專利名稱：微膠囊無助劑免水洗染色工藝和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于輕化工領域，進一步說是一種微膠囊無助劑免水洗染色工藝和裝置，是一種清潔染色的工藝和裝置。
背景技術：
目前分散染料的染色仍然為在助劑作用下的水系介質(zhì)染色，即借助于助劑把染料穩(wěn)定地分散于水中，采用130℃高溫染色，染色后再經(jīng)水洗、皂洗還原清洗等把織物表面浮色洗去，以達到預定的牢度要求。為了節(jié)水，人們采用小浴比染色，浴比為1∶7左右，但水洗工藝必不可少，因此每染一噸織物染色和水洗用水消耗約為100～150噸，產(chǎn)生的廢水為嚴重污染。為了保護環(huán)境，人們采用種種技術手段提高處理水質(zhì)量，但迄今為止尚無徹底有效的處理方法。
十多年前，德國科學家發(fā)明了一種非水系染色方法——超臨界CO2染色技術，可以說是一種清潔的染色方法，徹底地解決了染色廢水問題。該技術引起了廣泛的重視和研究，已出現(xiàn)多種超臨界CO2染色裝置。如“用于超臨界流體或準臨界流體溶解固體顆粒的溶解裝置及染色裝置”(中國專利號ZL01119214.3)，該裝置包括一種超臨界流體對染料顆粒的溶解和分離裝置，并能限制較大的染料顆粒與織物接觸。但由于此類裝置以超臨界流體為介質(zhì)，工作壓力為300大氣壓左右，設備投資昂貴，至今尚未見規(guī)?；瘧?。
2003年陳水林等人發(fā)明了一種分散染料微膠囊無助劑的水系染色技術，中國專利號ZL03116244.4。該發(fā)明利用一種特殊的微膠囊化分散染料，利用該種微膠囊的緩釋與隔離作用，在普通的高溫高壓染色設備上，采用通常的染色條件，實現(xiàn)了無廢水的清潔染色。由于該方法不添加助劑，染色廢水經(jīng)過濾后非常清潔。但用這種方法染色后的織物仍需清洗，以除去織物上附著微膠囊和少量浮色，這種清洗仍然消耗較大量的水。
為此，發(fā)明人陳水林等人又于2004年發(fā)明了一種免除水洗的分散染料染色的方法，中國專利號ZL200410056220.9。該方法的實現(xiàn)過程是，采用分散染料微膠囊染色方法完成染色后，在斷絕染料供應和無助劑的條件下，繼續(xù)在水中對織物高溫處理10至20分鐘，使吸附在織物表面的染料全部進入織物纖維內(nèi)部，免除了水洗，從而可節(jié)約大量的水洗用水和熱能。
但是，微膠囊染色停止后，微膠囊中還存在一些末耗盡的染料，這些染料必須在免水洗處理前被排除在染色體系之外，以達到徹底斷絕染料供應的要求。其次，如果織物上附著有微膠囊，在隨后的熱定型階段，高溫會使這些微膠囊中的染料升華，在織物上形成色點。顯然，對絨毛織物、紗線等，采用水洗的方法清除附著的微膠囊是很困難的。即使對普通織物，這種清洗不僅操作復雜，而且需要額外的熱能和水。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種微膠囊無助劑染色免水洗的工藝和染色的裝置，尤其適用于分散染料微膠囊無助劑染色免水洗的工藝和染色的裝置。
本發(fā)明的工藝原理表述如下分散染料微膠囊C1是一種平均粒徑為數(shù)十微米的固體顆粒(ZL03116244.4)，內(nèi)部含有染料固體。它具有一定的強度和耐熱性能，在染色過程中不溶解，不變形，不破裂，其粒徑分布基本不變；同時它又具有滲透性和緩釋性，水和染料分子可以透過膠囊壁。在高溫和水介質(zhì)的作用下，微膠囊中的染料被逐漸溶解，擴散作用使溶解的染料分子C2透過膠囊壁，進入染液。染料分子到達纖維表面并吸附，向纖維內(nèi)部擴散。這種溶解—滲透—吸附—擴散的過程不斷進行，直至織物的顏色達到一定的深度。此時，只要切斷對織物的染料供應，讓織物在染色溫度下繼續(xù)處理一段時間，即可清除其表面浮色，達到免除水洗的目的。
