由图2(A、B)表明,在系统压力低于临界点压力(P=7.38MPa)时,系统中的CO2处于气.液共存状态,液相和气相存在明显的分界线;随着系统压力逐步升高,其液相比例不断增加,表明在压力作用下,有更多的CO2由气相向液相转化。当系统压力进一步升高,压力和温度都达到并超过CO2临界点(=31.19℃,P=7.38MPa)时,其液相与气相的分界线消失,系统中出现全充满的均相超临界CO2流体,如图2(C)所示。由于超临界CO2流体具有溶剂的特性,对溶质具有溶解作用,因而可广泛用于替代传统介质(如水、有机溶剂等)进行加工。如图2(D、E),在100.0℃、20.0MPa、60min条件下,超临界CO2流体对活性分散红GG染料具有较好的溶解作用,且随着溶解时间的延长,流体的颜色加深。
图3的在线检测吸收光谱曲线显示,在10min和20min的较短时间内,固体染料溶解并扩散进入超临界CO2流体中的量较少,流体中染料浓度较低。随着溶解时间延长到60min,以及系统中流体的不断循环,流体的在线吸收光谱曲线在波长为480.0nm处出现了非常明显的属于分散活性红GG染料的特征吸收峰,且其吸光度增加显著,表明染料溶解度随溶解时间及流体的循环而不断提高。当溶解时间延长到120min时,其特征波长处的吸光度继续增加,但当溶解时间进一步延长到150min时,其特征波长处吸光度的增加不明显,表明在120min时,系统中染料溶解已趋于或达到平衡。
2.2活性分散红GG染真丝时染料的转移
在传统染色工艺中,染浴中染料向纤维上转移,或被吸附上染,通常需在染色过程中或染色结束后进行取样测试才能获得。而在线监测系统则可实时监测整个染色过程中染料向纤维的转移情况,从而更好地控制和调整工艺参数。在20.0MPa、100.0℃,以及染色时间分别为30min、60min的条件下,采用本监测系统测试了活性分散红GG染料上染真丝纤维时流体中染料的转移情况,结果如图4所示。
图4表明,染色时间由30min延长到60min时,流体染浴中染料的特征吸收峰明显降低,表明当溶解染料进人染色釜并与真丝纤维接触时,染料在纤维上发生吸附上染,从而使流体中溶解染料浓度降低。此外,流体染色时尽管采用了1:1000的大浴比,但在60min的染色时间内也可使流体染浴中染料浓度明显降低;而传统水浴染色时,通常染浴中染料浓度的变化较小。这也表明超临界CO2流体染色有助于提高染浴中染料向纤维表面的转移或吸附上染,从而可有效提高活性分散红GG染料在真丝纤维上的上染百分率。
2.3超临界染色系统中残留染料的清洗
在超临界CO2流体染色结束时,流体中残留的绝大部分染料及CO2可通过配置的分离回收系统进行分离和回收。残留在超临界CO2流体染色循环系统中各管路焊接处、节流阀、调节阀及管壁等处的染料,如不进行充分清洗,必将影响到下一批次产品的染色质量,尤其当系统在进行换色加工时更为明显。