(57)【要約】本発明は、超臨界ＣＯ２の染色方法及び染色システムである。前記染色方法は、以下のステップを含み：Ｓ１は、染色：染色予定対象物を染色システム上に配置して、染料吸着プロセスを完了する。Ｓ２は、超臨界ＣＯ２のダイナミックな染色固定システムで染色を固定する。ステップＳ１で染色した染色予定対象物を染色固定ケトル内に入れて、加圧ポンプをオンにし、適量のＣＯ２を注入し、染色固定ケトル中のＣＯ２を超臨界状態に到達させ、染色固定ケトルを加熱し、染色固定ケトルにおける温度や圧力がプロセスパラメータの設定値に達したときに、循環ポンプをオンにし、超臨界ＣＯ２ダイナミックな染色固定システムにおける超臨界ＣＯ２の流体をゆっくりと循環させ、一定時間継続した後、染色固定ケトルで染色予定対象物に染料／顔料の拡散及び定着処理を完了する。Ｓ３は、圧力を解放し、ＣＯ２を分離する。前記染色方法と染色システムは、高い生産効率、染料固定の均一性、材料使用の節約、広い染料適用範囲という利点があり、さまざまな繊維織物の染色に適している。【選択図】図１
2021519873.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超臨界ＣＯ２染色方法であって、
前記染色方法は以下のステップを含み、
Ｓ１：染色：染色予定対象物は染色システムによって染料／顔料吸着プロセスが完了され、前記染料／顔料がＣＯ２に不溶性の染料／顔料であり、
Ｓ２：超臨界ＣＯ２ダイナミックな染色固定システムで染色を固定する：前記Ｓ１ステップで染色した染色予定対象物を染色固定ケトル内に入れて、加圧ポンプをオンにし、前記超臨界ＣＯ２ダイナミックな染色固定システムに適量のＣＯ２を注入し、前記染色固定ケトル中のＣＯ２を超臨界状態に到達させ、前記染色固定ケトルを加熱し、前記染色固定ケトルにおける温度や圧力がプロセスパラメータの設定値に達したときに、循環ポンプをオンにし、前記超臨界ＣＯ２ダイナミックな染色固定システムにおける超臨界ＣＯ２の流体をゆっくりと循環させ、一定時間継続した後、前記染色固定ケトルで前記染色予定対象物に染料／顔料の拡散及び定着処理を完了し、
Ｓ３：染色固定が完了した後、リリーフバルブをオンにし、圧力を解放し、ＣＯ２流体は回収ケトルに入り、ＣＯ２の分離と回収を行う、
ことを特徴とする超臨界ＣＯ２染色方法。
【請求項２】
前記ステップＳ３が完了した後、ステップＳ４が実行され、前記染色固定ケトルを開き、染色が固定された染色予定対象物を取り出し、染色が固定された染色予定対象物を水又は石鹸で洗浄することを特徴とする請求項１に記載の超臨界ＣＯ２染色方法。
【請求項３】
前記染色予定対象物が織物であり、
前記ステップＳ１の染色が浸漬又はサイジングを採用し、具体的には以下のステップを含み：前記織物の材料に応じて必要な染色前駆液又はコーティングスラリーを配合し、織物への均一な附着を達成するために、前記染色前駆液に適応する補助剤を加え、
前記ステップＳ２における前記織物をワープビームの方式で前記染色固定ケトル内の超臨界ＣＯ２の流体中に入れ、固定圧力のプロセスパラメータの設定値は８ＭＰａ〜３０ＭＰａであり、温度のプロセスパラメータの設定値は６０℃〜１５０℃であり、前記超臨界ＣＯ２ダイナミックな染色固定システムにおける流体の循環量は１００〜１０００Ｌ／ｈであり、プロセスサイクルの染色時間は１０分〜１２０分であり、固定工程では、触媒を添加して、染料／顔料を織物の繊維に均一に深く浸透させる、
ことを特徴とする請求項１又は２記載の超臨界ＣＯ２染色方法。
【請求項４】
前記染色予定対象物がポリエステル生地であり、前記染料が分散染料であり、
前記ステップＳ１は具体的に以下のステップを含み、配合された染色前駆液に適量の増粘性添加剤を加え、パッダを使用してポリエステル生地を浸漬し、ポリエステル生地が事前に配合された前記染色前駆液を均一な速度で通過し、ローラーによって引き伸ばされ、次に絞りロールによって絞られ、そして前記絞りロールの圧力を調整することによってポリエステル生地に含まれる前記染料前駆液の割合を制御し、それによってポリエステル生地の染色の色濃さを制御し、ポリエステル生地に加えられる圧力は０〜０．８ＭＰａの範囲であり、
前記ステップＳ２は具体的に以下のステップを含み：液浸ポリエステル生地を染色ワープビームに巻き付け、前記染色固定ケトル内に入れて、加圧ポンプをオンにし、循環システムに適量のＣＯ２を注入し、加熱ジャケットと加熱回路をオンにして前記染色固定ケトルを加熱し、前記循環システム中の温度が８０〜１４０℃、圧力が８〜２７ＭＰａのプロセスパラメータ設定値に達すると、循環ポンプをオンにし、前記循環ポンプの流量が２０Ｌ／ｈ以上になり、１０〜４０分を保持した後に、ポリエステル生地への染料の拡散と固定工程が完了する、
ことを特徴とする請求項１又は２記載の超臨界ＣＯ２染色方法。
【請求項５】
前記染色予定対象物がポリエステル生地であり、
