一种以超临界二氧化碳流体为介质的织物绳状染色机及染色方法

专利名称：一种以超临界二氧化碳流体为介质的织物绳状染色机及染色方法
技术领域：
本发明涉及一种织物成绳状的染色设备及其染色方法，特别涉及一种以超临界二氧化碳流体为介质的绳状织物染色机及其染色方法，属纺织染整技术领域。
背景技术：
超临界流体尤其超临界二氧化碳流体是一种安全、环保、绿色的流体介质。以超临界二氧化碳流体代替传统水浴对织物进行染色加工，由于无染色废水及其它废弃物产生，能有效避免传统染色加工过程中大量水资源、能源及化学品的消耗，以及大量高浓度、高CODcr有色废水对生态环境造成的严重污染，可彻底实现绿色、环保、清洁化生产，同时具有 节水节能的优点。超临界二氧化碳流体中相关染色方法和染色设备的研发，对逐步完善和推广超临界流体无水染色在工业化生产中的应用，提升整个纺织印染行业生产的环保化、生态化具有重要意义。近年来，由于水资源匮乏的加大和环境污染日益得到广泛关注，以及对行业节能减排、清洁生产的宏观调控力度的不断加大，更为重要的是随着超临界二氧化碳流体相关设备及染色关键技术研发的不断进步和实用化，以超临界二氧化碳流体为介质的纺织品无水染色加工日益引起了行业及企业的浓厚兴趣和高度关注。经过一段时期的发展，国内相关部门及机构，尤其是本课题组在有关超临界二氧化碳流体染色设备的研发方面，已从实验室的小型设备，逐步发展到具有较大规模的中试装备系统，并在染色关键技术如流体中适用染料性能、专用染料研发、工艺优化等方面取得了快速进展，并已于2010年至2011年实现了中试匹染生产示范，在国内外首次推出以超临界二氧化碳流体为介质的无水染色生产布样及部分产品。国内外有关文献报道，目前用于超临界二氧化碳流体介质进行染色加工的关键部件——染色釜结构及其染色加工模式，一般多采用立式/卧式经轴模式进行匹染(CN1807742A, CN101024922A, CN2688735,)，或采用筒子纱模式进行染色加工(CN1200153A，CN2350412)，此外，以双轴模式对织物进行卷染的染色釜体也有过少数文献报道(CN101148813A, CN101082157A)。然而，上述公开的中小型设备较多适用于实验室研究，在实际工业化生产应用时仍有较多问题需进一步解决。无论是立式或卧式经轴模式，都较多适用于多孔的筒子纱等纱线染色加工。而对于匹染，要达到均匀良好的染色效果，其对设备的设计和技术要求、难度都较大，同时其生产效率低，加工成本高；而对于双轴式卷染模式，同样也存在动力传动和系统的密封及密封装置的耐久性等问题，而且这种染色模式对染色釜内流体循环的均匀性也难以得到保证，此外，由于织物在循环运动时存在较大张力，适宜加工的织物品种也受到限制(CN101760914A，CN201560318U)。因而本课题组首次设计和实施了高压超临界二氧化碳流体介质中绳状织物的匹染模式及其装备系统(CN101760914A，CN201560318U)，并取得了较好的效果。但由于将提布轮系统和喷嘴系统设置在染色釜体外，织物的循环回路长，可较好的适用于大型装备系统，而不利于设备的中、小型化，同时系统对易起皱的轻薄型和易变形的纺织品应用也存在一定的局限性，而且设备的喷射系统也对高压循环泵设计及其使用提出了较高要求。说明书为了克服现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种以超临界二氧化碳流体为介质，具有匀染效果好、适应范围广、尤其适合于轻薄型和易变形纺织品的绳状染色机及其染色方法。