專利名稱：在超臨界流體二氧化碳中用染色劑染色疏水紡織纖維的改進(jìn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及紡織品染色，特別是疏水紡織纖維在超臨界流體二氧化碳(SCF-CO2)中的染色。
背景技術(shù)：
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員都知道用于紡織原料、特別是疏水紡織纖維的常規(guī)含水染色方法通常能提供有效的染色，但是其中存在許多經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的缺點(diǎn)。特別是含有有機(jī)染料和染色助劑的含水染浴，必須根據(jù)嚴(yán)格的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行處理。此外，紡織原料在經(jīng)過水浴中染色后必須加熱干燥。遵守環(huán)境規(guī)則和工藝加熱要求對工業(yè)和消費(fèi)公眾會(huì)因此提高了含水紡織品染色的成本。因此，一種可避免上述問題的替代染色方法對本領(lǐng)域來說是一個(gè)長期需要。
本領(lǐng)域已提出替代含水染色的方法是在超臨界流體中染色紡織原料，包括例如聚酯的疏水紡織纖維。尤其是，已經(jīng)研究了使用SCF-CO2的紡織品染色方法。
然而，那些嘗試在SCF-CO2中對包括疏水紡織纖維的紡織原料進(jìn)行染色的本領(lǐng)域技術(shù)人員遇到了許多問題。這些問題包括，但不僅限于，著色紡織品的“摩擦脫色”(即當(dāng)接觸著色的產(chǎn)品時(shí)染料有被擦掉的趨勢)；在染色過程，染料在產(chǎn)品和/或染色機(jī)器上的有害沉積；難于表征染料在SCF-CO2中的溶解度；難于將染料引入SCF-CO2流中；和難于制備用于引入染色工藝中的染料。當(dāng)嘗試將實(shí)驗(yàn)室的染色工藝推廣到商業(yè)規(guī)模工藝時(shí)，這些問題更加突出。
在現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)有幾種嘗試去解決與紡織原料，特別是疏水紡織纖維在SCF-CO2中的染色相關(guān)的問題。一種嘗試性技術(shù)公開于1997年4月17日公布的專利專利號(hào)為WO97/13915、發(fā)明人為Eggers等、受讓人為Amann和Sohne GMBH＆Co.的專利中。此專利公開了使用SCF-CO2對紡織材料，特別是聚酯紗線染色的方法。此方法包括壓力和/或溫度的降低和/或體積的增大作為染色過程結(jié)束的一部分。所述的方法嘗試提供一種具有高顏色牢度水平的染色了的紡織材料。然而，這一目標(biāo)是通過從流體中除去染料來實(shí)現(xiàn)的，以至于在染色過程的最后階段基本不含殘留染料的流體逆著已著色的紡織原料流動(dòng)或流過已著色的紡織原料。因此，需要復(fù)雜的附加系統(tǒng)，例如二次循環(huán)系統(tǒng)，向工藝中提供不含染料的流體。
此外，可以在壓力下降、溫度下降和/或體積增大之前或期間向高壓釜或與高壓釜相連的第一循環(huán)系統(tǒng)中提供不含染料的流體。這樣，就缺少與將不含染料的流體加入系統(tǒng)中的定時(shí)調(diào)節(jié)相聯(lián)系的臨界點(diǎn)，以及缺乏與是否將壓力降低、溫度降低和/或體積增大選擇工藝終點(diǎn)相聯(lián)系的臨界點(diǎn)。最后，染色過程結(jié)束后要求處理用過的吸著劑，它可能引起類似于使用傳統(tǒng)的含水染色工藝中遇到的環(huán)境問題。
Poulakis等人在Chemiefasern/textilindustrie，Vol.43-93,1991,2月142-147頁，討論了SCF-CO2的相動(dòng)力學(xué)。其中還有關(guān)于實(shí)驗(yàn)室設(shè)置中在SCF-CO2中染色聚酯的裝置和方法的實(shí)驗(yàn)部分的描述。據(jù)信此方法在實(shí)際運(yùn)用中有局限。
Schlenker等人在公告于1993年4月6日的美國專利No.5,199,956中描述了一種通過在SCF-CO2中將分散染料和紡織原料與具多種化學(xué)結(jié)構(gòu)的偶氮染料一起加熱，使用分散染料染色疏水紡織品的方法。此專利試圖通過提供多種用于這樣方法的染料來提供一種改進(jìn)的SCF-CO2染色方法。
Saus等人在公告于1993年10月5日的美國專利No.5,250,078中描述了一種通過在73到400bar的壓力下和80℃到300℃的溫度范圍內(nèi)在SCF-CO2中加熱分散染料和紡織原料而用分散染料染色疏水紡織品的方法。然后將壓力和溫度降低到臨界壓力和溫度以下，其中壓力降低分多步進(jìn)行。
Schrell等人在公告于1996年11月26日的美國專利No.5,578,088中描述了一種在70-210℃和CO2壓力30-400bar的條件下SCF-CO2中用纖維-活性分散染料染色纖維素纖維或纖維素纖維與聚酯纖維的混合物的染色方法，其中纖維材料先通過與一種或多種含有氨基基團(tuán)的化合物反應(yīng)被改性。含有氨基基團(tuán)的化合物的具體實(shí)例也被公開。此專利嘗試通過在SCF-CO2中染色前化學(xué)改變纖維而提供具有很好的色牢度的平面和深層染色方法。
Schlenker等人在公告于1994年3月29日的美國專利No.5,298,032中描述了用分散染料染色纖維紡織品原料的方法，其中紡織原料先用可促進(jìn)染料吸收的助劑預(yù)處理，隨后在壓力下和至少90℃的溫度下用來自SCF-CO2的分散染料染色。所述助劑優(yōu)選聚乙二醇。因而此專利試圖提供通過預(yù)處理需著色的原料來改進(jìn)的SCF-CO2染色工藝。
因此，需要的是一種在SCF-CO2中用染色劑染色疏水紡織纖維的改進(jìn)方法，該方法致力于解決本領(lǐng)域已經(jīng)明確的但目前尚未解決的問題。特別需要一種解決本領(lǐng)域確認(rèn)的“摩擦脫色”問題的、在SCF-CO2中用染色劑染色疏水紡織纖維的改進(jìn)方法。
發(fā)明的公開本發(fā)明描述了使用SCF-CO2染浴，用諸如分散染料的染色劑染色疏水紡織纖維的方法。此染色方法包括下列步驟選擇在第一個(gè)溫度范圍內(nèi)可溶解于SCF-CO2中和在第二個(gè)溫度范圍內(nèi)可微溶于SCF-CO2或近臨界流體CO2中的染色劑，其中第一個(gè)溫度范圍的溫度高于第二個(gè)溫度范圍；在SCF壓力條件下，在SCF-CO2中加熱疏水紡織纖維和染色劑使溫度達(dá)到第一個(gè)溫度范圍以啟動(dòng)染色；不排出SCF-CO2使SCF-CO2的密度保持不變，經(jīng)冷卻過程降溫到第二個(gè)溫度范圍繼續(xù)進(jìn)行疏水紡織纖維的染色；和達(dá)到預(yù)先確定的染色時(shí)間后結(jié)束染色過程。
此染色方法可選擇地包括下列步驟選擇可溶解在第一個(gè)密度范圍內(nèi)的SCF-CO2中和可微溶于第二個(gè)密度范圍內(nèi)的SCF-CO2或近臨界流體CO2中的染色劑，其中第一個(gè)密度范圍的密度高于第二個(gè)密度范圍；在SCF壓力條件下，在SCF-CO2中加熱疏水紡織纖維和染色劑使溫度達(dá)到預(yù)設(shè)的染色溫度；在SCF壓力條件下，通過加入CO2調(diào)整SCF-CO2的密度到第一個(gè)密度范圍，從而啟動(dòng)用染色劑對疏水紡織纖維的染色；通過從系統(tǒng)中排出CO2而不降低染色過程的溫度使SCF-CO2的密度降低到第二個(gè)密度范圍，繼續(xù)進(jìn)行疏水紡織纖維的染色；和在預(yù)先確定的染色時(shí)間后結(jié)束染色過程。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種使用SCF-CO2染浴用染色劑染色疏水紡織纖維的改進(jìn)方法。
本發(fā)明的另一目的是提供一種使用SCF-CO2染浴用染色劑染色疏水紡織纖維的改進(jìn)方法，其中已著色的纖維能抗摩擦脫色。
本發(fā)明的另一目的是提供一種使用SCF-CO2染浴用染色劑染色疏水紡織纖維的改進(jìn)方法，該方法尤其適合于工業(yè)化設(shè)備成批染色。
本發(fā)明的一些目的已在上面陳述，當(dāng)結(jié)合著后面的附圖理解本發(fā)明，本發(fā)明的其他目的也將隨著下面的描述明顯起來。
附圖簡要說明

圖1為適用于本發(fā)明SCF-CO2染色過程的系統(tǒng)的詳細(xì)示意圖；圖2為適用于本發(fā)明SCF-CO2染色過程的系統(tǒng)的詳細(xì)立體圖；圖3為適用于本發(fā)明SCF-CO2染色過程的系統(tǒng)的一種可選擇實(shí)施方案的示意圖；圖4為適用于本發(fā)明SCF-CO2染色過程的系統(tǒng)的另一種可選擇實(shí)施方案的示意圖；
圖5為定性表示染料溶解度對SCF-CO2密度和溫度的依賴性的曲線圖；和圖6為示例性表示染色過程中的溫度控制曲線的曲線圖。
發(fā)明詳述根據(jù)本發(fā)明采用了利用SCF-CO2染浴用染色劑染色疏水紡織纖維的方法來避免摩擦脫色。一種方法使用冷卻，但不從體系中排空或除去CO2，達(dá)到在或低于疏水纖維的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度的目標(biāo)CO2溫度，接著通過排空使染色體系達(dá)到大氣壓力。另一種方法不使用冷卻而使用排空達(dá)到目標(biāo)CO2密度，此時(shí)染料不再溶解于SCF-CO2，接著通過冷卻達(dá)到目標(biāo)溫度，并排空達(dá)到大氣壓力。
