JP5763766B2 - 超臨界希ガスおよび着色方法 - Google Patents

Description

製造品を染め、染色し、または着色するために使用される従来の水性着色複合物は、多量の廃水を生じ得る。しばしば、廃水は、高度に毒性のある化学薬品によって汚染されている場合があるが、この化学薬品は、着色法に由来する副産物であり、水から分離することが困難であり、分離に費用がかかるおそれがある。しかし、汚染水は、着色剤を除去することなく環境に戻されるべきではなく、結果として、費用のかかる着色法が必要になることがある。

超臨界二酸化炭素は、製造品に適用するために着色剤を溶解または吸収することができるため、着色法において使用されている。しかし、二酸化炭素は、着色剤または織物などの製造品上の様々な官能性部分と反応することがあり、着色剤が製造品に付着する能力を損なうおそれもある。結果として、着色剤は、洗浄中などに、物品から容易に除去される可能性が高くなり、したがって物品の色が経時的にくすむ。

したがって、織物、ポリマー部品、金属部品、セラミック部品またはその他などの製造品に、色を付与するために使用することができる改善された着色複合物が、依然として必要である。

一実施形態では、複合物は、製造品を着色することができる超臨界希ガスとして使用されるように構成することができる。着色複合物は、着色剤と、着色剤を有する超臨界流体状態の希ガスとを含むことができる。該複合物はまた、超臨界流体の着色剤で着色することができる製造品を含むことができる。着色剤は、有機色素または無機色素などの色素、ならびに顔料または染料であってよい。

一態様では、着色複合物は、様々な希ガス、二酸化炭素、空気、酸素、窒素、水、アルコール、アルデヒド、アミン、炭化水素、芳香族炭化水素、フェノール、漂白剤またはその組合せから選択される追加の物質を含むことができる。

一実施形態では、着色システムは、物品を、超臨界希ガスおよび着色剤を有する着色複合物で着色するために、使用することができる。着色システムは、希ガスと、超臨界状態の希ガスに混和することができる着色剤と、（１）希ガスを超臨界流体に変換し、または（２）製造品を受容し、着色剤を有する超臨界流体状態の希ガスで着色するように構成された１つまたは複数の容器とを含むことができる。着色剤は、超臨界状態の希ガスに溶解、懸濁または吸収され得る。

一態様では、着色システムは、希ガスを超臨界流体に変換するように構成された超臨界流体用の容器を有することができる。また、着色システムは、希ガスの圧力を、希ガスの超臨界圧力以上に増大するように構成された圧力ユニットを含むことができる。さらに、着色システムは、希ガスの温度を、希ガスの超臨界温度以上に増大するように構成された加熱ユニットを含むことができる。さらに、着色システムは、超臨界流体状態の希ガスを受容し、着色剤を受容し、洗浄される製造品を受容するように構成された着色容器を有することができる。さらに、着色システムは、希ガスを、着色容器から着色剤または着色剤の副産物と共に受容し、希ガスを、気体状態になるまで除圧するように構成された分離容器を含むことができる。

一態様では、着色システムは、超臨界流体状態の希ガスと組み合わされる少なくとも１つの追加の物質を含むことができる。追加の物質の例は、様々な希ガス、二酸化炭素、空気、酸素、窒素、水、アルコール、アルデヒド、アミン、炭化水素、芳香族炭化水素、フェノール、漂白剤またはその組合せから選択することができる。

一態様では、希ガスは、ヘリウム、アルゴン、クリプトン、キセノン、ネオン、ラドンまたはその組合せから選択することができる。

一実施形態では、着色複合物および着色システムは、製造品を着色するための着色法において使用することができる。着色法は、希ガスを、超臨界流体状態に変換することと、着色剤を、超臨界流体状態の希ガスと組み合わせることと、製造品を、着色剤を有する超臨界流体状態の希ガスで着色することとを含むことができる。

一態様では、着色法は、追加の物質を、着色前または着色中に超臨界流体状態の希ガスと組み合わせることを含むことができる。追加の物質は、本明細書に記載される通りであってよい。

一態様では、着色法は、超臨界流体状態の希ガスを、着色容器に導入することと、着色剤を、着色容器に導入することと、製造品を、着色容器に導入することと、製造品を、着色容器内で、着色剤を有する超臨界流体状態の希ガスで着色することとを含むことができる。

固体、液体、気体および超臨界流体の相を示す、従来技術の全体的な相の概略図である。 着色容器の例示的な実施形態の概略図である。 着色容器の例示的な実施形態の概略図である。 着色容器の例示的な実施形態の概略図である。 着色剤を含有し、着色法の最中に放出することができる着色剤保持器の例示的な実施形態の概略図である。 着色剤を含有し、着色法の最中に放出することができる着色剤保持器の例示的な実施形態の概略図である。 着色剤を含有し、着色法の最中に放出することができる着色剤保持器の例示的な実施形態の概略図である。 着色剤を含有し、着色法の最中に放出することができる着色剤保持器の例示的な実施形態の概略図である。 着色剤を含有し、着色法の最中に放出することができる着色剤保持器の例示的な実施形態の概略図である。 着色システムの例示的な一実施形態の概略図である。 分離容器の例示的な一実施形態の概略図である。 天然繊維とイソキノリン由来の色素の化学反応の例示的な一実施形態の概略図である。 二酸化炭素と様々な色素の化学反応の例示的な実施形態の概略図である。

以下の詳細な説明では、説明の一部を形成する添付の図が参照される。図では、類似の記号は、一般に、文脈によって別段示されない限り、類似のコンポーネントを識別する。詳細な説明に記載の例示的な実施形態、図および特許請求の範囲は、限定的なものではない。本明細書に提示されている主題の精神または範囲から逸脱することなく、他の実施形態を利用することができ、他の変更を加えることもできる。本明細書に一般に記載されており、図で示されている本開示の態様は、配列し、置換し、組み合わせ、分離し、多種多様な異なる構成に設計することができ、これらすべてが本明細書で明確に企図されていることを容易に理解されよう。

毒性があり、または環境にとって好ましくなく、廃棄するための準備に費用がかかる、着色法から生じる副産物に関する問題を考慮すると、これらの問題のない新しい着色複合物を有することが有益となり得る。超臨界流体状態の希ガス（例えば、超臨界希ガス）は、着色剤を溶解、懸濁または吸収し、着色剤を製造品に適用することができる非毒性の着色剤複合物として使用できることがここで見出された。超臨界希ガスの着色複合物を使用すると、環境またはヒトの健康への有害な作用が最小限に抑えられ、さらには全くなくなる。さらに、希ガスは、着色法からの副産物が固体または液体として残存するように、希ガスをその気体状態に変換することによって、着色法副産物から容易に分離することができる。次に、気体の希ガスは、液体および固体を保持する容器から気体を放出することによって、液体および固体副産物から除去することができる。希ガスの蒸発も、副産物から希ガスを除去するのに有用となり得る。

図１は、一般に、固体、液体、気体および超臨界流体の状態を表す概略的なグラフである。希ガスには、ヘリウム、アルゴン、クリプトン、ネオンおよびキセノンまたはその組合せが含まれ得る。しかし、ラドンは、放射性材料を着色するなどの、放射活性が問題とならないいくつかの用途においても有用となり得る。希ガスは、実質的に不活性であり、非毒性であり、無色かつ無味である。希ガスは、超臨界点以上に圧縮すると、超臨界流体に変換され得る。超臨界希ガスは、繊維、織物、ポリマー、ガラス、セラミック、金属またはその組合せから構成される様々な製造品を着色するなどの、着色目的に合った着色剤を提供する着色複合物として有用である。

希ガスは、その超臨界点を超える温度および圧力で、超臨界流体の希ガスになる。超臨界点は、図１に示す通り、希ガスなどの気体が、超臨界点の温度（例えば、超臨界温度）および圧力（例えば、超臨界圧力）を超えると超臨界流体に変換するという、十分に確立されている現象である。超臨界流体の希ガスとして、希ガスは、気体のように固体中に拡散することができ、液体のように材料を溶解することができる。さらに、超臨界点近くでは、圧力または温度の小さい変化によって、超臨界流体の密度が大きく変化し、それによって、超臨界流体の希ガスの多くの性質を「微調整」して、より液体に類似させるか、またはより気体に類似させることができる。超臨界に近い温度から超臨界点に向かう、比較的小さい温度低下によって、流体に近い挙動を示す超臨界流体を得ることができる。それに対応して、超臨界に近い温度から超臨界点を離れる、比較的小さい温度上昇によって、気体に近い挙動を示す超臨界流体を得ることができる。他方では、比較的小さい圧力上昇によって、超臨界流体の密度を増大することができ、その結果、超臨界流体がより液体に類似した挙動を示し、比較的小さい圧力低下によって、超臨界流体の密度を低減することができ、その結果、超臨界流体がより気体に類似した挙動を示す。さらに、液相／気相の境界がないので、超臨界流体の表面張力は存在しない。

さらに、着色剤は、希ガスの超臨界流体に溶解することができる。超臨界流体への可溶性は、流体の密度と共に増大する傾向がある（一定温度において）。密度は圧力と共に増大するので、可溶性は、圧力と共に増大する傾向がある。一定密度では、可溶性は、温度と共に増大することになる。しかし、超臨界点近くでは、密度は、温度のわずかな上昇と共に急激に低下し得る。したがって超臨界温度近くでは、可溶性は、しばしば温度上昇と共に低下し、後に再度上昇する。これらのパラメータは、超臨界流体に懸濁した着色剤で着色している最中に調節して、着色法を強化することができる。例えば、超臨界流体への着色剤の可溶性を増大することができ、その結果、より多くの着色剤が溶解し、着色される物品に提供される。しかし、超臨界流体への可溶性が低い色素は、可溶性の低い色素で着色される物品と反応する色素の量を、より簡単に制御することができるので、ある場合には有益となり得る。

例えば、これらのパラメータは、容器の表面上ならびに容器内の物品上に、空洞化（cavitation）をもたらしまたは気泡を形成するために、調節することができる。空洞化は、物理的撹拌により圧力を変化させる（例えば、沸騰が生じるまで圧力を低下させる）ことによって、表面上に局所化される空洞化を誘発する超音波を適用することによって、場合によりマイクロ波によって、誘発することができる。マイクロ波を使用すると、色素と織布のいくつかの組合せでは、色素と織布の結合形成法を大幅に強化し、加速することができる。空洞化は、溶媒の潜在的な着色能力を増大することができる。空洞化は、普通は、着色される物品上または容器の壁上の表面の不規則における核を形成することができる。

すべての超臨界流体は、互いに混和することができ、したがって混合物については、その混合物の超臨界点を上回る場合に、単相を得ることができる。二成分の混合物の超臨界点は、２つのコンポーネントの超臨界温度および圧力の算術平均として推定することができる。

Ｔ_{ｃ（ｍａｘ）}＝（モル比率Ａ）×Ｔ_ｃＡ＋（モル比率Ｂ）×Ｔ_ｃＢ。

精度をさらに高めるために、超臨界点を、ペンロビンソンまたはグループ寄与法などの状態方程式を使用して算出することができる。密度などの他の性質も、状態方程式を使用して算出することができる。第３、第４または他の複数の物質の組合せも、可能である。実験方法は、超臨界流体を調製するために組み合わされる複数の物質を有する複合物の超臨界点を決定するのに有用となり得る。また、工学ハンドブックを使用して、第３のシステムの値を調べることができる。

多くの加圧ガスは、実際に超臨界流体であり、それによって超臨界希ガスを用いる着色法において有用となり得る。例えば、窒素は、約１２６．２Ｋ（−１４７℃）および約３．４ＭＰａ（３４ｂａｒまたは３３．５６気圧）の臨界点を有し、二酸化炭素（ＣＯ_２）は、約３１℃および約７５気圧の超臨界点を有する。したがって、ガスボンベ（例えば、下記の保存容器の一例）内では、それぞれの超臨界点を超える窒素またはＣＯ_２は、超臨界流体であり、着色目的に合わせて超臨界希ガスと組み合わせて使用することができる。