前記ステップＳ１が織物を覆うために顔料サイジング法を採用し、具体的には以下のステップを含み：（１）適応のコーティングスラリーを配合し、スラリーの固着を達成するために、前記スラリーに適応する接着剤を加え、（２）前記ポリエステル生地をコーティング機又は捺染機に通過させ、プロセス条件に従って前記スラリーを前記ポリエステル生地に均一に塗布し、
前記ステップＳ２は、具体的に以下のステップを含み：液浸ポリエステル生地を染色ワープビームに巻き付けて、前記染色固定ケトル内に入れて、加圧ポンプをオンにし、そして前記超臨界ＣＯ２ダイナミックな染色固定システムに適量のＣＯ２を注入し、加熱ジャケットと加熱回路をオンにして前記染色固定ケトルを加熱し、前記超臨界ＣＯ２ダイナミックな染色固定システム中の温度が８０〜１４０℃、圧力が８〜２７ＭＰａのプロセスパラメータ設定値に達すると、循環ポンプをオンにし、前記循環ポンプの流量が２０Ｌ／ｈ以上になり、１０〜４０分を保持した後に、前記ポリエステル生地への染料の拡散と固定工程が完了する、
ことを特徴とする請求項１又は２記載の超臨界ＣＯ２染色方法。
【請求項６】
前記染色予定対象物が綿生地である場合、前記ステップＳ２において、前記超臨界ＣＯ２ダイナミックな染色固定システム中の湿度範囲を４０％〜９０％の間で制御する必要があり、固定工程において湿度を確保するために水分ロック剤として尿素が添加されることを特徴とする請求項３記載の超臨界ＣＯ２染色方法。
【請求項７】
前記染色予定対象物が、天然繊維、化学繊維、及び混紡繊維からなる織物又は他の繊維製品であり、前記染料が直接染料、活性染料、カチオン染料、分散染料、バット染料、アゾ染料、及び硫化染料のうちの少なくとも１つから選択されることを特徴とする請求項１又は２記載の超臨界ＣＯ２染色方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の超臨界ＣＯ２染色方法の染色システムであり、染色システムと超臨界ＣＯ２流体の染色固化システムを含んでおり、
前記染色システムがパッダ、コーティング機や捺染機を備え、前記超臨界ＣＯ２流体の染色固化システムは、超臨界ＣＯ２流体のダイナミックな染色固定システムであり、前記超臨界ＣＯ２流体のダイナミックな染色固定システムは、染色固定ケトルと、回収ケトルと、前記染色固定ケトルと前記回収ケトルとを連通する循環システムと、を備え、前記循環システムは、ＣＯ２ガスボンベと、加圧ポンプと、循環ポンプと、パイプラインと、を備え、前記ＣＯ２ガスボンベの出口から通じる前記パイプライン上に前記加圧ポンプとバルブＩＩＩは設置され、前記バルブＩＩＩの出口は、前記染色固定ケトルの出口と前記回収ケトルの出口にそれぞれ連通する２つの前記パイプラインに分けられ、前記染色固定ケトルの出口と前記染色固定ケトルの入口とを連通する前記パイプラインには、前記循環ポンプとバルブＩが設置され、前記染色固定ケトルの出口と前記回収ケトルの入口とを連通する前記パイプラインには、リリーフバルブが設置され、前記ＣＯ２ガスボンベの出口と前記回収ケトルの出口とを連通する前記パイプラインには、バルブＩＩが設置され、前記染色固定ケトルと前記回収ケトルには、それぞれ加熱ジャケットが設置され、前記染色固定ケトルと前記回収ケトルとを連結する前記パイプラインには電気加熱線が巻かれて加熱回路が形成されていることを特徴とする超臨界ＣＯ２染色方法の染色システム。
【請求項９】
前記染色固定ケトルが水平円筒形ケトル本体であり、前記回収ケトルが細長い円筒形ケトル本体であり、前記回収ケトルには三次元二重濾過構造が設置されていることを特徴とする請求項８記載の超臨界ＣＯ２染色方法の染色システム。
【請求項１０】
前記コーティング機が通常のコーティング機又はフォームコーティング機を採用し、前記捺染機がシリンダー捺染機、フラットスクリーン印刷又はインクジェット印刷を採用することを特徴とする請求項８又は９記載の超臨界ＣＯ２染色方法の染色システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、染色の技術分野に属し、超臨界ＣＯ２の無水又は低水の染色技術、具体的には超臨界ＣＯ２染色方法及び染色システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の染色工程では、通常、水を主な媒体として使用する。大量の染料や界面活性剤などの化学物質は、環境の持続可能な開発に悪影響を及ぼす。近年、中国のほとんどの地域で深刻な水資源の不足があり、特に下水排出やその他の問題により、染色及び仕上げ産業のさらなる発展が大幅に制限されている。したがって、汚染を防ぐために、エコで効果的な染色プロセスの開発は、将来の染色と仕上げの正しい方向になっている。
【０００３】
