化纤织物的无水染色技术

张巍峰

随着生活水平的提高、社会环保意识的增强，以及环保标准升高，法规趋严，各地印染企业正面临停产整顿、产能受限、改造升级等压力。据环保部统计，2015年，全国纺织业废水排放量18.4亿吨，在调查统计的41个行业中位列第三，其中80%的纺织废水排放量是印染廢水。在这种严峻的形势下，推行绿色、清洁和环保的印染工艺和技术迫在眉睫。无水染色技术中的超临界二氧化碳染色技术就是其中之一。

超临界二氧化碳染色的原理

超临界二氧化碳染色是指在超临界状态下，以二氧化碳为染色介质，使染料上染到织物上的过程。该技术采用二氧化碳代替传统的水，溶解染料并使染料快速、均匀地上染到织物上，整个过程无水消耗，染色结束后染料和二氧化碳可充分分离，循环使用，也不需要清洗、烘干等操作过程，可达到零排放无污染的效果。此外，该技术还具有良好的上染率、匀染性和色牢度。

在自然界中，二氧化碳通常以气体状态存在，当环境温度、压力达到其临界点时，即31.1℃、7.38MPa时，气流两相的界面消失，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。

超临界二氧化碳的溶剂极性较低，能溶解某些低极性或者非极性的有机固体物质，其溶解度随着溶质的极性、分子量、密度等而变化。上染化学纤维的分散染料是一类分子量为400的低极性分子，其在水中的溶解度较低，需要在染色过程中添加表面活性剂和分散剂等助剂才能实现对化纤织物的上染，而且染色后会产生大量的废液，污染环境。分散染料在水中溶解度极低，却能很容易地溶解在超临界二氧化碳溶剂中。二氧化碳分子黏度低，与染料的分子间作用力较小，具有极高的扩散系数，可使染料分子快速地扩散到纤维的内部，实现纤维的快速、均匀染色。

目前，除分散染料上染合成纤维外，某些均三嗪活性染料也可实现对天然纤维的超临界二氧化碳染色。

超临界二氧化碳染色的研究现状

1988年，德国西北纺织研究中心（DTNW）的E.Schollmeyer等发明了纺织品的超临界二氧化碳染色技术。此后，德国西北纺织研究中心（DTNW）和高压容器生产企业Uhde公司合作，开发了染色釜容积为30L的染色设备，并配有二氧化碳回收循环系统，取得了良好的染色效果，引发了国际社会的广泛关注。

美国、法国、日本等发达国家相继开开展了该项技术的研究工作。美国北卡罗来纳州立大学在1996年研制了单只筒子纱中试超临界二氧化碳染色机。通过改变染液的流向，可实现在染色单元中的正反向循环染色，改善了匀染性。1997年，欧盟展开了由多国参与的三年期的超临界流体染色研究项目SUPERCOLOR，设计开发了Rota Color超临界染色设备（7L），以探索其产业化应用的可能。2001年ITEC株式会社为福冈大学开发了一台40L超临界流体染色设备。此后，又共同合作研发了一台生产型超临界流体染色设备。2004年，福井大学也进行了超临界流体染色产业化设备的研制。

2008年，荷兰DyeCOO公司的成立，标志着超临界二氧化碳染色技术开始迈入产业化应用阶段。该公司研发的DyeCOO系列装置，具有两个染色釜体，设计温度10-130℃，设计压力0-30MPa，装载量可l50-180kg。2010年，DyeCOO公司生产的150磅生产型超临界染色设备在泰国开始试生产无水染色运动服；2013年，DyeCOO公司的染色设备在NIKE公司台湾工厂正式投入生产。

国内东华大学、大连工业大学、天津工业大学和苏州大学等单位对超临界二氧化碳染色技术也进行了深入研究和探索，并开发了各自的染色设备。2012年，大连工业大学研制出了超临界二氧化碳产业化染色装置。整套装置实现了染色过程的自动化控制与可视染色，并具有染色大流量内循环系统，扩散效果好，有效降低了超临界流体染色过程中的能量消耗，缩短了染色时间。2017年，中国纺织科学研究院在福建建设了“1000L复式超临界二氧化碳无水染色”项目，该项目已进行到中试线阶段，在散纤维、线、筒子纱和坯布染色方面具备了产业化条件，可满足小批量、多品种的生产要求。

目前超临界二氧化碳染色技术已从实验室的小样染色，中样测试等的研究阶段，正逐步发展到产业化应用阶段。

超临界二氧化碳染色的发展与展望

超临界二氧化碳染色作为一种新型无水染色技术，具有高上染率、短流程、零排放、无污染的特性，突破了传统纺织印染大量消耗水资源，产生污染的发展瓶颈，实现了染料与二氧化碳的循环使用，达到零排放无污染的效果。该技术的研究及应用对纺织印染行业的发展具有极其重要的意义。

随着超临界二氧化碳染色技术日趋规模化，传统纺织印染用水将可能大量减少，纺织服装行业也将迎来新的春天。endprint