專利名稱：同反應(yīng)釜卷到卷等離子超聲波超臨界無(wú)水染色的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種同反應(yīng)釜巻到巻等離子超聲波超臨界無(wú)水染色方法和系統(tǒng)，屬于紗線 、布料(包括無(wú)紡布)、成衣等紡織品的染色領(lǐng)域，當(dāng)然本發(fā)明也可以應(yīng)用于金屬薄板、 塑料薄膜、紙張等其它可巻繞材料的表面改性和染色。
背景技術(shù)：
纖維、布料(包括無(wú)紡布)、成衣等紡織品的傳統(tǒng)染色工藝消耗大量水資源，同時(shí)排 放大量污水。用水量約為3. 7-4. 5噸/100米(按幅寬180厘米計(jì))，各種助劑的使用使得污 水重復(fù)利用率不到10%。 一個(gè)年產(chǎn)l億米印染布的企業(yè)，每年用水量相當(dāng)于一個(gè)中型城市 所有居民的用水量。2005年中國(guó)印染產(chǎn)量為362億米。發(fā)展無(wú)水染色技術(shù)意義深遠(yuǎn)。
現(xiàn)有的超臨界二氧化碳無(wú)水染色技術(shù)無(wú)法解決紡織品的表面預(yù)處理問(wèn)題，使得染色牢 固度普遍較低。而機(jī)外化學(xué)品預(yù)處理使得有毒化學(xué)品難免在紡織品表面有殘留，無(wú)法適應(yīng) 越來(lái)越嚴(yán)苛的全天然及人體服著安全性的要求。
現(xiàn)有的超臨界二氧化碳無(wú)水染色技術(shù)僅停留在實(shí)驗(yàn)室階段無(wú)法大規(guī)模商用的另一個(gè)原 因是現(xiàn)有裝置基本上是間歇式工作的，不能勻速連續(xù)工作。在申請(qǐng)?zhí)枮?00710027112.6， 名稱為"采用超臨界流體進(jìn)行連續(xù)化染色的生產(chǎn)系統(tǒng)及其生產(chǎn)工藝"的專利申請(qǐng)中，發(fā)明 人試圖用多組染色裝置交替染色的方法來(lái)保證連續(xù)生產(chǎn)，但在實(shí)際上多組間歇式工作的染 色裝置的串連或并聯(lián)只是形成了更多間歇，而不能必然地使得系統(tǒng)勻速連續(xù)工作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了解決上述問(wèn)題，為超臨界二氧化碳無(wú)水染色技術(shù)大規(guī)模商用， 提供一種同反應(yīng)釜巻到巻等離子超聲波超臨界無(wú)水染色方法和系統(tǒng)。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出同反應(yīng)釜巻到巻等離子超聲波超臨界無(wú)水染色方法，包 括將紗線、坯布或成衣等紡織品裝入反應(yīng)釜內(nèi)的巻到巻或軸到軸纏繞裝置上，用真空泵將 反應(yīng)釜抽真空，從氣瓶中向反應(yīng)釜通入氧氣或氮?dú)饣驓鍤饣蚍蓟蛏鲜鰵怏w的混合物或 壓縮空氣，給反應(yīng)釜內(nèi)等離子體發(fā)生器的上電極和下電極通電，開(kāi)啟巻到巻或軸到軸纏繞 裝置使紡織品開(kāi)始勻速巻繞，使紡織品在射頻電場(chǎng)放電產(chǎn)生的等離子體的作用下發(fā)生表面 改性，斷電停止等離子體反應(yīng)并將處理紡織品產(chǎn)生的少量廢氣排出反應(yīng)釜，用高壓泵將液 態(tài)二氧化碳從二氧化碳貯瓶和/或二氧化碳貯罐中泵入反應(yīng)釜，計(jì)量所需染料并借助少量 液態(tài)二氧化碳將染料從染料罐沖入反應(yīng)釜，通過(guò)熱交換裝置加熱二氧化碳使其處于溫度達(dá)
41(TC至17(TC的超臨界狀態(tài)，以超臨界狀態(tài)的二氧化碳流體作為染料的溶劑和染色介質(zhì)，