方法的選擇取決于所使用的染料的溶解度和親合度特性。上述的第一種方法為在密度不變時(shí)降低溫度的方法，而上述的第二種方法是在溫度不變時(shí)降低密度的方法。因此，根據(jù)本發(fā)明，排出和不排出CO2是用于防止摩擦脫色的密度控制步驟?？蛇x擇地，也可通過膨脹達(dá)到密度降低的目的，也就是通過開放系統(tǒng)至附加的體積，例如另一容器或更多的流動(dòng)回路。
因此，可以預(yù)料到，根據(jù)本發(fā)明，在染色過程中能防止摩擦脫色的步驟可能稱為減壓步驟。這一步驟在染色步驟后發(fā)生并使用了(1)冷卻，但不排出或膨脹，達(dá)到目標(biāo)的CO2溫度后排空達(dá)到大氣壓力；或(2)排出或膨脹，但不冷卻，達(dá)到目標(biāo)的CO2密度后完全排空達(dá)到大氣壓的途徑。該減壓過程是通過溫度或壓力方法控制，壓力是通過排出或不排出CO2來調(diào)整的。
為了進(jìn)一步說明，本發(fā)明中采用的減壓步驟用于溫度可控和密度可控的染色劑時(shí)，必須考慮染色劑(例如染料)在SCF-CO2中的溶解度。圖5定性表示了染料溶解度對SCF-CO2密度和溫度的依賴關(guān)系。圖5中，TH表示較高溫度而TL表示較低溫度，將在下面的實(shí)施例中進(jìn)行討論。應(yīng)注意在一些密度下，這兩種溫度的溶解度曲線將會(huì)互相交叉。這一溫度依賴性可如本文所述在SCF-CO2中的染料上觀察到，并且實(shí)際上可在超臨界流體中的所有溶質(zhì)上觀察到。McHugh等人在Supercritical Fluid Extraction,2d Ed.,Butterworth-Heinemann,Boston,MA(1994)中描述了SCF-CO2中的萘在超臨界乙烯和苯甲酸中這一行為的實(shí)例，在此引用作為參考。
在溶解度曲線上交叉點(diǎn)的相對位置和染料在實(shí)際染色過程中的實(shí)際用量會(huì)變化，所以一種染料可以在交叉處以上的A點(diǎn)附近使用，而另一種染料可以在交叉處以下的B點(diǎn)附近使用。使用所任何特定染料在溶解度曲線上的實(shí)際位置，取決于它本身的特性，例如分子量、升華熱、熔點(diǎn)等等。這些信息可以在Color Index中找到。
如果在曲線TH的A點(diǎn)，此點(diǎn)處作為SCF-CO2密度的函數(shù)的溶解度的斜率大約為零，在溫度不變時(shí)SCF-CO2密度降低(即向左指箭頭方向)，染料的溶解度只有極少量降低或不降低。另一方面，SCF-CO2溫度降低(即向下指箭頭方向)將導(dǎo)致染料溶解度降低。溫度可控染料是那些染色條件(溫度、CO2-X軸密度和染料Y軸摩爾分?jǐn)?shù))對應(yīng)于染料溶解度曲線上相應(yīng)點(diǎn)例如A點(diǎn)的染料。CI分散藍(lán)77為這種染料的例子。對于此類型的染料，可控的降低溫度將使染料溶解度可控的降低，使染料有利地向正在染色的紡織纖維分配。應(yīng)注意溫度優(yōu)選始終保持在纖維染色溫度Tg以上。當(dāng)染料從溶液中排出時(shí)，由于條件有利于染料的吸收，染料會(huì)被纖維吸收。
相反，在溫度不變時(shí)降低密度(例如，通過排空)直到達(dá)到溶解度曲線上溶解度相對于密度的斜率為正值的點(diǎn)時(shí)，才會(huì)導(dǎo)致溫度可控染料的溶解度有顯著的降低。在這一點(diǎn)上，染料的溶解度隨著SCF-CO2密度的降低而迅速降低。染料從溶液中逸出的速度經(jīng)常大大超過其被纖維吸收的速度。因而，染料可能會(huì)沉淀出來和發(fā)生摩擦脫色。
如果在TH曲線上對應(yīng)于B點(diǎn)使用染料，該點(diǎn)斜率為正且TL曲線位于TH曲線上方。在SCF-CO2溫度降低(即沿向上箭頭方向)將使染料溶解度增加。因此可能發(fā)生相關(guān)的“剝離”作用，這樣，染料實(shí)際從纖維解吸進(jìn)入溶液中。相反，在溫度不變時(shí)降低SCF-CO2密度(即沿跟隨TH曲線的箭頭方向)將使染料溶解度降低。密度可控染料是那些染色條件對應(yīng)溶解度曲線上相應(yīng)點(diǎn)例如B點(diǎn)的染料。許多染料被發(fā)現(xiàn)顯示此種特性；例如，CI分散紅167,CI分散黃86,CI分散藍(lán)60和CI分散紫91(見表2)。對于此類型的染料，在溫度不變時(shí)可控的降低密度將使染料溶解度可控的降低，導(dǎo)致染料有利地向正在染色的紡織纖維分配。當(dāng)染料從溶液中排出時(shí)，由于條件有利于染料吸收，即T＞Tg染料被纖維吸收。
另一方面，對于密度可控染料，密度不變時(shí)降低溫度將導(dǎo)致溶解度顯著增加。如果接下來冷卻染浴然后排空，可能發(fā)生摩擦脫色，因?yàn)橹俣却蟠蟮陀谌玖蠌娜芤褐信懦龅乃俣?，因此染料?huì)沉淀而不是被纖維吸收。
所以，一種染料從溶液中分配到纖維中的過程是復(fù)雜的，不僅取決于它在SCF-CO2中的溶解度，而且取決于它對纖維的親合度，即在每種特殊條件下即SCF-CO2密度和溫度條件下纖維的擴(kuò)散系數(shù)和時(shí)間。因此，進(jìn)一步建議使用除了上述點(diǎn)A和B之外的多種減壓途徑，由此可避免摩擦脫色。例如，對于點(diǎn)A和B，同時(shí)使用冷卻和密度降低(排空)途徑。例如，同上述用于溫度可控和密度可控染料的減壓途徑比較起來可減少染色時(shí)間的立場來看，這些路線有其優(yōu)點(diǎn)。然而，上述方法和實(shí)施例1和2中的方法與以前的工藝方法相比，能產(chǎn)生在SCF-CO2中染色疏水紡織纖維的高質(zhì)量和改進(jìn)的染色工藝，因此被認(rèn)為顯示了本領(lǐng)域的重大進(jìn)步。
雖然下面的術(shù)語在本領(lǐng)域已經(jīng)有明確的定義，但提出下面的定義有助于解釋本發(fā)明。
術(shù)語“超臨界流體二氧化碳”或“SCF-CO2”指在壓力和溫度高于臨界壓力(Pc=約73atm)和溫度(Tc=約31℃)條件下的CO2。在此狀態(tài)CO2基本上具有相應(yīng)氣體的粘度和介于液體和氣體狀態(tài)的密度之間的密度。
術(shù)語“疏水紡織纖維”指任何包含疏水材料的紡織纖維。更具體地，是指本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)理解的適用于紡織原料如紗、纖維、布或其他紡織原料中的疏水聚合物。疏水聚合物的優(yōu)選實(shí)例包括由對苯二酸和二元醇類制備的線性芳族聚酯；基于聚碳酸酯的纖維；和/或基于聚氯乙烯，聚丙烯或聚酰胺的纖維。最優(yōu)選的例子包括150旦尼爾/34單纖維型56三葉形膨體紗(聚酯纖維)，例如注冊商標(biāo)DACRON(E.I.Du Pont De Nemours和Co.)的產(chǎn)品。優(yōu)選的聚合物，例如上述列舉的聚酯，其在SCF-CO2中的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度通常落在約55℃到約65℃的溫度范圍內(nèi)。
術(shù)語“染色劑”指可微溶于水或基本上不溶于水的染料，實(shí)例包括但不僅限于在本領(lǐng)域公認(rèn)的參考手冊Color Index中確定作為分散染料的染料形式。更多的例子可在下面的表1到3中找到。優(yōu)選，染色劑為不含添加劑的壓餅狀固體顆粒。
術(shù)語“微溶”，當(dāng)用于染料時(shí)，指此染料在特定溶劑的溫度和壓力下不易溶于該溶劑中。所以當(dāng)染料在特定的溫度、密度和/或壓力下是“微溶”于此溶劑時(shí)，此染料傾向于不溶于此溶劑，或換句話說，從該溶劑中沉淀出來。
術(shù)語“摩擦脫色”用于描述被染的商品時(shí)，指當(dāng)與其他表面摩擦或接觸時(shí)，染料從已染色的原料上轉(zhuǎn)移到其他的表面。
術(shù)語“纖維擴(kuò)散系數(shù)”指染料進(jìn)入纖維中的通量，類似于熱傳遞系數(shù)。
根據(jù)長期存在的專利法慣例，用于包括權(quán)利要求的本申請時(shí)，術(shù)語“一”和“一個(gè)”指“一個(gè)或多個(gè)”。
下面的實(shí)施例將說明本發(fā)明優(yōu)選的方式。下面的實(shí)施例的某些方面是按照本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)或預(yù)期的適用本發(fā)明實(shí)踐的技術(shù)和程序來描述的。這些實(shí)施例通過適用本發(fā)明人的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)得到例證。根據(jù)本發(fā)明公開的內(nèi)容和本領(lǐng)域技術(shù)人員的一般水平，技術(shù)人員應(yīng)意識(shí)到下列實(shí)施例僅僅作為示例性的，在不背離本發(fā)明精神和范圍的條件下，可以采用多種變化、修飾和改變。