希ガスは、完全に充填されている原子価ｓ２（ヘリウム）またはｓ２ｐ６（ネオン、アルゴン、クリプトンおよびキセノン）を有する一連の気体であり、それ自体は化学反応に対して不活性である。アルゴンは、地球の大気の約１％を構成しており、それ自体豊富に存在する。大気におけるクリプトンの存在量は、約０．０００１０８〜０．０００１１４％であると考えられており、したがって大気において７番目に最も一般的な気体とされている。キセノンは、地球の大気に微量に存在する気体である。したがって、希ガスの十分な供給源が存在しており、その結果、着色複合物における希ガスの使用は、ヒトへの安全性の改善および環境への影響の低減という追加の利益を考慮しなくても、費用効果的であり得る。

超臨界希ガスは、それに限定されるものではないが、色素、顔料、染料またはその他などの多種多様な着色剤を、溶解、懸濁および／または吸収することができる。超臨界希ガスは、ＣＯ_２と比較して、類似のまたはより良好な溶解および／または吸収パラメータを有する。したがって、超臨界希ガスは、超臨界ＣＯ_２に優るとはいわないが、等しく製造品（例えば、織物）を着色する着色剤を提供するために使用することができる。しかし希ガスは、発がん性物質でも突然変異原でもなく、オゾン層を破壊することもなく、温室ガスとして挙動することもなく、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）に対応しており、短期または長期にわたる健康に対する結果も知られていないことから、明確な利点をもたらす。さらに、超臨界ＣＯ_２は、製造品と反応し、織物などの物品の状態に負の影響を及ぼし、物品を分解するおそれがある。超臨界希ガスは、実質的に不活性であり、着色される物品と反応し、その物品を損なう超臨界ＣＯ_２と同じような潜在能力を有していない。

物品を着色するための着色剤は、超臨界希ガスと混合し、または混和することができる。「混合することができる」または「混和することができる」とは、着色剤が、任意の他の物理的または化学的作用または力によって、超臨界希ガスに溶解、懸濁、吸収され、またはその他の方法で分配され得ることを意味する。

希ガスの超臨界流体、特にアルゴンの超臨界流体は、その存在量および適切な純度での入手可能性に起因して、超臨界状態における着色剤のための担体として使用することができる。アルゴンは、約−１２２℃および約５０気圧の超臨界温度および圧力を有する。キセノンは、約１７℃および約６０気圧の超臨界点を有する。ヘリウムは、約−２６７．９６℃および約２．２４気圧の超臨界点を有する。クリプトンは、約−６３．７４℃および約５４．２８気圧の超臨界点を有する。ネオンは、約−２２８．７５℃および約２７．２４気圧の超臨界点を有する。比較のために、二酸化炭素の超臨界圧力は、約７５気圧であり、超臨界温度は、約３１℃である。したがって、二酸化炭素を使用する超臨界の適用は、一般に、約３２℃および約４９℃の間の温度、ならびに約７５気圧および約２５０気圧の間の圧力で行われる。約３２℃および約４９℃の間の温度では、アルゴンの動作圧力は、およそ約３５０〜５００気圧になり得るが、これは、現代の圧縮技術によって容易に得ることができる。キセノンは、およそ約７５気圧および約２５０気圧の間になり得る。

これらの条件下では、製造品は、約３０分未満（例えば、約１分から約３０分）、約２０分未満（例えば、約５分から約３０分）、またはさらには約１５分未満（例えば、約１０分から約１５分）で、超臨界希ガスによって担持された着色剤で着色することができ、約１２分が、着色時間の一例になり得る。かかる超臨界希ガスを使用して、工業用の加熱器、圧縮器および加圧器によって容易に得ることができる中程度の圧力および温度条件下で、着色剤を担持する超臨界二酸化炭素（ＣＯ_２）を用いて実施される着色方法に類似の方式で、物品を着色することができる。

一実施形態では、着色剤は、色素であり得る。色素は、ある可視波長の光を、それ以外の波長の光よりも吸収する分子または化学薬品である。色素が透明な物品に添加される場合、透き通った透明色を付与することができる。ある場合には、色素は、透明な物品を、着色によって乳白色または半透明にすることができる。色素が、コンクリートなどの不透明な媒体に添加されると、不透明度が残り、いくらかの色が添加される。色素は光を吸収することができるので、全体にグレイイクイバレントブライトネス（gray-equivalent brightness）は、常に低減される。

色素は、有機または無機、合成または天然であり得る。有機色素は周知であり、その多くは、耐変色物品に色の耐久性をもたらすために、織物繊維などの製造品と反応することができる反応基を含む。例えば、多くの色素は、製造品と反応して結合することができるアミノ、カルボキシルまたはヒドロキシル基などの特定の反応性部分を有する。有機色素のいくつかの例を、以下に提示する。

３−ヒドロキシ−４’−Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノフラボン

６−（２−アミノエチルアミノ）−２−イソブチル−１Ｈ−ベンゾ［ｄｅ］イソキノリン−１，３（２Ｈ）−ジオン

（２−ヒドロキシエチル）（メチル）アミノ）−２−イソプロピル−１Ｈ−ベンゾ［ｄｅ］イソキノリン−１，３（２Ｈ）−ジオン）

１Ｈ，１’Ｈ−［２，２’］ビインドリリデン−３，３’−ジオン

｛４−［２−（４−エテンスルホニル−フェニル）−ビニル］−フェニル｝−ジエチル−アミン

一実施形態では、色素は、植物、動物または昆虫の生成物から、場合により真菌またはキノコなどに由来する天然着色剤である。植物色素のいくつかの非限定的な例には、アカシアの木の樹脂由来のカテキュー（褐色）、オウボクの木の木材由来のオウボク（黄色）、ヘナ植物の葉由来のヘナ（オレンジ−赤色）、インジゴ植物の葉および茎由来のインジゴ（青色）、ログウッドの木のコア（心材）由来のログウッド（黒色）、アカネ植物の根由来のアカネ（トルコ赤色）、黒色オークの木の内樹皮由来のクエルシトロン（黄色）、一般的なクロッカスの柱頭由来のサフラン（黄色）、ウコン植物の根由来のウコン（紫色）、ならびにその他が含まれ得る。動物または昆虫の色素の非限定的な例には、コチニールカイガラムシの身体由来のコチニール（赤色）、いくつかの種類の海カタツムリの身体由来のティルス紫色（紫色または深紅色）、いくつかの種類のコウイカの分泌物由来のコウイカ属（褐色）、ならびにその他が含まれ得る。

一実施形態では、色素は、時に鉱物色素と呼ばれる無機色素である。鉱物色素は、黄土（黄色、褐色、赤色）、石灰石または石灰（白色）、マンガン（黒色）、辰砂および酸化鉛（赤色）、アズライトおよびラピスラズリ（青色）、ならびにマラカイト（緑色）に由来する。超臨界希ガスと混合することができる、プルシアンブルー、マンガン青鋼、クロムイエロー、アンチモンオレンジまたは鉄淡黄色（iron buff）顔料などのいくつかの鉱物色素は、熱および酸を使用することによって、綿などの繊維に固定することができる。いくつかの鉱物着色剤は「色素」と呼ばれているが、実際には顔料であり得る。鉱物色素の非限定的な例には、クロムおよび酸素の化合物由来のクロムグリーン、クロムおよび鉛の化合物由来のクロムレッド、クロム酸および鉛の化合物由来のクロムイエロー、鉄およびシアニドの化合物由来のプルシアンブルー、またはその他が含まれ得る。

一実施形態では、着色剤は顔料であってよく、顔料は、色素と、光を散乱する白色酸化物粉末または光を吸収し散乱する暗色粉末などの乳白剤の混合物または組合せを指すことを意味する。顔料は、より不透明であり、塗料により類似して見える。白色または明色顔料は、元の媒体がその顔料よりも半透明であるならば、時に、暗色媒体をより明るくすることができる。銀または金属性の着色剤は、顔料であり得る。

一実施形態では、着色剤は染料であってよく、染料は、着色される物品に選択的に取り込まれる色素の傾向を示す。例えば、製造品が木材製品を含む場合、着色剤は、用語が従来理解されている通り、木材を染色する染料であり得る。一般に、染色された対象は、より多くの着色剤を保持することによって、さらに暗色になる。木材染料は、木目の可視度を増強する。生物学的な染料は、顕微鏡で見える特定の物質を選択的に染色する。

一実施形態では、着色される製造品には、織物製造品が含まれ得る。織物は、しばしば糸または毛糸と呼ばれる天然、人工または合成繊維網からなる柔らかい材料である。毛糸は、原材料である羊毛繊維、亜麻糸、綿または他の材料を紡ぎ車上で紡いで、長いより糸を生成することによって製造される。織物は、例えば、織る、編む、かぎ針で編む、節止めする、または繊維を一緒に圧縮する（フェルト）ことによって形成される。織布および布という用語は、織物と同義語として、織物アセンブリ産業（仕立ておよび洋裁など）で使用される。織布は、繊維を織り交ぜて製造された任意の材料を指す。織物は、織る、編む、かぎ針で編むこと、またはボンディングによって製造された任意の材料を指す。布は、最終的な一枚の織布を指す。非限定的な織物の例には、衣類、容器、バッグ、かご、カーペット、布張りの家具、ブラインド、タオル、テーブル掛け、ベッドカバーおよび他の平坦な表面のカバー、フィルター、旗、リュックサック、テント、網、着色装置、ハンカチ、ラグ、バルーン、凧、帆、パラシュート、ロープ、床用マット、ドア用マット、モップ、マットレス、床タイル、ならびに粗製麻布またはその他が含まれ得る。織物材料には、動物の毛、羊毛、絹、ガラス、イグサ、大麻、サイザル麻、ココナツ繊維、麦わら、竹、綿、亜麻、ジュート、大麻、モダールおよびさらには竹の繊維、ポリエステル、アラミド繊維、アクリル繊維、ナイロン繊維、スパンデックス、オレフィン繊維、ルレックスまたはその他が含まれ得る。

一実施形態では、製造品は、金属または金属合金から製造することができる。工業部品または機械は、本明細書に記載の超臨界希ガスの着色複合物および方法を用いて着色することができる。それに限定されるものではないが、鋼、ステンレス鋼、ニチノール、アルミニウムまたはその他などの、どんな種類の金属または合金も適している。金属は、様々な顔料および色素で着色することができる。また金属は、金属に着色剤をより良好に接着させるための追加の製造または処理を必要とすることがある。

一実施形態では、製造品は、セラミックから製造することができる。皿、陶器、レンガ、パイプ、床、屋根瓦、磁器、陶磁器またはその他は、セラミックから調製された製造品であり得る。非限定的なセラミック材料の例には、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、炭化物、ホウ化物、窒化物、ケイ化物またはその他が含まれ得る。多孔質セラミックは、超臨界の着色剤複合物で容易に着色することができる。また、セラミックは、セラミックに着色剤をより良好に接着させるための追加の製造または処理を必要とし得る。

一実施形態では、物品は、ガラスであり得る。

一実施形態では、製造品は、ポリマーまたはプラスチック物品であり得る。ポリマーまたはプラスチックは、着色中に安定であり、著しく分解しないように、温度および圧力などの着色法の条件に耐性を有することができる。ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリアクリルアミド、ポリスチレン、ポリエステルまたはその他は、非限定的な例である。

超臨界希ガスは、着色目的で使用するために、１つまたは複数の炭化水素と組み合わせることができる。超臨界希ガスと炭化水素の混合物は、半導体の着色に有用となり得る。また、超臨界希ガスは、着色法の最中に一般に使用される炭化水素溶媒の量を大幅に低減する。例えば、アルゴンは、ブタンと組み合わせることができ、約１：２から約１：３のアルゴン／ブタンの超臨界の混合物に形成することができる。しかしこの比は、約１０：１から約１：１、約８：１から約１：１もしくは約５：１から約１：１の範囲、またはその逆であってもよい。混合物は、約３４ＭＰａ（３３５気圧）の圧力および約２０℃の温度を得ることによって、超臨界流体に変換することができる。アルゴン／ブタンを使用して、本明細書に記載の期間またはそれ未満にわたって、着色法で物品を着色するための着色剤を担持させることができる。超臨界希ガスと組み合わせることができる他の炭化水素には、それに限定されるものではないが、メタン、エタン、プロパン、ブタン、エチレン、プロピレン、あるいは官能基で置換されているまたは置換されていない、または分岐もしくは非分岐の、または環式もしくは非環式の、または芳香族もしくは脂肪族の任意のＣ１〜Ｃ２０炭化水素が含まれ得る。一態様では、着色複合物の一実施形態は、環境にとって好ましい希ガスの超臨界流体の着色複合物において、炭化水素、または１つもしくは複数の特定の炭化水素を使用することを具体的に排除する。