超臨界ＣＯ２無水染色は新しいタイプのエコな染色方法である。この技術は、高効率、無公害、及び短い染色時間などの優れた特性を有する。この技術は、超臨界ＣＯ２を染色媒体として使用し、ＣＯ２は加熱温度が３１℃を超え、圧力が７．３ＭＰａを超える場合、非ガスと非液体状態である超臨界状態となる。現在公表されている特許では、大部分は超臨界流体が循環ポンプによって染料タンクと染色タンクの間を連続的に循環するように注入され、ＣＯ２が溶解した染料を繊維の隙間に送り、染料を均一かつ迅速に織物の表面に染色できるようにする（例えば中国特許：公開番号ＣＮ１０６７５７９１５Ａ）。工程全体は、洗浄工程と乾燥工程を必要としない。現在、多くの国がこのような省エネと排出削減と幅広い用途を備え、新しいタイプのエコな染色及び仕上げ装置を開発し、工業化と実用化に向けて推進しようと図っている。
【０００４】
公開されている中国の特許では、超臨界ＣＯ２無水染色のプロセスは、染料の溶解と、吸着と、拡散と、固定との４つのプロセスに分けることができる。染料は染色ケトル内に入れられ、超臨界流体が染料タンクを通って流れて染料を溶解する（中国の実用新案、公開番号：ＣＮ２０６０１５３０９Ｕ）。そして、染料を運ぶ染液が染色予定対象物を通って流れる。一定の時間を経過した後、染色固定が終了し、回収ケトルで分離回収される。しかし、このような方法で染色するために超臨界ＣＯ２に溶解できる染料はごくわずかであるため、この方法は染料の選択に制限があり、ポリエステル染色に限定され、超臨界染色の工業化と規模化が制限される。
【０００５】
中国特許（公告番号：ＣＮ１０２８１７１９４Ｂ）は、超臨界流体を用いた静的染色の方法及び装置を開示しており、その特許では、最初に染色予定対象物を浸漬するなどの方式で染色し、次に超臨界流体に置いて静的染色方法を紹介している。この特許で紹介されている静的染色方法には、次のような多くの問題と欠点がある。１、浸漬染色に使用される染料が生地に移動し、生地の色むらを引き起こす。２、染色プロセスでは、ポリエステルの染色のみが物理的プロセスで、綿、ナイロンなどの繊維は化学的に変化し、このような方法で染色することはできない。３、静的染色方法を用いて、システム全体の各位置のプロセスパラメータが大きく異なり、異なる位置で明らかな色のばらつきが生じる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の全体の超臨界ＣＯ２無水染色の開発状況及び従来技術に存在される上述の問題を鑑みて、如何なる超臨界ＣＯ２染色技術を設計し、天然繊維、化学繊維及び混紡繊維などを染色固定させるためのプロセス工程及び設備を提案し、また、高い生産効率、優れたレベリング効果、材料節約、及び幅広い染料／顔料の適応性があるなどの利点があり、天然繊維、化学繊維、混紡繊維を染色固定することができるようにすることは早急に解決する必要がある技術的課題である。
【０００７】
従来技術における上記の問題及び欠陥を解決するために、本発明は、高い生産効率、良好なレベリング効果、材料節約、及び幅広い染料／顔料への適応性があるなどの利点を有する超臨界ＣＯ２染色方法及び染色システムを提供する。天然繊維、化学繊維、混紡繊維の織物を染色固定することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の目的は、以下の技術的解決手段を通じて達成される。
【０００９】
超臨界ＣＯ２の染色方法は、以下のステップを含むことを特徴とする。
【００１０】
Ｓ１：染色：染色予定対象物は染色システムによって染料／顔料吸着プロセスが完了され、前記染料／顔料がＣＯ２に不溶性の染料／顔料である。
【００１１】
Ｓ２：超臨界ＣＯ２ダイナミックな染色固定システムで染色を固定する：前記Ｓ１ステップで染色した染色予定対象物を染色固定ケトル内に入れて、加圧ポンプをオンにし、超臨界ＣＯ２ダイナミックな染色固定システムに適量のＣＯ２を注入し、染色固定ケトル中のＣＯ２を超臨界状態に到達させ、染色固定ケトルを加熱し、染色固定ケトルにおける温度や圧力がプロセスパラメータの設定値に達したときに、循環ポンプをオンにし、超臨界ＣＯ２ダイナミックな染色固定システムにおける超臨界ＣＯ２の流体をゆっくりと循環させ、一定時間継続した後、染色固定ケトルで染色予定対象物に染料／顔料の拡散及び定着処理を完了する。
【００１２】
Ｓ３：染色固定が完了した後、圧力リリーフバルブをオンにし、圧力を解放し、ＣＯ２流体は回収ケトルに入り、ＣＯ２の分離と回収を行う。
【００１３】
上記の技術的解決手段の改善：前記ステップＳ３が完了した後、ステップＳ４が実行される。染色固定ケトルを開き、染色固定後の染色予定対象物を取り出し、染色固定後の染色予定対象物を水又は石鹸で洗浄する。
【００１４】