實(shí)施例1--溫度可控染料如本實(shí)施例所公開，新的染色方法包括，首先選擇一種染色劑，該染色劑在高溫下可溶于SCF-CO2中，及在較低溫度下可微溶于SCF-CO2或近臨界流體CO2中。優(yōu)選的高溫范圍包括約60℃到約200℃。更優(yōu)選的高溫范圍包括約90℃到約140℃。最優(yōu)選的高溫范圍包括約100℃到約130℃。實(shí)際上如下表1A到1C中描述的，平均高溫通常為約100℃。如從下表中所看到，本文中此高溫度也被稱為“染色溫度”或“Tdyeing”，通過加熱至該高溫時(shí)啟動(dòng)染色并且染色在此溫度持續(xù)預(yù)定的時(shí)間。還應(yīng)注意的是，此高溫優(yōu)選低于染料自身的熔化/降解溫度，并且優(yōu)選低于疏水紡織纖維的熔化溫度，例如對于聚酯是252℃。
優(yōu)選的較低溫范圍包括約30℃到80℃，實(shí)際上，優(yōu)選的低溫范圍落在使SCF-CO2保持SCF狀態(tài)的溫度內(nèi)并且此低溫范圍高于上述染色的纖維原料的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度。因此，更優(yōu)選的較低溫范圍為約70℃到75℃。
此方法的壓力優(yōu)選至少足夠高到能使CO2處于SCF狀態(tài)的壓力。示例性的壓力范圍包括從約73atm到約400atm。優(yōu)選的工藝參數(shù)被進(jìn)一步列于下表1A,1B和1C中。
用于表1A,1B和1C中的縮寫atm--大氣壓。
ρpackage--以克/立方厘米為單位的需染色疏水紡織纖維束的密度(g/cm3)。
ρco2--用克/立方厘米為單位的CO2密度(g/cm3)。
I/O--內(nèi)到外回路。
New--疏水紡織纖維束的錐度=40％。
O/I--外到內(nèi)回路。
Old--疏水紡織纖維束的錐度=100％Packagewt--以克為單位的疏水紡織纖維束重量(g)。
psi--磅/平方英寸Qco2--以加侖/分鐘為單位的CO2流速(gpm)。
(R)--膨脹管中反向CO2流res.--殘余物Tdyeing(℃)--啟動(dòng)染色的較高溫度范圍內(nèi)的溫度t--染色過程花費(fèi)的時(shí)間*--T=50℃時(shí)填充CO2*--高密度束。
表1A一般試驗(yàn)條件和纖維束特性


表1B一般試驗(yàn)條件和典型包裝

表1C平均試驗(yàn)條件和典型包裝

平均循環(huán)染色時(shí)間=16分鐘平均染色溫度≈100℃CO2平均密度(ρ)=0.62g/cm3平均壓力=4300psi=306atm=310bar
CO2平均流速=6-10gal/min在選擇了合適的染色劑以后，將疏水紡織纖維和染色劑各自置于染色系統(tǒng)中具有適當(dāng)容積的器皿中，并且在SCF壓力條件下，在SCF-CO2中被加熱到較高的溫度范圍內(nèi)的溫度下。CO2的加入量需足以達(dá)到要求的操作密度，通常在約0.6g/cm3到約0.65g/cm3的范圍。染色劑的加入量，和因此工藝中所用染料的濃度，將根據(jù)所需的色澤而變化，并且基于染料在SCF-CO2和纖維中的溶解度限制。另外，并優(yōu)選地，染色劑在高溫下易溶或高度溶解在SCF-CO2中。換句話說，在較高溫度范圍，染色劑與SCF-CO2溶劑有高親合度。
一旦SCF-CO2流動(dòng)達(dá)到足以滿足以下條件的溫度(1)溶解染色劑，通常在或高于50℃，和(2)使染色劑被擴(kuò)散進(jìn)入到疏水紡織纖維的疏水聚合物內(nèi)部，通常在或高于80℃的溫度時(shí)，聚酯的染色開始。換句話說，當(dāng)溫度高于疏水聚合物的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度時(shí)，染色劑擴(kuò)散進(jìn)入到疏水聚合物內(nèi)部。如上面列出的優(yōu)選疏水聚合物在SCF-CO2中的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度通常在約55℃到約65℃的范圍內(nèi)。此工藝的溫度在較高溫度范圍保持預(yù)定的時(shí)間，例如0到約45分鐘或0到約30分鐘。
通過隔離含染色劑的器皿和在SCF-CO2排空開始前將染色過程溫度冷卻到較低溫度范圍內(nèi)使疏水紡織纖維繼續(xù)被染色。術(shù)語“排空”指從染色系統(tǒng)中除去CO2。由于該過程為一個(gè)封閉的體系，因此SCF-CO2的密度保持恒定水平。正如上文所強(qiáng)調(diào)的，染色劑在低溫時(shí)微溶于SCF-CO2或近臨界流體CO2中。然而，因?yàn)槔鋮s步驟使染料的溶解度降低，導(dǎo)致染料更容易分配到那些正在著色的紡織纖維上，所以染色速率仍很高。實(shí)際上，溶解度的降低使染料向紡織纖維分配，直到染料大體完全從SCF-CO2染浴中耗盡。換句話說，在較低溫度范圍內(nèi)，染色劑對被染色的疏水紡織纖維比對SCF-CO2溶劑具有更高親合度。染料的不溶和染料向疏水紡織纖維中分配導(dǎo)致完全的染浴盡染作用。另外，將含染色劑的器皿與染色工藝的其余部分隔離將防止當(dāng)染浴耗盡時(shí)，容器中任何殘余的染色劑進(jìn)入SCF-CO2。
一旦染浴中無染料時(shí)，設(shè)備或底物就不會(huì)被不需要的染料沉淀污塞，因而可以減少已著色紡織纖維的摩擦脫色的可能。已著色的紡織纖維或染色設(shè)備不需要擦洗或后清潔步驟。因此減少了整個(gè)染色循環(huán)的時(shí)間。
在沒有經(jīng)排空或膨脹SCF-CO2從系統(tǒng)中除去CO2的條件下發(fā)生冷卻步驟。相反，現(xiàn)有技術(shù)工藝通過在高溫時(shí)排出CO2達(dá)到減壓，這時(shí)在SCF-CO2染浴中還殘留有染料。這將導(dǎo)致在其他試圖使用SCF-CO2染色工藝中可看到的普遍問題，即設(shè)備的污塞和已著色用品的摩擦脫色。
本發(fā)明的方法可進(jìn)一步包括在預(yù)定時(shí)間后的通過排空而減壓的步驟。優(yōu)選地，預(yù)定時(shí)間包括例如通過冷卻實(shí)現(xiàn)染料從SCF-CO2染浴中完全耗盡以后的時(shí)間。更優(yōu)選，排空是按照一系列步驟或連續(xù)的減壓逐步完成。例如，優(yōu)選地，每一步的減壓都是通過密度的降低步驟(ρ)，即以每5分鐘Δρ為0.05g/cm3的速度除去CO2；或每5分鐘降壓15atm到30atm。
因此在不排空或膨脹的條件下通過冷卻SCF-CO2染浴至較低溫度范圍內(nèi)的溫度，此時(shí)染料有非常低的溶解度，以避免用染色劑在SCF-CO2中染色的聚酯紡織纖維原料出現(xiàn)摩擦脫色。然而，溫度仍保持在染色溫度(疏水紡織纖維底物在SCF-CO2中的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度)以上，以使染料在SCF-CO2中不溶導(dǎo)致完全的染浴盡染。另外，在較低溫度范圍內(nèi)，合適的染色劑對要染色的疏水紡織纖維比對SCF-CO2溶劑具有更高親合度。此工藝特別適用如表2中Cl分散藍(lán)77(B77)染料。表2列出了根據(jù)分散染料在CO2中的平衡溶解度選擇出的一些分散染料。在表2中的染料B77可以具有如上述的和圖5中表示的“溫度可控染料”特性；且特別適合用于本實(shí)施例中所述的本發(fā)明工藝中。用于表2中的縮寫B(tài)--藍(lán)(染料的顏色)ρdye dissolve--以克/立方厘米(g/cm3)為單位的SCF-CO2的密度，在此密度下染料溶解。
ρdyeing--以克/立方厘米(g/cm3)為單位的SCF-CO2的密度，在此密度下染色開始。
EST.STR.DYE--染料的估計(jì)強(qiáng)度。
I/O--內(nèi)到外回路。
NC--未觀察到摩擦脫色。
O/I--外到內(nèi)回路。
QCO2--以加侖/分鐘(gpm)為單位的CO2流速。
R--紅(染料的顏色)REV.FLOW--膨脹器皿中反向CO2流。
Tcool down(℃)--繼續(xù)染色的較低溫度范圍內(nèi)的溫度。
Tdyeing(℃)--染色開始的較高溫度范圍內(nèi)的溫度。
Time(min)Dye--以分鐘為單位的染色過程中適用的時(shí)間段(min)V--紫(染料的顏色)Y--黃(染料的顏色)
表2


參見附圖，其中相同的標(biāo)號(hào)始終指的是同樣的部分。適合于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的的系統(tǒng)通常用10表示。在下文詳細(xì)的說明中將描述本發(fā)明工藝中主要包含的系統(tǒng)10的各部分。另外，下文還提供了系統(tǒng)10的其他部分的圖例說明。
特別參照圖1和2,SCF-CO2染色系統(tǒng)10的加熱和冷卻的操作和控制優(yōu)選包含3個(gè)不同的設(shè)備子系統(tǒng)。這些子系統(tǒng)包括填料和加壓子系統(tǒng)A，染色子系統(tǒng)B，和排放子系統(tǒng)C。二氧化碳通過CO2供氣瓶12被引入到系統(tǒng)10中。優(yōu)選的，供氣瓶12含有液態(tài)二氧化碳。這樣，液態(tài)CO2從供氣瓶12中通過管線14和調(diào)節(jié)閥16進(jìn)入填料和加壓子系統(tǒng)A，并且通過冷卻器28提供的水/乙二醇溶液在冷凝器26中冷卻。將CO2冷卻以確保其保持在液體狀態(tài)并且其壓力低到足以阻止系統(tǒng)加壓泵34發(fā)生空化現(xiàn)象。