本發(fā)明的裝置是一種將固液萃取機理應用于微膠囊無助劑免水洗染色的裝置，由普通的染色機、萃取機、管路、2～8個閥門和泵等組成一個染色系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用水為工作介質(zhì)，其工作溫度和壓力與普通的染色條件一致，通常工作溫度為100～140℃，壓力為0～0.4MPa，染色時間為0.5～1.5小時。如典型的純滌綸織物染色條件為130℃、0.3MPa。
本裝置的工作流程是將水輸入容器，水與容器中的微膠囊充分接觸，形成水與微膠囊的混合體系。通常系統(tǒng)中水為織物重量的10～30倍，推薦30倍，微膠囊染料的用量，根據(jù)不同的染色深度要求，為織物重量的0.1～10％。由于微膠囊具有較大的比表面積，在較高的溫度下，如130℃，水的粘度極小，易通過微膠囊壁，溶解其中的分散染料，形成分散染料水溶液。染料溶液與微膠囊隨后通過一個過濾介質(zhì)C3，較大粒徑的微膠囊C1被限制在容器內(nèi)，染料溶液從容器輸出。
萃取機A2中的過濾介質(zhì)C3可采用附圖5中的網(wǎng)籃形式，也可采用柱狀、袋裝、折波狀、片狀等任何通常的形式。過濾介質(zhì)C3的選材也很廣泛，選擇難以被分散染料著色的材質(zhì)為好，包括但不限于滿足系統(tǒng)工作條件的金屬、陶瓷、玻璃纖維、粘膠纖維或天然纖維等，但應避免使用聚酯等與分散染料有親和力的材料。
實際上，染色機中存在少量粒徑較小的微膠囊是可以接受的，因為這些微膠囊具有更大的比表面積，其內(nèi)部的染料較早消耗枯竭，它造成的負面影響也較小。為了降低工作負荷，過濾介質(zhì)C3的過濾精度可適當放寬。根據(jù)所用微膠囊染料的規(guī)格，結合對染色產(chǎn)品質(zhì)量的要求，過濾介質(zhì)C3的過濾精度一般應選擇2～50微米。
本發(fā)明還包括由萃取機A2、染色機A1和連接管路組成的工作回路，該回路使經(jīng)由萃取機流出染液不斷地注入染色機，染液中的染料被織物吸收后，枯竭的染液被重新輸入萃取機，再次從含有染料的微膠囊中獲得溶解的染料，形成較高濃度的染料溶液。如此不斷循環(huán)30～60分鐘，達到預定的染色深度后，關閉這個工作回路，使染色機內(nèi)得不到新的染料供應，染色機繼續(xù)在染色溫度條件下獨立運行一段時間，如5～20分鐘，使纖維表面的浮色進入纖維，從而完成免水洗處理過程。
系統(tǒng)中的染料溶解—消耗是一個動態(tài)過程，因此萃取機應有足夠的輸出流量，以不斷補充染色機內(nèi)的染料消耗。但是，由于分散染料的溶解度很小，染料達到溶解飽和以后，過大的工作流量也是無益的。決定萃取機工作流量的主要因素是染料的用量和織物重量，通常微膠囊染料的重量為織物重量的0.1％～10％；此外還與溶解裝置的性能、織物的結構、染色機的性能等有關。因此，萃取機的流量一般為1～100m3/h。
本發(fā)明的各種變體可適合與各種形態(tài)的疏水性纖維制品，如錦綸、滌/棉混紡纖維以及散纖維、紗線、針織布、成衣等制品。


圖1是本發(fā)明的一種微膠囊無助劑免水洗染色裝置示意圖；符號說明A1-染色機，A2-萃取機，A3-泵，V1、V2、V3、V4和V5-閥門。
泵A3為萃取機運行提供動力，兼作染色機的動力來源。
V4和V5控制萃取機A2的反沖洗回路。染色完成后，關閉V2、V3，打開V4、V5，可以對萃取機進行清洗。
圖2是本發(fā)明的第二種微膠囊無助劑免水洗染色裝置示意圖；符號說明A1-染色機，A2-萃取機，A3-泵，V1、V2、V3、V4和V5-閥門。
泵A3為萃取機運行提供動力，兼作染色機的動力來源。泵的安裝位置一般在染色機A1的出水端，也可以安裝在染色機A1的進水端。
V4和V5控制萃取機A2的反沖洗回路。染色完成后，關閉V2，打開V3、V4、V5，可以對萃取機進行清洗。
