一種染色釜、芳綸纖維超臨界二氧化碳無水染色裝置及染色方法制造方法及圖紙

本發明專利技術公開了一種染色釜、芳綸纖維超臨界二氧化碳無水染色裝置及染色方法，其中，染色釜內的染色單元包括頂部封蓋、二氧化碳流體出口管、霧化噴頭Ⅰ、霧化通道、多孔中心管、底部封蓋、霧化噴頭Ⅱ和二氧化碳流體入口管。共混器包括二氧化碳流體入口、載體/共溶劑入口、旋轉葉輪Ⅰ、共混網格Ⅰ、共混網格Ⅱ、蜂巢混合器、旋轉葉輪Ⅱ和二氧化碳流體出口管。發明專利技術的一種芳綸纖維超臨界二氧化碳無水染色裝置，可實現載體/共溶劑與染料助劑的均勻混合，從而增加染料助劑的溶解度，改善芳綸纖維的染色性能，最終實現其無水清潔化染色加工。

【技術實現步驟摘要】
一種染色釜、芳綸纖維超臨界二氧化碳無水染色裝置及染色方法
本專利技術涉及一種紡織染整行業中利用超臨界二氧化碳流體進行芳綸纖維無水染色的裝置與方法。
技術介紹
芳綸的全稱是芳香族聚酰胺纖維。1974年，美國貿易聯合會(FederalTradeCommission)將它們命名為“Aramidfibers”，其定義是:至少有85％的酰胺鏈(-CONH-)直接與兩苯環相連接。芳綸作為軍民兩用的高性能纖維新材料，有著優良的物理化學特性，特別是具有優異的耐高溫性、阻燃性、電絕緣性、耐化學性、耐輻射性和熱濕舒適性能，是航空航天、電子通訊、環保、化工和海洋開發等領域的重要基礎材料。1956年美國Dupont公司開始展開芳綸纖維研究，1960年芳綸1313小試成功，稱之為HT-1，1963年投入中試，1967年正式開始工業化生產，商品名為Nomex，生產規模為450噸/年，1993年增加到25000萬噸/年。同時，也完成了芳綸1414纖維的生產，商品名為“Kevlar”。日本TeiJin公司經過十多年的研制于1970也成功開發了結構基本相同的芳綸1313纖維，商品名為Conex，擁有28450噸/年的產能。我國于1972年開始了芳綸的研制，中科院、清華大學等科研院所先后開展了芳綸纖維生產研究。其中，2000年，煙臺泰和新材料股份有限公司從哈薩克斯坦引進相關技術、軟件開始探索芳綸1313纖維生產；2003年3月建設了500噸/年具有自主知識產權的芳綸1313中試生產線；并于2004年5月正式投產，商品名為“紐士達”，截至目前生產能力已達7000噸/年，現已成為我國芳綸纖維生產的龍頭企業，并在世界間位芳綸供應商中位列第二位。近年來，芳綸1313的生產工藝已愈發趨于成熟，產量持續增長，其應用范圍也不斷擴大，如高溫過濾材料、電器絕緣材料、蜂巢結構材料和防火材料等。同時，芳綸1313產品也被逐漸用于服用領域，如航天服、消防服、賽車服、油田工作服等高性能紡織品，使得其染色需求逐漸增加。然而，芳綸1313具有極高的玻璃化溫度(>250℃)而極難在水介質中實現染色，并且由于染色芳綸1313纖維在光照條件下易產生嚴重的變色情況，導致芳綸染色產品耐光牢度較差，上述問題極大的限制了芳綸1313纖維在紡織服裝領域的應用。
技術實現思路
