物。不浪费水资源，生产效率高，成本低。

Description

一种超临界CO2染色设备及靶向染色方法

技术领域

本发明属于纺织品印染技术领域，涉及到一种超临界CO₂无水染色技术，具体说是一种超临界CO₂染色设备及靶向染色方法。

背景技术

将染料或涂料在织物上印制图案的方法成为印花，传统额印花过程可分为如下几类：转移印花、拔染印花、减量印花、皱缩印花、平网印花、圆网印花、颜料印花、滚筒印花等，以上几种印花方式各有优缺点。如拔染印花、减量印花、皱缩印花、平网印花、圆网印花、颜料印花及滚筒印花等，需要消耗大量水资源，污染环境严重；而且丝网印花只能印简单的图案，最多4个颜色，会影响成品的手感，摸上去像一层胶，时间久后会脱落。热转移印花印制布料有限制（如纯棉、黑色或深色系布料不能印制）；而数码印花设备存在造价过于昂贵等问题。

超临界CO₂无水染色是一种新型的绿色染色方式，该技术具有高效率，无污染，染色时间短等优良的特点。该技术采用超临界CO₂作为染色介质，在CO₂被加热温度超过31℃，压强超过7.3MPa时，此时变成了一种非气非液的状态—超临界态。在目前已经公开的专利中，是将超临界流体由循环泵打压到染料釜和染色罐之间不断的循环，CO₂将溶解的染料送到纤维的孔隙，使染料均匀快速的染到织物上面。整个过程不需要清洗、烘干的过程，不用消耗水资源。

现有的超临界CO₂染色设备包括染料釜、染色釜、回收釜及连通所述染料釜、染色釜及回收釜的染色循环系统，所述染色循环系统包括CO₂储气瓶、加压泵、循环泵及管路，染色釜内设置的染色经轴为表面均布直径约为5mm透气孔的圆管，染色釜的进气管与染色经轴连通。只适用于织物染色，无法取得织物印花的效果。

如何改进超临界CO₂染色设备，并设计一种新的织物印花工艺路线，使用改进的超临界CO₂染色设备进行织物印花。这是目前亟待解决的技术问题。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述问题和不足，本发明提供一种超临界CO₂染色设备及靶向染色方法，使染色后的织物取得印花的效果，基本上不用消耗水资源，生产效率高，成本低。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种超临界CO₂染色设备，包括染料釜、染色釜、CO₂储气瓶、加压泵、循环泵及管路形成的染色循环系统以及由回收釜、冷凝器组成的分离回收装置，所述的染色釜内设置染色经轴，所述染色经轴为管壁上开有出气孔的出气管，其特征在于，所述染色釜设置进气管，所述进气管与出气管连通，由所述染色经轴侧壁上透气的所述出气孔排列成织物的印花图案。

对上述技术方案的改进：所述染色经轴上的出气孔为内螺纹通孔，内螺纹通孔配有封堵螺栓，封堵螺栓上的外螺纹与出气孔的内螺纹相吻合，将不参与靶向染色的各个出气孔用封堵螺栓完全封堵住，由未封堵的出气孔排列成织物的印花图案。

对上述技术方案的进一步改进：所述染色经轴分为多节分经轴组合而成，所述分经轴包括出气孔排列图案相同的分经轴或/和出气孔排列图案不同的分经轴。

对上述技术方案的进一步改进：所述的染料釜下部的入气口上设置可控制流量的阀门；所述CO₂储气瓶通过管路与染料釜入气口上的阀门连通，所述染料釜出口通过管路与所述染色釜的进气管连通，所述染色釜出口分出两路：一路通过管路与所述循环泵连通，所述循环泵再通过管路与所述染料釜入气口上的阀门连接，另一路通过管路及排压阀与所述回收釜连通，所述回收釜通过管路与一冷凝器连接，所述冷凝器再与所述CO₂储气瓶连通，所述CO₂储气瓶与所述加压泵连通，所述染料釜上设置加热套，与所述染料釜连接的管路上缠绕电加热丝。

对上述技术方案进一步的改进：所述的染色釜为卧式圆柱形釜体，所述的回收釜为一细长的圆柱形釜体，所述的回收釜内设置立体复式的过滤结构。

一种采用上述超临界CO₂染色设备的靶向染色方法，其特征在于，所述靶向染色方法包括如下步骤：

（1）首先，调节坯布卷绕密度，在卷布过程中，确保坯布卷绕密度处于0.25-0.4kg/dm³之间；

（2）在染料釜中加入适当的染料，将卷绕上坯布的染色经轴放入到染色釜内部，使进气管与染色经轴对接后，封闭系统；

（3）开启加压泵，向染料釜中打入适量的CO₂，开启加热套与伴热电路，当系统内的温度和压强达到工艺设定值时，开启循环泵至最大循环速度，此时染料逐渐的溶解，并随着CO₂流体到达染色釜内部，携带染料的流体通过出气孔进入到染色经轴上的坯布中，对坯布进行靶向穿透染色，持续一段时间后，在染色经轴上的坯布上成为具有印花效果的印花织物；