同時(shí)開(kāi)啟攪拌裝置和/或通過(guò)超聲波發(fā)生裝置驅(qū)動(dòng)超聲波換能器產(chǎn)生氣穴效應(yīng)和空化效應(yīng) 使染料在超臨界二氧化碳介質(zhì)中均勻分散和乳化并浸染紡織品，開(kāi)啟巻到巻或軸到軸纏繞 裝置使紡織品開(kāi)始勻速巻繞，在巻繞完畢后，可選擇性反向勻速回巻直至染色均勻，通過(guò) 降溫或升溫手段將反應(yīng)釜內(nèi)溫度恢復(fù)到常溫，通過(guò)閥門和管路釋放二氧化碳，萃取回收未 固化的殘留染料至染料回收罐，并通過(guò)冷凝器將二氧化碳循環(huán)到二氧化碳貯罐中供系統(tǒng)重 復(fù)使用，待反應(yīng)釜內(nèi)的壓力降至常壓時(shí)從反應(yīng)釜中取出已經(jīng)染色的紡織品完成一個(gè)工作流 程。
所述的染料為天然來(lái)源的分散性染料或合成染料。 本發(fā)明同時(shí)提出同反應(yīng)釜巻到巻等離子超聲波超臨界無(wú)水染色系統(tǒng)，包括總控臺(tái)、二 氧化碳貯瓶、高壓泵、染料罐、熱交換裝置、反應(yīng)釜、染料回收罐、過(guò)濾器、冷凝器、液
態(tài)二氧化碳貯罐、流量計(jì)、閥門以及管路，其特征是所述的反應(yīng)釜裝有等離子體發(fā)生器
的上電極和下電極、排氣閥、真空泵，內(nèi)置有一組或多組巻到巻或軸到軸纏繞裝置和相應(yīng) 電機(jī)，內(nèi)置有一組或多組攪拌裝置和相應(yīng)電機(jī)，嵌有與超聲波發(fā)生裝置連接的超聲波換能器。
所述的反應(yīng)釜內(nèi)裝有溫度傳感器、壓力傳感器、真空傳感器、流體傳感器以及測(cè)量等
離子體參數(shù)的朗繆爾(Langmuir)探針。 由于采用了以上的方案，
1、超臨界流體的粘度(viscosity)和氣體相近，擴(kuò)散系數(shù)在氣體和液體之間，滲透力 很大，因?yàn)槟塬@得和液體同等的密度，所以溶解力也很大，對(duì)染料溶解快。在超臨界流體 無(wú)水染色工藝中，超臨界流體即可以溶解染料，又可以輕易地滲透至紡織品內(nèi)部，完成染 料溶解一吸附一上染的工藝過(guò)程。超臨界流體無(wú)水染色上染速率快，染色周期只需要5 — 60分鐘(大多情況下10分鐘內(nèi)可以完成上染)，傳統(tǒng)周期需要3 — 6個(gè)小時(shí)；勻染、透染、 重染性好；大多數(shù)情況下不必還原清洗；超臨界流體染色只需一道染色工序，所使用的是 不加任何添加劑的染料濾餅；因?yàn)槎趸紦]發(fā)后織物是干燥的，屬于非水染色所以染后 不必脫水、烘干，不消耗水因此不產(chǎn)生廢水，也不需要廢水處理設(shè)備；未固化上染的染料 可重復(fù)使用，二氧化碳循環(huán)使用效率可高達(dá)90%，其工序十分簡(jiǎn)單因而能耗減少。
二氧化碳C02的超臨界狀態(tài)(即具有氣體和液體的中間性質(zhì))時(shí)的溫度和壓力較低( 溫度為31.1 壓力為7.4MPa)，且不燃、不爆、無(wú)毒、無(wú)腐蝕性，又容易獲得，所以適宜作 為高溫或低溫染色的溶劑和介質(zhì)，利用超臨界C02的強(qiáng)力溶解力將染料溶解和高度擴(kuò)散性
5將染料滲透到紡織纖維內(nèi)部進(jìn)行染色。