本專利技術針對上述問題，提供了一種芳綸纖維超臨界二氧化碳無水染色裝置與方法，以解決芳綸纖維的染色難題，實現其清潔化染色生產。本專利技術提供一種染色釜，染色釜內的染色單元為圓筒形，由上到下依次包括頂部封蓋、霧化通道、底部封蓋，所述霧化通道為多孔板，與頂部封蓋形成柱狀空間，所述霧化通道與底部封蓋中心處連接多孔中心管；二氧化碳流體入口管穿過底部封蓋進入多孔中心管，二氧化碳流體入口管在接近底部封蓋處設有霧化噴頭Ⅱ；所述頂部封蓋上設有二氧化碳流體出口管，所述二氧化碳流體入口管在接近頂部封蓋處設有霧化噴頭Ⅰ；所述二氧化碳流體入口管上連接整理劑入口管；所述整理劑入口管內設有霧化噴頭。可實現染色過程中超臨界二氧化碳、染料和載體/共溶劑三相混合體的內染、外染雙向流入，從而改善芳綸纖維的染色性能。其中，霧化噴頭Ⅰ為發散型，霧化噴頭Ⅱ為垂直型。本專利技術有提供一種芳綸纖維超臨界二氧化碳無水染色裝置，包括：二氧化碳匯氣排、二氧化碳加熱器、冷凝器、二氧化碳儲罐、預冷器、二氧化碳加壓泵、載體/共溶劑泵、載體/共溶劑罐、二氧化碳換熱器、導熱油系統、補充導熱油系統、染料釜、權利要求1所述染色釜、磁力循環泵、分離器、乙二醇高位槽、涼水塔、冷水槽、水泵、壓縮機和乙二醇泵。進一步地，在上述技術方案中，所述芳綸纖維超臨界二氧化碳無水染色裝置，其特征在于：包括共混器，所述共混器為柱體，前端包括二氧化碳流體入口、載體/共溶劑入口、內部依次包括旋轉葉輪Ⅰ、共混網格Ⅰ、共混網格Ⅱ、蜂巢混合器、旋轉葉輪Ⅱ和二氧化碳流體出口管；所述共混網格Ⅰ為兩端開口的多管結構，管與共混器為的柱體非水平或垂直；所述共混網格Ⅱ為兩端開口的多管結構，所述共混網格Ⅱ的管方向與共混網格Ⅰ的管方向相對；所述蜂巢混合器為多空蜂窩結構。旋轉共混網格Ⅰ、共混網格Ⅱ和蜂巢混合器三級混合單元，在旋轉葉輪Ⅰ和旋轉葉輪Ⅱ的攪拌作用下，實現超臨界二氧化碳、染料和載體/共溶劑三相混合體的均勻混合。進一步地，在上述技術方案中，所述的一種芳綸纖維超臨界二氧化碳無水染色裝置，其特征在于共混網格Ⅰ、共混網格Ⅱ和蜂巢混合器的孔徑分別為0.01um、0.01um和0.001um。本專利技術提供一種采用上述芳綸纖維超臨界二氧化碳無水染色裝置染色的方法，其特征在于：氣瓶內的二氧化碳在加熱器的作用下，流經匯流排，并經過冷凝器冷卻為液態二氧化碳流體儲存于二氧化碳循環罐內，以供染色過程使用；紡織品染色生產時，循環罐內的二氧化碳首先流經預冷器冷凝，并通過二氧化碳加壓泵注入染色設備內部，完成升壓過程；再利用換熱器對二氧化碳流體進行加熱，使得其進入超臨界狀態；超臨界二氧化碳流體首先進入染料釜內溶解其內的染料或載體/共溶劑；并在共混器內與載體/共溶劑泵注入的液態載體/共溶劑混合；超臨界二氧化碳、染料、載體/共溶劑三相混合體流入染色釜內的染色單元上染芳綸織物，在循環泵的作用下含有染料和載體/共溶劑的二氧化碳流體在染料釜和染整釜間循環流動，從而完成染色過程；染整過程完成后，二氧化碳流體通過分離釜與未上染的染料深度分離；再通過冷凝器將純凈的二氧化碳回收至二氧化碳儲罐中。進一步地，在上述技術方案中，所述芳綸纖維選自芳綸1313、芳綸1414和芳砜綸。進一步地，在上述技術方案中，芳綸纖維纏繞在染色釜內的染色單元的多孔中心管上，染料和固態載體置于染料釜內的染料筒內，液體載體置于載體/共溶劑罐內。超臨界二氧化碳流體首先進入染料釜內溶解其內的染料或固體載體；并在共混器內與載體/共溶劑泵注入的液態載體/共溶劑混合。進一步地，在上述技術方案中，染色溫度為100-200℃，染色壓力為20-40MPa，染色時間為10-120min，染料用量為1-5.5％，二氧化碳流體流量為10-1000g/min，載體/共溶劑流量為1-50g/min。進一步地，在上述技術方案中，所述染料選自分散染料、分散陽離子染料和陽離子染料。進一步地，在上述技術方案中，所述載體/共溶劑選自對苯二甲酸二甲酯、CINDYEDNK、乙醇和甲醇。