（4）完成染色后，进行回收分离，打开排压阀，流体进入到回收釜开始分离，分离之后的CO₂进入到冷凝器，变为液体回收至CO2储气瓶；

（5）最后，打开染色釜，取出染色经轴。

对上述技术方案的改进：所述步骤（3）中，染色循环系统内温度的工艺设定值为110-130℃，压强的工艺设定值为15-30MPa，对织物进行靶向穿透染色的持续时间为10-15min。

对上述技术方案的进一步改进：所述织物为涤纶织物，所述染料为分散染料。

本发明与现有技术相比具有以下优点和积极效果：

1、本发明采用超临界CO₂无水染色设备，创新性地将染色经轴管壁上透气的出气孔排列成织物的印花图案，通过对坯布进行靶向染色，使染色后的坯布成为印花织物。简化了坯布染色印花的生产步骤，还可提高生产效率，节约成本。

2、本发明的超临界无水染色坯布靶向染色方法减轻了传统染色对水的依赖，并且从源头上解决了污染物的生产和排放，具有显著的生态环保以及清洁生产的特点，在纺织印染行业的节能减排、清洁生产中具有非常广阔的应用前景。

3、本发明生产的印花织物，花型独特，色牢度好。

附图说明

图1为本发明超临界CO₂染色设备的结构示意图；

图2为本发明超临界CO₂染色设备中一种染色经轴实施例的示意图。

图中，图中， 1-染料釜；2-染色釜；3-循环泵；4- CO₂储气瓶；5-冷凝器；6-回收釜；7-加压泵；8-染色经轴；9-出气孔。

具体实施方式

参见图1、图2，本发明一种超临界CO₂染色设备的实施例，包括染料釜1、染色釜2、CO₂储气瓶4、加压泵7、循环泵3及管路形成的染色循环系统以及由回收釜6、冷凝器5组成的分离回收装置。在染色釜2内设置染色经轴8，染色经轴8为管壁上开有出气孔9的出气管，染色釜1设置进气管，进气管与出气管（即染色经轴8）连通，由通气的出气孔9排列成织物的印花图案。

具体而言：在染料釜1下部的入气口上设置可控制流量的阀门；所述CO₂储气瓶通过管路与染料釜1入气口上的阀门连通，染料釜出口通过管路与染色釜2的进气管连通，染色釜2出口分出两路：一路通过管路与所述循环泵连通，循环泵3再通过管路与染料釜1入气口上的阀门连接；另一路通过管路及排压阀与回收釜6连通，回收釜6通过管路与一冷凝器5连接，冷凝器5再与所述CO₂储气瓶4连通，CO₂储气瓶4与所述加压泵连通，在染料釜1上分别设置加热套，与染料釜1连接的管路上缠绕电加热丝。

优选地，上述的染色釜2为卧式圆柱形釜体，上述回收釜6为一细长的圆柱形釜体，在回收釜6内设置立体复式的过滤结构。

由于，在染色釜2和回收釜6内的超临界CO₂流体为高温、高压状态，上述的各个阀门均为超高压高温专用阀门。

染色经轴8的第一种具体实施方式：染色经轴8上的出气孔9为圆形通孔，直径一般为1-5mm。染色经轴8上加工好的出气孔9，排列成的织物印花图案，且印花图案不能变化，若要变换印花图案就要再更换其他印花图案的染色经轴8。

染色经轴8的第二种具体实施方式：染色经轴8上的出气孔9为内螺纹通孔，内螺纹通孔配有封堵螺栓，封堵螺栓上的外螺纹与出气孔9的内螺纹相吻合，将不参与靶向染色的各个出气孔9用封堵螺栓完全封堵住，由未封堵的出气孔9排列成织物的印花图案。当需要印新的图案时，不用更换染色经轴8，通过改变出气孔9的封堵方式，使未封堵的出气孔9排列成新的印花图案即可。

