一种无水超临界染色牛仔纺织品及其工艺

技术领域

本发明涉及纺织材料处理技术领域，尤其涉及一种无水超临界染色牛仔纺织品及其工艺。

背景技术

牛仔面料自问世以来，一直以自由、率真和豪放的特点被人们所推崇，作为一种大众化的流行服饰而深受消费者喜爱。目前，传统牛仔面料染色依然是以靛蓝染料为主，硫化染料为辅，以及部分新型的活性染料。虽然活性染料色彩鲜艳，但是其在染色后会失去传统牛仔纱线环染白芯的效果，丧失了牛仔的风格；而硫化染料通常存在色光稳定性差、色谱不全、污染大等问题而受限。因此，目前牛仔染色超过80%以上依然采用靛蓝染料，每年对靛蓝的需求和消耗量巨大。

而现有传统靛蓝染料上染棉纤维主要是通过四个步骤：1.靛蓝染料的还原溶解；2.靛蓝隐色体上染；3.隐色体氧化固着；4.纱线或面料的皂煮和水洗。在实际生产中，为了使靛蓝染料还原，需要添加大量的保险粉和烧碱，同时使用大量的水来使靛蓝还原溶解；此外，在隐色体上染时，往往需要加入大量的氧化物，并需要进行重复多次上染，以满足牛仔染色深度的需求；最后，需要使用大量的清水对染色后的纺织品进行皂煮和水洗。牛仔的整个染色过程，染料使用效率低，且会产生大量含有染料、保险粉和强碱的污水，既污染环境也不利于绿色生产。

发明内容

本发明的目的在于提出一种无水超临界染色牛仔纺织品的工艺，其使用共溶剂和超临界二氧化碳将靛蓝染料进行溶解，不需要对靛蓝类染料进行还原，共溶剂能增强靛蓝类染料与超临界二氧化碳的溶解度，增溶剂能够促进共溶剂和靛蓝类染料的溶解，同时促进靛蓝类染料对纺织品进行上染，染色后的靛蓝类染料、共溶剂、增溶剂和二氧化碳都可以进行回收再利用。

本发明还提出一种无水超临界染色牛仔纺织品，其使用上述的工艺制备而成。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种无水超临界染色牛仔纺织品的工艺，包括以下步骤：

步骤（1）：将靛蓝类染料初步溶解于共溶剂中，然后置于染料釜中密封；将牛仔纺织品放入染色釜中密封；染料釜和染色釜的保温温度为80-130℃；

步骤（2）：将二氧化碳通过液化设备液化，再充入染料釜和染色釜，直到达到15-30MPa的压力后，开启循环泵使流体系统处于循环状态，并充入增溶剂进行超临界染色；

步骤（3）：经过一段时间的染色后，释放染色系统内的二氧化碳，直到染色系统内压力降为常压；

步骤（4）：释放流体系统的有机溶剂，过滤后对多余的染料进行回收。

优选地，所述步骤（1）中，共溶剂为丙酮、丙三醇、二甲基亚砜、N, N-二甲基甲酰胺和二甲基乙酰胺等中的一种或多种组合。

更优地，所述步骤（1）中，共溶剂与牛仔纺织品的质量比为1：（1-2）。

优选地，所述步骤（2）中，增溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、丙醇、正丁醇和丙酮等中的一种或多种组合。

更优地，所述步骤（2）中，增溶剂与牛仔纺织品的质量比为1：（1-2）。

优选地，所述步骤（1）中，靛蓝类染料与牛仔纺织品的质量比为（1-5）：100。

优选地，步骤（3）的染色时间为1-2h。

优选地，所述步骤（1）中，牛仔纺织品为牛仔纤维、牛仔绞纱、牛仔筒子纱和牛仔布中的一种。

一种无水超临界染色牛仔纺织品，由上述的一种无水超临界染色牛仔纺织品的工艺制备而成。

本发明提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本发明使用共溶剂和超临界二氧化碳将靛蓝染料进行溶解，不需要对靛蓝类染料进行还原，共溶剂能增强靛蓝类染料与超临界二氧化碳的溶解度，增溶剂能够促进共溶剂和靛蓝类染料的溶解，同时促进靛蓝类染料对纺织品进行上染，染色后的靛蓝类染料、共溶剂、增溶剂和二氧化碳都可以进行回收再利用，在确保染色效果不变的基础上，降低成本同时减少对环境的污染和水的使用量，可在源头上解决牛仔染色的污水和费水问题。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面通过具体实施方式来进一步说明本方案的技术方案。