上記の技術的解決手段のさらなる改善：前記染色予定対象物は織物であり、前記ステップＳ１の染色は浸漬又はサイジングを採用する。具体的には以下のステップを含み：前記織物の材料に応じて必要な染色前駆液又はコーティングスラリーを配合し、織物への均一な附着を達成するために、染色前駆液に適応する補助剤を加える。前記ステップＳ２における織物をワープビームの方式で染色固定ケトル内の超臨界ＣＯ２の流体中に入れ、固定圧力のプロセスパラメータの設定値は８ＭＰａ〜３０ＭＰａであり、温度のプロセスパラメータの設定値は６０℃〜１５０℃であり、超臨界ＣＯ２ダイナミックな染色固定システムにおける流体の循環量は１００〜１０００Ｌ／ｈであり、プロセスサイクルの染色時間は１０分〜１２０分であり、前記ステップＳ２の固定工程では、触媒を添加して、染料／顔料を織物の繊維に均一に深く浸透させる。
【００１５】
上記の技術的解決手段のさらなる改善：前記染色予定対象物がポリエステル生地であり、前記染料が分散染料であり、前記ステップＳ１は具体的に以下のステップを含み、配合された染色前駆液に適量の増粘性添加剤を加え、パッダを使用してポリエステル生地を浸漬し、ポリエステル生地が事前に配合された染色前駆液を均一な速度で通過し、ローラーによって引き伸ばされ、次に絞りロールによって絞られ、そして絞りロールの圧力を調整することによってポリエステル生地に含まれる染料前駆液の割合を制御し、それによってポリエステル生地の染色の色濃さを制御し、ポリエステル生地に加えられる圧力は０〜０．８ＭＰａの範囲である。前記ステップＳ２は具体的に以下のステップを含み：液浸ポリエステル生地を染色ワープビームに巻き付けて、染色固定ケトル内に入れて、バルブを閉め、加圧ポンプをオンにし、超臨界ＣＯ２ダイナミックな染色固定システムに適量のＣＯ２を注入し、加熱ジャケットと加熱回路をオンにして染色固定ケトルを加熱し、超臨界ＣＯ２ダイナミックな染色固定システム中の温度が８０〜１４０℃、圧力が８〜２７ＭＰａのプロセスパラメータ設定値に達すると、循環ポンプをオンにし、前記循環ポンプの流量が２０Ｌ／ｈ以上になり、１０〜４０分を保持した後に、ポリエステル生地への染料の拡散と固定工程が完了する。
【００１６】
上記の技術的解決手段のさらなる改善：前記染色予定対象物がポリエステル生地であり、前記ステップＳ１が織物を覆うために顔料サイジング法を採用し、具体的には以下のステップを含み：（１）適応のコーティングスラリーを配合し、スラリーの固着を達成するために、スラリーに適応する接着剤を加え、（２）ポリエステル生地をコーティング機又は捺染機に通過させ、プロセス条件に従ってスラリーをポリエステル生地に均一に塗布する。前記ステップＳ２は、具体的に以下のステップを含み：液浸ポリエステル生地を染色ワープビームに巻き付けて、染色固定ケトル内に入れて、加圧ポンプをオンにし、そして超臨界ＣＯ２ダイナミックな染色固定システムに適量のＣＯ２を注入し、加熱ジャケットと加熱回路をオンにして染色固定ケトルを加熱し、超臨界ＣＯ２ダイナミックな染色固定システム中の温度が８０〜１４０℃、圧力が８〜２７ＭＰａのプロセスパラメータ設定値に達すると、循環ポンプをオンにし、前記循環ポンプの流量が２０Ｌ／ｈ以上になり、１０〜４０分を保持した後に、ポリエステル生地への染料の拡散と固定工程が完了する。
【００１７】
上記の技術的解決手段のさらなる改善：前記染色予定対象物が綿生地である場合、前記ステップＳ２において、超臨界ＣＯ２ダイナミックな染色固定システム中の湿度範囲を４０％〜９０％の間で制御する必要があり、固定工程において湿度を確保するために水分ロック剤として尿素が添加される。
【００１８】
上記の技術的解決手段のさらなる改善：前記染色予定対象物が、天然繊維、化学繊維、及び混紡繊維からなる織物又は他の繊維製品であり、前記染料が直接染料、活性染料、カチオン染料、分散染料、バット染料、アゾ染料、及び硫化染料のうちの少なくとも１つから選択される。
【００１９】
本発明は、前記超臨界ＣＯ２染色方法に用いる染色システムであり、染色システムと超臨界ＣＯ２流体の染色固化システムを含んでおり、前記染色システムがパッダ、コーティング機や捺染機を備え、前記超臨界ＣＯ２流体の染色固化システムは、超臨界ＣＯ２流体のダイナミックな染色固定システムであり、前記超臨界ＣＯ２流体のダイナミックな染色固定システムは、染色固定ケトルと、回収ケトルと、前記染色固定ケトルと回収ケトルとを連通する循環システムと、を備え、前記循環システムは、ＣＯ２ガスボンベと、加圧ポンプと、循環ポンプと、パイプラインと、を備え、前記ＣＯ２ガスボンベの出口から通じるパイプライン上に加圧ポンプとバルブＩＩＩは設置され、前記バルブＩＩＩの出口は、染色固定ケトルの出口と回収ケトルの出口にそれぞれ連通する２つのパイプラインに分けられ、前記染色固定ケトルの出口と前記染色固定ケトルの入口とを連通するパイプラインには、循環ポンプとバルブＩが設置され、前記染色固定ケトルの出口と前記回収ケトルの入口とを連通するパイプラインには、リリーフバルブが設置され、前記ＣＯ２ガスボンベの出口と前記回収ケトルの出口とを連通するパイプラインには、バルブＩＩが設置され、前記染色固定ケトルと前記回収ケトルには、それぞれ加熱ジャケットが設置され、前記染色固定ケトルと前記回収ケトルとを連結するパイプラインには電気加熱線が巻かれて加熱回路が形成されている。