染色经轴8的第三种具体实施方式：染色经轴8分为多节分经轴组合而成，各节分经轴上出气孔9排列成织物的印花图案可以相同，也可以不同，还可以包括无出气孔9的光面分经轴，可以备若干不同的分经轴供选择使用。使用时，根据需要将多节分经轴组合成不同形式的染色经轴8，如光面分经轴与有出气孔9的分经轴交替排列，形成条状花纹，或者，两种或多种具有不同图案排列出气孔9的分经轴交替排列，组成各式花纹图案。另外，可以改变分经轴组合的数量，或者配置无出气孔的光面分经轴，使组合后的染色经轴8，适用于不同幅宽的坯布印花。分经轴之间可以采用螺纹连接，连接部位可以加密封圈密封。

本发明一种采用上述超临界CO₂染色设备的靶向染色方法的具体实施方式，所述靶向染色方法包括如下步骤：

（1）首先，调节坯布卷绕密度，在卷布过程中，确保坯布卷绕密度处于0.25-0.4之间；

（2）在染料釜1中加入适当的染料，将卷绕上坯布的染色经轴8放入到染色釜2内部，使进气管与染色经轴8对接后，封闭系统；

（3）开启加压泵，向染料釜中打入适量的CO₂，开启加热套与伴热电路，当系统内的温度和压强达到工艺设定值时，开启循环泵3至最大循环速度，此时染料逐渐的溶解，并随着CO₂流体到达染色釜2内部，携带染料的流体通过出气孔9进入到染色经轴8上的坯布中，对坯布进行靶向穿透染色，持续一段时间后，在染色经轴8上的坯布上成为具有印花效果的印花织物；

（4）完成染色后，进行回收分离，打开排压阀，流体进入到回收釜开始分离，分离之后的CO₂进入到冷凝器，变为液体回收至CO₂储气瓶；

（5）最后，打开染色釜2，取出染色经轴8。

优选地，上述步骤（3）中，染色循环系统内温度的工艺设定值为110-130℃，压强的工艺设定值为15-30MPa，对织物进行靶向穿透染色的持续时间为10-15min。

上述织物为涤纶织物，上述染料为分散染料。

由于超临界流体会少量浸染最外层织物，需要将最外层织物去掉相应的厚度，大约占总厚度的1/10左右。然后，再进行转移印花或涂料印花，成为印花织物。

当然，也可以将最外层织物做成服装，具有独特的风格，也会受到部分人士的青睐。

以下为本发明采用上述超临界CO₂染色设备的靶向染色方法的具体实施例：

实施例1： 采用特殊定制的高密度坯布卷绕机对涤纶面料进行紧密卷绕。染色经轴8采用特殊定制由大量通气孔9组成的“菱”形图案（参见图2）。卷绕厚度为10cm，卷绕面料共20kg。向染料釜1内部加入100g分散红染料，关闭系统。向染色循环系统内打入适量的超临界CO₂，开启加热系统，待整个染色循环系统内温度120℃、压强25MPa时，开启循环泵至最大流量。10min后关闭循环泵3，开启分离回收装置，打开排压阀，流体进入到回收釜6开始分离，分离之后的CO₂进入到冷凝器5，变为液体回收至CO₂储气瓶4。取出染色经轴，展开其上的印花织物坯布之后，织物上呈现“菱”形组成的红色图案。

实施例2：选用染色经轴8上的通气孔9为内螺纹通孔，内螺纹通孔配有封堵螺栓，采用封堵螺栓的方式对密布内螺纹通孔（通气孔9）的经轴进行封堵，使为未封堵的内螺纹通孔（通气孔9）组成一个“福”字图案（未画出）。采用特殊定制的高密度坯布卷绕机对涤纶面料进行紧密卷绕，卷绕厚度为5cm，卷绕涤纶面料共8kg。向染料釜1内部加入40g分散黄染料，关闭系统。向染色循环系统内打入适量的超临界CO₂，开启加热系统，待整个染色循环系统内温度120℃、压强15MPa时，开启循环泵3至最大流量。10min后关闭循环泵3，开启分离回收装置，打开排压阀，流体进入到回收釜6开始分离，分离之后的CO₂进入到冷凝器5，变为液体回收至CO₂储气瓶4。取出染色经轴，展开其上的印花织物坯布之后，织物上呈现“福”形组成的红色图案。

对采用本发明上述方法染后的涤纶印花织物，按照 GB/T.3921.1-1997 纺织品色牢度试验耐洗色牢度、GB6151-857 纺织品色牢度试验色牢度的评定，进行织物色牢度测试分析。结果显示，以上实施例采用本发明方法染后涤纶印花织物的耐摩擦色牢度和耐水洗色牢度均可达到 GB18401-2003《 国家纺织产品基本安全技术规范》的要求，耐磨擦色牢度可达到 3 级以上，耐水洗色牢度可达到 4级以上。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不限于上述举例，本技术领域的普通技术人员，在本发明的实质范围内，所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种超临界CO₂染色设备，包括染料釜、染色釜、CO₂储气瓶、加压泵、循环泵及管路形成的染色循环系统以及由回收釜、冷凝器组成的分离回收装置，所述的染色釜内设置染色经轴，所述染色经轴为管壁上开有出气孔的出气管，其特征在于，所述染色釜设置进气管，所述进气管与所述的出气管连通，由所述染色经轴侧壁上透气的所述出气孔排列成织物的印花图案。

