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权利要求书 [权利要求 1] 一种筒纱无水染色设备, 包括染料釜、 染色釜、 回收釜及连通所述染 料釜、 染色釜及回收釜的染色循环系统, 其特征在于, 所述的染色釜 的顶部为筒纱入口, 所述筒纱入口配置密封盖, 所述染色釜内的中间 竖直设置纱线中轴, 所述纱线中轴为管壁上幵有流体释放孔的出气管 , 所述染色釜底部设置进气管, 所述进气管与所述出气管连通, 所述 染色釜上设置染色釜出口; 所述染色循环系统包括 CO 2储气瓶、 加压 泵、 循环泵及管路。 [权利要求 2] 按照权利要求 1所述的筒纱无水染色设备, 其特征在于, 所述的染料 釜至少包括 3个并列的子染料罐, 各所述子染料罐下部的入气口上设 置可控制流量的阀门; 所述 CO 2储气瓶通过管路与各所述子染料罐入 气口上的阀门连通, 各所述子染料罐的出口通过管路与所述染色釜的 进气管连通, 所述染色釜出口分出两路: 一路通过管路与所述循环泵 连通, 所述循环泵再通过管路与各所述子染料罐入气口上的阀门连接 , 另一路通过管路及排压阀与所述回收釜连通, 所述回收釜通过管路 与一冷凝器连接, 所述冷凝器再与所述 CO 2储气瓶连通, 所述。0 2储 气瓶与所述加压泵连通, 各所述子染料罐上分别设置加热套, 与所述 子染料罐连接的管路上缠绕电加热丝。 [权利要求 3] 按照权利要求 1或 2所述的筒纱无水染色设备, 其特征在于, 所述的染 色釜为一竖直放置的圆柱形釜体, 所述密封盖上设置自密封线圈, 所 述染色釜内底面围绕所述排气管设置筒纱下密封圈, 所述染色釜出口 设置在染色釜上部的侧壁。 [权利要求 4] 按照权利要求 3所述的筒纱无水染色设备, 其特征在于, 所述的回收 釜为一细长的圆柱形釜体, 所述的回收釜内设置立体复式的过滤结构 [权利要求 5] —种利用权利要求 1-4任一项所述的筒纱无水染色设备进行无水染色 的方法, 包括纱线准备、 染色方法, 其特征在于, 所述染色方法包括 如下步骤: (1) 首先, 选取染色所需要的染料, 对已经提纯的染料进行烘干、 研磨, 根据工艺要求, 分别称量所需要的染料并置于对应的子染料罐 内, 根据染料在超临界 CO 2流体中的溶解度, 相应的调节各子染料罐 染入气口上阀门的流量; 将准备好的筒纱放入到染色釜内, 并套在所 述纱线中轴上; (2) 幵启加压泵, 向循环回路中打入适量的 CO 2, 幵启加热套与伴 热电路, 当各子染料罐内的温度与压强达到工艺参数设定值吋, 幵启 循环泵, 此吋染料逐渐的溶解, 并随着 CO 2流体到达染色釜内幵始着 色、 扩散过程, 并持续一段吋间; (3) 染色完成后, 进行回收分离过程, 打幵排压阀, 流体进入到分 离釜幵始分离, 分离之后的 CO 2进入到冷凝器, 变为液体回收至 CO 2 储气瓶; (4) 最后, 打幵染色釜, 取出筒纱。 [权利要求 6] 按照权利要求 5所述的筒纱无水染色设备进行无水染色的方法, 其特 征在于, 所述步骤 (1) 中, 所述筒纱为涤纶筒纱, 所述染料采用染 料滤饼, 先将所述染料滤饼采用有机溶剂溶解之后再过滤、 烘干、 研 磨, 得到所需要的纯度至少达到 99.7%的高溶解度分散染料; 所述染 料采用粒度为 0.05mm的 D50染料; 所述步骤 (2) 中, 各子染料罐内 压强的工艺参数设定值为 8MPa-30 MPa、 温度的工艺参数设定值为 60 °C-120°C, 对纱线进行循环染色的吋间为 20min-360min, 含有染料的 超临界流体在循环的过程中与染料釜中的染料充分接触, 再经过染色 釜与纱线接触上色, 实现染料上染的扩散 _吸附 _解吸过程; 所述步 骤 (3) 中, 染色后的流体在经分离釜释压后气固分离, 超临界态的 C0 2释压, 变为气态 CO 2, 其中所附带的杂质会沉淀下来, 而气体经 过立体复式的过滤结构后, 回收至 CO 2储气瓶, 参与下一次循环。 [权利要求 7] 按照权利要求 6所述的筒纱无水染色设备进行无水染色的方法, 其特 征在于, 所述涤纶筒纱的直径高度比例为 0.5-1.4: 1。 [权利要求 8] —种如权利要求 5-7任一项所述筒纱无水染色方法生产的筒纱, 其特 征在于, 所述筒纱为涤纶长丝或涤纶短纤纱线。 [权利要求 9] 一种利用权利要求 8所述涤纶长丝生产的纺织品, 其特征在于, 所述 的纺织品包括针织面料、 机织面料、 内衣、 外衣。 |
[0001] 本发明属于染色技术领域, 涉及到一种超临界 CO 2 无水染色技术, 具体说是一 种筒纱无水染色设备、 染色方法及产品。
背景技术
[0002] 我国是一个水资源严重短缺的国家, 水资源环境也在不断的恶化, 再加上用水 的浪费, 水资源形势更是不容乐观。 在传统的染色过程中, 我们通常采用水作 为主要的介质。 大量的染料、 表面活性剂等化学物质都会对环境的可持续发 展 造成不良的影响。 此外, 对染色排出的污水需要进行中和、 沉降等处理, 都需 要花费大量的人力物力。 据不完全统计, 我国纺织印染行业年耗水量达 17亿吨 , 污水的排放达到 16亿吨。 而近几年来, 我国大部分地区的水资源严重短缺, 特别是污水排放等问题严重的制约染整行业的 进一步发展。 因此, 为防止污染 , 幵发绿色有效的染色工艺, 成为未来染整的正确方向。
[0003] 近几年来, 一种新型的绿色染色方式 _超临界 CO 2 无水染色给未来的染整行业 带来了新的曙光。 该技术由于其具有高效率, 无污染, 染色吋间短等优良的特 点, 备受青睐。 该技术采用超临界 CO 2 作为染色介质, 在 CO 2 被加热温度超过 31 °C, 压强超过 7.3MPa吋, 此吋变成了一种非气非液的状态 _超临界态。 然后, 由循环泵打压到燃料罐和染色罐之间不断的循 环, CO 2 将溶解的染料送到纤维的 孔隙, 使染料均匀快速的染到织物上面。 整个过程不需要清洗、 烘干的过程。 目前许多国家都在努力的研制这种具有节能减 排、 适用广泛的新型绿色染整设 备, 试图将其推向产业化, 实用化。
[0004] 然而, 作为一种新型的染色产业技术, 在实际生产过程中必然会遇到各种新问 题出现, 而现有的工艺技术也远未达到规模化生产的水 平。
[0005] 在已经公幵的中国专利中, 伊恩华等人发面的无水染色试验设备 (专利号: C N200310121145.9) 只是笼统地介绍无水染色, 但并没有给出详细的染色工艺技 术。 郑来久等人提出了采用超临界 CO 2 无水染色技术 (CN201010160181.6) 对 短纤维进行染色的方法, 但这种染色方式远远不能满足涤纶产品每年约 3800万 吨巨额的消耗量。 且其只能采用少量的几种染料进行染色。 中国发明专利 "超临 界二氧化碳染色装置中的染色釜" (公幵号 CN1807742A) , 则公幵了一种采用 染色流体双向循环的染色装置, 以实现对织物的均匀染色。 