实现本发明目的的技术方案是提供一种以超临界二氧化碳流体为介质的织物绳状染色机，它包括超临界流体染色釜、染色流体循环系统；所述的超临界流体染色釜包括釜体、提布装置、储布槽和导布索；釜体为卧式圆筒形高压染色釜；釜体的腔内，中间设有梨形分隔网；提布装置包括提布轮和导布辊，提布轮设在釜体腔内的上方，导布辊设置在提布轮侧下方、梨形分隔网的一侧；储布槽包括横向分隔网、承接网管、梨形分隔网下部和波浪型引布通道所组成的空间，横向分隔网设置在梨形分隔网的一侧，波浪型引布通道设在梨 形分隔网的另一侧，承接网管设在釜体的下部；釜体上设有操作口和观察窗；釜体的上方设有流体进口，釜体的下方设有流体出口，流体进口和流体出口分别通过管道与染色流体循环系统连接；所述的导布索为首尾相连的环形索状物，被染织物依附于导布索形成绳状织物，导布索经提布轮和导布辊，牵引釜体下部承接网管中的绳状织物进入波浪型引布通道，再进入釜体下部的承接网管，导布索和绳状织物在釜体内作上下循环运动。本发明所述的导布索，其环形长度可调，横截面形状为圆形、椭圆形或轮廓圆润的其它形状。所述的提布轮和导布辊，提布轮为主动轮，导布辊为从动辊。一种利用上述染色机进行以超临界二氧化碳流体为介质的织物绳状染色的方法，包括如下步骤(I)将被染织物一端以绳状形式固定在导布索上，在提布轮的主动作用和导布索的牵引下进行穿布和进布；(2)将被染织物首尾缝合，形成环状；(3)密闭染色釜后对整个染色系统进行排空；采用加压泵对染色系统增压，在流体循环流量为lL/min 500L/min的超临界二氧化碳流体介质中，被染织物依附于导布索形成绳状织物，导布索经提布轮和导布辊，牵引釜体下部承接网管中的绳状织物进入波浪型引布通道，再进入釜体下部的承接网管，导布索和绳状织物在釜体内以2m/min 200m/min的布速作上下循环运动，对织物进行染色处理。染色釜内的染色温度为100°C 160°C，压力为9MPa 30Mpa。对织物进行染色处理的时间为20min 300min。与现有技术方案相比，本发明的显著优点是I、本发明将提布轮系统设置在染色釜体内，缩短了绳状织物的循环回路，并通过导布索的牵引作用共同带动绳状织物循环运动，有效地降低了织物循环运动所需的动力；而且也省去了复杂的喷嘴系统，减轻了循环泵的负荷，可有效降低设备制造成本及系统密封和设计要求，并有利于实现装备系统的中小型化，提高其实用性。2、本发明通过导布索的牵引作用，并带动绳状织物循环运动，因而织物在循环染色运动过程中，呈松式状态，无张力或张力极小，故其适用织物品种范围广，特别适合于轻薄型和易变形纺织品的超临界二氧化碳流体绳状匹染染色。3、本发明省去了喷射系统，减少了流体循环阻力，有利于实现染色流体的大流量循环和延长循环泵的使用寿命。4、采用本发明提供的染色机进行织物染色，具有工艺简单、可控的特点；通过合理控制染色流体循环流量、织物循环速度、染色温度和压力等工艺参数，以实现对超临界二氧化碳流体介质中匹染织物，尤其 是轻薄型和易变形织物的绳状匹染均匀加工，染色的匀染效果、重现性、吸附上染性和色牢度好，染色质量明显提高。


图I是本发明实施例提供的以超临界二氧化碳流体为介质的织物绳状染色机的工作原理示意图；图中1、釜体；2、绳状织物；3、监视窗；4、操作口 ；5、导布索；6、导布辊；7、提布轮；8、横向分隔网；9、波浪型引布通道；10、承接网管；11、梨形分隔网；12、热交换器；13、17和22、流体过滤装置；14、循环泵；15、18、19、20、23、24、25和38、截止阀；16、夹带剂釜；
21、染料釜；26、预热炉；27、主泵；28、冷凝器储罐；29、冷水机组；30、循环水泵；31、CO2气瓶；32、汇流排；33、分离釜II ;34、清洗泵；35、预热器II ;36、分离釜I ;37、预热器I ;38、泄压阀；39、流体入口 ；40、流体出口。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方案作进一步描述。实施例I参见附图1，它是本实施例提供的一种以超临界二氧化碳流体为介质的织物绳状染色机的工作原理示意图；该染色机包括超临界流体染色釜及釜内绳状织物循环运动导布索，染色流体循环系统。