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第 9 期 郑环达，等: 超临界二氧化碳流体染色工程化研究进展 ·1453·

郑来久 [14,21] 课题组利用设计的散纤维染色架在
具有显著优势。同时，超临界流体染色过程中，CO 2
分子易于进入纤维非晶区的自由体积，可以提高部 80~140 ℃、17~29 MPa 的条件下进行了涤纶散纤维
分分子链段的移动性；CO 2 的增塑性导致聚合物玻 超临界 CO 2 流体工程化染色实验，见图 4。研究发
璃化转变温度降低 20~30 ℃，增大了自由体积，有 现，随着染色温度、压力和时间的增加，纤维染色
利于染料分子向纤维内部的扩散转移，可以改善聚 性能不断改善，并得到了与水介质染色相当的耐水
合物的染色性能 [15] 。近年来，在诸多研究机构的科 洗牢度和耐日晒牢度；随后在自主研制的千升复式
研攻关下，聚酯超临界 CO 2 流体染色从实验室研究 超临界 CO 2 流体染色装备中，采用独创的内外染染
向着工程化应用不断迈进 [16] 。Kraan [17] 等发现超临 色工艺获得了匀染性与重现性良好的染色筒纱，并
界 CO 2 流体染色时，分散染料在涤纶纤维上的吸附 将涤纶筒纱耐水洗、耐摩擦色牢度提高到了 4~5 级
[9]
遵循 Nernst 型吸附等温线，呈现与水介质染色近似 以上，耐日晒色牢度达到 6 级以上 。
的热动力学特征。Özcan [18] 等在 95 ℃和 30 MPa 的 同时，通过对比商品分散染料 153 及其原染料
条件下进行了涤纶纤维对分散橙 30 的吸收行为研究， 染色过程，发现分散染料内的大量助剂对超临界
结果表明染色 60 min 后符合拟二级动力学模型，并 CO 2 流体染色存在显著影响；随着染色温度的提高，
遵循粒子扩散模型。Okubayashi [19] 等在配有循环系统 阴离子型磺酸盐分散剂易于造成染料晶粒聚集、晶
的染色装置利用溶剂蓝 35、分散红 60 和分散黄 54 型转变和晶粒增长，从而降低了染料的传质性能与分
进行了涤纶超临界 CO 2 流体染色，通过调整釜内的 散稳定性；相同条件下，分散红 153 原染料对涤纶
不锈钢网、循环染浴与流体释压，可获得 88%~97% 纤维的超临界 CO 2 流体染色效果优于商品分散染料 。
[22]
的上染率。Elmaaty [20] 等采用 2%~6%的亚联氨丙腈染 2012 年，Nike 与 DyeCoo 合作使用超临界 CO 2
料在超临界 CO 2 流体中对涤纶染色，优化得出了其 流体染色技术为肯尼亚马拉松选手 Kirui 打造了奥
最优染色工艺为 120 ℃和 15 MPa；同时，无水染色 运会马拉松比赛服（图 5a），减少了 50%的化学品
样品显示了良好的抗金黄色葡萄球菌与大肠杆菌性能。 和能量使用。2013 年，Nike 推出第一款 ColorDry

图 4 散纤维、筒纱超临界 CO 2 流体染色产品
Fig. 4 Dyeing products of fibers and bobbins in supercritical CO 2 fluid

a—马拉松比赛服；b—再生聚酯 polo 衫；c—T 恤衫
图 5 聚酯超临界 CO 2 流体染色运动服饰
Fig. 5 Polyester sportswear of supercritical CO 2 fluid dyeing