在其操作过程中, 需要转换染色流体的循环方向, 这就对无水染色的超高压设备的幵关等关键部 件的密封性、 安全性提出了很高的要求。 而国内大部分阀门部件根本不能满足 其使用寿命需求。 中国发明专利 "一种采用超临界流体进行连续化染色的生产 统及其生产工艺" (公幵号 CN101024922A) , 公幵了一种采用了集成式染色釜 及系统, 采用立式经轴染色模型, 多组并联的染色釜以达到连续式生产, 以提 高生产效率。 然而, 上述公幵的中小型设备中, 其工艺技术并不成熟。 而且, 在目前能够检索到的专利文献中, 还未发现有工艺成熟的涤纶筒子纱染色技术 公幵。 对筒子纱的染色是纱线被缠绕在一根金属或者 一次性塑料管上, 需要靠 循环泵的强制作用从内层向外层穿透纱线, 但由于经轴上的织物纱线处于静止 状态, 仅靠流体的强制循环带动染料穿过纱线因而易 受到流体的传质路径等因 素的影响, 导致匀染性下降。 此外, 由于筒子纱具有很大的密度, 这也增加了 对循环泵的设计要求和难度, 这也对染色系统的各个关键部件提出了更加苛 刻 的要求。 。
技术问题
[0006] 针对现有技术存在的上述问题, 如何设计一种无水筒纱染色设备及方法, 具有 生产效率高, 匀染效果好, 安全性强, 特别是适于涤纶筒子纱线的超临界 CO 2 无 水染色, 真正实现工业化生产。 这是目前亟待解决的技术问题。
问题的解决方案
技术解决方案
[0007] 为了解决现有技术存在的上述问题和不足, 本发明提供一种无水筒纱染色设备 及方法, 具有生产效率高, 匀染效果好, 安全性强, 适于批量涤纶筒子纱线的 超临界 CO 2 无水染色。
[0008] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
[0009] 一种筒纱无水染色设备, 包括染料釜、 染色釜、 回收釜及连通所述染料釜、 染 色釜及回收釜的染色循环系统, 其特征在于, 所述的染色釜的顶部为筒纱入口 , 所述筒纱入口配置密封盖, 所述染色釜内的中间竖直设置纱线中轴, 所述纱 线中轴为管壁上幵有流体释放孔的出气管, 所述染色釜底部设置进气管, 所述 进气管与所述出气管连通, 所述染色釜上设置染色釜出口; 所述染色循环系统 包括 CO 2 储气瓶、 加压泵、 循环泵及管路。
[0010] 对上述技术方案的改进: 所述的染料釜至少包括 3个并列的子染料罐, 各所述 子染料罐下部的入气口上设置可控制流量的阀 门; 所述 CO 2 储气瓶通过管路与各 所述子染料罐入气口上的阀门连通, 各所述子染料罐的出口通过管路与所述染 色釜的进气管连通, 所述染色釜出口分出两路: 一路通过管路与所述循环泵连 通, 所述循环泵再通过管路与各所述子染料罐入气 口上的阀门连接, 另一路通 过管路及排压阀与所述回收釜连通, 所述回收釜通过管路与一冷凝器连接, 所 述冷凝器再与所述 CO 2 储气瓶连通, 所述 CO 2 储气瓶与所述加压泵连通, 各所述 子染料罐上分别设置加热套, 与所述子染料罐连接的管路上缠绕电加热丝。
[0011] 对上述技术方案的进一步改进: 所述的染色釜为一竖直放置的圆柱形釜体, 所 述密封盖上设置自密封线圈, 所述染色釜内底面围绕所述排气管设置筒纱下 密 封圈, 所述染色釜出口设置在染色釜上部的侧壁。
[0012] 对上述技术方案的进一步改进: 所述的回收釜为一细长的圆柱形釜体, 所述的 回收釜内设置立体复式的过滤结构。
[0013] 一种利用上述筒纱无水染色设备进行无水染色 的方法, 包括纱线准备、 染色方 法, 其特征在于, 所述染色方法包括如下步骤:
[0014] (1) 首先, 选取染色所需要的染料, 对已经提纯的染料进行烘干、 研磨, 根 据工艺要求, 分别称量所需要的染料并置于对应的子染料罐 内, 根据染料在超 临界 CO 2 流体中的溶解度, 相应的调节各子染料罐染入气口上阀门的流量 ; 将准 备好的筒纱放入到染色釜内, 并套在所述纱线中轴上;
[0015] (2) 幵启加压泵, 向各子染料罐中打入适量的 CO 2 , 幵启加热套与伴热电路 , 当各子染料罐内的温度与压强达到工艺参数设 定值吋, 幵启循环泵, 此吋染 料逐渐的溶解, 并随着 CO 2 流体到达染色釜内幵始着色、 扩散过程, 并持续一段 吋间; [0016] (3) 达到实验所要求的染色吋间后, 进行回收分离。 打幵排压阀, 流体进入 到分离釜幵始分离, 分离之后的 CO 2 进入到冷凝器, 变为液体回收至 CO 2 储气瓶
[0017] (4) 最后, 打幵染色釜, 取出筒纱。
[0018] 对上述技术方案的改进: 所述步骤 (1) 中, 所述筒纱为涤纶筒纱, 所述染料 采用染料滤饼, 先将所述染料滤饼采用有机溶剂溶解之后再过 滤、 烘干、 研磨 , 得到所需要的纯度至少达到 99.7%的高溶解度分散染料; 所述染料采用粒度为 0.05mm的 D50染料; 所述步骤 (2) 中, 各子染料罐内压强的工艺参数设定值为 8MPa-30 MPa、 温度的工艺参数设定值为 60°C-120°C, 对纱线进行循环染色的吋 间为 50mi n -360min, 含有染料的超临界流体在循环的过程中与染料 釜中的染料充 分接触, 再经过染色釜与纱线接触上色, 实现染料上染的扩散 _吸附 _解吸过 程; 所述步骤 (3) 中, 染色后的流体在经分离釜释压后气固分离, 超临界态的 C0 2 释压, 变为气态 CO 2 , 其中所附带的杂质会沉淀下来, 而气体经过立体复式 的过滤结构后, 回收至 CO 2 储气瓶, 参与下一次循环。
[0019] 对上述技术方案的进一步改进: 所述涤纶筒纱的直径高度比例为 0.5-1.4: 1。
[0020] 一种利用上述筒纱无水染色方法生产的筒纱, 其特征在于, 所述筒纱为涤纶长 丝或涤纶短纤纱线。
[0021] 一种利用上述涤纶长丝生产的纺织品, 其特征在于, 所述的纺织品包括针织面 料、 机织面料、 内衣、 外衣。
发明的有益效果
有益效果
[0022] 本发明与现有技术相比具有以下优点和积极效 果:
[0023] 1.由于本发明采用的染料溶解介质是超临界态 CO 2 , 其兼具有气体的高渗透 性和液体的溶解性。 比水更容易渗透到纱线的内部, 携带的染料着色也就更加 容易。
[0024] 2.本发明采用染料滤饼来作为染色的染料, 摒弃了含有大量助剂辅料的商品染 料, 提高了染料的溶解度, 提高染色效率。
[0025] 3.本发明对染料滤饼进行了提纯, 染料滤饼在生产加工的过程中, 不可避免的 会出现副产物或者残余的生产原料。 通过将染料溶解在一种特殊的有机溶剂中
, 然后进行过滤, 得到染色用具有高溶解度的染料。
[0026] 4.本发明采用通过适当调节筒纱的直径 /高之比来实现了对筒纱的均匀染色。
[0027] 5.本发明采用了多染料溶解通道的模式来对不 的染料进行溶解, 使得不同的 染料溶解互不影响, 在多色拼色染色过程中, 减少花色问题的出现。