超臨界希ガスはまた、超臨界の着色複合物を調製するために、１つまたは複数の追加の気体と組み合わせることができる。追加の気体を使用して、ファンデルワールス力を調節することができ、それによって希ガスから希ガスに変化させることができる。したがって、誘起双極子は、希ガスが重くなるにつれて大きくなり、追加の気体は、これらの変化を相殺または増幅することができる。また希ガスは、希ガスが重くなるにつれて、軟質の特性を有することができ（硬質／軟質理論）、追加の気体は、これらの変化を相殺または増幅することができる。追加の気体を使用して、これらの性質を相殺または増幅して、超臨界希ガス流体の溶解パラメータを変化させ、それによって着色剤を懸濁させ、着色剤を物品に付与する改善された能力を可能にすることができる。使用できる気体の非限定的な例には、様々な希ガス、二酸化炭素、空気、酸素、窒素またはその他が含まれる。特定の物品を超臨界の着色複合物と接触させるのに適した条件では、追加の気体が、非反応性であるか、または最小限の反応性プロファイルを有することが有益となり得る。希ガスと追加の気体の比は、約１０：１から約１：１、約８：１から約１：１もしくは約５：１から約１：１の範囲、またはその逆であってもよい。着色期間は、本明細書に記載の時間の長さに類似していてよく、またはそれより短くてもよい。一態様では、着色複合物の一実施形態は、希ガスの超臨界流体の着色複合物において追加の気体を使用することを具体的に排除する。

超臨界希ガスはまた、水と組み合わせて、着色複合物を形成することができる。水は、一般に多くの着色用途に使用される。しかし水は、二酸化炭素と反応して、炭酸およびカーボネートを形成するので、二酸化炭素と混合することができない。ここでは、水を超臨界希ガスと組み合わせることができ、したがって水の着色上の利益を、超臨界流体において使用することができる。水を希ガスと混合することによって、高いイオン性の着色剤を溶解する超臨界流体を生成することができると同時に、所望の効果を得るのに大した量の水を必要としないので、水の浪費を抑えることができる。超臨界希ガスの使用によって、水の使用を置き換えることができ、着色法の環境への影響を低減することができるが、超臨界の着色複合物において水をいくらか使用することによって、水のかなり大きい利益を提供することができる。希ガスと水の比は、約１０：１から約１：１、約８：１から約１：１もしくは約５：１から約１：１の範囲、またはその逆であってもよい。着色期間は、本明細書に記載の時間の長さに類似していてよく、またはそれより短くてもよい。一態様では、着色複合物の一実施形態は、環境にとって好ましい着色複合物のために、希ガスの超臨界流体の着色複合物において水を使用することを具体的に排除する。

超臨界希ガスはまた、着色複合物を調製するために、１つまたは複数のアルコールと組み合わせることができる。しかしアルコールは、二酸化炭素と反応して有機カーボネートを形成するので、二酸化炭素と混合することができない。ここでは、アルコールを超臨界希ガスと組み合わせることができ、したがって着色剤を溶解するアルコールの能力を、超臨界流体において使用することができる。適切なアルコールの非限定的な例には、メタノール、エタノール、プロパノール、ｎ−プロパノール、イソプロパノールまたはその他が含まれる。希ガスとアルコールの比は、約１０：１から約１：１、約８：１から約１：１もしくは約５：１から約１：１の範囲、またはその逆であってもよい。着色期間は、本明細書に記載の時間の長さに類似していてよく、またはアルコールの溶媒としての特性に起因して、それより短くてもよい。一態様では、着色複合物の一実施形態は、環境にとって好ましい着色複合物のために、希ガスの超臨界流体の着色複合物においてアルコールを使用することを具体的に排除する。

超臨界希ガスはまた、着色剤の取込みを容易にすることができる有機溶媒と組み合わせて、着色複合物を形成することができる。最初に、着色剤を超臨界流体に曝露する際に、より容易に超臨界流体に分配することができるように、着色剤を有機溶媒に溶解または吸収させることができ、それによって製造品を着色する能力を高めることができる。有機溶媒の例には、それに限定されるものではないが、アセトン、トルエン、テルペンチン、酢酸メチル、酢酸エチル、ヘキサン、石油エーテル、柑橘系テルペン、ｎ−ペンタン（pentate）、二塩化エチレン、ジオキサン、ジメチルスルホキシド、アセトニトリル、ピリジン、酢酸、ＴＨＦ、メチルイソブチルケトン、塩化メチレン、イソオクタン、シクロヘキサン、シクロペンタン、二硫化炭素、四塩化炭素、ｏ−キシレン、ベンゼン、ジエチルエーテル、クロロホルムまたはその他が含まれ得る。希ガスと溶媒の比は、約１０：１から約１：１、約８：１から約１：１もしくは約５：１から約１：１の範囲、またはその逆であってもよい。着色期間は、本明細書に記載の時間の長さに類似していてよく、または着色剤に関する溶媒の溶解能力に起因して、それより短くてもよい。一態様では、着色複合物の一実施形態は、環境にとってより好ましくなるように、希ガスの超臨界流体の着色複合物において溶媒を使用することを具体的に排除する。

超臨界希ガスはまた、着色される物品に芳香を有益に提供することができる１つまたは複数の芳香化合物（例えば、芳香剤）と組み合わせることができ、このことは、特に織物にとって有利となり得る。例えば、芳香化合物は、それに限定されるものではないが、芳香剤、精油、香料、ギ酸メチル、酢酸メチル、酪酸メチル、ブタン酸メチル、酢酸エチル、酪酸エチル、ブタン酸エチル、酢酸イソアミル、酪酸ペンチル、ブタン酸ペンチル、ペンタン酸ペンチル、酢酸オクチル、ミルセン、ゲラニオール、ネロール、シトラール、レモナール、シトロネラル、シトロネロール、リナロール、ネリオリドール（neriolidol）、リモネン、ショウノウ、テルピネオール、アルファ−イオノン、ツジョン、ベンズアルデヒド、オイゲノール、ケイ皮アルデヒド、エチルマルトール、バニリン、アニソール、アネトール、エストラゴール、チモールまたはその他であってよい。しかし、ある場合には、動物またはヒトを物品から遠ざけておくために、望ましくない匂いを物品につける場合など、着色される物品に有害な匂いを提供することが望ましいことがある。有害な匂い物質である芳香化合物の非限定的な例には、トリメチルアミン、プトレシン、ジアミノブタン、カダベリン、ピリジン、インドール、スカトールまたはその他が含まれ得る。希ガスと芳香化合物の比は、約１０：１から約１：１、約８：１から約１：１もしくは約５：１から約１：１の範囲、またはその逆であってもよい。着色期間は、本明細書に記載の時間の長さに類似していてよく、またはそれより短くてもよい。一態様では、着色複合物の一実施形態は、実質的に無臭の複合物を提供するために、希ガスの超臨界流体の着色複合物において芳香化合物を使用することを具体的に排除する。

超臨界希ガスはまた、それに限定されるものではないが、着色剤を含む着色複合物を調製するための様々な緩衝剤などのｐＨ調整剤と組み合わせることができる。ｐＨ調整剤の非限定的な例には、弱酸、弱塩基、重炭酸塩、アンモニア、リン酸塩、一ナトリウムリン酸塩、二ナトリウムリン酸塩、塩酸、クエン酸ナトリウム、クエン酸、酢酸、酢酸ナトリウム、ホウ砂、水酸化ナトリウム、３−｛［トリス（ヒドロキシメチル）メチル］アミノ｝プロパンスルホン酸、Ｎ，Ｎ−ビス（２−ヒドロキシエチル）グリシン、トリス（ヒドロキシメチル）メチルアミン、Ｎ−トリス（ヒドロキシメチル）メチルグリシン、４−２−ヒドロキシエチル−１−ピペラジンエタンスルホン酸またはその他が含まれる。希ガスとｐＨ調整剤の比は、約１０：１から約１：１、約８：１から約１：１もしくは約５：１から約１：１、またはその逆であってもよい。着色期間は、本明細書に記載の時間の長さに類似していてよく、またはそれより短くてもよい。一態様では、着色複合物の一実施形態は、ｐＨの調整が必要でないまたは望ましくない場合に、希ガスの超臨界流体の着色複合物においてｐＨ調整剤を使用することを具体的に排除する。これらのｐＨ調整剤は、超臨界希ガスと反応しないので、都合よく使用することができるが、ｐＨ調整剤は、二酸化炭素との反応性に起因して、二酸化炭素系では回避され得る。

一実施形態では、超臨界希ガスと組み合わされる追加の物質は、希ガスが超臨界流体状態である場合、超臨界流体状態になることができ、または該物質は、超臨界状態の希ガスに吸収され得る。ある場合には、追加の物質は、物質を希ガスと一緒に超臨界流体状態にする超臨界点を有することができる。他の場合には、希ガスと追加の物質（複数可）の組合せは、その組合せが超臨界点を超えて（例えば、複合物の超臨界温度および超臨界圧力を超えて）超臨界流体になる超臨界点を有することができる。他の場合には、追加の物質は、超臨界希ガスによってまたはそれに溶解または溶媒和させることができる。また、追加の物質は、超臨界希ガスに吸収または懸濁させることができる。例えば、顔料着色剤は、超臨界希ガスに懸濁させることができる。いずれにしても、超臨界希ガスと追加の物質の組合せが、製造品を着色するための着色法において機能し得るように、超臨界希ガスは、その希ガスに含まれている追加の物質（複数可）と共に複合物を形成することができる。これらの追加の成分によって、着色複合物を、特定の着色目的に合わせて適合した状態とすることができる。

一実施形態では、追加の物質は、希ガスの超臨界圧力よりも低い超臨界圧力を有することができ、および／または追加の物質は、希ガスの超臨界温度よりも低い超臨界温度を有することができる。また、追加の物質は、希ガスの超臨界圧力よりも高い超臨界圧力を有することができ、および／または追加の物質は、希ガスの超臨界温度よりも高い超臨界温度を有することができる。別の例では、超臨界希ガスおよび追加の物質は、約−５０℃から約５０℃もしくは約−１５０℃から約１５０℃もしくは約−２７３℃から約５００℃の温度範囲および／または約５０ａｔｍから約４００ａｔｍもしくは約３００ａｔｍから約６００ａｔｍもしくは約１気圧から約２０００ａｔｍの圧力範囲で超臨界流体として調製することができる。また、希ガスおよび追加の物質の複合物の超臨界点は、通例の実験方法によって得ることができ、超臨界点は、追加の物質の性質に応じて決まり得る。したがって、超臨界希ガスおよび追加の物質は、混合物の超臨界圧力および／または超臨界温度を超える温度および圧力下に置くことができる。

本開示は、本願に記載の、様々な態様を例示することを企図する特定の実施形態によって制限されるべきではない。当業者に明らかになる通り、本開示の精神および範囲から逸脱することなく、多くの改変および変更を加えることができる。本明細書に列挙された方法および装置に加えて、本開示の範囲に含まれる機能的に等価の方法および装置が、先の説明から当業者に明らかとなろう。かかる改変および変更は、添付の特許請求の範囲に含まれるものとする。本開示は、特許請求の範囲と共に、かかる特許請求の範囲が権利を付与される等価物の全範囲によってのみ制限されるべきである。本開示は、特定の方法、試薬、化合物、複合物または生物系に限定されず、当然のことながら変わり得ると理解されるべきである。本明細書で使用される専門用語は、特定の実施形態を記載することだけを目的とし、限定することを企図しないことも理解されるべきである。

一実施形態では、着色システムは、超臨界流体に変換され得る希ガス複合物を含むことができる。また、着色システムは、本明細書に記載の任意のまたは当技術分野の他の着色剤などの、着色剤を含むことができる。「着色剤」は、物品に適用されるときにその物品に「色」を付与することができる任意の種類の化学薬品または物質であってよい。着色剤の一般的な例は、色素、顔料および染料である。図２Ａ〜４に示す通り、着色システムはまた、希ガスを超臨界流体に変換し、かつ／または製造品を受容し、超臨界流体状態の希ガスに溶解、懸濁もしくは吸収された着色剤で着色するように構成された１つまたは複数の容器を含むことができる。