【００２０】
上記の技術的解決手段のさらなる改善：前記染色固定ケトルが水平円筒形ケトル本体であり、前記回収ケトルが細長い円筒形ケトル本体であり、前記回収ケトルには三次元二重濾過構造が設置されている。
【００２１】
上記の技術的解決手段のさらなる改善：前記コーティング機が通常のコーティング機又はフォームコーティング機を採用し、前記捺染機がシリンダー捺染機、フラットスクリーン印刷又はインクジェット印刷を採用する。
【発明の効果】
【００２２】
従来技術と比較して、本発明は、以下の利点及び有益な効果を有する：
【００２３】
１、本発明の染色プロセスは水溶性染料を使用するため、従来の超臨界ＣＯ２染色において利用可能な少数の染料（超臨界ＣＯ２に溶解できる染料）の制限を完全に取り除き、染料の選択をより豊富にし、後の工業生産の要件を満たす。
【００２４】
２、ほとんどの水溶性染料は、超臨界ＣＯ２に溶解できないので、パディング又はサイジングのとき、織物に染料／顔料を均一するよう保証すれば、超臨界による固定後の生地は、必ず織物の色も均一で、色のばらつきがない。
【００２５】
３、本発明は、固定工程全体において超臨界ＣＯ２流体の動的固定を採用し、システム全体において、各位置はプロセスパラメータの要件を満たし、システム内の染料の拡散速度を加速し、固定速度を高めることができる。
【００２６】
４、本発明は、完全に固定できる。コーティングされた生地は現在、熱風又は飽和蒸気によって固定されており、通常は表面部分のみを固定させ、繊維の内部に入ることができない。本発明は、超臨界ＣＯ２によって固定された繊維を採用し、顕微鏡の検出により、染料は繊維に入ることができる。すなわち、完全に浸透して染色される。
【００２７】
５、本発明は高い生産効率を有する。本発明では、生地は超臨界ＣＯ２流体において、ワープビーム染色法を採用し、場所を取らないため、固定工程全体が従来の固定時間と同等である。
【００２８】
６、本発明の超臨界ＣＯ２のダイナミックな染色固定システムは、伝統的な染色が水に依存する点と異なり、ＣＯ２の約９０％のリサイクルを実現し、発生源からの汚染物質の発生及び放出を解決し、そして顕著な環境保護とクリーン生産の特徴を有し、繊維及び染色業界における省エネ、排出削減、及びクリーン生産において非常に幅広い応用の見通しを持っている。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の超臨界ＣＯ２流体ダイナミックな染色固定システムの構造の概略図である。
【図２】本発明の超臨界ＣＯ２染色方法のプロセス工程の概略図である。
【図３】従来の染色プロセスによって固定されたポリエステル繊維の顕微鏡写真である。
【図４】本発明の超臨界ＣＯ２によって固定されたポリエステル繊維の顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本発明の実施形態
図１及び図２に示すように、本発明の超臨界ＣＯ２染色方法に用いる染色システムの実施形態であり、染色システム及び超臨界ＣＯ２の流体染色固定システムを含でおり、前記染色システムがパッダ、コーティング機や捺染機を備え、前記超臨界ＣＯ２流体の染色固化システムは、超臨界ＣＯ２流体のダイナミックな染色固定システムであり、前記超臨界ＣＯ２流体のダイナミックな染色固定システムは、染色固定ケトル２と、回収ケトル３と、染色固定ケトル２と回収ケトル３とを連通する循環システムと、を備え、前記循環システムは、ＣＯ２ガスボンベ５と、加圧ポンプ７と、循環ポンプ９と、パイプラインと、を備え、前記ＣＯ２ガスボンベ５の出口から通じるパイプライン上に加圧ポンプ７とバルブＩＩＩ８は設置され、前記バルブＩＩＩ８の出口は、前記染色固定ケトル２の出口と回収ケトル３の出口にそれぞれ連通する２つのパイプラインに分けられ、前記染色固定ケトル２の出口と前記染色固定ケトル２の入口とを連通するパイプラインには、循環ポンプ７とバルブＩ１が設置され、前記染色固定ケトル２の出口と前記回収ケトル３の入口とを連通するパイプラインには、リリーフバルブ６が設置され、前記ＣＯ２ガスボンベ５の出口と前記回収ケトル３の出口とを連通するパイプラインには、バルブＩＩ４が設置され、前記染色固定ケトル２と前記回収ケトル３には、それぞれ加熱ジャケットが設置され、前記染色固定ケトル２と前記回収ケトル３とを連結するパイプラインには電気加熱線が巻かれて加熱回路が形成されている。
【００３１】
好ましくは、上記の染色固定ケトル２は、水平円筒形ケトル本体であり、回収ケトル３は、細長い円筒形ケトル本体であり、三次元二重濾過構造が回収ケトル３内に配置されている。