2、 等離子體發(fā)生裝置通過(guò)向輸入反應(yīng)釜的低壓氣體(包括但不限于氧氣、氮?dú)狻?氣、氟化碳、壓縮空氣或C2F4、 C3F6、 CF4和H2的混合氣體等)施加一射頻電場(chǎng)使反應(yīng)釜 內(nèi)的上電極和下電極之間(或是左電極和右電極，外電極和內(nèi)電極，或是無(wú)極放電)產(chǎn)生 電暈放電(Corona Discharge)、 介質(zhì)阻擋放電(Dielectric Barrier Discharge, DBD )或輝光放電(Glow Discharge)等，使周圍氣體分子吸收電能形成低溫等離子體。等離 子體是一種能量極高的物質(zhì)聚集態(tài)，它包含了大量的電子、離子、紫外光子、激發(fā)態(tài)的原 子、分子和自由基等活性粒子。這些粒子總是在不斷地運(yùn)動(dòng)，相互之間發(fā)生碰撞并發(fā)生電 離激發(fā)、復(fù)合和光輻射等作用。這些高能粒子通過(guò)輻射、離子流、中性分子流撞擊纖維和 高分子材料表面，將能量轉(zhuǎn)移給纖維材料，隨著能量的消散，引起纖維、高分子材料表面 產(chǎn)生一系列復(fù)雜的刻蝕、解析和電離等物理改性變化以及脫氫、加成、氧化、還原、交聯(lián) 、聚合、裂解和接枝等化學(xué)改性變化，表面化學(xué)組成和物理動(dòng)態(tài)都發(fā)生變化，從而使材料 表面性能獲得優(yōu)化，增加了表面的濕潤(rùn)性(降低表面張力使某些聚合物纖維具有吸水性)
、拒水性(使某些布料具有防水防污性質(zhì))、可染性(引進(jìn)大量的含氧和不含氧的親水基 團(tuán)因而大大提高了織物對(duì)染料的上色速率和染色飽和值，同時(shí)纖維表面的粗糙化增加了對(duì) 入射光的吸收而產(chǎn)生深色效應(yīng)從而改善了織物的染色性能)、粘接性(提高粘結(jié)性能增加 染色率)、防縮防皺性(特別對(duì)羊毛材料有收縮率降低90%以上的鈍化防縮效果)、防UV性 、防菌性、抗靜電性等，還可消除織物上殘留的甲醛、揮發(fā)性物質(zhì)、敏感性氣體和異味等 有害物質(zhì)，對(duì)棉織物有退漿精練及去除天然雜質(zhì)的功效，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)生態(tài)紡織品的目標(biāo)。
紡織品經(jīng)等離子預(yù)處理，有利于隨后的染色過(guò)程中染料的吸附和向纖維內(nèi)部擴(kuò)散，使 染色時(shí)間縮短、生產(chǎn)效率提高。等離子預(yù)處理省卻了傳統(tǒng)的印染助劑、鹽、還原劑、表面 活性劑等影響紡織品服著安全性的材料的使用。低溫等離子體對(duì)紡織品的處理作為一種無(wú) 水加工的干法處理技術(shù)，是氣一固兩相間的潔凈工藝，不耗水無(wú)廢液排出，對(duì)環(huán)境不造成 污染。低溫等離子體表面改性僅影響材料表面極薄的表層，只有數(shù)十埃(〈8 — 10nm)不損 材料基體，保持材料原有的完整性。
3、 采用超聲波震蕩技術(shù)，能在液體中產(chǎn)生氣穴效應(yīng)和空化效應(yīng)，除了有利于染料的 均勻分散和乳化之外，還可以去除紡織品的剛性，增強(qiáng)易染性。
4、 內(nèi)置有一組或多組巻到巻或軸到軸纏繞裝置，使得纏繞(紡織品的收放)在反應(yīng) 釜內(nèi)部勻速進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)非間歇性連續(xù)化工業(yè)生產(chǎn)。


圖l是本發(fā)明的第一種實(shí)施例示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面通過(guò)具體的實(shí)施例并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