図２Ａ〜２Ｃは、物品（示さず）を着色するように構成することができる着色容器２０２の例示的な実施形態を示す。図２Ａ〜２Ｃでは、ある特徴の存在を識別するために、複数の特徴が概略図として示されているが、その特徴の形状、サイズまたは動作上の構成は、実際に示されているものとは異なっていることがある。これらの概略図は、ある特徴が存在し得るものの、その特徴が、図に示されている例とは外観が異なり得ることを示すことを、当業者は認識されよう。着色容器２０２は、高温および高圧で動作することができ、製造品ならびに超臨界流体を受容／除去するための手段（例えば、ポート、ドア、入口等）を有することができる任意の化学反応容器として構成することができる。着色容器は、球形、円柱状、立方晶またはその他などの任意の種類の形状の標準的な化学反応器を含むことができる。着色容器２０２は、ステンレス鋼およびチタンなどの不活性金属、ならびにその他から製造することができる。

着色容器２０２はまた、指示を受容し、着色容器２０２およびそれに関連付けされているドアまたは弁を動作することができるコンピュータシステムおよび／またはコントローラ（示さず）を含むことができる。コンピュータシステムおよび／またはコントローラは、化学処理システムにおいて周知の通り構成することができ、着色システムの他のコンポーネントの他のコンピュータシステムおよび／またはコントローラと通信することができる。したがって、コンピュータシステムおよび／またはコントローラは、通信ネットワークと通信によって結合することができる。

着色容器２０２は、実験室および／または工業設定において見出される一般的な反応容器上に見られる特徴を含むことができる。したがって、着色容器２０２は、ドアまたは弁を有する１つまたは複数の入口を含むことができ、このドアまたは弁は、入口を選択的に開放もしくは閉鎖して、物品もしくは超臨界の気体を着色容器２０２に入れ、または閉鎖し、任意の追加の材料が着色容器２０２に入らないようにすることができる。例えば、ドア入口は、物品を着色容器２０２に入れ、または着色容器２０２から出すのに有用となり得るが、弁入口は、超臨界流体を受容し、または汚染された超臨界流体を着色容器２０２から除去するのに有用となり得る。

着色容器２０２には、希ガス供給源２０４が関連付けされており、この供給源は、希ガスを着色容器２０２に液体、気体または超臨界状態で、ならびに希ガスと組み合わされる１つまたは複数の追加の物質を任意選択により含む着色複合物として提供するように構成されている。希ガス供給源２０４は、着色容器２０２に希ガスを供給することができる入口、ポート等の概略図である。希ガス供給源２０４は、着色容器２０２に希ガスを供給することができる管として示されており、希ガスを着色容器に供給するための弁、コントローラまたは他の特徴を含むことができる。希ガス供給源２０４は、希ガスを超臨界流体に変換する超臨界の容器などの処理用コンポーネントに接続することができ、希ガスを着色容器２０２に提供する管として、実質的に示されている。希ガスは、流体として着色容器２０２に提供されるので、希ガス供給源２０４は、かかる流体を供給するのに適した任意の構成を有することができる。

着色容器２０２にはまた、着色される物品を着色容器２０２に提供するように構成された物品供給源２０６が関連付けされている。物品供給源２０６は、物品（例えば、１つまたは複数の対象）を着色容器２０２に供給することができる入口、ポート、ドア等の概略図である。物品供給源２０６は、着色容器２０２に物品を供給することができる管として示されており、物品を着色容器に供給するための弁、コントローラまたは他の特徴を含むことができる。物品供給源２０６は、物品を供給するものに接続され得る管として、実質的に示されているが、物品供給源２０６の実際の外観は、例示とは異なっていてもよい。物品供給源２０６は、物品を担持するためのコンベヤ、物品が粒子形態（例えば、プラスチックペレット）であるときにその物品を搬送するためのオーガー（auger）、または物品を得、その物品を着色容器２０２に供給するための機械的コンポーネントを含むことができる。

着色容器２０２にはまた、希ガスおよび着色副産物を着色容器２０２から除去し、着色された物品から分離するように構成された希ガス出口２０８を関連付けすることができる。着色副産物は、超臨界流体に溶解、懸濁またはその他の方法で吸収させることができ、したがって着色副産物は、流体を除去するのに十分な任意の方式で、着色容器２０２から除去することができる。希ガス出口２０８は、希ガス入口２０４と同様に構成することができるが、流れの方向は、着色容器２０２から流れ出す方向である。したがって、希ガス出口２０８は、希ガスおよび副産物を着色容器２０２から除去することができる出口、ポート等の概略図である。希ガス出口２０８は、希ガスおよび副産物を着色容器２０２から除去することができる管として示されており、希ガスおよび副産物を着色容器２０２から除去するための弁、コントローラまたは他の特徴を含むことができる。希ガス出口２０８は、希ガスを超臨界状態から気体状態に変換する容器などの後処理用コンポーネントに接続され得る管として、実質的に示されている。希ガスは、着色容器２０２から流体として除去されるので、希ガス出口２０８は、かかる流体を供給するのに適した任意の構成を有することができる。

さらに、着色容器２０２は、物品出口２１０に関連付けすることができ、この物品出口は、物品を着色容器２０２から除去するように構成され、物品供給源２０６と同様に構成され得る。物品出口２１０は、物品供給源２０６と同様に構成することができる。物品出口２１０は、物品（例えば、１つまたは複数の対象）を着色容器２０２から除去するために使用され得る入口、ポート、ドア等の概略図である。物品出口２１０は、物品を着色容器２０２から除去し、物品を保存するか、またはさらなる処理にかけるために供給することができる管として示されており、物品を着色容器から除去するための弁、コントローラまたは他の特徴を含むことができる。物品出口２１０は、管として実質的に示されているが、物品出口２１０の実際の外観は、例示とは異なっていてもよい。物品出口２１０は、物品を担持するためのコンベヤ、物品が粒子形態（例えば、プラスチックペレット）であるときにその物品を搬送するためのオーガー、または物品を物理的に移動することができる機械的コンポーネントを含むことができる。

任意選択により、物品供給源２０６および物品出口２１０は、同じコンポーネントであってよい。また、希ガス供給源２０４も、希ガス出口２０８と同じコンポーネントであってよい。

２０２では、機械的に撹拌するための任意のコンポーネントを含まない着色容器が示されており、着色は、着色剤を提供する超臨界希ガスによって実施することができ、この着色剤は、物品上を通過し、物品周りを通過し、物品を介して通過し、または物品と接触することによってその物品を着色することができる。超臨界流体としての希ガスの状態によって、着色剤を超臨界流体に吸収させることができ、その結果、着色剤が物品に接触することができる。希ガス供給源２０４および希ガス出口２１０は、継続的な操作であってよく、したがって新しい希ガスが着色容器２０２に継続的に導入され、副産物で汚染された希ガスが着色容器２０２から継続的に除去され、それによって、着色容器２０２を介して移動して、着色剤を物品に提供する超臨界流体の流れまたはフローを引き起こすことができる。また、着色容器２０２には、超臨界流体が着色容器２０２内に流れるように誘導することができるノズル（図２Ｃ）、送風機（示さず）または他の流体用コンポーネントを取り付けることができる。また超臨界流体は、着色容器２０２内で、着色剤を物品上に循環させ、物品周りに循環させ、または物品を介して循環させる対流などによる循環環境を有することができる。また、以下により詳細に記載される、着色容器２０２内の圧力循環は、着色を容易にすることができる。例えば、圧力循環は、超臨界希ガスへの着色剤の溶解、懸濁または吸収を強化することができる。

さらに、着色システム２００は、着色剤を保持し、着色剤を超臨界希ガスに提供するように構成されている１つまたは複数の着色剤保持器２１１を含むことができる。着色剤保持器２１１は、超臨界希ガスと着色剤粒子の両方を透過することができる少なくとも１つの表面を有する透過性容器であってよい。着色剤は、着色剤が超臨界希ガスに溶解、懸濁または吸収され得るように、着色剤保持器２１１内では、任意選択により粉末、圧縮されたキューブまたは液体として提供される。

図２Ｄ〜２Ｈは、様々な着色剤保持器２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃおよび２１１ｄの代表例を示す。着色剤保持器２１１ａは、所定のサイズより小さい着色剤粒子が、フィルターの細孔を通過できるように選択される細孔径を有するフィルターディスクとして構成される。着色剤保持器２１１ａは、メッシュ粒径分離器と同様に構成されるフィルターを含むことができる。着色剤保持器２１１ａは、約０．５ｎｍから約５００ミクロン、約１ｎｍから約２５０ミクロン、約２５ｎｍから約１００ミクロン、約５０ｎｍから約５０ミクロン、約１００ｎｍから約１ミクロン、または約２５０から約７５０ｎｍの範囲の細孔径を含むことができる。着色剤保持器２１１ｂ、２１１ｃおよび２１１ｄも同様に構成することができるが、様々な形状、様々な細孔径または他の構成を有することができる。

図２Ｄの保持器２１１ａは、着色剤を放出するための唯一の表面（クロスハッチ）を有するディスク形状として示されている。したがって、表面のサイズならびにメッシュサイズは、様々な種類の着色剤、着色剤の様々な放出速度または他の放出パラメータに合わせて調節することができる。

図２Ｅの保持器２１１ｂは、着色剤を放出するためのより小さい横断面積を有する面取り表面（クロスハッチ）を伴う矩形であることが示されている。これは、メッシュ表面が、着色剤の放出速度を制御するために様々なサイズを有することができることを示している。

図２Ｆの保持器２１１ｃは、着色剤の放出において活性な１つの表面（クロスハッチ）を示す立方形を有する。クロスハッチ表面の逆の裏面は、示されていないが、着色剤を放出するためにメッシュであってもよい。

図２Ｇの保持器２１１ｄは、十字の形状を有しており、その外部表面積の全体は、着色剤をいずれの表面からも放出することができるようにメッシュ（クロスハッチ）になっている。示されていないが、同じ保持器２１１ｄが、十字の表面または腕１つにつき１種類の着色剤および着色剤のリザーバーなどを保持し、複数の着色剤を放出することができるように、各表面には、特定の着色剤を関連付けすることができる。

図２Ｈの保持器２１１ｅは、開口部を有する洗濯機の形状を有する。この構成は、超臨界流体を洗濯機形状の開口部を通すことができ、したがって着色剤は、開口部ならびに外表面から分散され得る。

一実施形態では、保持器２１１には、着色剤を所望に応じて選択的に放出することができる、プログラムまたは制御されるコントローラおよびコンポーネントを関連付けすることができる。したがって、保持器２１１は、着色剤を放出するために開放され、または着色剤を放出しないように閉鎖され得る機構を含むことができる。このことは、物品の色の値を測定する比色計を伴う場合に有益であり、したがって必要な場合には、より多くの着色剤を添加し、物品が十分に着色される場合には停止することができる。

一実施形態では、保持器２１１は、２種類以上の着色剤を保持するように構成することができ、したがって着色剤は一緒にまたは別個に放出され得る。したがって、２種類以上の色のリザーバーを有し、コントローラが関連付けされている保持器は、着色剤を一緒にまたは別個に放出するように制御することができる。

図２Ｂは、１つの機械的撹拌機２１２を有する着色容器２０２を示しているが、複数の撹拌機２１２を使用することもできる。機械的撹拌機２１２は、化学処理の周知のコンポーネントであり、超臨界流体ならびに物品を撹拌するための様々な撹拌部材のいずれかを使用することができる。機械的撹拌機２１２は、周知の任意の撹拌、混合または混練装置と同様に構成することができる。例えば、機械的撹拌機２１２は、磁気撹拌機であってよい。また、機械的撹拌機２１２には、制御またはプログラム可能なようにコントローラを関連付けすることができ、この場合、コントローラは、セントラルコンピュータシステムまたはセントラルコントローラに通信によって結合することができる。機械的撹拌機２１２は、着色剤保持器２１１を撹拌することができ、または着色剤保持器２１１は、機械的撹拌機の影響を受けないように、内部または着色容器２０２に結合することができる。