【００３２】
好ましくは、前記コーティング機が通常のコーティング機又はフォームコーティング機を採用し、前記捺染機がシリンダー捺染機、フラットスクリーン印刷又はインクジェット印刷を採用する。
【００３３】
染色固定ケトル２及び回収ケトル３内の超臨界ＣＯ２流体は高温高圧状態にあるため、前記各バルブは超高圧高温用の特殊バルブである。
【００３４】
超臨界ＣＯ２流体ダイナミックな染色固定システムは作動している状態にあり、バルブＩ１と、バルブＩＩ４、バルブＩＩＩ８が開いた状態にあるが、リリーフバルブ６が閉じた状態にあり、染色固定が完了した後、リリーフバルブ６をオンにし、圧力を解放し、ＣＯ２流体は回収ケトル３に入り、ＣＯ２の分離と回収を行う。
【００３５】
図１及び図２に示すように、本発明の超臨界ＣＯ２染色方法の実施形態は、以下のステップを含む。
【００３６】
Ｓ１：染色：染色予定対象物は染色システムによって染料／顔料吸着プロセスが完了され、前記染料／顔料がＣＯ２に不溶性の染料／顔料である。
【００３７】
Ｓ２：超臨界ＣＯ２ダイナミックな染色固定システムで染色を固定する：前記ステップＳ１で染色した染色予定対象物を染色固定ケトル２内に入れて、加圧ポンプ７をオンにし、超臨界ＣＯ２ダイナミックな染色固定システムに適量のＣＯ２を注入し、染色固定ケトル２中のＣＯ２を超臨界状態に到達させ、染色固定ケトル２を加熱し、染色固定ケトル２における温度や圧力がプロセスパラメータの設定値に達したときに、循環ポンプ９をオンにし、超臨界ＣＯ２ダイナミックな染色固定システムにおける超臨界ＣＯ２の流体をゆっくりと循環させ、一定時間継続した後、染色固定ケトルで染色予定対象物に染料／顔料の拡散及び定着処理を完了する。
【００３８】
Ｓ３：染色固定が完了した後、リリーフバルブ６をオンにし、圧力を解放し、ＣＯ２流体は回収ケトル３に入り、ＣＯ２の分離と回収を行う。
【００３９】
ステップＳ３が完了した後、ステップＳ４が実行される。染色固定ケトル２を開き、染色固定後の染色予定対象物を取り出し、染色固定後の染色予定対象物を水又は石鹸で洗浄する。
【００４０】
前記染色予定対象物は織物であり、前記ステップＳ１の染色は浸漬又はサイジングを採用する。具体的には以下のステップを含み：前記織物の材料に応じて必要な染色前駆液又はコーティングスラリーを配合し、織物への均一な附着を達成するために、染色前駆液に適応する補助剤を加える。前記ステップＳ２における織物をワープビームの方式で染色固定ケトル内の超臨界ＣＯ２の流体中に入れ、固定圧力のプロセスパラメータの設定値は８ＭＰａ〜３０ＭＰａであり、温度のプロセスパラメータの設定値は６０℃〜１５０℃であり、超臨界ＣＯ２ダイナミックな染色固定システムにおける流体の循環量は１００〜１０００Ｌ／ｈであり、プロセスサイクルの染色時間は１０分〜１２０分である。
【００４１】
具体的な実施形態：前記染色予定対象物がポリエステル生地であり、前記染料が分散染料であり、前記ステップＳ１は具体的に以下のステップを含み、配合された染色前駆液に適量の増粘性添加剤を加え、パッダを使用してポリエステル生地を浸漬し、ポリエステル生地が事前に配合された染色前駆液を均一な速度で通過し、ローラーによって引き伸ばされ、次に絞りロールによって絞られ、そして絞りロールの圧力を調整することによってポリエステル生地に含まれる染料前駆液の割合を制御し、それによってポリエステル生地の染色の色濃さを制御する。前記ステップＳ２は具体的に以下のステップを含み：液浸ポリエステル生地を染色ワープビームに巻き付けて、染色固定ケトル内に入れて、バルブを閉め、加圧ポンプをオンにし、循環システムに適量のＣＯ２を注入し、加熱ジャケットと加熱回路をオンにして染色固定ケトル２を加熱し、循環システム中の温度が８０〜１４０℃、圧力が８〜２７ＭＰａのプロセスパラメータ設定値に達すると、循環ポンプ９をオンにし、前記循環ポンプ９の流量が２０Ｌ／ｈ以上になり、１０〜４０分を保持した後に、ポリエステル生地への染料の拡散と固定工程が完了する。好ましくは、ポリエステル生地に含まれる染色前駆体液の比率は、パッダが絞りロールの圧力を調整することによって制御される場合、織物に加えられる圧力は、０〜０．６ＭＰａの範囲である。
【００４２】
他の具体的な実施形態：前記染色予定対象物がポリエステル生地であり、前記ステップＳ１が織物を覆うために顔料サイジング法を採用し、具体的には以下のステップを含み：（１）適応のコーティングスラリーを配合し、スラリーの固着を達成するために、スラリーに適応する接着剤を加え、（２）ポリエステル生地をコーティング機又は捺染機に通過させ、プロセス条件に従ってスラリーをポリエステル生地に均一に塗布する。前記ステップＳ２は、具体的に以下のステップを含み：液浸ポリエステル生地を染色ワープビームに巻き付けて、染色固定ケトル２内に入れて、加圧ポンプ７をオンにし、そして超臨界ＣＯ２ダイナミックな染色固定システムに適量のＣＯ２を注入し、加熱ジャケットと加熱回路をオンにして染色固定ケトル３を加熱し、超臨界ＣＯ２ダイナミックな染色固定システム中の温度が８０〜１４０℃、圧力が８〜２７ＭＰａのプロセスパラメータ設定値に達すると、循環ポンプ９をオンにし、前記循環ポンプ９の流量が２０Ｌ／ｈ以上になり、１０〜４０分を保持した後に、ポリエステル生地への染料の拡散と固定工程が完了する。