實(shí)施例一，同反應(yīng)釜巻到巻等離子超聲波超臨界紡織品無(wú)水染色，將坯布裝入反應(yīng)釜 內(nèi)的巻到巻或軸到軸纏繞裝置(21)上，用真空泵(優(yōu)選大抽氣量的羅茨真空泵)將密閉 的用耐高壓透明玻璃制成的反應(yīng)釜(11)抽真空(至10Pa左右)，從氣瓶(34)中向反應(yīng) 釜(11)通入氧氣，給反應(yīng)釜(11)內(nèi)等離子體發(fā)生器(31)的上電極(32)和下電極( 33)通電，通過(guò)朗繆爾(Langmuir)探針測(cè)量等離子體參數(shù)，開(kāi)啟巻到巻或軸到軸纏繞裝 置(21)使紡織品開(kāi)始勻速巻繞，采用電容式耦合的低氣壓輝光放電使紡織品的表面發(fā)生 改性，斷電停止等離子體反應(yīng)并將處理紡織品產(chǎn)生的少量廢氣排出反應(yīng)釜，用高壓泵(12 )將液態(tài)二氧化碳從二氧化碳貯瓶(13)和/或二氧化碳貯罐(16)中泵入反應(yīng)釜(11) ，計(jì)量所需天然來(lái)源的分散染料或?qū)Ｓ煤铣扇玖喜⒔柚倭恳簯B(tài)二氧化碳將染料從染料罐
(14)沖入反應(yīng)釜(11)，通過(guò)熱交換裝置(優(yōu)選裝設(shè)在反應(yīng)釜外底部的PTC式加熱器) 加熱二氧化碳使其處于溫度達(dá)l(TC至17(rC (優(yōu)選70 — 9(TC)、壓力達(dá)10至30MPa (優(yōu)選 28MPa)的超臨界狀態(tài)，以超臨界狀態(tài)的的二氧化碳流體作為染料的溶劑和染色介質(zhì)，同 時(shí)開(kāi)啟配以威爾遜接頭(通過(guò)該接頭使傳動(dòng)軸與外接電機(jī)相連接來(lái)保證動(dòng)態(tài)密封)的攪拌 裝置(42)和/或超聲波發(fā)生裝置驅(qū)動(dòng)超聲波換能器(41)產(chǎn)生氣穴效應(yīng)和空化效應(yīng)使染 料在超臨界二氧化碳介質(zhì)中均勻分散和乳化并浸染紡織品，開(kāi)啟巻到巻或軸到軸纏繞裝置
(21)(配以威爾遜接頭來(lái)保證動(dòng)態(tài)密封)使紡織品開(kāi)始勻速巻繞，在巻繞完畢后，可選 擇性反向勻速回巻直至染色均勻，通過(guò)降溫手段將反應(yīng)釜(11)內(nèi)溫度恢復(fù)到常溫，通過(guò) 閥門(18)和管路(19)釋放二氧化碳，萃取回收未固化的殘留染料至染料回收罐(15) ，并通過(guò)冷凝器(17)將二氧化碳循環(huán)到二氧化碳貯罐(16)中供系統(tǒng)重復(fù)使用，待反應(yīng) 釜內(nèi)的壓力降至常壓時(shí)從反應(yīng)釜中取出已經(jīng)染色的紡織品完成一個(gè)工作流程。
等離子實(shí)現(xiàn)對(duì)材料表面的改性處理，超聲波使染料分散均勻，超臨界二氧化碳實(shí)現(xiàn)無(wú)水染 色，巻到巻實(shí)現(xiàn)非間歇性連續(xù)化工業(yè)生產(chǎn)。本發(fā)明廣泛適用于天然纖維、人工合成纖維或 混紡的紗線、布料(包括無(wú)紡布)、成衣等紡織品的無(wú)水染色，包括對(duì)金屬薄板、塑料薄 膜、紙張等其它可巻繞材料(包括生物材料)的表面改性和染色，可以滿足最苛刻的環(huán)保 以及產(chǎn)品安全性的要求。
權(quán)利要求
1.同反應(yīng)釜卷到卷等離子超聲波超臨界無(wú)水染色方法，其特征是包括下列步驟將紗線、坯布或成衣等紡織品裝入反應(yīng)釜內(nèi)的卷到卷或軸到軸纏繞裝置上，用真空泵將反應(yīng)釜抽真空，從氣瓶中向反應(yīng)釜通入氧氣或氮?dú)饣驓鍤饣蚍蓟蛏鲜鰵怏w的混合物或壓縮空氣，給反應(yīng)釜內(nèi)等離子體發(fā)生器的上電極和下電極通電，開(kāi)啟卷到卷或軸到軸纏繞裝置使紡織品開(kāi)始勻速卷繞，使紡織品在射頻電場(chǎng)放電產(chǎn)生的等離子體的作用下發(fā)生表面改性，斷電停止等離子體反應(yīng)并將處理紡織品產(chǎn)生的少量廢氣排出反應(yīng)釜，用高壓泵將液態