図２Ｃは、物品の上に超臨界希ガスを向けるように構成された２つのノズル２１４を有する着色容器２０２を示しているが、１つまたは複数のノズルを使用することもできる。ノズルは、色素が物品に吸収される速度を増大するために使用することができる。ノズルは、超臨界希ガス流体が色素上を絶えず流れるループの一部を形成して、取込み速度を増大することができる。さらに、流速の増大によって、色素が適用される物品への高い浸透度が可能になる。ノズル２１４は、保持器２１１および／または物品上に、超臨界流体を吹き付けるように、着色容器２０２内の任意の適切な位置に置くことができる。ノズル２０２は、新しい超臨界流体が吹き付けられるように、希ガス供給源２０４に流体接続する（fluidly coupled）ことができ、またはノズルは、着色剤を含むまたは含まない超臨界流体を再循環させ、着色剤を含むまたは含まない超臨界流体を吹き付けるためのポンプに結合することもできる。

さらに図２Ｃは、着色容器が、希ガスの温度を、超臨界温度を超えて、および／または超臨界温度未満に調節するように構成された温度制御コンポーネント２１６を、着色容器２０２に取り付けることができることを示している。温度制御コンポーネント２１６は、それに限定されるものではないが、加熱器、伝熱用コンポーネント、熱交換器、加熱ジャケット、冷却器、冷蔵用コンポーネント、冷却用ジャケットまたは他の温度制御コンポーネント２１６を含むことができる。また図２Ｃは、圧力を、超臨界圧力を超えて、および／または超臨界圧力未満に調節するように構成された圧力制御コンポーネント２１８を、着色容器２０２に取り付けることができることを示している。圧力制御コンポーネント２１８は、それに限定されるものではないが、ポンプ、加圧器、ブリード弁、圧縮器またはその他を含むことができる。温度制御コンポーネント２１６および圧力制御コンポーネント２１８は、当技術分野で周知である。したがって、着色容器２０２は、超臨界希ガスを受容し、かつ／または希ガスを超臨界流体に変換し、再度、気体または液体の希ガスに戻すことができる。

さらに、図２Ｃの着色容器２０２は、超臨界希ガス流を着色剤保持器２１１の上または保持器２１１に向けるように構成されているノズル２１４を含むことができる。ノズル２１４は、新しい超臨界希ガスを吹き付けることができ、または着色容器２０２は、超臨界の気体を着色容器内からノズル２１４の外へ吹き出すことができるポンプまたはスプレーを含むことができる。

一実施形態では、図２Ｃの着色容器２０２は、圧力オートクレーブとして構成することができる。また、温度制御コンポーネント２１６は、油加熱器、加熱用の油および油ジャケットを含むことができ、これらは、着色容器２０２の少なくとも一部と接触しているか、またはその周りにある。

図３は、超臨界希ガスと共に使用するための着色システム３００の別の例を示している。着色システム３００は、図２Ａと同様に、希ガス入口３０４、物品入口３０６、希ガス出口３０８および物品出口３１０が関連付けされている着色容器３０２を含むことができ、これらのコンポーネントの１つまたは複数は、組み合わせることができる。希ガス入口３０４は、温度および／または圧力を調節するなどによって希ガスを超臨界流体に変換するように構成された超臨界流体用の容器３１２から生じる希ガスを受容することができる。

ある場合には、超臨界流体用の容器３１２の機能性は、圧力ユニット３１４および／または温度ユニット３１６を用いて達成することができる。したがって、圧力ユニット３１４および／または温度ユニット３１６は、希ガス入口３０４に流体接続することができ、さらには、希ガスを超臨界流体に変換するために温度と圧力の両方を調節できるように、互いに流体接続することもできる。圧力ユニット３１４は、希ガスの圧力を希ガスの超臨界圧力以上に増大するように構成することができる。温度ユニット３１６は、加熱用コンポーネントを含むことができ、希ガスを、超臨界温度を超えて加熱するための加熱器として機能することができる。また、温度ユニット３１６は、特定の物品を着色する前に超臨界希ガスを冷却する必要がある場合は、冷却用コンポーネントを含むことができる。超臨界流体用の容器３１２、圧力ユニット３１４および／または温度ユニット３１６は、超臨界流体状態の希ガスを受容し、着色される製造品を受容するように構成されている着色容器３０２に、超臨界希ガスを提供することができる。

図３はまた、着色システム３００が、後の着色法において使用するために、希ガスを再循環させることができることを示している。着色容器３０２は、示した通り分離容器３１８に結合しており、この分離容器は、希ガスと、着色容器３０２からの１つまたは複数の着色副産物とを受容し、希ガスが１つまたは複数の着色副産物から分離され得るように、希ガスを、気体状態になるまで除圧するように構成される。希ガスおよび着色副産物が分離されたら、希ガスは、分離容器３１８から再循環出口３２０を通過して出ることによって、再循環され得る。固体または液体である着色副産物は、着色剤副産物の出口３２２（例えば、廃棄物の出口）を介して分離容器から除去することができる。

再循環される希ガスは、分離容器３１８から除去された後、超臨界流体または気体状態の気ガスを受容し、希ガスの温度を液体状態になるまで低減するように構成された冷却ユニット３２８を通過することができる。冷却ユニット３２８には、希ガスを液体に冷却することができる冷蔵用コンポーネントおよび流体などの、様々な冷却用コンポーネントを取り付けることができる。

１つの選択肢として、着色システム３００は、超臨界流体、気体または液体状態の希ガスを保存するように構成された希ガス保存容器３２４を含むことができる。

着色システム３００はまた、新しい希ガスをシステム内に受容するための、新しい希ガスの入口３２６を含むことができる。また、入口３２６は、本明細書に記載の他の追加の物質を受容することができる。あるいは、システムのコンポーネントのいずれも、希ガスまたは追加の物質を受容するための入口を含むことができる。

着色システム３００は、１つまたは複数の流路３３０を含むことができ、この流路は、着色システム３００のコンポーネントを一緒に接続し、したがって希ガスが液体、気体または超臨界状態にある間に、様々なコンポーネントの間に希ガスが流れることができるようにする。また、着色システム３００の周りに点線で示した四角は、コンポーネントのいずれも、明確に示されなくても流路と流体接続し得ることを示すことを意味する。例えば、再循環出口３２０は、希ガス保存容器３２４、圧力ユニット３１４、温度ユニット３１６、超臨界流体用の容器３１２、着色容器３０２またはその他と直接、流体接続することができる。

着色システム３００はまた、様々なコンポーネント、ならびにコンポーネントの入口および出口などの流路３３０に関して、システム３００の様々な位置にある１つまたは複数の弁３３２を含むことができる。弁３２３は、希ガスが様々なコンポーネントに入り、または出ること、および様々なコンポーネントから入り、または出ることを調節することができ、いずれのコンポーネントにも、流体の流れが調節され得るように、１つまたは複数の弁を取り付けることができる。着色システム３００の周りに点線で示した四角はまた、流体の流れを調節し、またはさらには分離容器３１８からの着色剤副産物の除去を調節するための１つまたは複数の弁３３２を、コンポーネントのいずれもが含み得ることを示すことを意味する。さらに、弁３２３には、弁３２３を開放または閉鎖するように制御し、ならびに可変な場合には弁を何パーセント開放するかを制御することができるコントローラを関連付けすることができる。コントローラによって、弁の動作を、必要に応じてまたは所望通りに制御またはプログラムすることができる。また、点線で示した四角は、弁３２３のコントローラが、セントラルコンピュータシステムまたはセントラルコントローラと通信しており、通信ネットワークと動作可能に結合し得ることを表すことができる。

着色システム３００はまた、様々なコンポーネントおよび流路３３０に関して、システム３００の様々な位置に位置する１つまたは複数のポンプ３３４を含むことができる。ポンプ３３４は、通路３３０を介して希ガスを様々なコンポーネントに送り込み、様々なコンポーネントから送り出すことができる。着色システム３００の周りに点線で示した四角はまた、流体の流れを調節し、またはさらには分離容器３１８からの着色剤副産物の除去を調節するための１つまたは複数のポンプ３３４を、コンポーネントのいずれもが含み得ることを示すことを意味する。

一実施形態では、着色システム３００は、様々なコンポーネントを排除することができ、または複数のコンポーネントの機能性を組み合わせて、単一のコンポーネントにすることができる。着色システム３００が超臨界流体用の容器３１２を含む場合、圧力ユニット３１４および／または温度ユニット３１６は、省略することができ、またはその逆もあり得る。また、保存容器３２４および冷却ユニット３２８は、省略することができる。

一実施形態では、着色システム３００は、汚染物質を有する希ガスを得、システムから除去し、システムにおいて再循環されないように構成することができる。したがって、分離容器３１８、冷却容器３２８および保存容器３２４は、省略することができる。また流体は、手動で、またはシステム３００周りに希ガスを移動させるための容器を使用することによって、コンポーネント間を移動させることができるので、様々な流路３３０は、省略することができる。

着色システム３００の１つまたは複数の容器は、液体、気体または超臨界状態の希ガスが、様々な容器の間の流路を通過できるように、一緒に連結することができる。また、様々な容器またはコンポーネントは、特定の目的に合わせて構成することができる。

超臨界流体用の容器３１２は、希ガスを超臨界流体に変換するように構成することができる。したがって、超臨界流体用の容器３１２には、圧力および温度を超臨界点以上に増大することができる圧縮器、加圧器、冷却器および加熱器を取り付けることができる。超臨界流体用の容器３１２は、この容器の動作を制御および／またはモニタできるように、コントローラ（示さず）によって制御することができる。また、超臨界希ガスの調製物が、超臨界希ガス内に着色剤粒子も取り込むように、超臨界流体用の容器３１２は、着色剤保持器を伴って、または伴わずに、着色剤を受容するように構成することができる。

圧力ユニット３１４は、希ガスの圧力を希ガスの超臨界圧力以上に増大するように構成することができる。圧力ユニット３１４には、希ガスの圧力を超臨界圧力以上に増大することができる圧縮器、プランジャーシステムまたは他の加圧コンポーネントを取り付けることができる。圧力ユニット３１４は、この圧力ユニットの動作を制御および／またはモニタできるように、コントローラ（示さず）によって制御することができる。

温度ユニット３１６（例えば、加熱ユニット）は、希ガスの温度を希ガスの超臨界温度以上に増大するように構成することができる。温度ユニット３１６には、希ガスの温度を超臨界温度以上に増大するために使用することができる加熱エレメント、加熱用の流体、流体を循環させるコンポーネント、熱交換器または他のコンポーネントを取り付けることができる。温度ユニット３１６は、この温度ユニットの動作を制御および／またはモニタできるように、コントローラ（示さず）によって制御することができる。

着色容器３０２は、超臨界流体状態の希ガスを受容し、着色される製造品を受容するように構成することができる。あるいは、着色容器３０２は、超臨界ユニット３１２、圧力ユニット３１４および温度ユニット３１６に類似のコンポーネントを含むことができ、したがって超臨界状態を達成し、維持し、または超臨界流体状態になるように調節し、超臨界流体状態でなくなるように調節することができる。着色容器３０２は、任意の一般的な超臨界の化学反応器または分離器と同様に構成することができる。着色容器の一例は、Ｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌ Ｆｌｕｉｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ製のＨＰＲシリーズの高圧化学反応容器であってよい。一例としての着色容器３０２は、以下を特徴とし得る。５０ｍｌから８００リットルの容量の撹拌反応容器；１０，０００ｐｓｉ（６８９Ｂａｒ／６８．９ＭＰａ／６８０気圧）および３５０℃まで動作すること；磁器駆動による混合；安全性破裂板アセンブリ；カラータッチスクリーンを伴う集積化コントローラ；フラッシュドライブ通信ポートを介するデータエクスポート；および／またはデータネットワークによるワイヤ通信、光学的通信もしくはワイヤレス通信を介するデータエクスポート。着色容器３０２は、この着色容器の動作を制御および／またはモニタできるように、コントローラ（示さず）によって制御することができる。