繼續(xù)參見圖1和2，渦輪流量計(jì)30計(jì)量供給染色系統(tǒng)10液態(tài)CO2的進(jìn)料量。泵34將液態(tài)CO2的壓力增加到高于CO2的臨界壓力但低于染色系統(tǒng)的操作壓力，通常大約4500psig。來自冷卻器28的水/乙二醇支流為泵34提供冷卻。一旦到達(dá)系統(tǒng)壓力的設(shè)置點(diǎn)，通過打開控制閥36使液態(tài)CO2從旁路回到泵34的抽吸端從而使泵34連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。如果此系統(tǒng)的壓力低于設(shè)置值，將導(dǎo)致多余的液態(tài)CO2進(jìn)入染色子系統(tǒng)B中，此時(shí)閥門關(guān)閉。如果使用共-溶劑，在泵34出料時(shí)通過泵50將溶劑注入到液態(tài)CO2中并且通過靜態(tài)混合器38混合。加入共-溶劑時(shí)，本文所述的所有工藝步驟保持不變。
繼續(xù)參見圖1和2，液態(tài)CO2離開混合器38進(jìn)入電子預(yù)加熱器40，在此它的溫度將升高。已加熱的和加壓的CO2可以通過針閥66進(jìn)入到染色子系統(tǒng)B并且進(jìn)入染料添加容器70；通過針閥64染色容器106；或通過上述兩條途徑。典型地，染色子系統(tǒng)B分別通過染料添加容器70和染色容器106，同時(shí)填料和加壓。
一旦足量的液態(tài)CO2被加入到染色子系統(tǒng)B中達(dá)到了操作密度，通常的值為0.6到0.65g/cm3，循環(huán)泵98被啟動(dòng)。泵98使液態(tài)CO2通過染料加料容器70，容器70含有已稱重的染色劑，然后通過染色容器106循環(huán)，容器106含有將要被染色的紗束。一旦循環(huán)開始，分別通過打開控制閥78和84提供蒸氣和從添加染料容器70上的加熱/冷凝套71中除去冷凝物從而啟動(dòng)子對系統(tǒng)B的加熱。同樣的，可分別打開控制閥132和136以提供蒸氣和從染色容器106上的加熱/冷凝套107中除去冷凝物，工業(yè)生產(chǎn)會(huì)在循環(huán)回路中適用熱交換器以提供對SCF-CO2的加熱，而不是依靠通過容器套71和107加熱。繼續(xù)加熱直至系統(tǒng)經(jīng)過CO2臨界溫度并達(dá)到操作或染色溫度，優(yōu)選地，約100℃至約130℃。
離開循環(huán)泵98的SCF-CO2經(jīng)過視鏡96并通過關(guān)閉球閥94和打開球閥93而轉(zhuǎn)向，經(jīng)過染料加料容器70，染料在該容器中溶解。裝載了染料的SCF-CO2從染料加料容器70流出通過球閥92和流量計(jì)118到達(dá)球閥120。球閥120是一個(gè)三通閥，根據(jù)其被設(shè)定的方向使SCF-CO2流轉(zhuǎn)向流入裝在染色容器106內(nèi)的內(nèi)或外。如果球閥120設(shè)置成使流體轉(zhuǎn)向至球閥104的方向，并且球閥104打開而球閥102關(guān)閉，那么所有的SCF-CO2流繼續(xù)進(jìn)入到染色錠內(nèi)部(圖1和2中未標(biāo)出)。流體繼續(xù)從染色錠的內(nèi)部向外部，從其上纏繞著聚酯紗束的染色管的內(nèi)部向外部(圖1和2中未標(biāo)出)流動(dòng)，并經(jīng)過聚酯紗束流出進(jìn)入染色容器106內(nèi)部。SCF-CO2從染色容器106內(nèi)流出，經(jīng)過打開的球閥114和116到泵98的抽氣端，完成聚酯紗束從內(nèi)到外的染色循環(huán)。
如果球閥120設(shè)置成使流體轉(zhuǎn)向到球閥114的方向，且球閥114打開而球閥116關(guān)閉，那么所有的SCF-CO2流進(jìn)入染色容器106內(nèi)部和聚酯紗束的外部。流體流經(jīng)聚酯紗束，繼續(xù)從其上纏繞著聚酯紗束的染料管的外部向內(nèi)部流動(dòng)，然后從染色錠的外部流到內(nèi)部。SCF-CO2從染色錠內(nèi)流出，經(jīng)過打開的球閥104和102到達(dá)泵98的抽氣端，完成聚酯紗束從外到內(nèi)的染色循環(huán)。
流經(jīng)染料添加容器70的SCF-CO2一旦到達(dá)充分滿足下列條件的溫度時(shí)，啟動(dòng)聚酯染色(1)該溫度足以溶解染色劑，特別是在或高于50℃，和(2)使染色劑擴(kuò)散到聚酯內(nèi)部，特別是在或高于80℃。裝載了染料的SCF-CO2流速保持在1加侖/分鐘(GPM)/1b的聚酯或更低到大于15(GPM)/1b的聚酯的速度。如表1A,1B和1C中所述，裝載了染料的SCF-CO2周期性的在內(nèi)到外(I/O)回路和外到內(nèi)(O/I)回路之間轉(zhuǎn)換，以促進(jìn)聚酯紗的均勻染色；例如，6min/2min.I/O,6min./4min.I/O,5min./5min.I/O，等等。這個(gè)染色過程在保持了染色溫度最好保持在約100℃到約130℃的系統(tǒng)10中繼續(xù)，直到染色劑在聚酯紗上產(chǎn)生滿意的色調(diào)的均勻分布，通常需要約30分鐘。
如染色劑的溶解度和親合度特性所示，一旦染色劑在聚酯紗上盡染，染色系統(tǒng)在不排空的條件下被冷卻。此減壓過程使保存在SCF-CO2溶液中的染料排放到聚酯纖維中。
染色過程的冷卻開始前，通過打開球閥94同時(shí)關(guān)閉球閥92和93使染料加料容器70與染色工藝中的其余部分隔離。這一動(dòng)作使SCF-CO2通過染色容器106，而不是通過染料加料容器70來保持一個(gè)循環(huán)回路。這樣能防止殘留在染料加料容器70中任何多余的染料進(jìn)入SCF-CO2溶液中，并且將防止可能殘余在染料加料容器70中的任何殘余染料在冷卻和/或排空步驟中進(jìn)入到SCF-CO2中。
通過繼續(xù)SCF-CO2循環(huán)，同時(shí)當(dāng)冷卻染色容器106，冷卻過程開始。循環(huán)泵98的作用是在冷卻過程中保持系統(tǒng)流速。另外，因?yàn)橄到y(tǒng)10為封閉的系統(tǒng)，所以在冷卻過程中SCF-CO2的密度保持不變。染色容器106的冷卻通過關(guān)閉控制閥132和136分別關(guān)閉蒸氣的供給和除去冷凝物到夾套107中來完成。分別打開控制閥134和138從夾套71注入和除去冷卻水。通過分別關(guān)閉閥78和84以切斷蒸氣供給和將冷凝物排至套71來完成染料添加容器70的冷卻，分別打開控制閥80和82從夾套71注入和除去冷卻水。工業(yè)生產(chǎn)會(huì)在循環(huán)回路中使用熱交換器來冷卻SCF-CO2，而不是靠容器夾套71和107冷卻。為了使隨后的染色工藝間的加熱時(shí)間減至最小，在工業(yè)生產(chǎn)上不會(huì)冷卻染色和染料加料容器，以便這些容器的壁和蓋能保存盡可能多的熱量。
一旦當(dāng)系統(tǒng)被冷卻到了低溫度范圍內(nèi)的目標(biāo)溫度，優(yōu)選70-75℃，并且大體上完成了染料的盡染作用，排空開始。排空是通過打開針閥109提供從染色容器106到控制閥154的流動(dòng)通道來完成。打開控制閥154以設(shè)定染色子系統(tǒng)B內(nèi)的壓力，打開控制閥166以設(shè)定分離器156內(nèi)的壓力。通過適度的調(diào)整控制閥154和166，染色容器106中的壓力以可控的速率降低，通常平均值在0.01到1.01b/min的范圍。在排空過程中隔離染料加料容器70，防止染料加料容器70中的任何多余染料進(jìn)入SCF-CO2溶液中。通過關(guān)閉球閥92和93完成染料加料容器70的隔離，同時(shí)打開球閥94以保持染色容器的循環(huán)回路。
在排空過程中，SCF-CO2流通過控制閥154從染色子系統(tǒng)B排出，并進(jìn)入排空子系統(tǒng)C的分離器156。在分離器156中，壓力足夠低到使CO2為氣體狀態(tài)并且任何殘余的染料不再可溶于其中。染色劑的固體收集在分離器156中而氣態(tài)的CO2通過控制閥166排出。一旦氣態(tài)的CO2經(jīng)過控制閥156，可通過打開針閥168將其排放到大氣中。維持針閥168的關(guān)閉以使氣態(tài)CO2通過過濾器172和174再次循環(huán)進(jìn)入填料和加壓子系統(tǒng)A。過濾器172和174收集可能隨氣態(tài)CO2流逃脫分離器156的任何微量固體。從過濾器172和174流出的氣態(tài)CO2通過單向閥178并進(jìn)入填料和加壓子系統(tǒng)A，在系統(tǒng)10中被重新利用。
現(xiàn)在參照圖3，其示意性地描述了用于本發(fā)明SCF-CO2染色工藝中的另一個(gè)系統(tǒng)10′。然而通常系統(tǒng)10＇以類似于上述系統(tǒng)10和圖1和2中描述的方式工作。系統(tǒng)10＇包括CO2氣瓶12＇，CO2從其中流出通過單向閥16進(jìn)入冷卻器26＇。CO2在冷卻器26＇中被冷卻并被加壓，然后用容積泵34＇泵入染料加料容器70＇。在將CO2送入容器70＇以前，將染色材料放入容器70＇。這樣，當(dāng)將CO2進(jìn)入容器70＇時(shí)，染色劑懸浮和/或溶解在二氧化碳中。泵34＇的作用是將二氧化碳/染料溶液或懸浮液，從染料加料容器70＇中抽出，通過手動(dòng)閥64＇和單向閥182＇流入染色容器106＇，該容器中含有將被染色的紡織纖維。在二氧化碳/染料溶液或懸浮液進(jìn)入之前，染色容器106＇被加壓和加熱到SCF染色狀態(tài)。這樣，當(dāng)二氧化碳/染料溶液或懸浮液流入染色容器106＇時(shí)，染料視情況保持在溶液中或溶解在SCF-CO2中。蒸氣和/或冷卻水分別通過閥132＇和134＇被引入到染色容器106＇的夾套107＇。這樣，在容器106＇中達(dá)到使染料溶解和染色的適宜溫度。特別是，通過閥134＇引入冷卻水提供了較低的溫度，在該溫度下染料微溶于SCF-CO2或近臨界流體CO2中。在此溫度，染料分配到染色容器中需染色的紡織纖維中。在染色期間和染色后，通過閥132＇加入的蒸氣產(chǎn)生的任何冷凝物通過排出口136＇排出，而任何通過閥134＇加入的水從排水口138＇排出。