2.按照权利要求1所述的超临界CO₂染色设备，其特征在于，所述染色经轴上的出气孔为内螺纹通孔，内螺纹通孔配有封堵螺栓，封堵螺栓上的外螺纹与出气孔的内螺纹相吻合，将不参与靶向染色的各个出气孔用封堵螺栓完全封堵住，由未封堵的出气孔排列成织物的印花图案。

3.按照权利要求1或2所述的超临界CO₂染色设备，其特征在于，所述染色经轴分为多节分经轴组合而成，所述分经轴包括出气孔排列图案相同的分经轴或/和出气孔排列图案不同的分经轴。

4.按照权利要求1或2所述的超临界CO₂染色设备，其特征在于，所述的染料釜下部的入气口上设置可控制流量的阀门；所述CO₂储气瓶通过管路与染料釜入气口上的阀门连通，所述染料釜出口通过管路与所述染色釜的进气管连通，所述染色釜出口分出两路：一路通过管路与所述循环泵连通，所述循环泵再通过管路与所述染料釜入气口上的阀门连接，另一路通过管路及排压阀与所述回收釜连通，所述回收釜通过管路与一冷凝器连接，所述冷凝器再与所述CO₂储气瓶连通，所述CO₂储气瓶与所述加压泵连通，所述染料釜上设置加热套，与所述染料釜连接的管路上缠绕电加热丝。

5.按照权利要求3所述的超临界CO₂染色设备，其特征在于，所述的染料釜下部的入气口上设置可控制流量的阀门；所述CO₂储气瓶通过管路与染料釜入气口上的阀门连通，所述染料釜出口通过管路与所述染色釜的进气管连通，所述染色釜出口分出两路：一路通过管路与所述循环泵连通，所述循环泵再通过管路与所述染料釜入气口上的阀门连接，另一路通过管路及排压阀与所述回收釜连通，所述回收釜通过管路与一冷凝器连接，所述冷凝器再与所述CO₂储气瓶连通，所述CO₂储气瓶与所述加压泵连通，所述染料釜上设置加热套，与所述染料釜连接的管路上缠绕电加热丝。

6.按照权利要求1或2所述的超临界CO₂染色设备，其特征在于，所述的染色釜为卧式圆柱形釜体，所述的回收釜为一细长的圆柱形釜体，所述的回收釜内设置立体复式的过滤结构。

7.按照权利要求5所述的超临界CO₂染色设备，其特征在于，所述的染色釜为卧式圆柱形釜体，所述的回收釜为一细长的圆柱形釜体，所述的回收釜内设置立体复式的过滤结构。

8.一种采用权利要求1-7任一项所述的超临界CO₂染色设备的靶向染色方法，其特征在于，所述靶向染色方法包括如下步骤：

（1）首先，调节坯布卷绕密度，在卷布过程中，确保坯布卷绕密度处于0.25-0.4 kg/dm³之间；

（2）在染料釜中加入适当的染料，将卷绕上坯布的染色经轴放入到染色釜内部，使进气管与染色经轴对接后，封闭系统；

（3）开启加压泵，向染料釜中打入适量的CO₂，开启加热套与伴热电路，当系统内的温度和压强达到工艺设定值时，开启循环泵至最大循环速度，此时染料逐渐的溶解，并随着CO₂流体到达染色釜内部，携带染料的流体通过出气孔进入到染色经轴上的坯布中，对坯布进行靶向穿透染色，持续一段时间后，在染色经轴上的坯布上成为具有印花效果的印花织物；

（4）完成染色后，进行回收分离，打开排压阀，流体进入到回收釜开始分离，分离之后的CO₂进入到冷凝器，变为液体回收至CO₂储气瓶；

（5）最后，打开染色釜，取出染色经轴。

9.按照权利要求8所述的超临界CO2染色设备的靶向染色方法，其特征在于，所述步骤（3）中，染色循环系统内温度的工艺设定值为110-130℃，压强的工艺设定值为15-30MPa，对织物进行靶向穿透染色的持续时间为10-15min。

10.按照权利要求8或9所述的超临界CO₂染色设备的靶向染色方法，其特征在于，所述织物为涤纶织物，所述染料为分散染料。