分離容器３１８は、希ガスと、着色容器３０２からの１つまたは複数の着色副産物とを受容するように構成することができる。任意選択により、分離容器３１８は、希ガスが固体および液体の着色副産物から分離され得るように、希ガスを、気体状態になるまで除圧することができる。また、分離容器３１８は、希ガスを着色副産物から分離する能力において、蒸留カラムまたはクロマトグラフィーカラムと同様に動作することができる。分離容器３１８は、この分離容器の動作を制御および／またはモニタできるように、コントローラ（示さず）によって制御することができる。

希ガス保存容器３２４は、超臨界流体、気体または液体状態の希ガスを保存するように構成することができる。希ガスの状態に応じて、適切な強度を有する任意の種類の保存容器を使用することができる。一般的な薬品タンクが適している。

冷却ユニット３２８は、超臨界流体状態または気体状態の希ガスを受容し、希ガスの温度を液体状態になるまで低減するように構成することができる。したがって、冷却ユニット３２８には、冷却用コンポーネント、冷蔵用コンポーネント、冷蔵用流体、低温貯蔵用コンポーネントまたはその他を取り付けることができる。冷却ユニット３２８は、この冷却ユニットの動作を制御および／またはモニタできるように、コントローラ（示さず）によって制御することができる。

弁３３２、ポンプ３３４または任意の他のコンポーネントは、これらの動作を制御および／またはモニタできるように、コントローラ（示さず）によって制御することができる。

一実施形態では、着色システム３００は、着色システムコンポーネントのそれぞれの動作条件およびパラメータを制御および／またはモニタするように構成されるマスターコントローラ（示さず）を含むことができる。マスターコントローラは、あらゆる計算的、教育的またはデータ処理機能を発揮するマイクロコントローラを含むことができる。マイクロコントローラおよび出力制御コンポーネントは、着色システム３００に関連付けされて存在し得る任意のモジュールに位置することができる。マスターコントローラは、着色システム３００のコンポーネントのいずれかが関連付けされているコントローラのいずれとも通信し得る。また、マスターコントローラは、標準のコンピュータと同様に構成することができ、グラフィカルユーザインターフェース（例えば、コンピュータスクリーンまたはプリンター）および入力インターフェース（例えば、キーボード、マウス、ライトペン、音声認識、タッチスクリーン、プッシュボタン、ノブ等）を含むことができる。マスターコントローラは、温度制御、撹拌機の速度制御、圧力制御、温度過昇を制限する制御、弁の制御、ポンプ制御、または他の制御もしくはモニタリング機能を実装することができる。着色システム３００の周りに点線で示した四角はまた、マスターコントローラが、コンポーネントのいずれとも通信し得ることを示している。

図４は、分離容器４１８の一実施形態を示す。分離容器４１８は、図３に示す通り、希ガスと、着色容器３０２からの着色副産物とを受容することができる。また、分離容器４１８は、入口４４０を有することができ、この入口は、弁４４２によって制御される。分離容器４１８は、再循環出口４２０を含むことができ、この出口には、弁４４２および着色副産物の出口４２２が関連付けされている。再循環出口４２０が関連付けされている弁４４２は、希ガスを、気体状態になるまで除圧するための除圧装置として機能することができる。希ガスを汚染物質から分離するのを容易にするために、温度および圧力を調節するように動作し得る温度調節コンポーネント４２４（例えば、加熱器または冷却器）および圧力調節コンポーネント４２６も示す。分離容器４１８は、着色副産物の出口４２２を含むこともでき、この出口には、分離容器４１８から生じる副産物を除去するための弁４４２が関連付けされている。再循環出口４２０は、気体状態の希ガスを、分離容器４１８から放出することができる気体出口として構成することができる。

本明細書に記載の着色システムは、当然のことながら、希ガスが液体、気体または超臨界状態のいずれであっても、着色において使用するために、その希ガスを含むことができる。また、着色システムは、着色のために超臨界流体状態の希ガスと組み合わされる少なくとも１つの追加の物質を含むことができる。追加の物質は、それに限定されるものではないが、気体、アルコール、炭化水素、ハロゲン化炭化水素、ケトン、アルデヒド、芳香族炭化水素もしくはフェノール、またはその組合せであり得る。気体の非限定的な例には、様々な希ガス、二酸化炭素、空気、酸素、窒素、水が含まれ得る。炭化水素の非限定的な例には、メタン、エタン、プロパン、ブタン、エチレンおよびプロピレンが含まれ得る。アルコールの非限定的な例には、メタノール、エタノール、ｎ−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、イソブチルアルコールおよびシクロヘキサノールが含まれ得る。ケトンの非限定的な例には、アセトンまたはシクロヘキサノンが含まれ得る。アルデヒドの非限定的な例には、ホルムアルデヒドまたはアセトアルデヒドが含まれ得る。非限定的な芳香族炭化水素には、ベンゼン、トルエンまたはキシレンの様々な異性体が含まれ得る。キシレノールの非限定的な例には、フェノールまたはキシレノールの様々な異性体が含まれ得る。一態様では、追加の物質は、希ガスが超臨界流体状態にある場合、超臨界流体状態になることができ、または該物質は、超臨界状態の希ガスに吸収され得る。

当業者は、本明細書に開示のこのおよび他の過程および方法では、該過程および方法で実施される機能は、異なる順序で実装され得ることを理解されよう。さらに、概説のステップおよび動作は、単に例として提供され、ステップおよび動作のいくつかは、任意選択により、開示の実施形態の本質を損なうことなく組み合わせて、それより少ない数のステップおよび動作にすることができ、または拡張して、追加のステップおよび動作にすることができる。

図２〜４に示した着色システムは、製造品を超臨界流体で着色するための着色法において使用することができる。本明細書に記載の着色法は、超臨界状態の二酸化炭素を使用していた着色法と同様に実施することができる。それを超える改善には、反応性がより低く、着色される物品を損傷する傾向がより少ない超臨界希ガスを使用することが含まれ得る。希ガスを使用することの他の利点は、本明細書に記載されている。

一実施形態では、着色法は、希ガスを超臨界流体状態に変換することと、製造品を着色するために、超臨界流体状態の希ガスに溶解、懸濁または吸収された着色剤で製造品を着色することとを含むことができる。着色法は、超臨界二酸化炭素の着色法と同様に実施することができる。希ガスは、着色複合物において主なコンポーネントであっても、微量のコンポーネントであってもよく、重量で少なくとも約１０％、少なくとも約２０％、少なくとも約３０％、少なくとも約４０％、少なくとも約５０％、少なくとも約６０％、少なくとも約７０％、少なくとも約８０％、少なくとも約９０％、少なくとも約９９％、または約１００重量％の範囲をとることができる。希ガスは、重量または体積で、約１０％から約９９％、または約２０％から約８０％、または約３０％から約７０％、または約４０％から約６０％の範囲をとることができ、または約５０％であってよい。

一実施形態では、着色法は、着色前または着色中に、１つまたは複数の追加の物質を超臨界流体状態の希ガスと組み合わせることを含み得る。混合物は、本明細書に記載の重量／重量比の希ガスに対して様々な比で追加の物質を含むことができる。追加の物質のいくつかの非限定的な例には、様々な希ガス、二酸化炭素、空気、酸素、窒素、アンモニア、水、アルコール、メタン、エタン、プロパン、ブタン、エチレン、プロピレン、メタノール、エタノール、アセトンまたはその組合せ、ならびに本明細書に記載の他のものが含まれ得る。

一実施形態では、着色法は、着色中に、超臨界流体状態の希ガスの圧力を循環させることを含み得る。かかる圧力循環は、着色容器の体積を圧縮および／もしくは膨張させることによって、またはいくらかの希ガスを分離容器内に放出し、もしくは分離容器から放出することにより圧力を調節することによって行うことができる。圧力循環は、希ガスの圧力を、超臨界圧力未満に低減し、かつ／または希ガスの圧力を、超臨界圧力を超えて増大することができる。例えば、圧力循環は、希ガスの状態を、超臨界流体から、希ガスの少なくとも一部が超臨界流体状態でなくなる状態に変化させることができる。かかる圧力循環は、超臨界流体内に気泡の核形成および発生を引き起こすことができ、いくつかの核形成は、核形成剤となる着色剤粒子によって生じ得る。また気泡の発生は、着色剤保持器からの着色剤粒子を物品から除去するために、沸騰と同様に機能することができる。それによって、核形成事象は、製造品の着色を容易にすることができる。

一実施形態では、着色法は、着色中に、超臨界流体状態の希ガスの温度を循環させることを含み得る。温度循環は、希ガスの温度を、超臨界温度未満に低減し、かつ／または希ガスの温度を、超臨界温度を超えて増大することができる。温度循環は、希ガスの状態を、超臨界流体から、希ガスの少なくとも一部が超臨界流体状態でなくなる状態に変化させることができる。温度循環も、気泡の発生を容易にすることができる。

一実施形態では、着色法は、着色される製造品の存在下で気泡を発生させ、または気泡を着色容器に導入することを含むことができる。

一実施形態では、着色法は、着色される物品を撹拌する様々な着色方法と同様にして、着色複合物の存在下で製造品を撹拌することを含み得る。撹拌は、撹拌機構、回転機構または他の撹拌機構による機械的撹拌から得ることができる。また撹拌は、気泡の発生から得ることができる。

着色法はまた、製造品から、希ガスおよび１つまたは複数の副産物を除去することを含み得る。希ガスおよび着色法の副産物は、継続的に除去することができ、この場合、副産物を含有する希ガスの供給は、着色法の最中に着色容器からサイフォンを使用して行われ、それにより、超臨界流体を維持するために、希ガスは、任意選択により着色容器に導入される。例えば、サイフォンを使用して希ガスを処理することは、圧力循環を容易にすることができる。あるいは、着色法は、バッチ方式で動作することができ、この場合、超臨界希ガスおよび副産物は、着色後に除去される。別の代替では、同じ物品は、新しい希ガスおよび着色剤による複数の着色循環を受けることができ、この希ガスおよび着色剤は除去され、次に、各循環の最中に置き換えられる。

一実施形態では、着色法は、希ガスを、着色容器から除去した後、１つまたは複数の副産物から分離することを含み得る。例えば、分離は、分離容器内で実施することができる。分離は、希ガスを気体状態に変換して、固体または液体状態の１つまたは複数の汚染物質である１つまたは複数の副産物からの希ガスの分離を容易にすることを含み得る。

一実施形態では、着色法はまた、同じまたは異なる物品を着色する追加の循環のために、希ガスを再循環させることを含み得る。再循環過程はまた、希ガスを、１つまたは複数の副産物から分離した後、気体状態から液体状態になるまで冷却することを含み得る。次に、液体の希ガスを保存容器内で保存した後、再度使用し、または超臨界流体に変換させることができる。

一実施形態では、着色法は、希ガスを、１つまたは複数の副産物から分離した後、超臨界流体に変換することを含み得る。したがって、再循環過程は、別の着色法で再度使用する前に、希ガスを超臨界流体に変換することを含み得る。

一実施形態では、再循環過程は、着色後に、希ガスを追加の物質から分離することを含み得る。かかる分離は、本明細書に記載の分離容器内で実施することができ、または着色するために使用した追加の物質から希ガスを分離するために、専用の分離容器を着色システムにおいて提供することができる。分離は、希ガスを環境から発生するための方法と同様であってよい。

一実施形態では、着色法は、超臨界流体状態の希ガスを、着色容器に導入することと、製造品を、着色容器に導入することと、着色剤を、着色容器に導入することと、製造品を、着色容器内で、超臨界流体状態の希ガスに取り込まれた着色剤で着色することとを含み得る。したがって希ガスは、着色容器に導入する前に、着色剤と共にまたは着色剤を伴わずに、超臨界流体に変換することができる。あるいは、希ガスは、着色容器内で超臨界流体に変換することができ、この場合、着色剤は、超臨界希ガスに取り込むために着色容器内に含まれている。物品は、通常、希ガスの前に、着色剤保持器を用いて、または用いずに、着色剤と共に着色容器に導入される。

一実施形態では、着色法は、着色容器に導入する前に、希ガスの圧力を希ガスの超臨界圧力以上に増大することを含み得る。また着色法は、着色容器に導入する前に、希ガスの温度を希ガスの超臨界温度以上に増大することを含み得る。