再繼續(xù)參見圖3，在染色過程中，SCF-CO2/染料溶液通過循環(huán)泵98＇、閥104＇和114＇、和三通閥120＇以類似于上述系統(tǒng)10中閥104和114、和三通閥120的方式在容器106＇內(nèi)外循環(huán)。將流量計(jì)118＇放在系統(tǒng)10′中的循環(huán)泵98＇和三通閥120＇之間以便能檢測SCF-CO2/染料溶液的流速。于是通過循環(huán)子系統(tǒng)使染色更容易。進(jìn)一步，循環(huán)泵98＇的作用能在冷卻期間保持系統(tǒng)的流速。
再繼續(xù)參見圖3，在預(yù)設(shè)時(shí)間以后，優(yōu)選當(dāng)觀察到染浴完全消耗時(shí)，將SCF-CO2從染色容器106＇移出并且流過回壓調(diào)節(jié)器154＇。此時(shí)，降低工藝的壓力并且將系統(tǒng)中CO2引入分離器156＇中。所有的殘余染料，可能很少量，在分離器156＇中從CO2中被除去。然后可通過排出口170＇排出CO2。或者，CO2可通過單向閥178＇循環(huán)回到系統(tǒng)10＇。
現(xiàn)在參照圖4，描述了另一種適用于本發(fā)明工藝中的系統(tǒng)的可選擇的實(shí)施方案。系統(tǒng)10＂包括CO2氣瓶12＂,CO2從氣瓶12＂中通過單向閥16＂流入再冷凝器26＂。在該再冷卻器26＂中CO2的溫度被降低，以確保其保持液態(tài)并且壓力足夠低到防止容積泵34＂發(fā)生空化。然后容積泵34＂通過手動(dòng)閥64＂將CO2排出，通過單向閥182＂，流入染色容器106＂中。染色容器106＂中含有將被染色的紡織纖維。
繼續(xù)參見圖4，加壓和加熱染色容器106＂產(chǎn)生達(dá)到SCF溫度和壓力的CO2。用循環(huán)泵98＂和閥104＂和114＂以類似于上述系統(tǒng)10中閥104和114的方式將SCF-CO2從容器106＂中抽出。通過閥92＂將SCF-CO2注入到含合適染料的染料加料容器70＂中。這樣，染料被溶解在SCF-CO2中。循環(huán)泵98＂輸送SCF-CO2染料溶液從容器70＂中通過流量計(jì)118＂和三通閥120＂回到染色容器106＂，在其中完成紡織纖維的染色。在染色期間，蒸氣和/或冷卻水分別通過閥132＂和134＂被引入到染色容器106＂的夾套107＂中。從而，在容器106＂中達(dá)到染料溶解和染色的適宜溫度。特別是，冷卻水通過閥134＂引入，以提供較低溫度的染浴，在該低溫下染料微溶于染浴中SCF-CO2和近臨界流體CO2。在此溫度，染料在染色容器106＂中分配到正在染色的紡織纖維中。在染色期間和染色后，通過閥132＂將由加入的水蒸氣產(chǎn)生的任何冷凝物從排出口136＂排出，而通過閥134＂將加入的水從排水口138＂排出。
在預(yù)設(shè)時(shí)間以后，優(yōu)選當(dāng)觀察到SCF-CO2染浴完全消耗時(shí)，將SCF-CO2染浴從染色容器106＂移入回壓調(diào)節(jié)器154＂。此時(shí)，使用調(diào)節(jié)器154＂使過程的壓力降低，然后將得到的CO2相加入到分離器156＂中。在分離器156＂中進(jìn)一步降低壓力以便使所有的很可能是少量的殘余染料，在分離器156＂內(nèi)沉積并將得到的不含染料的CO2氣體從分離器156＂中除去。具體可將不含染料的CO2通過排出口170＂排出或可通過單向閥178＂使CO2再循環(huán)回到系統(tǒng)10＂。如此可證明本發(fā)明工藝的功效。
實(shí)施例2--密度可控染料如實(shí)施例1所述，在SCF-CO2中用染色劑染色例如聚酯纖維的疏水紡織纖維的摩擦脫色可以通過冷卻而不排空SCF-CO2染浴至一定溫度來避免，在該溫度下染料的溶解度很低，并且該溫度保持在染色溫度(疏水紡織纖維在SCF-CO2中的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度)以上，所以染料的不溶導(dǎo)致完全的染浴盡染。此類染料表征為上述的“溫度可控染料”。
然而，還有其他的染料，例如CI分散黃86，即使在低溫下例如40℃時(shí)仍保持微溶。還有一些染料，例如CI分散紅167，其中含有的異構(gòu)體組分甚至在低溫下例如40℃時(shí)仍可溶解。表2列出了另外的一些例子。根據(jù)在此實(shí)施例中公開的本發(fā)明的一個(gè)可選擇實(shí)施方案，與在SCF-CO2染色過程中使用這些染料相關(guān)的摩擦脫色問題可通過控制SCF-CO2染浴密度的方法來避免。這些染料可表征為如上和圖5中描述的“密度可控染料”。
本發(fā)明這一可選擇實(shí)施方案的優(yōu)選的步驟包括，將底物或待染的紡織纖維和染色劑分別置于染色系統(tǒng)或設(shè)備中適當(dāng)?shù)膬?chǔ)存容器中，如上述實(shí)施例1中描述的系統(tǒng)10。接著向染色系統(tǒng)中填充CO2達(dá)到密度約為0.1g/cm3并且達(dá)到染色溫度例如約100℃。然后以希望的流速開始染色循環(huán)，其中流速通常的范圍在，例如約6到20加侖/分鐘(GMP)。
向染色系統(tǒng)中加入CO2，使SCF-CO2的密度增大到最終所要求的染色密度。優(yōu)選，此密度在約0.4g/cm3到0.7g/cm3的范圍內(nèi)。更優(yōu)選，此密度約為0.62g/cm3。當(dāng)SCF-CO2密度增加時(shí)，染色劑開始溶解在SCF-CO2中。一旦達(dá)到所要求的密度，染色循環(huán)開始并且持續(xù)進(jìn)行30到45分鐘，從而在纖維和染浴之間達(dá)到平衡或接近平衡。
隨著時(shí)間的過去(例如10分鐘)，密度緩慢的降低到較低的密度，例如密度降低到約0.3g/cm3到0.5g/cm3的范圍內(nèi)，同時(shí)使溫度保持在或接近染色溫度。優(yōu)選在較低密度范圍內(nèi)的密度約為0.45g/cm3。染色溫度對應(yīng)于在上述實(shí)施例1中描述的本發(fā)明的實(shí)施方案中提出的高溫范圍內(nèi)的溫度。然后可選擇運(yùn)行本發(fā)明工藝的可選擇實(shí)施方案直到盡染，如表3中所述此過程通常優(yōu)選在0到大約8-10分鐘內(nèi)發(fā)生，但也可在0到大約30-45分鐘內(nèi)。
可不降低工藝溫度，優(yōu)選通過一系列步驟或連續(xù)的減壓逐漸排空或膨脹系統(tǒng)來降低SCF-CO2的密度。例如，優(yōu)選通過逐步降低密度(ρ)，即每5分鐘Δρ為0.05g/cm3，或通過每分鐘降壓15atm到30atm，排出CO2實(shí)現(xiàn)排空。表3進(jìn)一步說明了通過排空或膨脹達(dá)到降壓。
表3SCF-CO2染色工藝的可選擇實(shí)施方案排空工藝系統(tǒng)體積10升(約)

為了清潔染浴，可根據(jù)實(shí)施例1中描述的降溫步驟，可選擇地將本發(fā)明工藝的可選擇實(shí)施方案的溫度降到仍在染色溫度范圍內(nèi)的溫度，即保持在染色溫度(疏水紡織纖維在SCF-CO2中的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度)以上。由此可完成染料不溶，和隨后染料沉淀在需染色的物品上。
因此，按照本發(fā)明，根據(jù)染色劑的溶解度和親合度特性可以冷卻染色工藝而不排空，然后排空至大氣壓，或是排空而不冷卻染色工藝然后冷卻和排空到大氣壓。冷卻/排空步驟或排空/冷卻步驟使保留在SCF-CO2溶液中的大部分的染料排出進(jìn)入到聚酯纖維中。在需要排空/冷卻工藝而不是冷卻/排空工藝的情況下，其操作與上述實(shí)施例1中相對于優(yōu)選實(shí)施方案提出的冷卻排空工藝是相同的，只是恰好相反。
實(shí)施例3--溫度控制曲線染料在SCF-CO2中的溶解度是影響紡織原料染色均勻度的一個(gè)因素。到現(xiàn)在為止，現(xiàn)有技術(shù)中的SCF-CO2染色工藝一直在試圖使溶液中的染料量最大化。在最短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)均勻的染色方面，這種方法不是最佳的。實(shí)際上，另一種方法包括小心控制SCF-CO2密度和溫度或使用染料特定的劑量給料策略，使染料濃度始終有利于達(dá)到染料被纖維吸收的快速平衡。在這些條件下，不均勻的染色問題，例如黑斑和條紋減至最小。另外，需要減少染色溫度下的時(shí)間以克服這些問題。本文描述了此方法。