圖3是本發(fā)明的第三種微膠囊無助劑免水洗染色裝置示意圖；符號說明A1-染色機，A2-萃取機，A3、A4-泵，V1、V2、V3、V4和V5-閥門。
泵A3為萃取機運行提供動力，A4作為染色機的動力來源。泵的安裝位置一般在染色機A1的出水端，也可以安裝在染色機A1的進水端。
V4和V5控制萃取機A2的反沖洗回路。染色完成后，關閉V2、V3，打開V4、V5，可以對萃取機進行清洗。
圖4是本發(fā)明的第四種微膠囊無助劑免水洗染色裝置示意圖。將萃取機置于染色機內(nèi)，可使染色機與萃取機成為一體。該結構的萃取機容器為非承壓容器，系統(tǒng)結構簡單、緊湊、經(jīng)濟。
符號說明A1-染色機，A2-萃取機，A3-泵，V1、V2、V3和V5-閥門。
泵A3為萃取機運行提供動力，兼作染色機的動力來源。
V5控制萃取機A2的反沖洗回路。染色完成后，關閉V3，打開V2、V5，可以對萃取機進行清洗。
圖5是本發(fā)明的一種微膠囊無助劑免水洗染色裝置中的萃取機的原理示意圖，內(nèi)部過濾介質(zhì)為濾籃形式，但并不限定萃取機的具體結構。
符號說明A2-萃取機，C1-微膠囊染料，C2-溶解的染料分子，C3-濾網(wǎng)。
具體實施例方式
以下實施例有助于進一步理解本發(fā)明，但不能限定本發(fā)明的內(nèi)容。
實施例采用的裝置中，微膠囊染料萃取機、染色機、泵和閥門通過管道連接組成一個工作回路，有多種連接方式。為便于理解，給出附圖1、附圖2、附圖3和附圖4四種結構，但本發(fā)明所保護的范圍并不限于這四種結構。
實施例1滌綸中樣染色試驗選用設備為1.普通高溫高壓溢流染布的染色機，容量20kg，最高工作溫度140℃，最高工作壓力0.4MPa；2.普通的萃取機作為微膠囊染色萃取機，容積20L，最高工作溫度140℃，最高工作壓力0.4MPa，過濾介質(zhì)用不銹鋼折波濾芯，過濾精度20微米，過濾面積2m2；將設備按附圖1方式連接。
試驗材料1.純滌綸布1.9kg；2.微膠囊化分散染料(C.I.分散藍56)4％owf.；3.水300L；4.醋酸適量。
操作步驟步驟1染色機A1進布，加水，加醋酸調(diào)節(jié)染液的pH值至5～6；步驟2將微膠囊化染料加入微膠囊染色萃取機A2；步驟3關閉排水閥V4和V5，調(diào)節(jié)閥門V1、V2、V3，使流經(jīng)萃取機A2的水流達到20m3/h(20℃時)；步驟4升溫至130℃后保溫30分鐘；步驟5關閉V2和V3，以切斷萃取機A2對染色機A1的染料溶液供應回路；步驟6染色機繼續(xù)保溫運行20分鐘；步驟7降溫，完成染色。
實施例2滌綸染色生產(chǎn)選用設備為1.普通高溫高壓溢流染布機，容量200kg，最高工作溫度140℃，最高工作壓力0.4MPa；2.微膠囊染色萃取機，容積L，最高工作溫度140℃，最高工作壓力0.4MPa，過濾介質(zhì)為粘膠纖維制無紡布濾袋，過濾精度20微米，過濾面積6m2；將設備按圖2方式連接。
試驗材料1.純滌綸布55 kg；2.微膠囊化分散染料(C.I.分散藍56)2％owf.；3.水1000L；4.醋酸適量。
操作步驟步驟1染色機A1進布，加水，加醋酸調(diào)節(jié)染液的pH值至5～6；步驟2將微膠囊化染料加入微膠囊染色萃取機A2；步驟3關閉排水閥V5，調(diào)節(jié)閥門V1、V2、V3、V4，使流經(jīng)萃取機A2的水流達到30m3/h(20℃時)；步驟4升溫至130℃后保溫30分鐘；步驟5完全打開V4，關閉V2和V3，以切斷萃取機A2對染色機A1的染料溶液供應回路；步驟6染色機繼續(xù)保溫運行20分鐘；步驟7降溫，完成染色。