專利技術有益效果(1)專利技術的染色單元內置有上下兩個霧化噴頭，在染色過程可可實現超臨界二氧化碳、染料和載體/共溶劑三相混合體的內染、外染雙向流入，并可保證三相混合體對纖維的均勻擴散滲透，從而改善芳綸纖維的染色性能。(2)專利技術的共混器包括共混網格Ⅰ、共混網格Ⅱ和蜂巢混合器三級混合單元，可以在旋轉葉輪Ⅰ和旋轉葉輪Ⅱ的攪拌作用下，實現超臨界二氧化碳、染料和載體/共溶劑三相混合體的均勻混合；載體的加入，增加了染料的溶解度并降低了芳綸纖維的玻璃化溫度，從而改善了芳綸纖維的染色性能。附圖說明圖1為一種芳綸纖維超臨界二氧化碳無水染色裝置示意圖；圖2為一種超臨界二氧化碳流體無水快速染整設備中的共混器示意圖；圖3為一種超臨界二氧化碳流體無水快速染整設備中染色釜內的染色單元示意圖；圖中，1、二氧化碳匯氣排；2、二氧化碳加熱器；3、冷凝器；4、二氧化碳儲罐；5、預冷器；6、二氧化碳加壓本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種染色釜，其特征在于：染色釜內的染色單元為圓筒形，由上到下依次包括頂部封蓋、霧化通道、底部封蓋，所述霧化通道為多孔板，與頂部封蓋形成柱狀空間，所述霧化通道與底部封蓋中心處連接多孔中心管；二氧化碳流體入口管穿過底部封蓋進入多孔中心管，二氧化碳流體入口管在接近底部封蓋處設有霧化噴頭Ⅱ；所述頂部封蓋上設有二氧化碳流體出口管，所述二氧化碳流體入口管在接近頂部封蓋處設有霧化噴頭Ⅰ；所述二氧化碳流體入口管上連接整理劑入口管；所述整理劑入口管內設有霧化噴頭。

【技術特征摘要】
1.一種染色釜，其特征在于：染色釜內的染色單元為圓筒形，由上到下依次包括頂部封蓋、霧化通道、底部封蓋，所述霧化通道為多孔板，與頂部封蓋形成柱狀空間，所述霧化通道與底部封蓋中心處連接多孔中心管；二氧化碳流體入口管穿過底部封蓋進入多孔中心管，二氧化碳流體入口管在接近底部封蓋處設有霧化噴頭Ⅱ；所述頂部封蓋上設有二氧化碳流體出口管，所述二氧化碳流體入口管在接近頂部封蓋處設有霧化噴頭Ⅰ；所述二氧化碳流體入口管上連接整理劑入口管；所述整理劑入口管內設有霧化噴頭。2.一種芳綸纖維超臨界二氧化碳無水染色裝置，包括：二氧化碳匯氣排、二氧化碳加熱器、冷凝器、二氧化碳儲罐、預冷器、二氧化碳加壓泵、載體/共溶劑泵、載體/共溶劑罐、二氧化碳換熱器、導熱油系統、補充導熱油系統、染料釜、權利要求1所述染色釜、磁力循環泵、分離器、乙二醇高位槽、涼水塔、冷水槽、水泵、壓縮機和乙二醇泵。3.根據權利要求2所述芳綸纖維超臨界二氧化碳無水染色裝置，其特征在于：包括共混器，所述共混器為柱體，前端包括二氧化碳流體入口、載體/共溶劑入口、內部依次包括旋轉葉輪Ⅰ、共混網格Ⅰ、共混網格Ⅱ、蜂巢混合器、旋轉葉輪Ⅱ和二氧化碳流體出口管；所述共混網格Ⅰ為兩端開口的多管結構，管與共混器為的柱體非水平或垂直；所述共混網格Ⅱ為兩端開口的多管結構，所述共混網格Ⅱ的管方向與共混網格Ⅰ的管方向相對；所述蜂巢混合器為多空蜂窩結構。4.根據權利要求3所述的一種芳綸纖維超臨界二氧化碳無水染色裝置，其特征在于共混網格Ⅰ、共混網格Ⅱ和蜂巢混合器的孔徑分別為0.01um、0.01um和0.001um。5.采用權利要求2或3所述芳綸纖維超臨界二氧化碳無水染色裝置染色的方法，其特征在于：氣瓶內的二氧化碳在加熱器的作用下，流經匯流排，并經過冷凝器冷卻...

【專利技術屬性】
技術研發人員：鄭來久，鄭環達，高世會，閆俊，張娟，趙虹娟，熊小慶，吳勁松，李飛霞，韓益桐，
申請(專利權)人：大連工業大學，
類型：發明
國別省市：遼寧,21