(tài)二氧化碳從二氧化碳貯瓶和/或二氧化碳貯罐中泵入反應(yīng)釜，計(jì)量所需染料并借助少量液態(tài)二氧化碳將染料從染料罐沖入反應(yīng)釜，通過(guò)熱交換裝置加熱二氧化碳使其處于溫度達(dá)10℃至170℃的超臨界狀態(tài)，以超臨界狀態(tài)的二氧化碳流體作為染料的溶劑和染色介質(zhì)，同時(shí)開(kāi)啟攪拌裝置和/或通過(guò)超聲波發(fā)生裝置驅(qū)動(dòng)超聲波換能器產(chǎn)生氣穴效應(yīng)和空化效應(yīng)使染料在超臨界二氧化碳介質(zhì)中均勻分散和乳化并浸染紡織品，開(kāi)啟卷到卷或軸到軸纏繞裝置使紡織品開(kāi)始勻速卷繞，在卷繞完畢后，可選擇性反向勻速回卷直至染色均勻，通過(guò)降溫或升溫手段將反應(yīng)釜內(nèi)溫度恢復(fù)到常溫，通過(guò)閥門和管路釋放二氧化碳，萃取回收未固化的殘留染料至染料回收罐，并通過(guò)冷凝器將二氧化碳循環(huán)到二氧化碳貯罐中供系統(tǒng)重復(fù)使用，待反應(yīng)釜內(nèi)的壓力降至常壓時(shí)從反應(yīng)釜中取出已經(jīng)染色的紡織品完成一個(gè)工作流程。
2.如權(quán)利要求l所述的同反應(yīng)釜巻到巻等離子超聲波超臨界無(wú)水染色方法，其特征是所述的染料為天然來(lái)源的分散性染料或合成染料。
3.同反應(yīng)釜巻到巻等離子超聲波超臨界無(wú)水染色系統(tǒng)，包括總控臺(tái) 、二氧化碳貯瓶、高壓泵、染料罐、熱交換裝置、反應(yīng)釜、染料回收罐、過(guò)濾器、冷凝器、液態(tài)二氧化碳貯罐、流量計(jì)、閥門以及管路，其特征是所述的反應(yīng)釜裝有等離子體發(fā)生器的上電極和下電極、排氣閥、真空泵，內(nèi)置有一組或多組巻到巻或軸到軸纏繞裝置和 相應(yīng)電機(jī)，內(nèi)置有一組或多組攪拌裝置和相應(yīng)電機(jī)，嵌有與超聲波發(fā)生裝置連接的超聲波 換能器。
4 如權(quán)利要求3所述的同反應(yīng)釜巻到巻等離子超聲波超臨界無(wú)水染 色系統(tǒng)，其特征是所述的反應(yīng)釜內(nèi)裝有溫度傳感器、壓力傳感器、真空傳感器、流體傳感器以及測(cè)量等離子體參數(shù)的朗繆爾探針。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)同反應(yīng)釜卷到卷等離子超聲波超臨界無(wú)水染色系統(tǒng)，包括總控臺(tái)、二氧化碳貯瓶、高壓泵、染料罐、熱交換裝置、反應(yīng)釜、染料回收罐、過(guò)濾器、冷凝器、液態(tài)二氧化碳貯罐、流量計(jì)、閥門以及管路，其特征是所述的反應(yīng)釜裝有等離子體發(fā)生器的上電極和下電極、排氣閥、真空泵，內(nèi)置有一組或多組卷到卷或軸到軸纏繞裝置和相應(yīng)電機(jī)，內(nèi)置有一組或多組攪拌裝置和相應(yīng)電機(jī)，嵌有與超聲波發(fā)生裝置連接的超聲波換能器。等離子實(shí)現(xiàn)對(duì)材料表面的改性處理，超聲波使染料分散均勻，超臨界二氧化碳實(shí)現(xiàn)無(wú)水染色，卷到卷實(shí)現(xiàn)非間歇性連續(xù)化工業(yè)生產(chǎn)。本發(fā)明可以滿足最苛刻的環(huán)保以及產(chǎn)品安全性的要求。
文檔編號(hào)D06M10/00GK101555665SQ20081030106
公開(kāi)日2009年10月14日 申請(qǐng)日期2008年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月11日
發(fā)明者博 冷 申請(qǐng)人:博 冷