張巍峰

隨著生活水平的提高、社會(huì)環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，以及環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)升高，法規(guī)趨嚴(yán)，各地印染企業(yè)正面臨停產(chǎn)整頓、產(chǎn)能受限、改造升級(jí)等壓力。據(jù)環(huán)保部統(tǒng)計(jì)，2015年，全國(guó)紡織業(yè)廢水排放量18.4億噸，在調(diào)查統(tǒng)計(jì)的41個(gè)行業(yè)中位列第三，其中80%的紡織廢水排放量是印染廢水。在這種嚴(yán)峻的形勢(shì)下，推行綠色、清潔和環(huán)保的印染工藝和技術(shù)迫在眉睫。無(wú)水染色技術(shù)中的超臨界二氧化碳染色技術(shù)就是其中之一。

超臨界二氧化碳染色的原理

超臨界二氧化碳染色是指在超臨界狀態(tài)下，以二氧化碳為染色介質(zhì)，使染料上染到織物上的過(guò)程。該技術(shù)采用二氧化碳代替?zhèn)鹘y(tǒng)的水，溶解染料并使染料快速、均勻地上染到織物上，整個(gè)過(guò)程無(wú)水消耗，染色結(jié)束后染料和二氧化碳可充分分離，循環(huán)使用，也不需要清洗、烘干等操作過(guò)程，可達(dá)到零排放無(wú)污染的效果。此外，該技術(shù)還具有良好的上染率、勻染性和色牢度。

在自然界中，二氧化碳通常以氣體狀態(tài)存在，當(dāng)環(huán)境溫度、壓力達(dá)到其臨界點(diǎn)時(shí)，即31.1℃、7.38MPa時(shí)，氣流兩相的界面消失，成為均相體系，溫度、壓力進(jìn)一步提高時(shí)，二氧化碳就處于超臨界狀態(tài)。

超臨界二氧化碳的溶劑極性較低，能溶解某些低極性或者非極性的有機(jī)固體物質(zhì)，其溶解度隨著溶質(zhì)的極性、分子量、密度等而變化。上染化學(xué)纖維的分散染料是一類(lèi)分子量為400的低極性分子，其在水中的溶解度較低，需要在染色過(guò)程中添加表面活性劑和分散劑等助劑才能實(shí)現(xiàn)對(duì)化纖織物的上染，而且染色后會(huì)產(chǎn)生大量的廢液，污染環(huán)境。分散染料在水中溶解度極低，卻能很容易地溶解在超臨界二氧化碳溶劑中。二氧化碳分子黏度低，與染料的分子間作用力較小，具有極高的擴(kuò)散系數(shù)，可使染料分子快速地?cái)U(kuò)散到纖維的內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)纖維的快速、均勻染色。

目前，除分散染料上染合成纖維外，某些均三嗪活性染料也可實(shí)現(xiàn)對(duì)天然纖維的超臨界二氧化碳染色。

超臨界二氧化碳染色的研究現(xiàn)狀

1988年，德國(guó)西北紡織研究中心（DTNW）的E.Schollmeyer等發(fā)明了紡織品的超臨界二氧化碳染色技術(shù)。此后，德國(guó)西北紡織研究中心（DTNW）和高壓容器生產(chǎn)企業(yè)Uhde公司合作，開(kāi)發(fā)了染色釜容積為30L的染色設(shè)備，并配有二氧化碳回收循環(huán)系統(tǒng)，取得了良好的染色效果，引發(fā)了國(guó)際社會(huì)的廣泛關(guān)注。

美國(guó)、法國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家相繼開(kāi)開(kāi)展了該項(xiàng)技術(shù)的研究工作。美國(guó)北卡羅來(lái)納州立大學(xué)在1996年研制了單只筒子紗中試超臨界二氧化碳染色機(jī)。通過(guò)改變?nèi)疽旱牧飨颍蓪?shí)現(xiàn)在染色單元中的正反向循環(huán)染色，改善了勻染性。1997年，歐盟展開(kāi)了由多國(guó)參與的三年期的超臨界流體染色研究項(xiàng)目SUPERCOLOR，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了Rota Color超臨界染色設(shè)備（7L），以探索其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的可能。2001年ITEC株式會(huì)社為福岡大學(xué)開(kāi)發(fā)了一臺(tái)40L超臨界流體染色設(shè)備。此后，又共同合作研發(fā)了一臺(tái)生產(chǎn)型超臨界流體染色設(shè)備。2004年，福井大學(xué)也進(jìn)行了超臨界流體染色產(chǎn)業(yè)化設(shè)備的研制。

2008年，荷蘭DyeCOO公司的成立，標(biāo)志著超臨界二氧化碳染色技術(shù)開(kāi)始邁入產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用階段。該公司研發(fā)的DyeCOO系列裝置，具有兩個(gè)染色釜體，設(shè)計(jì)溫度10-130℃，設(shè)計(jì)壓力0-30MPa，裝載量可l50-180kg。2010年，DyeCOO公司生產(chǎn)的150磅生產(chǎn)型超臨界染色設(shè)備在泰國(guó)開(kāi)始試生產(chǎn)無(wú)水染色運(yùn)動(dòng)服；2013年，DyeCOO公司的染色設(shè)備在NIKE公司臺(tái)灣工廠正式投入生產(chǎn)。

國(guó)內(nèi)東華大學(xué)、大連工業(yè)大學(xué)、天津工業(yè)大學(xué)和蘇州大學(xué)等單位對(duì)超臨界二氧化碳染色技術(shù)也進(jìn)行了深入研究和探索，并開(kāi)發(fā)了各自的染色設(shè)備。2012年，大連工業(yè)大學(xué)研制出了超臨界二氧化碳產(chǎn)業(yè)化染色裝置。整套裝置實(shí)現(xiàn)了染色過(guò)程的自動(dòng)化控制與可視染色，并具有染色大流量?jī)?nèi)循環(huán)系統(tǒng)，擴(kuò)散效果好，有效降低了超臨界流體染色過(guò)程中的能量消耗，縮短了染色時(shí)間。2017年，中國(guó)紡織科學(xué)研究院在福建建設(shè)了“1000L復(fù)式超臨界二氧化碳無(wú)水染色”項(xiàng)目，該項(xiàng)目已進(jìn)行到中試線階段，在散纖維、線、筒子紗和坯布染色方面具備了產(chǎn)業(yè)化條件，可滿足小批量、多品種的生產(chǎn)要求。

目前超臨界二氧化碳染色技術(shù)已從實(shí)驗(yàn)室的小樣染色，中樣測(cè)試等的研究階段，正逐步發(fā)展到產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用階段。

超臨界二氧化碳染色的發(fā)展與展望

超臨界二氧化碳染色作為一種新型無(wú)水染色技術(shù)，具有高上染率、短流程、零排放、無(wú)污染的特性，突破了傳統(tǒng)紡織印染大量消耗水資源，產(chǎn)生污染的發(fā)展瓶頸，實(shí)現(xiàn)了染料與二氧化碳的循環(huán)使用，達(dá)到零排放無(wú)污染的效果。該技術(shù)的研究及應(yīng)用對(duì)紡織印染行業(yè)的發(fā)展具有極其重要的意義。

隨著超臨界二氧化碳染色技術(shù)日趨規(guī)?；?，傳統(tǒng)紡織印染用水將可能大量減少，紡織服裝行業(yè)也將迎來(lái)新的春天。endprint