因此，本發(fā)明的超臨界流體SCF-CO2染色工藝進(jìn)一步包括根據(jù)預(yù)設(shè)的溫度控制曲線啟動(dòng)相應(yīng)的染色工藝。當(dāng)與現(xiàn)有技術(shù)中的染色工藝相比，實(shí)施例1和2中描述的工藝能生產(chǎn)高質(zhì)量和疏水紡織原料的染色的改善，根據(jù)所選定溫度曲線啟動(dòng)染色，改善染色的均勻度，顯著降低與工業(yè)規(guī)模染色系統(tǒng)的生產(chǎn)相關(guān)的成本。
根據(jù)一種示例性的預(yù)設(shè)的溫度控制曲線，染色系統(tǒng)的溫度設(shè)置成低于被染色的疏水紡織纖維的Tg溫度。例如，此溫度可設(shè)置為約40℃。然后，以可控的速度將溫度從約40℃升到約130℃或更高。圖6提供了在SCF-CO2中使用示例染料CI分散藍(lán)77的溫度控制圖。圖中Y軸曲線上溫度的增加速率約為1℃/min到1.5℃/min。此過程中壓力從約2700磅/平方英寸(PSI)增加到約4500PSI，此期間CO2密度保持不變。例如，CO2密度保持在約0.55g/cm3不變，并且當(dāng)溫度增加時(shí)，分散染料在SCF-CO2中的溶解度增加。
盡管申請人希望不受本發(fā)明任何特殊原理的限制，但由于兩個(gè)原因，相信這一曲線能促進(jìn)最初的均勻吸附并導(dǎo)致更均勻的染色。首先，染料在低溫度下難溶，因此初始染色速率(動(dòng)態(tài)傳質(zhì)速度)較慢，能避免被染色的疏水紡織纖維束中產(chǎn)生濃度梯度。其次，沒有超過聚酯Tg溫度，這會(huì)降低恒定的動(dòng)態(tài)吸附速率并因此限制染料的吸收速率。
為了詳細(xì)說明，在較低的工藝溫度下加入染料將降低使染料對纖維的瞬染率和親合度降低，并且通常導(dǎo)致染料在CO2中濃度更低。這些條件使染色劑更慢地進(jìn)入到纖維中以及達(dá)到在纖維中濃度的平衡值，該值要低于在高工藝溫度下，例如在110℃下，向纖維中加入染料所得到的濃度平衡值。此外，由于隨工藝溫度的逐漸增加繼續(xù)加入染料，所以在此過程中保持條件有利于在纖維束中染料平衡達(dá)到最大化。因此，均勻度增加了，并且任何黑斑或條紋的風(fēng)險(xiǎn)降至最小。
此外，伴隨著工藝溫度的增加，解吸常數(shù)ra＇將相對于吸收速率常數(shù)而增加。曲線特異性有利于增加染料從纖維束中具有較深色調(diào)位置處的移出，并移動(dòng)到纖維束內(nèi)具有較淺色調(diào)的位置處，從而使纖維束的染色均勻。另外，在較低溫度條件下加入染料會(huì)增加工藝中染料與纖維的相遇時(shí)間(即染色時(shí)間)，也可提高纖維束的染色均勻度。
因此，較慢的消耗SCF-CO2染浴，能得到更好的染色均勻度。完整的染色循環(huán)使染料的吸收率達(dá)到約99％，在1到6 gpm/1b的紗速下逆流時(shí)，2(I)比2.5(O)，使加熱時(shí)間增加30分鐘(在130℃下運(yùn)行)。盡管申請人不希望受任何具體的操作原理的限制，但顯而易見溫度增加的速率和染色溫度影響染色的均勻度。在較低的溫度增加速率下(從約40℃開始到約130℃)，有利于染料在建立吸附平衡以前更均勻的吸收。
作為延長加熱時(shí)間的結(jié)果，同上述實(shí)施方案相比，染色循環(huán)時(shí)間增加了，也將有利于染色的均勻度。此外，更高的染色溫度(例如130℃或更高)將增加染料從被染色的疏水紡織纖維束內(nèi)和外遷移/擴(kuò)散至其中間。用吸收速率或吸收量的觀點(diǎn)，即“動(dòng)力學(xué)的或熱力學(xué)的”術(shù)語來表示，染色也將是均勻的。
已觀察到在染色溫度為t=130℃時(shí)深層染色和染料黑斑和條紋較少產(chǎn)生，這一溫度遠(yuǎn)高于疏水紡織纖維在SCF-CO2中的Tg溫度。此外，當(dāng)根據(jù)本發(fā)明使用的溫度曲線時(shí)，染色機(jī)器幾乎是完全清潔的，即當(dāng)染色過程完成后，機(jī)器內(nèi)只有很少的染料殘余物。染色纖維束均勻度的提高可考慮使用較低的流速(例如，1到6GPM/1b的紗，相對于上述工藝的20GPM/1b的紗)，這與機(jī)器耗費(fèi)的經(jīng)濟(jì)效益相關(guān)。因此通過使用本文描述的溫度曲線，可充分降低與工業(yè)規(guī)模SCF-CO2染色機(jī)器的生產(chǎn)相關(guān)的成本。
表4--圖1和2中圖標(biāo)符號(hào)



可以理解，本發(fā)明中的各種細(xì)節(jié)可在不背離本發(fā)明范圍的條件下改變。更進(jìn)一步，前面的描述僅僅是為說明本發(fā)明，而不是為了限制由權(quán)利要求定義的本發(fā)明。
根據(jù)條約第19條修改的聲明依據(jù)1999年9月28日寄出的國際檢索報(bào)告，申請人修改了權(quán)利要求使之與相應(yīng)的美國申請所允許的相一致，其中權(quán)利要求1、7、 10、11、13、15、19、25、26、28、30、34、38、45和47已被修改，權(quán)利要求14、29、42-44、和46已被刪除，權(quán)利要求51-55為增加。
權(quán)利要求書按照條約第19條的修改1、在SCF-CO2中用染色劑染色疏水紡織纖維的工藝，該工藝包括以下步驟(a)根據(jù)染色劑在SCF-CO2中的溶解度曲線選擇一種染色劑，其中所選的染色劑在第一個(gè)溫度范圍內(nèi)相對易溶于SCF-CO2中，而在第二個(gè)溫度范圍內(nèi)相對難溶于SCF-CO2或近臨界流體CO2中，其中第一個(gè)溫度范圍高于第二個(gè)溫度范圍；(b)在SCF壓力條件下，在SCF-CO2中加熱疏水紡織纖維和染色劑使溫度達(dá)到第一個(gè)溫度范圍，從而開始染色；和(c)在不排空SCF-CO2從而使SCF-CO2密度保持恒定的條件下，通過冷卻工藝降溫到第二個(gè)溫度范圍內(nèi)的溫度，以進(jìn)行疏水紡織纖維染色。
2、根據(jù)權(quán)利要求1的工藝，其中，染色劑包括不含添加劑的壓餅狀固體顆粒。
3、如權(quán)利要求1的工藝，其中，第一溫度范圍包括約60℃到約200℃。
4、如權(quán)利要求3的工藝，其中，第一溫度范圍包括約90℃到約140℃。
5、根據(jù)權(quán)利要求4的工藝，其中，第一溫度個(gè)范圍包括約100℃到約130℃。
6、根據(jù)權(quán)利要求1的工藝，其中，第二個(gè)溫度范圍包括接近疏水紡織纖維的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度的溫度范圍。
7、根據(jù)權(quán)利要求1的工藝，其中第二個(gè)溫度范圍包括在此溫度下染色劑對疏水紡織纖維比對SCF-CO2有相對更高親合度的溫度范圍。
8、如權(quán)利要求1的工藝，其中第二個(gè)溫度范圍包括約30℃到約80℃。
9、如權(quán)利要求8的工藝，其中第二個(gè)溫度范圍包括約70℃到約75℃。
10、根據(jù)權(quán)利要求1的工藝，還包括排空工藝步驟。
11、根據(jù)權(quán)利要求10的工藝，其中預(yù)定時(shí)間包括經(jīng)過該時(shí)間后實(shí)現(xiàn)染色劑基本上完全從SCF-CO2中耗盡的時(shí)間。
12、根據(jù)權(quán)利要求10的工藝，其中工藝的排空是依一系列步驟逐步進(jìn)行的。
13、根據(jù)權(quán)利要求1的工藝，進(jìn)一步包括以下步驟(a)在低于纖維的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度的溫度條件下，將染色劑加入到疏水紡織纖維中；和(b)在SCF壓力條件下，根據(jù)溫度曲線在SCF-CO2中加熱疏水紡織纖維和染色劑使溫度達(dá)到第一個(gè)溫度范圍內(nèi)的溫度，由此染料開始被吸收進(jìn)入疏水紡織纖維，其被吸入速率低于不使用溫度曲線時(shí)在第一個(gè)溫度范圍被吸入的速率。
14、根據(jù)權(quán)利要求13的工藝，其中溫度分布曲線還包括溫度以約1℃/min到約1.5℃/min的速率從約40℃升溫到約130℃的溫度范圍內(nèi)。
15、根據(jù)權(quán)利要求1的工藝，其中疏水紡織纖維包括聚酯。
16、根據(jù)權(quán)利要求1的的工藝，其中此工藝為分批染色工藝。
17、通過權(quán)利要求1的工藝生產(chǎn)出的被染色的紡織材料。
18、在SCF-CO2中用染色劑染色疏水紡織纖維的染色工藝，該工藝包括以下步驟(a)根據(jù)染色劑在SCF-CO2中的溶解度曲線選擇一種染色劑，其中所選染色劑在包括約60℃到約200℃的第一個(gè)溫度范圍內(nèi)相對易溶于SCF-CO2中，而在包括約30℃到約80℃的第二個(gè)溫度范圍內(nèi)相對難溶于SCF-CO2中，第二個(gè)溫度范圍還包括在此范圍染色劑對疏水紡織纖維比對SCF-CO2有相對更高親合度的溫度范圍；(b)在SCF壓力條件下，在SCF-CO2中加熱疏水紡織纖維和染色劑使溫度達(dá)到第一個(gè)溫度范圍內(nèi)的溫度，開始染色；和(c)在不排空SCF-CO2從而使SCF-CO2的密度保持不變的條件下，通過冷卻工藝到第二個(gè)溫度范圍進(jìn)行疏水紡織纖維的染色。
19、根據(jù)權(quán)利要求18的工藝，其中染色劑包括不含添加劑的壓餅狀固體顆粒。
20、如權(quán)利要求15的工藝，其中第一溫度范圍包括約90℃到約140℃。
21、如權(quán)利要求20的工藝，其中，第一個(gè)溫度范圍包括約100℃到約130℃。