一种无水超临界染色牛仔纺织品的工艺，包括以下步骤：

步骤（1）：将靛蓝类染料初步溶解于共溶剂中，然后置于染料釜中密封；将牛仔纺织品放入染色釜中密封；染料釜和染色釜的保温温度为80-130℃；

靛蓝类染料为公知的染料，可以通过市面上直接购买。

步骤（2）：将二氧化碳通过液化设备液化，再充入染料釜和染色釜，直到达到15-30MPa的压力后，开启循环泵使流体系统处于循环状态，并充入增溶剂进行超临界染色；

充入一定量的增溶剂，可以使牛仔纺织品能够在无水超临界流体中取得良好的染色效果，以增加共溶剂与超临界流体之间的溶解能力，同时也提升超临界流体系统与牛仔纺织品的亲和力。溶解于超临界二氧化碳共溶增溶剂体系的靛蓝染料，通过循环系统被送到牛仔纺织品表面，染料会逐渐被牛仔纺织品吸附并扩散进入牛仔纺织品内部，逐渐完成上染。

步骤（3）：经过一段时间的染色后，释放染色系统内的二氧化碳，直到染色系统内压力降为常压；

染色系统内压力降为常压环境，此时二氧化碳从超临界态退出为液体和气体状态，靛蓝染料不能溶解于液体和气体二氧化碳环境中，从而固定在牛仔纺织品内完成染色。

步骤（4）：释放流体系统的有机溶剂，过滤后对多余的染料进行回收。

释放的超临界流体系统通过有机溶剂过滤后对多余的染料进行回收再利用。

本发明使用共溶剂和超临界二氧化碳将靛蓝染料进行溶解，不需要对靛蓝类染料进行还原，共溶剂能增强靛蓝类染料与超临界二氧化碳的溶解度，增溶剂能够促进共溶剂和靛蓝类染料的溶解，同时促进靛蓝类染料对纺织品进行上染，染色后的靛蓝类染料、共溶剂、增溶剂和二氧化碳都可以进行回收再利用，在确保染色效果不变的基础上，降低成本同时减少对环境的污染和水的使用量，可在源头上解决牛仔染色的污水和费水问题。

优选地，所述步骤（1）中，共溶剂为丙酮、丙三醇、二甲基亚砜、N, N-二甲基甲酰胺和二甲基乙酰胺等中的一种或多种组合。

共溶剂选用丙酮、丙三醇、二甲基亚砜、N, N-二甲基甲酰胺和二甲基乙酰胺的组合，可以使牛仔纺织品能够在无水超临界流体中取得良好的染色效果，以增加共溶剂与超临界流体之间的溶解能力，同时也提升超临界流体系统与牛仔纺织品的亲和力。

更优地，所述步骤（1）中，共溶剂与牛仔纺织品的质量比为1：（1-2）。

优选地，所述步骤（2）中，增溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、丙醇、正丁醇和丙酮等中的一种或多种组合。

由于牛仔纺织品大多采用棉纤维为原料，纤维素分子上有非常多的羟基，会产生大量的氢键。在传统的牛仔染色过程中，使用的强碱和水会打开纤维素非结晶区的氢键，使纤维素进行溶胀而产生连通的孔道，染料分子能够扩展进入纤维无定形区，完成吸附染色。而超临界二氧化碳介质为疏水性介质，不能很好的打开纤维素内的氢键形成孔道，通过引入共溶剂来增加染料在超临界介质中的溶解度，充入增溶剂来增加共溶剂与超临界流体的混合，同时能够增加纤维素溶胀，提升染色效果。