染色釜以卧式圆筒形高压染色釜为釜体1，釜体内上方位置设有导布棍6和提布轮7，釜体I的中间设有梨形分隔网11，梨形分隔网的左侧设有上凸并开孔以供绳状织物通过的横向分隔网8，而其右侧设有波浪型引布通道9，并以各分隔网、釜体下半周设置的承接网管10共同构成染色机的储布槽；在釜体I的左侧设有一个操作口 4和观察窗3，釜体的后上方设有一个流体进口 39、下方设有出口 40，并分别通过管道与流体过滤装置13、循环泵14连接后接通染色流体循环系统。釜内绳状织物循环运动导布索为首尾相连的一环形索状物，牵引绳状织物完成穿布和进布，同时在此过程中织物与导布索一起形成复合绳状物，并在提布轮7的作用下，经导布棍6，牵引釜体下方储布槽中绳状织物顺利进入波浪型引布通道9，然后再次按序进入釜体下方储布槽，协助绳状织物进行有序的循环运动。参见附图I所示，以超临界二氧化碳流体为介质的织物绳状染色机的工作步骤为打开操作口 4，先将被染织物一端以绳状形式固定在导布索上，在提布轮7的主动作用和导布索的牵引下完成穿布和进布工作，同时在此过程中织物与导布索一起形成复合绳状物；进布完成后，将被染织物首尾缝合形成环状，密闭染色釜后对整个染色系统进行良好排空。然后根据预定的染色加工工艺流程及参数，启动由CO2气瓶31、汇流排32、冷凝器储罐28、主泵27、预热炉26在内的加压系统对染色釜增压和流体预热，并经热交换器12升温，同时开启截止阀23或/及19、24，对染料釜21或夹带剂釜16增压使其内的染料或化学品充分溶解。当染色釜内压力及温度达到预定工艺要求后，关闭主泵27，并关闭截止阀25，开启截止阀18、24、20或15，待染色系统中压力平衡后，启动循环泵14 ;采用与染色釜I连通的入口 39和出口 40、流体过滤装置13、循环泵14、热交换器12和并联/串联的染料釜21或夹带剂釜16构成的流体循环系统，对染色釜I中染色流体以规定的流量进行更新循环，并实现对染料釜21或夹带剂釜16中溶解染料/化学品的携带传输及在染色釜内的均匀分布，以利于织物的均匀染色。同时开启提布轮系统，使导布索和织物绳状复合物以规定的线速度，通过以提布轮7、波浪型引布通道9、储布槽(特氟龙的承接网管10、梨形分隔网11、横向分隔网8构成 的空间)、横向分隔网8、导布棍6组成的染色织物循环系统，并保持稳定良好而有序地运转，使染色织物与染色釜I内流体中溶解染料或化学品均匀接触和吸附上染或反应。织物经提布轮7后被送入波浪型引布通道9，并呈波浪形有序地堆置于沿染色釜I下半周呈周向布置的特氟龙网管10上，并随重力及流体的动力推向提布轮7下方一侧，然后经导布棍6和提布轮7的提升作用进行循环染色。在循环泵强制作用下染色釜I内染色流体经流体出口 40、滤装置13、染料釜21或夹带剂釜16，重新携带未上染染料经热交换器12和流体入口 39进入染色釜1，并与织物充分接触上染或反应。而后流体再通过特氟龙网管10间的空隙并经循环泵14进入下一次循环，从而加快流体中溶解染料与织物纤维的均匀吸附上染/反应，共同完成织物的染色加工。保温保压染色处理完成后，循环泵14停机，开启泄压阀38对染色系统泄压，利用分离回收系统对染色循环系统中的染料及流体进行分离和回收(染深浓色时为充分去除织物表面浮色，可保持循环泵14持续工作，同时开启加压系统，利用新鲜流体进行浮色清洗)。泄压结束后关闭泄压阀38，然后对设备放空，然后启动操作口 4处的快开式密封盖出布。出布结束后密闭系统，采用主泵27在内的加压系统，以新鲜流体对染色釜及染色流体循环系统进行充分清洗，并经分离回收系统进行分离及回收。此外，在进行换色染色时，除对染色釜及染色流体循环系统进行清洗外，还采用配备的专用清洗泵34及相应回路对分离回收系统进行清洗，以便于采用不同染料染色加工后的分离及回收利用。利用本实施例提供的染色设备对织物进行染色处理。本实施例所采用的被染织物为涤纶春亚纺(50D/50D低弹涤纶丝，84. Og/m2)，所用染料为分散大红S-BWFL(DisperseC. I. Red 74，o. m. f■为 0. 2% )。在染色循环系统温度为120C、染色时间为2小时、系统压力为13. 9MPa、30. OMpa的条件下，对织物分别进行染色试验。参照上述处理步骤及工艺，经本实施例方法染色加工后的涤纶织物实验结果如下I.织物的匀染效果经本实施例方法加工后织物的匀染性采用染色织物最大特征吸收波长处的表面色深值(K/S)的标准偏差8 (Afflax)来衡量，其计算公式为[