【００４３】
図３及び４に示すように、本発明の超臨界によって固定されたポリエステル繊維及び従来の染色プロセスによって固定されたポリエステル繊維の顕微鏡写真である。コーティングされた生地は現在、熱風又は飽和蒸気によって固定されている。通常、コーティングは表面で固定され、繊維の内部に入ることができない（図３に示す）。本発明は、超臨界ＣＯ２を用いて固定されたポリエステル繊維は、顕微鏡検査により、染料はポリエステル繊維に入ることができる。即ち、完全に浸透して染色される（図４に示す）。
【００４４】
染色予定対象物が染色用の綿生地である場合、ステップＳ２において超臨界ＣＯ２ダイナミックな染色固定システム中の湿度を４０％〜９０％の間に制御し、固定工程において水分ロックとして尿素を添加して、湿度を確保する。
【００４５】
好ましくは、織物は染色ワープビームにしっかりと巻き付けられ、染色は、染色固定ケトル２内で水平に行われる。このように、占有スペースが非常に小さく、固定工程全体が従来のプロセスと同じ固定時間であり、生産効率が高い。
【００４６】
超臨界流体に不溶性の染料は生地内における固定速度を高めるために、ステップＳ２の固定工程において触媒を加えて、染料／顔料を生地繊維により均一に浸透させる。
【００４７】
本発明の染色可能な染色予定対象物は、天然繊維、化学繊維及び混紡繊維からなる織物又は他の繊維製品である。前記繊維製品には、衣服、靴、帽子、アクセサリーなどが含む。織物は、例えば純ポリエステルニット生地、純ポリエステル織り生地、純綿生地などの生地であり、他の糸で織り交ぜられた生地や複合生地などであってもよい。衣服製品は、例えばニットの下着、シャツ、スポーツウェア、ユニフォーム、スカート、ジャケット、スーツなどである。アクセサリーは、例えばネクタイ、スカーフなどである。
【００４８】
本発明で使用される染料は、直接染料、活性染料、カチオン性染料、分散染料、バット染料、アゾ染料、及び硫黄染料のうちの少なくとも１つを選択する。
【００４９】
本発明の技術的ポイントは、超臨界ＣＯ２ダイナミックな染色固定システムにおいて染色を固定することであり、使用される染料／顔料は、ＣＯ２に不溶性の染料／顔料であることを強調すべきである。染色工程は従来の技術を使用でき、染色システムは従来の染色装置を使用できる。例えば、前記のコーティング機は通常のコーティング機又はフォームコーティング機を使用してもよく、前記の捺染機は、シリンダー捺染機、フラットスクリーン捺染やインクジェット捺染を使用してもよく、勿論、手塗りや捺染などの従来の方法で染色することもできる。
【００５０】
以下は、本発明の超臨界ＣＯ２染色方法の具体的な実施例である。
【００５１】
実施例１：ＣＯ２に不溶性の分散染料でポリエステル生地を染色する。
【００５２】
１、プロセス要件に従って、適量の分散染料を水に溶解し、適量の増粘剤を水に加えて、ポリエステル糸への染料前駆体の吸着を増加させる。ポリエステル生地を、予め用意した染色前駆液に等速で通過させ、パッダのローラーによって引き伸ばされ、絞りロールによって絞られ、絞りロールの圧力を０．１ＭＰａに調整する。
【００５３】
２、液浸ポリエステル生地を染色ワープビームにしっかりと巻き付けて、染色固定ケトル２内に入れる。加圧ポンプ７をオンにし、適量のＣＯ２を超臨界ＣＯ２ダイナミックな染色固定システムに注入し、加熱ジャケット及び加熱回路をオンにし、超臨界ＣＯ２のダイナミックな染色固定システム中の温度は８５℃に達し、圧力は１０ＭＰａに達するプロセスパラメータ設定値になるとき、循環ポンプ９をオンにする。４０分継続した後、回収と分離を行い、圧力リリーフバルブ６を開き、流体を回収ケトル３に流入し分離を開始し、ＣＯ２を回収して再利用され、固定が完了する。
【００５４】
実施例２：ＣＯ２に不溶性の分散染染料でポリエステル生地を染色する。
【００５５】
１、プロセス要件に従って、適量の分散染料を水に溶解し、適量の増粘剤を水に加えて、ポリエステル糸への染料前駆体の吸着を増加させる。ポリエステル生地を、予め用意した染色前駆液に等速で通過させ、パッダのローラーによって引き伸ばされ、絞りロールによって絞られ、絞りロールの圧力を０．６ＭＰａに調整する。
【００５６】