增溶剂在超临界介质里能够打破纤维素相邻链分子之间的氢键，并与纤维素链形成新的氢键，从而使棉纤维产生溶胀效果。

更优地，所述步骤（2）中，增溶剂与牛仔纺织品的质量比为1：（1-2）。

增溶剂的含量不应过低或过高，含量过低会导致共溶剂与超临界流体之间的溶解能力下降，染色效果差；增溶剂的含量过高会导致共溶剂的含量下降，染色效果下降。

优选地，所述步骤（1）中，靛蓝类染料与牛仔纺织品的质量比为（1-5）：100。

优选地，步骤（3）的染色时间为1-2h。

优选地，所述步骤（1）中，牛仔纺织品为牛仔纤维、牛仔绞纱、牛仔筒子纱和牛仔布中的一种。

本发明可以直接将靛蓝类染料溶解在超临界环境中，并对牛仔纺织品进行上染和染色，整个染色过程不需要使用水、保险粉和强碱，也不会产生废水，并且多余的染料可以进行回收再利用，从而实现无水染色牛仔。

一种无水超临界染色牛仔纺织品，由上述的一种无水超临界染色牛仔纺织品的工艺制备而成。

性能测试：

K/S值：将染色后的牛仔纱线或者面料，压在光孔上使其不透光，使用SF600X型测色配色仪测定染色纱线或者织物在最大吸收波长处的K/S值，每个样品取不同位置的3处进行测试，最后取其平均值。

耐皂洗色牢度测试：根据GB/T 3921-2008《纺织品色牢度试验 耐皂洗色牢度》标准对实验样品进行耐皂洗色牢度测试。

耐摩擦色牢度：根据GB/T 3920-2008《纺织品色牢度试验 耐摩擦色牢度》测定标准对试样的耐摩擦色牢度进行测试。

实施例A1：

步骤（1）：将靛蓝类染料0.5kg初步溶解于10kg共溶剂中，然后置于染料釜中密封；将10kg经过干燥的牛仔纤维放入染色釜中密封；染料釜和染色釜的保温温度为80℃；共溶剂为丙三醇；

步骤（2）：将二氧化碳通过液化设备液化，再充入染料釜和染色釜，直到达到30MPa的压力后；开启循环泵使流体系统处于循环状态，并充入10kg的增溶剂进行超临界染色；增溶剂为乙醇；

步骤（3）：经过1h的染色后，释放染色系统内的二氧化碳，直到染色系统内压力降为常压；

步骤（4）：释放流体系统的有机溶剂，过滤后对多余的染料进行回收。

实施例A2：

步骤（1）：将靛蓝类染料0.1kg初步溶解于5kg共溶剂中，然后置于染料釜中密封；将10kg经过干燥的牛仔纤维放入染色釜中密封；染料釜和染色釜的保温温度为120℃；共溶剂由质量分数为30%丙酮和70%的丙三醇组成；

步骤（2）：将二氧化碳通过液化设备液化，再充入染料釜和染色釜，直到达到15MPa的压力后；开启循环泵使流体系统处于循环状态，并充入10kg的增溶剂进行超临界染色；增溶剂为乙醇；

步骤（3）：经过2h的染色后，释放染色系统内的二氧化碳，直到染色系统内压力降为常压；

步骤（4）：释放流体系统的有机溶剂，过滤后对多余的染料进行回收。

实施例A3：

步骤（1）：将靛蓝类染料0.3kg初步溶解于8kg共溶剂中，然后置于染料釜中密封；将10kg经过干燥的牛仔纤维放入染色釜中密封；染料釜和染色釜的保温温度为130℃；共溶剂由质量分数为20%丙酮、20%丙三醇、20%二甲基亚砜、20%N, N-二甲基甲酰胺和20%的二甲基乙酰胺组成；

步骤（2）：将二氧化碳通过液化设备液化，再充入染料釜和染色釜，直到达到25MPa的压力后；开启循环泵使流体系统处于循环状态，并充入10kg的增溶剂进行超临界染色；增溶剂为质量分数为20%甲醇、20%乙醇、20%异丙醇、20%丙醇、10%正丁醇和10%丙酮等中的组合；