22、根據(jù)權(quán)利要求18的工藝，其中第二個(gè)溫度范圍還包括接近疏水紡織纖維玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度的溫度范圍。
23、如權(quán)利要求18的工藝，其中第二溫度范圍包括約70℃到約75℃。
24、根據(jù)權(quán)利要求18的工藝，還包括排空工藝步驟。
25、根據(jù)權(quán)利要求24的工藝，其中預(yù)設(shè)時(shí)間包括經(jīng)過此時(shí)間后達(dá)到染色劑基本上完全從SCF-CO2中耗盡的時(shí)間。
26、根據(jù)權(quán)利要求24的工藝，其中工藝的排空是按照一系列步驟逐步進(jìn)行的。
27、根據(jù)權(quán)利要求18的工藝，進(jìn)一步包括以下步驟(a)在低于纖維的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度的溫度條件下，將染色劑加入到疏水紡織纖維中；和(b)在SCF壓力條件下，根據(jù)溫度曲線在SCF-CO2中加熱疏水紡織纖維和染色劑使溫度達(dá)到第一個(gè)溫度范圍內(nèi)的溫度，由此染料開始被吸收進(jìn)入疏水紡織纖維，其吸入速率低于不使用溫度曲線時(shí)在第一溫度范圍進(jìn)行染色的吸入速率。
28、根據(jù)權(quán)利要求27的工藝，其中溫度分布曲線還包括溫度以約1℃/min到約1.5℃/min的速率從約40℃升溫到約130℃。
29、根據(jù)權(quán)利要求18的工藝，其中的疏水紡織纖維包括聚酯。
30、根據(jù)權(quán)利要求18的工藝，其中，該工藝為分批染色工藝。
31、通過權(quán)利要求18的工藝生產(chǎn)出的被染色的紡織材料。
32、在SCF-CO2中用染色劑染色疏水紡織纖維的工藝，該工藝包括以下步驟
(a)根據(jù)染料在SCF-CO2中的溶解度曲線選擇一種染色劑，其中所選染色劑在第一個(gè)密度范圍內(nèi)相對易溶于SCF-CO2中，而在第二個(gè)密度范圍內(nèi)相對難溶于SCF-CO2或近臨界流體CO2中，該第二個(gè)密度范圍包括比第一個(gè)密度范圍低的密度范圍；(b)在SCF壓力條件下，通過加入CO2調(diào)節(jié)SCF-CO2的密度使密度達(dá)到第一個(gè)密度范圍，從而開始用染色劑染色疏水紡織纖維；(c)在SCF壓力條件下，在SCF-CO2中加熱疏水紡織纖維和染色劑到染色溫度，其中染色溫度是根據(jù)染料在SCF-CO2中的溶解度曲線來確定的；(d)在不降低工藝的溫度的條件下，通過排空CO2將SCF-CO2的密度降低到第二個(gè)密度范圍內(nèi)，進(jìn)行疏水紡織纖維的染色。
33、根據(jù)權(quán)利要求32的工藝，其中染色劑包括不含添加劑的壓餅狀固體顆粒。
34、根據(jù)權(quán)利要求32的工藝，其中第一個(gè)密度范圍包括約0.4g/cm3到約0.7g/cm3。
35、根據(jù)權(quán)利要求34的工藝，其中第一個(gè)密度范圍內(nèi)的密度包括約0.62g/cm3。
36、根據(jù)權(quán)利要求32的工藝，其中第二個(gè)密度范圍包括在此密度下染色劑對疏水紡織纖維具有比對SCF-CO2相對更高親合度的密度范圍。
37、根據(jù)權(quán)利要求32的工藝，其中第二個(gè)密度范圍包括約0.3g/cm3到約0.5g/cm3。
38、根據(jù)權(quán)利要求37的工藝，其中第二個(gè)密度范圍內(nèi)的密度約為0.45g/cm3。
39、根據(jù)權(quán)利要求32的工藝，其中CO2排空是按照一系列步驟逐步進(jìn)行的。
40、根據(jù)權(quán)利要求32的工藝，還包括以下步驟(a)在低于纖維的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度的溫度條件下，將染色劑加入到疏水紡織纖維中；和(b)在SCF壓力條件下，根據(jù)溫度曲線在SCF-CO2中加熱疏水紡織纖維和染色劑使溫度達(dá)到染色溫度，由此染料開始被吸收進(jìn)入疏水紡織纖維，吸入速率低于不使用溫度曲線時(shí)在染色溫度下被吸入的速率。
41、根據(jù)權(quán)利要求40的工藝，其中溫度分布曲線還包括溫度以約1℃/min到約1.5℃/min的速率從約40℃增加到約130℃。
42、根據(jù)權(quán)利要求32的工藝，其中疏水紡織纖維包括聚酯。
43、根據(jù)權(quán)利要求32的工藝，其中該工藝為分批染色工藝。
44、通過權(quán)利要求32的工藝生產(chǎn)出的被染色的紡織材料。
45、根據(jù)權(quán)利要求10的工藝，其中工藝的排空是以包括約0.01到約11b/min的速度的連續(xù)可控降壓的方式進(jìn)行。
46、根據(jù)權(quán)利要求24的工藝，其中工藝的排空是以包括約0.01到約11b/min的速度的連續(xù)可控降壓的方式進(jìn)行。
47、根據(jù)權(quán)利要求32的工藝，其中工藝的排空是以包括約0.01到約11b/min的速度的連續(xù)可控降壓的方式進(jìn)行。
48、在SCF-CO2中用染色劑染色疏水紡織纖維的工藝，該工藝包括以下步驟(a)根據(jù)染色劑在SCF-CO2中的溶解度曲線選擇一種染色劑，其中所選的染色劑在第一個(gè)密度范圍相對易溶于SCF-CO2中，而在第二個(gè)密度范圍相對難溶于SCF-CO2或近臨界流體CO2中，該第二個(gè)密度范圍包括低于第一個(gè)密度范圍的密度范圍；(b)在SCF壓力條件下，通過加入CO2調(diào)節(jié)SCF-CO2的密度使密度達(dá)到第一個(gè)密度范圍，從而開始用染色劑染色疏水紡織纖維；(c)在SCF壓力條件下，在SCF-CO2中加熱疏水紡織纖維和染色劑使溫度達(dá)到染色溫度，其中的染色溫度是根據(jù)染色劑在SCF-CO2中的溶解度曲線確定的；
(d)通過從染色工藝中排出CO2使SCF-CO2密度降低到第二個(gè)密度范圍內(nèi)，同時(shí)根據(jù)染色劑在SCF-CO2中的溶解度曲線降低染色溫度到第二個(gè)溫度范圍，從而進(jìn)行疏水紡織纖維的染色，其中與染色溫度相比，染色劑在第二個(gè)溫度范圍內(nèi)相對難相溶于SCF-CO2中。
49、根據(jù)權(quán)利要求48的工藝，其中在第二個(gè)密度范圍的密度包括約0.3g/cm3到約0.5g/cm3。
權(quán)利要求
1.在SCF-CO2中使用染色劑染色疏水防止纖維的工藝，該工藝包括以下步驟(a)選擇一種染色劑，該染色劑在第一個(gè)溫度范圍可溶解在SCF-CO2中而在第二個(gè)溫度范圍可微溶于SCF-CO2或近臨界流體CO2中，其中第一個(gè)溫度范圍高于第二個(gè)溫度范圍；(b)在SCF壓力條件下，在SCF-CO2中加熱疏水紡織纖維和染色劑使溫度達(dá)到第一個(gè)溫度范圍，從而啟動(dòng)染色；(c)在不排空SCF-CO2從而使SCF-CO2的密度保持不變的條件下，通過冷卻工藝降溫到第二溫度范圍內(nèi)的溫度繼續(xù)進(jìn)行疏水紡織纖維的染色；和(d)在預(yù)先確定的染色時(shí)間后結(jié)束染色過程。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的工藝，其中，染色劑包括不含添加劑的壓餅狀固體顆粒。
3.如權(quán)利要求1的工藝，其中，第一溫度范圍包括約60℃到約200℃。
4.如權(quán)利要求3的工藝，其中，第一溫度范圍包括約90℃到約140℃。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的工藝，其中，第一溫度個(gè)范圍包括約100℃到約130℃。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的工藝，其中，第二個(gè)溫度范圍包括接近疏水紡織纖維的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度的溫度范圍。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的工藝，其中第二個(gè)溫度范圍包括在此溫度下染色劑對疏水紡織纖維比對SCF-CO2有更高親合度的溫度范圍。
8.如權(quán)利要求1的工藝，其中第二個(gè)溫度范圍包括約30℃到約80℃。
9.如權(quán)利要求8的工藝，其中第二個(gè)溫度范圍包括約70℃到約75℃。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的工藝，進(jìn)一步包括經(jīng)過預(yù)設(shè)時(shí)間后的染色工藝的排空步驟。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的工藝，其中預(yù)定時(shí)間包括經(jīng)過該時(shí)間后達(dá)到染色劑從SCF-CO2中完全耗盡的時(shí)間。