２、液浸ポリエステル生地を染色ワープビームにしっかりと巻き付けて、染色固定ケトル２内に入れる。加圧ポンプ７をオンにし、適量のＣＯ２を超臨界ＣＯ２ダイナミックな染色固定システムに注入し、加熱ジャケット及び加熱回路をオンにし、超臨界ＣＯ２のダイナミックな染色固定システム中の温度は１２０℃に達し、圧力は２７ＭＰａに達するプロセスパラメータ設定値になるとき、循環ポンプ９をオンにする。１０分継続した後、回収と分離を行い、圧力リリーフバルブ６を開き、流体を回収ケトル３に流入し分離を開始し、ＣＯ２を回収して再利用され、固定が完了する。
【００５７】
この染色固定のさまざまな性能指標の測定結果：
【００５８】
まず、本発明にＧＢ／Ｔ．３９２１．１−１９９７テキスタイル色堅牢度テスト洗浄色堅牢度と、ＧＢ７５６５−８７テキスタイル色堅牢度試験綿及びレーヨンの標準ライニング織物規格と、ＧＢ６１５１−８５７テキスタイル色堅牢度テスト色堅牢度によって耐変色性の評価を用いて、織物の耐変色性テスト分析を行う。結果として、本発明で染色された織物の摩擦に対する色堅牢度及び洗浄に対する色堅牢度とも、ＧＢ１８４０１−２００３「国家の繊維製品の基本安全技術仕様」の要件に達すことができ、摩擦に対する色堅牢度がグレード３以上に達し、洗浄に対する色堅牢度はグレード４以上に達することができる。
【００５９】
実施例３：活性染料で純綿織物を染色する。
【００６０】
１、プロセス要件に応じて適量の活性染料を水に溶解し、Ｎａ２ＣＯ３を添加して染料溶液のｐＨ値をアルカリ性に調整し、水分ロック剤として尿素を添加する。純綿生地を予め用意した染色前駆液を等速で通過させた後、パッダのローラーによって引き伸ばされ、絞りロールによって絞られ、絞りロールの圧力を０．４ＭＰａに調整する。
【００６１】
２、液浸純綿織物を染色ワープビームにしっかりと巻き付けて、染色固定ケトル２内に入れる。加圧ポンプ７をオンにし、適量のＣＯ２を超臨界ＣＯ２ダイナミックな染色固定システムに注入し、加熱ジャケット及び加熱回路をオンにし、超臨界ＣＯ２のダイナミックな染色固定システム中の温度は１２０℃に達し、圧力は２７ＭＰａに達するプロセスパラメータ設定値になるとき、循環ポンプ９をオンにする。１０分継続した後、回収と分離を行い、リリーフバルブ６を開き、流体を回収ケトル３に流入し分離を開始し、ＣＯ２を回収して再利用され、固定が完了する。
【００６２】
実施例４：フラットスクリーン捺染織物を捺染固定する。
【００６３】
１、プロセス要件に応じてカラーペーストの粘度と稠度を調整し、捺染機は、縦糸方向に沿って循環に運行する平らでまっすぐであるシームレスなエンドレスガイドベルトに織物を貼り付け、ガイドベルトに従って断続的に運行する。カラーフレームは、織物の上部の固定位置に固定され、上下に昇降する。ガイドベルトが静止していると、カラーフレームが降下し、スキージーが往復にカラーペーストをこすって押して、メッシュを通して織物にカラーペーストを印刷する。
【００６４】
２、織物を染色ワープビームにしっかりと巻き付けて、染色固定ケトル２内に入れる。加圧ポンプ７をオンにし、適量のＣＯ２を超臨界ＣＯ２ダイナミックな染色固定システムに注入し、加熱ジャケット及び加熱回路をオンにし、超臨界ＣＯ２のダイナミックな染色固定システム中の温度は１２０℃に達し、圧力は２５ＭＰａに達するプロセスパラメータ設定値になるとき、循環ポンプ９をオンにする。３０分継続した後、回収と分離を行い、圧力リリーフバルブ６を開き、流体を回収ケトル３に流入し分離を開始し、ＣＯ２を回収して再利用され、固定が完了する。
【００６５】
この捺染固定プロセスのこのさまざまな性能指標の測定結果：
【００６６】
まず、本発明にＧＢ／Ｔ．３９２１．１−１９９７テキスタイル色堅牢度テスト洗浄色堅牢度と、ＧＢ７５６５−８７テキスタイル色堅牢度試験綿及びレーヨンの標準ライニング織物規格と、ＧＢ６１５１−８５７テキスタイル色堅牢度テスト色堅牢度によって耐変色性の評価を用いて、織物の耐変色性テスト分析を行う。結果として、本発明で染色された織物の摩擦に対する色堅牢度及び洗浄に対する色堅牢度とも、ＧＢ１８４０１−２００３「国家の繊維製品の基本安全技術仕様」の要件に達すことができ、摩擦に対する色堅牢度がグレード３〜４に達し、洗浄に対する色堅牢度はグレード４〜５に達することができる。
【００６７】
勿論、上記の説明は本発明に限定するものではなく、本発明は上記の実施例に限定されるものではなく、本発明の本質的な範囲内で当業者によって行われる変更、修正、追加又は置換も、本発明の保護範囲に属するべきである。
【符号の説明】
【００６８】
１    バルブＩ
２    染色固定ケルト
３    回収ケルト
４    バルブＩＩ
５    ＣＯ２ガスボンベ
６    リリーフバルブ
７    圧力ポンプ
８    バルブＩＩＩ
９    循環ポンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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