步骤（3）：经过2h的染色后，释放染色系统内的二氧化碳，直到染色系统内压力降为常压；

步骤（4）：释放流体系统的有机溶剂，过滤后对多余的染料进行回收。

对比例A1：

对比例A1的基本步骤与实施例A1的基本相同，区别在于对比例A1中步骤（1）不添加共溶剂。

对比例A2：

对比例A2的基本步骤与实施例A1的基本相同，区别在于对比例A2中步骤（2）不添加增溶剂。

将实施例A1-A3及对比例A1-A2进行性能测试，如表1。

表1-实施例A的性能测试

说明：

1、由实施例A1与对比例A1对比可知，对比例A1没有添加共溶剂，而共溶剂在本方案中用于增加染料在超临界介质中的溶解度，从而提升染色效果；因而对比例A1的K/S值只有1.7，其比实施例A1的7.2低5.5；而K/S值越大说明样品的表面颜色越深，样品表面的染料浓度越大；K/S值越小，说明织物染得的颜色越浅，样品表面染料的浓度越低。由此可知，对比例A1牛仔纺织品中表面染料的浓度越低，染色效果差；同时，耐皂洗色牢度和耐摩擦色牢度都比实施例A1低；说明了本方案将靛蓝类染料附着于牛仔纺织品时需要添加共溶剂，共溶剂能增强靛蓝类染料与超临界二氧化碳的溶解度。

2、由实施例A1与对比例A2对比可知，对比例A2没有添加增溶剂；而增溶剂在本方案中，能增加共溶剂与超临界流体之间的溶解能力，又能提升超临界流体系统与牛仔纺织品的亲和力；对比例A2的K/S值只有2.9，其比实施例A1的7.2低4.3，且对比例A2的耐皂洗色牢度和耐摩擦色牢度都比实施例A1低；由此说明了不添加增溶剂会导致牛仔纺织品中表面染料的浓度下降，从而降低了染色效果。

实施例B:

步骤（1）：将靛蓝类染料0.4kg初步溶解于10kg共溶剂中，然后置于染料釜中密封；将20kg经过干燥的牛仔纤维放入染色釜中密封；染料釜和染色釜的保温温度为100℃；共溶剂由质量分数为40%丙三醇、40%丙酮和20%的二甲基亚砜组成；

步骤（2）：将二氧化碳通过液化设备液化，再充入染料釜和染色釜，直到达到25MPa的压力后；开启循环泵使流体系统处于循环状态，并充入10kg的增溶剂进行超临界染色；增溶剂为乙醇；

步骤（3）：经过1h的染色后，释放染色系统内的二氧化碳，直到染色系统内压力降为常压；

步骤（4）：释放流体系统的有机溶剂，过滤后对多余的染料进行回收。

对比例B：

采用现有技术将靛蓝染料附着于牛仔纤维，其步骤包括：

（1）将0.4kg的靛蓝染料，6kg的保险粉，2kg的烧碱和1000升的水进行还原溶解，然后置于染料釜中进行持续机械搅拌；

（2）将20kg经过干燥的牛仔纤维放入染料釜进行染色，使牛仔纤维与靛蓝隐色体充分混合1h；

（3）取出牛仔纤维后，在空气中进行氧化1h，使靛蓝隐色体进行氧化固着；

（4）将牛仔纤维进行皂煮和水洗3次后，进行烘干制得。

将实施例B与对比例B进行性能测试，结果如表2。

表2-实施例B的性能测试

由实施例B与对比例B对比可知，实施例B是采用无水超临界染色技术方法可以直接将靛蓝染料溶解在超临界环境中，并对牛仔纺织品进行上染和染色，整个染色过程不需要使用水、保险粉和强碱，也不会产生废水；而对比例B为传统的传统靛蓝染料上染纤维方法，其为了使靛蓝染料还原，需要添加大量的保险粉和烧碱，同时使用大量的水来使靛蓝还原溶解；此外，在隐色体上染时，往往需要采用大量的靛蓝氧化溶液，进行重复多次上染，以满足牛仔染色深度的需求；最后，需要使用大量的清水对染色后的纺织品进行皂煮和水洗。由此可知，实施例B采用无水超临界染色技术方法在K/S值、耐皂洗色牢度和耐摩擦色牢度性能都好于对比例B，证明本方案的无水超临界染色技术方法可以完全代替传统靛蓝染料上染纤维方法。

以上结合具体实施例描述了本方案的技术原理。这些描述只是为了解释本方案的原理，而不能以任何方式解释为对本方案保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本方案的其它具体实施方式，这些方式都将落入本方案的保护范围之内。