权利要求
1.一种以超临界二氧化碳流体为介质的织物绳状染色机，它包括超临界流体染色釜、染色流体循环系统，其特征在于所述的超临界流体染色釜包括釜体(I)、提布装置、储布槽和导布索(5);釜体(I)为卧式圆筒形高压染色釜；釜体(I)的腔内，中间设有梨形分隔网(11);提布装置包括提布轮(7 )和导布辊(6 )，提布轮(7 )设在釜体(I)腔内的上方，导布辊(6)设置在提布轮(7)侧下方、梨形分隔网(11)的一侧；储布槽包括横向分隔网(8)、承接网管(10)、梨形分隔网(11)下部和波浪型引布通道(9)所组成的空间，横向分隔网(8)设置在梨形分隔网(11)的一侧，波浪型引布通道(9)设在梨形分隔网(11)的另一侧，承接网管(10)设在釜体(I)的下部；釜体(I)上设有操作口(4)和观察窗(3);釜体的上方设有流体进口(39)，釜体的下方设有流体出口(40)，流体进口(39)和流体出口(40)分别通过管道与染色流体循环系统连接；所述的导布索(5)为首尾相连的环形索状物，被染织物依附于导布索(5)形成绳状织物，导布索(5)经提布轮(7)和导布辊(6)，牵引釜体下部承接网管(10)·中的绳状织物进入波浪型引布通道(9)，再进入釜体下部的承接网管(10)，导布索(5)和绳状织物在釜体内作上下循环运动。
2.根据权利要求I所述的一种以超临界二氧化碳流体为介质的织物绳状染色机，其特征在于所述的导布索(5)，其环形长度可调，横截面形状为圆形、椭圆形或轮廓圆润的其它形状。
3.根据权利要求I所述的一种以超临界二氧化碳流体为介质的织物绳状染色机，其特征在于所述的提布轮(7)和导布辊(6)，提布轮(7)为主动轮，导布辊(6)为从动辊。
4.一种利用权利要求I所述的染色机进行以超临界二氧化碳流体为介质的织物绳状染色的方法，其特征在于包括如下步骤 (1)将被染织物一端以绳状形式固定在导布索上，在提布轮的主动作用和导布索的牵引下进行穿布和进布； (2)将被染织物首尾缝合，形成环状； (3)密闭染色釜后对整个染色系统进行排空；采用加压泵对染色系统增压，在流体循环流量为lL/min 500L/min的超临界二氧化碳流体介质中，被染织物依附于导布索形成绳状织物，导布索经提布轮和导布辊，牵引釜体下部承接网管中的绳状织物进入波浪型引布通道，再进入釜体下部的承接网管，导布索和绳状织物在釜体内以2m/min 200m/min的布速作上下循环运动，对织物进行染色处理。
5.根据权利要求4所述的一种以超临界二氧化碳流体为介质的织物绳状染色方法，其特征在于染色釜内的染色温度为100°C 160°C，压力为9 MPa 30Mpa。
6.根据权利要求4所述的一种以超临界二氧化碳流体为介质的织物绳状染色方法，其特征在于对织物进行染色处理的时间为20 min 300min。
全文摘要
本发明公开了一种以超临界二氧化碳流体为介质的织物绳状染色机及染色方法。它将提布轮系统设置在染色釜体内，并通过导布索的牵引作用共同带动绳状织物进行有序的循环运动，并合理控制染色流体循环流量、织物循环速度、染色温度和压力等工艺参数，以实现对超临界二氧化碳流体介质中匹染织物，尤其是轻薄型和易变形织物的绳状匹染均匀加工。本发明由于缩短了绳状织物的循环回路，省去了复杂的喷嘴系统，减轻了循环泵的负荷，有效降低了设备制造成本及系统密封和设计要求，并有利于实现装备系统的中小型化，提高了其实用性和耐久性。因而本发明的无水绳状染色机及染色方法，具有实用性更强，设备设计、制造及使用更为简便，生态环保等特点。
文档编号D06B23/00GK102747566SQ20121025414
公开日2012年10月24日 申请日期2012年7月20日 优先权日2012年7月20日
发明者任一萌, 刘静, 杨慕莹, 栾韬, 王柯, 章燕琴, 陈晨, 龙家杰 申请人:苏州大学