一実施形態では、着色法は、着色前または着色後に、超臨界流体、気体または液体状態の希ガスを保存することを含み得る。

希ガスによる着色法は、アルゴンなどの希ガスを導入することによって開始することができる。アルゴンは、約５００気圧で、その超臨界形態に圧縮され得る。圧縮は、温度を上昇させ、場合によっては適用に対して高すぎる温度まで上昇させ、したがってアルゴンは、必要に応じて冷却することができる。さらに冷却によって、アルゴンを、すぐに必要でないならば後の着色のために保存することができる。流体のアルゴンは、着色が実施される温度まで液体の希ガスを温めるかまたは冷却する、制御された温度エレメントによって送り込むことができる。

着色は、着色される物品および着色剤が導入される容器内で達成される。着色された部品から生じる廃棄物流は、分離容器に戻ることがある。一例では、着色法の副産物が溶解した超臨界のアルゴンは、分離容器内で徐々に削減され、超臨界のアルゴンが除圧されて気体状態に戻される。副産物は、液体または固体形態で残存し、分離器から除去されるが、アルゴンガスは、冷蔵または圧縮ユニットを通して送られ、保存のために液体形態に戻されて、再使用される。この閉鎖ループシステムにおけるアルゴンの再循環は、着色溶液のごく一部だけが、システムからの漏出に起因して、経時的に置き換えなければならないことを意味する。ここで着色された製造品（例えば、部品または布）は、チャンバから除去することができ、残った着色溶液を除去するための乾燥またはすすぎが必要ないため、製造方法の次のステップのためにすぐに準備されるか、または消耗される。

図５は、天然繊維とイソキノリン由来の色素の間の代表的な化学反応を示している。色素と製造品の間の類似の化学反応は、耐変色性を有し、色の分解または白色化（lightening）に対して耐性を示す物品を製造することができる。

二酸化炭素分子内の炭素原子は、二酸化炭素の対称性の直鎖構造が、非極性分子を生成するとしても、強い正電荷を担持する。炭素上の正電荷によって、二酸化炭素は求核攻撃を受けやすくなる。例えば、二酸化炭素は、アミンと容易に反応して、カルバミン酸およびカルバミドを形成する。二酸化炭素の化学反応性は、どの繊維および色素が、二酸化炭素系の染色法と適合性があるかに関して制限を課す。

図６は、二酸化炭素といくつかの例示的な色素の間の代表的な化学反応を示している。これらの反応は、二酸化炭素が色素を色素誘導体に誘導体化することがあり、この誘導体は反応できず、したがって製造品を着色できなくなるので、超臨界二酸化炭素は、これらの着色用途には望ましくないことを示している。さらに、二酸化炭素は、トリアセテートなどのポリマーおよびセルロースなどの天然繊維と反応することが知られており、これによって、多くの着色用途にとって不適切となっている。希ガスは、化学的に不活性であり、織物と色素の間で生じる反応に対して不活性な溶媒であると思われる。したがって、二酸化炭素による制限は、希ガスに適用されることはない。

本明細書に記載の着色法の一例を、以下の通り提供する。４Ｌのステンレス鋼オートクレーブを、着色容器として使用することができるが、これは本質的には圧力オートクレーブである。染色法の温度は、油加熱器の温度を設定することによって得る。着色容器のジャケットは、各着色法の前に予熱される。予熱ステップの後、色素粉末（０．２±０．０１ｇ）を、溶解していない色素粒子の取込みを防止するために１０μｍの細孔径を有する２つのステンレス鋼フィルタープレートに挟んで容器（例えば、着色剤保持器）の底部に置く。一枚の綿（２０±０．２ｇ）を、ポリエステル、ナイロン、絹および羊毛（それぞれ０．２±０．０２ｇ）を中心にして折りたたむ。超臨界のアルゴンがステンレス鋼フィルタープレートおよび織物層を介して確実に流れるような方式で、織物を染色容器に入れる。次にシステムを、Ｗｉｌｌｉａｍｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ Ｃｏｍｐａｎｙ製の圧縮空気駆動式プランジャーポンプを用いて加圧する。アルゴンを、Ａｕｔｏｃｌａｖｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ製の電磁カップリングを備えた遠心ポンプを用いて、流速０．１０±０．０２ｍ^３／ｈで送り込む。容器を介する超臨界のアルゴン流の方向は、溶解していない色素が織物に曝露されないような方向にし、第１のアルゴンは、フィルターを通して、色素を溶解するために色素を介して流れ、次に織物を介して流れる。温度および圧力を、第１の期間（１０分から１時間）でゆっくり上昇させるが、その後一定にする（±１℃および±２ｂａｒ）。着色法は、色素が消費され、織物に付着するまで行う。反応条件は、色素および織物の組合せによって変わるが、図４に示すビニルスルホン色素を用いる方法は、一般に、１１３℃および約４５０気圧で実施することができる。

一実施形態では、着色法は、希ガス複合物を調製することを含み得る。希ガスは、大気から分離し、処理して、純粋なまたは実質的に純粋な希ガスにすることができる。例えば希ガスは、大気を液化し、その後蒸留し、大気の他のコンポーネントから希ガスを単離することによって調製することができる。希ガスのアルゴンは、地球の大気の約１％を構成しており、十分に存在し、高価なものではない。クリプトンおよびキセノンなどの他の希ガスおよび希ガスの混合物も、この着色法において有用である。

一実施形態では、着色法は、希ガスと、着色剤と、追加の物質とを含む着色複合物を調製することを含み得る。例えば希ガスは、着色剤、および二酸化炭素もしくは窒素などの他のガス、または水もしくはアルコールなどの溶媒などの１つまたは複数の追加の物質、ならびに本明細書に記載の任意の追加の物質と混合することができる。次に、複合物を、着色剤を複合物に取り込むのに有用になる超臨界点まで圧縮する（図１参照）。超臨界流体は、定義によれば、流体の超臨界温度および圧力以上の温度および圧力下にある。

一実施形態では、希ガスを含有する混合されたコンポーネントの超臨界システムを調製することができる。例えば、混合物には、アルゴン、二酸化炭素およびイソプロパノールが含まれ得る。混合された超臨界流体を使用することによって、着色溶液は、着色される特定の基材および着色に使用される特定の着色剤に合わせて調整することができる。さらに、混合されたシステムの使用によって、超臨界流体を達成するのに必要な圧力および温度を調整することができる。超臨界流体は、二酸化炭素およびアルゴン、アルゴンおよび水、アルゴン−アセトンまたはその他を用いて生成することができる。表１は、希ガスと組み合わせることができる様々な物質の超臨界点を示す。

一実施形態では、着色複合物は、ゼロＶＯＣになるように、揮発性有機化合物を含まない。

例えば、非毒性、非発がん性、非突然変異原性、非反応性および不燃性であり、オゾン層に害を及ぼさず、温室ガスとして作用せず、超臨界二酸化炭素以上の着色能力であり、圧縮技術によってアルゴン、クリプトンおよびキセノンの超臨界点に容易に達し、着色される物品から除去される廃棄物が希ガスから容易に分離されるなどの、超臨界希ガスを使用する多くの利点がある。また、着色法は、環境水が着色法によって汚染されないように、水を用いずに行うことができる。

例示的な一実施形態では、本明細書に記載のシステム、動作、方法等のいずれも、コンピュータ可読媒体上に保存されたコンピュータ可読指示として実装することができる。例えば、コンピュータ可読媒体は、着色法を実施し、着色システムコンポーネントのいずれかを動作し、着色システムコンポーネントのいずれかからデータを得、またはネットワークを介してデータをリモート位置に通信させるために、コンピュータにより実行可能な指示を含むことができる。コンピュータ可読指示は、可動式ユニット、ネットワークエレメントおよび／または任意の他のコンピュータ装置のプロセッサによって実行することができる。

システムの側面でのハードウェアの実装形態とソフトウェアの実装形態との間には、ほとんど相違が残されていない。ハードウェアまたはソフトウェアの使用は、一般に（いつもそうではないが、ある状況ではハードウェアとソフトウェアの間の選択が重要になり得るという点で）コスト対効果のトレードオフを表す設計上の選択である。本明細書に記載された、プロセスおよび／またはシステムおよび／または他の技術をもたらすことができる様々な達成手段があり（例えば、ハードウェア、ソフトウェア、および／またはファームウェア）、好ましい達成手段は、プロセスおよび／またはシステムおよび／または他の技術が導入される状況によって異なる。例えば、実装者が速度と正確性が最も重要であると決定すると、実装者は主にハードウェアおよび／またはファームウェアの達成手段を選択することができる。フレキシビリティが最も重要なら、実装者は主にソフトウェアの実装形態を選択することができる。または、さらに別の代替案として、実装者は、ハードウェア、ソフトウェア、および／またはファームウェアのなんらかの組合せを選択することができる。

前述の詳細な説明では、ブロック図、フローチャート、および／または例の使用によって、装置および／またはプロセスの様々な実施形態を説明してきた。そのようなブロック図、フローチャート、および／または例が１つまたは複数の機能および／または動作を含む限りにおいて、そのようなブロック図、フローチャート、または例の中のそれぞれの機能および／または動作は、広範囲のハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、または実質上それらのすべての組合せにより、個別におよび／または集合的に実装可能であることが、当業者には理解されるであろう。ある実施形態では、本明細書に記載された主題のいくつかの部分は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、または他の集積化方式によって実装することができる。しかし、本明細書で開示された実施形態のいくつかの態様が、全体においてまたは一部において、１つまたは複数のコンピュータ上で動作する１つまたは複数のコンピュータプログラムとして（例えば、１つまたは複数のコンピュータシステム上で動作する１つまたは複数のプログラムとして）、１つまたは複数のプロセッサ上で動作する１つまたは複数のプログラムとして（例えば、１つまたは複数のマイクロプロセッサ上で動作する１つまたは複数のプログラムとして）、ファームウェアとして、あるいは実質上それらの任意の組合せとして、等価に集積回路に実装することができることを、当業者は認識するであろうし、電気回路の設計ならびに／またはソフトウェアおよび／もしくはファームウェアのコーディングが、本開示に照らして十分当業者の技能の範囲内であることを、当業者は認識するであろう。さらに、本明細書に記載された主題のメカニズムを様々な形式のプログラム製品として配布することができることを、当業者は理解するであろうし、本明細書に記載された主題の例示的な実施形態が、実際に配布を実行するために使用される信号伝達媒体の特定のタイプにかかわらず適用されることを、当業者は理解するであろう。信号伝達媒体の例には、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスクドライブ、ＣＤ、ＤＶＤ、デジタルテープ、コンピュータメモリ、などの記録可能なタイプの媒体、ならびに、デジタル通信媒体および／またはアナログ通信媒体（例えば、光ファイバケーブル、導波管、有線通信リンク、無線通信リンクなど）の通信タイプの媒体が含まれるが、それらには限定されない。

本明細書で説明したやり方で装置および／またはプロセスを記載し、その後そのように記載された装置および／またはプロセスを、データ処理システムに統合するためにエンジニアリング方式を使用することは、当技術分野で一般的であることを当業者は認識するであろう。すなわち、本明細書に記載された装置および／またはプロセスの少なくとも一部を、妥当な数の実験によってデータ処理システムに統合することができる。通常のデータ処理システムは、一般に、システムユニットハウジング、ビデオディスプレイ装置、揮発性メモリおよび不揮発性メモリなどのメモリ、マイクロプロセッサおよびデジタル信号プロセッサなどのプロセッサ、オペレーティングシステムなどの計算実体、ドライバ、グラフィカルユーザインターフェース、およびアプリケーションプログラムのうちの１つもしくは複数、タッチパッドもしくはスクリーンなどの１つもしくは複数の相互作用装置、ならびに／またはフィードバックループおよびコントロールモータを含むコントロールシステム（例えば、位置検知用および／もしくは速度検知用フィードバック、コンポーネントの移動用および／もしくは数量の調整用コントロールモータ）を含むことを、当業者は理解するであろう。通常のデータ処理システムは、データコンピューティング／通信システムおよび／またはネットワークコンピューティング／通信システムの中に通常見られるコンポーネントなどの、市販の適切なコンポーネントを利用して実装することができる。