12.根據(jù)權(quán)利要求10的工藝，其中工藝的排空是依一系列步驟逐步進(jìn)行的。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的工藝，進(jìn)一步包括以下步驟(a)在低于纖維的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度的溫度條件下，將染色劑加入到疏水紡織纖維中；和(b)在SCF壓力條件下，根據(jù)預(yù)定的溫度分布曲線在SCF-CO2中加熱疏水紡織纖維和染色劑使溫度達(dá)到第一個(gè)溫度范圍內(nèi)的溫度，啟動(dòng)染色。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的工藝，其中預(yù)定的溫度分布曲線進(jìn)一步包括增加了總?cè)旧珪r(shí)間的曲線，由此達(dá)到改善的染色均勻度。
15.根據(jù)權(quán)利要求13的工藝，其中預(yù)定的溫度分布曲線還包括溫度以約1℃/min到約1.5℃/min的速率從約40℃升溫到約130℃。
16.根據(jù)權(quán)利要求1的工藝，其中疏水紡織纖維包括聚酯。
17.根據(jù)權(quán)利要求1的的工藝，其中此工藝為分批染色工藝。
18.通過權(quán)利要求1的工藝生產(chǎn)出的被染色的紡織材料。
19.在SCF-CO2中用染色劑染色疏水紡織纖維的工藝，該工藝包括以下步驟(a)選擇一種染色劑，此染色劑在包括約60℃到約200℃的第一個(gè)溫度范圍內(nèi)可溶解在SCF-CO2中，而在包括約30℃到約80℃的第二個(gè)溫度范圍內(nèi)可微溶在SCF-CO2中，第二個(gè)溫度范圍進(jìn)一步包括在此范圍染色劑對疏水紡織纖維比對SCF-CO2有更高的親合度的溫度范圍；(b)在SCF壓力條件下，在SCF-CO2中加熱疏水紡織纖維和染色劑使溫度達(dá)到第一個(gè)溫度范圍內(nèi)的溫度，啟動(dòng)染色；和(c)在不排空SCF-CO2從而使SCF-CO2的密度保持不變的條件下，通過冷卻工藝到第二個(gè)溫度范圍繼續(xù)進(jìn)行疏水紡織纖維的染色；和(d)在預(yù)先確定的染色時(shí)間后結(jié)束染色過程。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的工藝，其中染色劑包括不含添加劑的壓餅狀固體顆粒。
21.如權(quán)利要求16的工藝，其中第一溫度范圍包括約90℃到約140℃。
22.如權(quán)利要求21的工藝，其中，第一個(gè)溫度范圍包括約100℃到約130℃。
23.根據(jù)權(quán)利要求19的工藝，其中第二個(gè)溫度范圍還包括接近疏水紡織纖維玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度的溫度范圍。
24.如權(quán)利要求19的工藝，其中第二溫度范圍包括約70℃到約75℃。
25.根據(jù)權(quán)利要求19的工藝，進(jìn)一步包括在預(yù)設(shè)時(shí)間后的染色工藝的排空步驟。
26.根據(jù)權(quán)利要求25的工藝，其中預(yù)設(shè)時(shí)間包括經(jīng)過此時(shí)間后達(dá)到染色劑從SCF-CO2中完全耗盡的時(shí)間。
27.根據(jù)權(quán)利要求25的工藝，其中工藝的排空是按照一系列步驟逐步進(jìn)行的。
28.根據(jù)權(quán)利要求19的工藝，進(jìn)一步包括以下步驟(a)在低于纖維的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度的溫度條件下，將染色劑加入到疏水紡織纖維中；和(b)在SCF壓力條件下，根據(jù)預(yù)定的溫度分布曲線在SCF-CO2中加熱疏水紡織纖維和染色劑使溫度達(dá)到第一個(gè)溫度范圍內(nèi)的溫度，啟動(dòng)染色。
29.根據(jù)權(quán)利要求28的工藝，其中預(yù)定的溫度分布曲線還包括增加了總?cè)旧珪r(shí)間的分布曲線，由此達(dá)到改善的染色均勻度。
30.根據(jù)權(quán)利要求28的工藝，其中預(yù)設(shè)的溫度分布曲線還包括溫度以約1℃/min到約1.5℃/min的速率從約40℃升溫到約130℃。
31.根據(jù)權(quán)利要求19的工藝，其中的疏水紡織纖維包括聚酯。
32.根據(jù)權(quán)利要求19的工藝，其中，該工藝為分批染色工藝。
33.通過權(quán)利要求19的工藝生產(chǎn)出的被染色的紡織材料。
34.在SCF-CO2中用染色劑染色疏水紡織纖維的工藝，該工藝包括以下步驟(a)選擇一種染色劑，該染色劑在第一個(gè)密度范圍可溶解在SCF-CO2中而在第二個(gè)密度范圍可微溶于SCF-CO2或近臨界流體CO2中，其中第二個(gè)密度范圍包括的密度低于第一個(gè)密度范圍；(b)在SCF壓力條件下，在SCF-CO2中加熱疏水紡織纖維和染色劑使溫度達(dá)到預(yù)設(shè)的染色溫度；和(c)在SCF壓力條件下，通過加入CO2調(diào)節(jié)SCF-CO2的密度達(dá)到第一個(gè)密度范圍內(nèi)的密度，開始用染色劑染色疏水紡織纖維；(d)通過在不降低工藝的溫度的條件下從工藝中排空CO2，將SCF-CO2的密度降低到第二個(gè)密度范圍內(nèi)繼續(xù)進(jìn)行疏水紡織纖維的染色；和(e)在預(yù)先確定的染色時(shí)間后結(jié)束染色過程。
35.根據(jù)權(quán)利要求34的工藝，其中染色劑包括不含添加劑的壓餅狀固體顆粒。
36.根據(jù)權(quán)利要求34的工藝，其中第一個(gè)密度范圍包括約0.4g/cm3到約0.7g/cm3。
37.根據(jù)權(quán)利要求36的工藝，其中第一個(gè)密度范圍內(nèi)的密度包括約0.62g/cm3。
38.根據(jù)權(quán)利要求34的工藝，其中第二個(gè)密度范圍包括在此密度下染色劑對疏水紡織纖維具有比對SCF-CO2更高親合度的密度范圍。
39.根據(jù)權(quán)利要求34的工藝，其中第二個(gè)密度范圍包括約0.3g/cm3到約0.5g/cm3。
40.根據(jù)權(quán)利要求39的工藝，其中第二個(gè)密度范圍內(nèi)的密度約為0.45g/cm3。
41.根據(jù)權(quán)利要求34的工藝，其中CO2排空是按照一系列步驟逐步進(jìn)行的。
42.根據(jù)權(quán)利要求34的工藝，其中當(dāng)溫度在低于預(yù)設(shè)溫度的溫度范圍內(nèi)時(shí)，所選的染色劑是微溶于SCF-CO2或近臨界流體CO2中；并且此工藝還包括通過冷卻工藝使溫度從預(yù)設(shè)溫度到較低的溫度范圍內(nèi)來完成疏水紡織纖維的染色，此時(shí)染料不溶解，并且隨后沉淀在疏水紡織纖維上。
43.根據(jù)權(quán)利要求42的工藝，其中溫度范圍包括約30℃到約80℃。
44.根據(jù)權(quán)利要求43的工藝，其中溫度范圍包括約70℃到約75℃。
45.根據(jù)權(quán)利要求34的工藝，還包括以下步驟(a)在低于纖維的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度的溫度條件下，將染色劑加入到疏水紡織纖維中；和(b)在SCF壓力條件下，根據(jù)預(yù)定的溫度分布曲線在SCF-CO2中加熱疏水紡織纖維和染色劑使溫度達(dá)到預(yù)設(shè)溫度分布條件的預(yù)設(shè)溫度。
46.根據(jù)權(quán)利要求45的工藝，其中預(yù)定的溫度分布曲線還包括增加了總?cè)旧珪r(shí)間的分布曲線，由此得到改善的染色均勻度。
47.根據(jù)權(quán)利要求45的工藝，其中預(yù)定的溫度分布曲線還包括溫度以約1℃/min到約1.5℃/min的速率從約40℃增加到約130℃。
48.根據(jù)權(quán)利要求34的工藝，其中疏水紡織纖維包括聚酯。
49.根據(jù)權(quán)利要求34的工藝，其中該工藝為分批染色工藝。
50.通過權(quán)利要求34的工藝生產(chǎn)出的被染色的紡織材料。
全文摘要
公開了使用二氧化碳染浴用染色劑染色疏水紡織纖維的工藝。一種工藝是在不排空或除去二氧化碳的條件下冷卻到處于或低于纖維的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度的目標(biāo)溫度,然后排空。另一種工藝是在不冷卻的條件下使用排空,達(dá)到目標(biāo)二氧化碳密度,在此密度下染料不再可溶,然后冷卻,再排空。附圖是適用于該染色工藝的系統(tǒng)的詳細(xì)示意圖。在圖中,染色系統(tǒng)(10)包含填料和壓力子系統(tǒng)(A)、染色子系統(tǒng)(B)、和排空子系統(tǒng)(C)。二氧化碳經(jīng)由供氣瓶(12)通過管線部分(14)和調(diào)節(jié)閥(16)被引入填料和壓力子系統(tǒng)(A),并于冷卻器(28)供給的冷凝器(26)中冷卻。當(dāng)二氧化碳離開混合器(38),二氧化碳在(40)被加熱,并通過閥門(66)和/或閥門(64)進(jìn)入染色子系統(tǒng)(B)。在排空過程中,二氧化碳通過控制閥門(154)從染色子系統(tǒng)(B)中流出,并進(jìn)入排空子系統(tǒng)(C)的分離容器(156)。
文檔編號(hào)D06P5/00GK1309735SQ99808695
公開日2001年8月22日 申請日期1999年5月10日 優(yōu)先權(quán)日1998年6月3日
發(fā)明者卡爾·布倫特·史密斯, 熱拉爾多·A·蒙特羅, 瓦爾特·A·亨德里克斯 申請人:北卡羅來納州立大學(xué)