實施例3滌綸筒紗染色選用設備為1.普通高溫高壓筒紗染色中樣機，容量3kg，最高工作溫度140℃，最高工作壓力0.4MPa；2.微膠囊染色萃取機，容積6L，最高工作溫度140℃，最高工作壓力0.4MPa，過濾介質(zhì)用不銹鋼濾芯，過濾精度20微米，過濾面積0.18m2；將設備按圖3方式連接。
試驗材料1.純滌綸筒子紗1kg；2.微膠囊化分散染料(C.I.分散藍56)2％owf.；3.水20L；4.醋酸適量。
按實施例1的步驟操作，萃取機A2的工作流量為5m3/h。
實施例4滌綸中樣染色試驗選用設備為按附圖4方式制作一臺內(nèi)置萃取機的染色機，容量20kg，最高工作溫度140℃，最高工作壓力0.4MPa；內(nèi)置萃取機容積20L，過濾介質(zhì)用五層不銹鋼燒結網(wǎng)濾芯，過濾精度20微米，過濾面積1m2。
試驗材料1.純滌綸布1.9kg；2.微膠囊化分散染料(C.I.分散藍56)2％owf.；3.水300L；4.醋酸適量。
操作步驟步驟1染色機A1進布，加水，加醋酸調(diào)節(jié)染液的pH值至5～6；步驟2將微膠囊化染料加入微膠囊染色萃取機A2；步驟3關閉排水閥V5，打開V3；調(diào)節(jié)閥門V2，使流經(jīng)萃取機A2的水流達到10m3/h(20℃時)；步驟4升溫至130℃后保溫30分鐘；步驟5關閉V2和V3，以切斷萃取機A2對染色機A1的染料溶液供應回路；步驟6染色機繼續(xù)保溫運行20分鐘；步驟7降溫，完成染色。
用上述方法排出的染色殘液呈弱酸性，由于未添加助劑，色度、COD和BOD極低，有較高的回用價值。
權利要求
1.一種微膠囊無助劑免水洗染色裝置，其特征是該染色裝置將用于織物染色的染色機A1，通過一組管路和用于控制流量和流向的2～8個閥門，連接一個用于萃取微膠囊內(nèi)染料的，帶過濾介質(zhì)的萃取機A2。
2.如權利要求1所述的染色裝置，其特征是所述的萃取機A2是帶過濾介質(zhì)的固液萃取機。
3.如權利要求1所述的染色裝置，其特征是所述的過濾介質(zhì)是過濾網(wǎng)；其材質(zhì)是金屬、陶瓷、玻璃纖維、粘膠纖維或天然纖維。
4.如權利要求1所述的染色裝置，其特征是所述的萃取機的過濾精度2～50微米，工作壓力0～0.4MPa。
5.一種微膠囊無助劑免水洗染色工藝，其特征是被染織物在僅含有溶解狀態(tài)的染料水溶液中染色，含有染料的微膠囊被置于萃取機中，染色機中的染色液通過泵和管路進入萃取機中，萃取機分離大于2～50微米粒徑的微膠囊，將微膠囊中的部分染料溶解在染液中，再輸入染色機，如此染色30～60分鐘以后，關閉萃取機的進水閥門和出水閥門，切斷對染色機的染料供應，再在染色機中染色5～20分鐘。
6.如權利要求5所述的微膠囊無助劑免水洗染色工藝，其特征是所述的染色機中染液的pH5～6、微膠囊染料的重量為織物重量的0.1％～10％，水為織物重量的10～30倍；染色溫度為100～140℃；壓力為0～0.4MPa。
7.如權利要求5所述的微膠囊無助劑免水洗染色工藝，其特征是所述萃取機的流量為1～100m3/h。
8.如權利要求5所述的微膠囊無助劑免水洗染色工藝，其特征是所述的微膠囊是分散染料的微膠囊。
全文摘要
本發(fā)明為微膠囊無助劑免水洗的染色工藝和裝置。本發(fā)明裝置為連接在普通高溫高壓染色機上的一個旁路，該旁路包括一種微膠囊染料萃取機，連接微膠囊染料萃取機和染色機的進水和出水管，控制染料釋放的閥門。本裝置與普通高溫高壓染色機連接使用，可以在通常的染色條件下，對滌綸等疏水纖維的微膠囊無助劑免除水洗染色，可以簡化操作，染色完成后，剩余的微膠囊與染液分離，排水十分清潔。
文檔編號D06P1/96GK1986956SQ200610147479
公開日2007年6月27日 申請日期2006年12月19日 優(yōu)先權日2006年12月19日
發(fā)明者胡衛(wèi)明, 陳水林, 俞正慶 申請人:上海西倫實業(yè)有限公司