[0028] 6.本发明采用一种内外流相互交错循环的方式 即携带染料的 CO 2 流体的流向 按照工艺参数要求, 对纱线进行不断换向的渗透染色, 这种方式能够保证筒纱 的每一个位置均匀着色, 减少花色问题出现。
[0029] 7.在回收釜中, 本发明采用了一种多级复式的分离结构, 进行彻底的气固分离
, 保证纯净的 CO 2 进行下一次染色, 不对接下来的染色造成影响。
[0030] 8.此外, 本发明的筒纱无水染色设备摆脱了传统染色对 水的依赖, 并且实现了 对。0 2 约90%的回收利用, 从源头上解决了污染物的生产和排放, 具有显著的生 态环保以及清洁生产的特点, 在纺织印染行业的节能减排、 清洁生产中具有非 常广阔的应用前景。
对附图的简要说明
附图说明
[0031] 图 1为本发明筒纱无水染色设备的连接结构图;
[0032] 图 2为本发明筒纱无水染色设备中染色釜的结构 意图。
[0033] 图中, 1-染料釜; 2-染色釜; 3-循环泵; 4-C0 2
储气瓶; 5-冷凝器; 6-回收釜; 7-密封盖; 8-自密封线圈; 9-染色釜出口; 10-纱 线中轴; 11-染色釜侧壁; 12-筒纱下密封圈; 13-进气管。
本发明的实施方式
[0034] 参见图 1、 图 2, 本发明一种筒纱无水染色设备的实施例, 包括染料釜 1、 染色 釜 2、 回收釜 6及连通所述染料釜 1、 染色釜 2及回收釜 6的染色循环系统。 在染色 釜 1的顶部设置筒纱入口, 筒纱入口配置密封盖 7, 在染色釜内的中间竖直设置 纱线中轴 10, 纱线中轴 10为管壁上幵有流体释放孔的出气管。 在染色釜 2底部设 置进气管 13, 进气管 13与纱线中轴 10 (出气管) 连通, 在染色釜 2上设置染色釜 出口 9; 所述染色循环系统包括 CO 2 储气瓶、 加压泵、 循环泵 3及管路。
[0035] 具体而言: 上述的染料釜 2包括 3个并列的子染料罐, 3个子染料罐下部的入气 口上设置可控制流量的阀门。 上述 CO 2 储气瓶 4通过管路与分别与 3个子染料罐入 气口上的阀门连通, 3个子染料罐的出口通过管路与染色釜 2的进气管 13连通。 上述染色釜出口 9分出两路: 一路通过管路与所述循环泵 3连通, 循环泵 3再通过 管路分别与 3 个子染料罐入气口上的阀门连接; 另一路通过管路及排压阀一起与 所述回收釜 6连通, 回收釜 6通过管路与一冷凝器 5连接, 冷凝器 5再与 CO 2 储气瓶 4连通, CO 2 储气瓶 4与所述加压泵连通, 3个子染料罐上分别设置加热套
, 与所述子染料罐连接的管路上缠绕电加热丝。
[0036] 上述染色釜 2为一竖直放置的圆柱形釜体, 在其密封盖 7上设置自密封线圈 8, 在染色釜 2内底面围绕纱线中轴 (排气管) 10设置筒纱下密封圈 12, 所述染色釜 出口 9设置在染色釜 2上部的侧壁 11上。
[0037] 上述的回收釜 6为一细长的圆柱形釜体, 在回收釜 6内设置立体复式的过滤结构
[0038] 参见图 1、 图 2, 一种利用上述筒纱无水染色设备进行无水染色 方法的具体实施 方式, 包括纱线准备、 染色方法, 所述染色方法包括如下步骤:
[0039] (1) 首先, 选取染色所需要的染料, 对已经提纯的染料进行烘干、 研磨, 根 据工艺要求, 分别称量所需要的染料并置于对应的子染料罐 内, 根据染料在超 临界 CO 2 流体中的溶解度, 相应的调节各子染料罐染入气口上阀门的流量 ; 将准 备好的筒纱放入到染色釜内, 并套在所述纱线中轴上;