本明細書に記載された主題は、様々なコンポーネントをしばしば例示しており、これらのコンポーネントは、他の様々なコンポーネントに包含されるか、または他の様々なコンポーネントに接続される。そのように図示されたアーキテクチャは、単に例示にすぎず、実際には、同じ機能を実現する多くの他のアーキテクチャが実装可能であることが理解されよう。概念的な意味で、同じ機能を実現するコンポーネントの任意の構成は、所望の機能が実現されるように効果的に「関連付け」される。したがって、特定の機能を実現するために組み合わされた、本明細書における任意の２つのコンポーネントは、アーキテクチャまたは中間のコンポーネントにかかわらず、所望の機能が実現されるように、お互いに「関連付け」されていると見ることができる。同様に、そのように関連付けされた任意の２つのコンポーネントは、所望の機能を実現するために、互いに「動作可能に接続」または「動作可能に結合」されていると見なすこともでき、そのように関連付け可能な任意の２つのコンポーネントは、所望の機能を実現するために、互いに「動作可能に結合できる」と見なすこともできる。動作可能に結合できる場合の具体例には、物理的にかみ合わせ可能な、および／もしくは物理的に相互作用するコンポーネント、ならびに／またはワイヤレスに相互作用可能な、および／もしくはワイヤレスに相互作用するコンポーネント、ならびに／または論理的に相互作用する、および／もしくは論理的に相互作用可能なコンポーネントが含まれるが、それらに限定されない。

本明細書における実質的にすべての複数形および／または単数形の用語の使用に対して、当業者は、状況および／または用途に適切なように、複数形から単数形に、および／または単数形から複数形に変換することができる。様々な単数形／複数形の置き換えは、理解しやすいように、本明細書で明確に説明することができる。

通常、本明細書において、特に添付の特許請求の範囲（例えば、添付の特許請求の範囲の本体部）において使用される用語は、全体を通じて「オープンな（ｏｐｅｎ）」用語として意図されていることが、当業者には理解されよう（例えば、用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」は、「含むがそれに限定されない（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｂｕｔ ｎｏｔ ｌｉｍｉｔｅｄ ｔｏ）」と解釈されるべきであり、用語「有する（ｈａｖｉｎｇ）」は、「少なくとも有する（ｈａｖｉｎｇ ａｔ ｌｅａｓｔ）」と解釈されるべきであり、用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」は、「含むがそれに限定されない（ｉｎｃｌｕｄｅｓ ｂｕｔ ｉｓ ｎｏｔ ｌｉｍｉｔｅｄ ｔｏ）」と解釈されるべきである、など）。導入される請求項で具体的な数の記載が意図される場合、そのような意図は、当該請求項において明示的に記載されることになり、そのような記載がない場合、そのような意図は存在しないことが、当業者にはさらに理解されよう。例えば、理解の一助として、添付の特許請求の範囲は、導入句「少なくとも１つの（ａｔ ｌｅａｓｔ ｏｎｅ）」および「１つまたは複数の（ｏｎｅ ｏｒ ｍｏｒｅ）」を使用して請求項の記載を導くことを含む場合がある。しかし、そのような句の使用は、同一の請求項が、導入句「１つまたは複数の」または「少なくとも１つの」および「ａ」または「ａｎ」などの不定冠詞を含む場合であっても、不定冠詞「ａ」または「ａｎ」による請求項の記載の導入が、そのように導入される請求項の記載を含む任意の特定の請求項を、単に１つのそのような記載を含む実施形態に限定する、ということを示唆していると解釈されるべきではない（例えば、「ａ」および／または「ａｎ」は、「少なくとも１つの」または「１つまたは複数の」を意味すると解釈されるべきである）。同じことが、請求項の記載を導入するのに使用される定冠詞の使用にも当てはまる。また、導入される請求項の記載で具体的な数が明示的に記載されている場合でも、そのような記載は、少なくとも記載された数を意味すると解釈されるべきであることが、当業者には理解されよう（例えば、他の修飾語なしでの「２つの記載（ｔｗｏ ｒｅｃｉｔａｔｉｏｎｓ）」の単なる記載は、少なくとも２つの記載、または２つ以上の記載を意味する）。さらに、「Ａ、ＢおよびＣ、などの少なくとも１つ」に類似の慣例表現が使用されている事例では、通常、そのような構文は、当業者がその慣例表現を理解するであろう意味で意図されている（例えば、「Ａ、Ｂ、およびＣの少なくとも１つを有するシステム」は、Ａのみ、Ｂのみ、Ｃのみ、ＡおよびＢを共に、ＡおよびＣを共に、ＢおよびＣを共に、ならびに／またはＡ、Ｂ、およびＣを共に、などを有するシステムを含むが、それに限定されない）。「Ａ、Ｂ、またはＣ、などの少なくとも１つ」に類似の慣例表現が使用されている事例では、通常、そのような構文は、当業者がその慣例表現を理解するであろう意味で意図されている（例えば、「Ａ、Ｂ、またはＣの少なくとも１つを有するシステム」は、Ａのみ、Ｂのみ、Ｃのみ、ＡおよびＢを共に、ＡおよびＣを共に、ＢおよびＣを共に、ならびに／またはＡ、Ｂ、およびＣを共に、などを有するシステムを含むが、それに限定されない）。２つ以上の代替用語を提示する事実上いかなる離接する語および／または句も、明細書、特許請求の範囲、または図面のどこにあっても、当該用語の一方（ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｒｍｓ）、当該用語のいずれか（ｅｉｔｈｅｒ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｒｍｓ）、または両方の用語（ｂｏｔｈ ｔｅｒｍｓ）を含む可能性を企図すると理解されるべきであることが、当業者にはさらに理解されよう。例えば、句「ＡまたはＢ」は、「Ａ」または「Ｂ」あるいは「ＡおよびＢ」の可能性を含むことが理解されよう。

さらに、本開示の特徴または態様が、マーカッシュグループに関して記載されている場合、その開示は、それによってマーカッシュグループの任意の個々のメンバーまたはメンバーのサブグループに関しても記載されていることを、当業者は認識されよう。

当業者に理解される通り、明細書を提供することに関するなどの任意のすべての目的のために、本明細書に開示のすべての範囲は、任意のすべての可能な下位範囲およびその下位範囲の組合せも包含する。列挙される任意の範囲は、十分に記載されており、同範囲を少なくとも等しく２等分、３等分、４等分、５等分、１０等分等に分割できることが、容易に認識され得る。非限定的な一例として、本明細書で論じられる各範囲は、下方３分の１、中央３分の１、および上方３分の１等に、容易に分割され得る。当業者にやはり理解される通り、「最大で」、「少なくとも」などのすべての言語は、列挙された数を含み、先に論じた下位範囲に後に分割され得る範囲を指す。最後に、当業者に理解される通り、ある範囲は、それぞれ個々のメンバーを含む。したがって、例えばセル１〜３個を有する群は、１、２または３個のセルを有する群を指す。同様に、セル１〜５個を有する群は、１、２、３、４または５個のセルを有する群等を指す。

前述のことから、本開示の様々な実施形態は、例示目的で本明細書に記載されており、本開示の範囲および精神から逸脱することなく、様々な改変を加え得ることを理解されよう。したがって、本明細書に開示の様々な実施形態は、限定的なものではなく、真の範囲および精神は、以下の特許請求によって示される。

着色システム、着色複合物または着色法のすべての実施形態は、相互に交換可能な方式で使用することができ、許容される限り、すべての実施形態を一緒にして使用することもできる。

Claims (20)

1. 着色剤と、
   超臨界流体に溶解、懸濁または吸収された前記着色剤を有する希ガスからなる超臨界流体と、
   超臨界流体内に含まれる製造品と
   を含む、複合物。
2. 前記着色剤が、
   色素
   有機色素、
   無機色素、
   顔料、または
   染料
   の１つである、請求項１に記載の複合物。
3. 揮発性有機化合物を含まない、請求項１に記載の複合物。
4. 前記着色剤が、超臨界流体状態の前記希ガスと接触している製造品を着色するのに十分な量で存在する、請求項１に記載の複合物。
5. 前記製造品が、織物、ポリマー、プラスチック、木材、セラミック、ガラス、金属もしくは合金、またはその組合せを含む、請求項１に記載の複合物。
6. 希ガスと、
   超臨界状態にある場合、前記希ガスに混和することができる着色剤と、
   前記希ガスを超臨界流体に変換し、製造品を受容し、超臨界希ガスに溶解、懸濁または吸収された前記着色剤を有する超臨界流体状態の前記希ガスで着色するように構成された１つまたは複数の容器と
   前記１つまたは複数の容器に流体接続しており、前記希ガスを除圧して、前記希ガスを前記着色剤および／または着色剤副産物から分離するように構成されており、気体出口および固体／液体出口を含む、分離容器と
   を含む、着色システム。
7. 超臨界流体、気体または液体状態の前記希ガスを保存するように構成された希ガス保存容器をさらに含む、請求項６に記載の着色システム。
8. 超臨界流体状態または気体状態の前記希ガスを受容し、希ガス保存容器に保存するために前記希ガスの温度を液体状態になるまで低減するように構成された冷却ユニットをさらに含む、請求項６に記載の着色システム。
9. 様々な希ガス、二酸化炭素、空気、酸素、窒素、水、アルコール、アルデヒド、アミン、炭化水素、芳香族炭化水素、フェノール、漂白剤またはその組合せから選択される、超臨界希ガスに溶解、懸濁または吸収された追加の物質をさらに含む、請求項６に記載の着色システム。
10. 前記追加の物質は、
    前記アルコールが、メタノール、エタノール、ブタノール、プロパノールおよびヘキサノールからなる群から選択される；
    前記ケトンが、アセトン、アセチルケトンおよびヘキサノンからなる群から選択される；
    前記アルデヒドが、ホルムアルデヒドおよびアセトアルデヒドからなる群から選択される；
    前記炭化水素が、メタン、エタン、プロパン、ブタン、エチレンおよびプロピレンからなる群から選択される；又は、
    前記ハロゲン化炭化水素が、ヨードエタン、塩化メチレンおよびクロロホルムからなる群から選択される；ものである、請求項９に記載の着色システム。
11. 希ガスを、超臨界流体状態に変換することと、
    着色剤を、着色容器内で、超臨界流体状態の前記希ガスと組み合わせることと、
    製造品を、超臨界希ガスに溶解、懸濁または吸収された前記着色剤を有する超臨界流体状態の前記希ガスで着色することと
    前記超臨界希ガスを、気体状態になるまで除圧することと、
    前記希ガスを、分離容器内で、前記着色剤および／または着色剤副産物から分離することと
    を含む、着色法。
12. 追加の物質を、前記希ガスと組み合わせることをさらに含み、前記追加の物質が、様々な希ガス、二酸化炭素、空気、酸素、窒素、水、アルコール、アルデヒド、アミン、炭化水素、芳香族炭化水素、フェノール、漂白剤またはその組合せから選択される、請求項１１に記載の着色法。
13. 前記追加の物質は、
    前記アルコールが、メタノール、エタノール、ブタノール、プロパノールおよびヘキサノールからなる群から選択される；
    前記ケトンが、アセトン、アセチルケトンおよびヘキサノンからなる群から選択される；
    前記アルデヒドが、ホルムアルデヒドおよびアセトアルデヒドからなる群から選択される；
    前記炭化水素が、メタン、エタン、プロパン、ブタン、エチレンおよびプロピレンからなる群から選択される；又は、
    前記ハロゲン化炭化水素が、ヨードエタン、塩化メチレンおよびクロロホルムからなる群から選択される；ものである、
    請求項１２に記載の着色法。
14. 前記着色することが、前記製造品の存在下で気泡を発生することを含む、請求項１１に記載の着色法。
15. 前記着色することが、前記製造品を撹拌することを含む、請求項１１に記載の着色法。
16. 前記撹拌が、機械的撹拌から得られる、請求項１５に記載の着色法。
17. 前記撹拌が、気泡の発生から得られる、請求項１５に記載の着色法。
18. 前記希ガスを、前記着色剤または着色剤副産物から分離した後、気体状態から液体状態になるまで冷却することをさらに含む、請求項１１に記載の着色法。
19. 超臨界流体状態の前記希ガスを、前記着色剤および製造品が予め導入されている着色容器に導入することと、
    をさらに含む、請求項１１に記載の着色法。
20. 超臨界流体、気体または液体状態の前記希ガスを、前記着色剤および／または着色剤副産物から分離した後、保存することをさらに含む、請求項１１に記載の着色法。

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