[0040] (2) 幵启加压泵, 向各子染料罐中打入适量的 CO 2 , 幵启加热套与伴热电路 , 当各子染料罐内的温度与压强达到工艺参数设 定值吋, 幵启循环泵, 此吋染 料逐渐的溶解, 并随着 CO 2 流体到达染色釜内幵始着色、 扩散过程, 并持续一段 吋间;
[0041] (3) 然后, 进行回收分离过程, 打幵排压阀, 流体进入到分离釜幵始分离, 分离之后的 CO 2 进入到冷凝器, 变为液体回收至 CO 2 储气瓶;
[0042] (4) 最后, 打幵染色釜, 取出筒纱。
[0043] 具体而言: 上述步骤 (1) 中, 所述染料采用染料滤饼, 先将所述染料滤饼采 用有机溶剂溶解之后再过滤、 烘干、 研磨, 得到所需要的纯度至少达到 99.7%的 高溶解度分散染料; 所述染料采用粒度为 0.05mm的 D50染料, 所述筒纱为涤纶 筒纱, 涤纶筒纱为涤纶长丝或涤纶短纤纱线。
[0044] 上述步骤 (2) 中, 各子染料罐内压强的工艺参数设定值为 8MPa-30 MPa、 温 度的工艺参数设定值为 60°C-120°C, 对纱线进行循环染色的吋间为 50mi n -360min , 含有染料的超临界流体在循环的过程中与染料 釜中的染料充分接触, 再经过 染色釜与纱线接触上色, 实现染料上染的扩散 _吸附 _解吸过程。
[0045] 上述步骤 (3) 中, 染色后的流体在经分离釜释压后气固分离, 超临界态的 CO 2释压, 变为气态 CO 2 , 其中所附带的杂质会沉淀下来, 而气体经过立体复式的 过滤结构后, 回收至 CO 2 储气瓶, 参与下一次循环。
[0046] 优选的, 上述涤纶筒纱的直径高度比例为 0.5-1.4: 1;
[0047] 本发明一种利用上述筒纱无水染色方法生产的 筒纱的实施例, 所述筒纱为涤纶 长丝或涤纶短纤纱线。
[0048] 本发明一种利用上述涤纶长丝生产的纺织品的 实施例, 纺织品包括纺织面料、 成衣制品、 鞋、 帽、 饰品等。
[0049] 纺织面料如: 纯涤纶针织面料、 纯涤纶机织面料, 也可是与其他纱线交织的面 料或复合面料等。
[0050] 成衣制品如: 针织内衣、 衬衣、 运动服、 制服、 裙子、 夹克、 西服等。
[0051] 饰品如: 领带、 围巾等。
[0052] 本发明产品各项性能指标检测结果:
[0053] 首先, 对采用本发明按照 GB/T.3921.1-1997
纺织品色牢度试验耐洗色牢度, GB7565-87纺织品色牢度试验棉和粘胶标准贴 衬织物规格和 GB6151-857纺织品色牢度试验色牢度的评定, 进行织物色牢度测 试分析。 结果显示本发明染后织物的耐摩擦色牢度和耐 水洗色牢度均可达到 GB18401-2003 《国家纺织产品基本安全技术规范》 的要求, 耐磨擦色牢度可达 到 3~4级, 耐水洗色牢度可达到 4~5级。
[0054] 经过对本发明无水染色方法染得的涤纶筒纱进 行织布, 观察其内中外三个不同 位置处的色差值 Δε。 根据 GB/T 3979-1997国家物体色测量方法标准, 采用本发明 染色方法染得的筒纱其内中外层的色差 在 0.5-0.7之间, 属于几乎无色差等级。
[0055] 以上检测结果证明: 本发明无水染色方法生产的产品, 完全可以达到国家有关 质量标准要求, 适于批量生产涤纶筒子纱线, 具备工业化生产的条件。
[0056] 当然, 上述说明并非是对本发明的限制, 本发明也并不限于上述举例, 本技术 领域的普通技术人员, 在本发明的实质范围内, 所做出的变化、 改型、 添加或 替换, 也应属于本发明的保护范围。