本發(fā)明具體涉及一種光致發(fā)光纖維的染色方法。
背景技術(shù)：
光致發(fā)光纖維是一種以滌綸、錦綸或丙綸等紡絲原料為基材，通過(guò)添加稀土長(zhǎng)余輝發(fā)光材料及功能助劑，經(jīng)特殊紡絲工藝制成的光致蓄光型發(fā)光纖維。此纖維只需吸收任何可見(jiàn)光10分鐘，即可持續(xù)發(fā)光十小時(shí)以上，且無(wú)限次循環(huán)使用。該纖維綠色、環(huán)保、節(jié)能，可廣泛應(yīng)用于救援、夜間作業(yè)、消防應(yīng)急、交通運(yùn)輸、建筑裝潢、航空航海以及服裝服飾等領(lǐng)域。
近幾年來(lái)，國(guó)內(nèi)外研制出多種稀土發(fā)光激活材料，由于具有初始亮度高、余輝時(shí)間長(zhǎng)、無(wú)放射性危害等優(yōu)點(diǎn)被人們接受，且發(fā)光材料發(fā)出峰值為450～580nm的發(fā)射光譜，可呈現(xiàn)藍(lán)、藍(lán)綠、綠、綠黃、黃等顏色的長(zhǎng)余輝發(fā)光。但隨著發(fā)光纖維的應(yīng)用領(lǐng)域的拓展，上述顏色種類(lèi)有限，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了發(fā)光纖維與其他纖維材料結(jié)合使用時(shí)，顏色匹配的問(wèn)題。因此，急需開(kāi)發(fā)出顏色豐富多彩的發(fā)光纖維，最好的方法是使發(fā)光纖維類(lèi)似于普通的紡織纖維一樣，可以通過(guò)染料染色來(lái)實(shí)現(xiàn)顏色的多樣化。
目前商業(yè)化生產(chǎn)的發(fā)光纖維主要是稀土鋁酸鹽發(fā)光纖維，該類(lèi)纖維具有良好的長(zhǎng)余輝性能，化學(xué)性能較穩(wěn)定，但缺點(diǎn)也很明顯，耐水性差且發(fā)光顏色比較單一。因發(fā)光材料中含有較多堿土金屬氧化物，在水中容易水解呈強(qiáng)堿性，在酸性介質(zhì)中容易起中和反應(yīng)，發(fā)光材料遭到破壞。這使發(fā)光纖維經(jīng)傳統(tǒng)染色工藝處理后，亮度大幅降低，極大限制了發(fā)光纖維這一優(yōu)異功能材料的推廣應(yīng)用。
為了提高發(fā)光纖維的使用性能，需對(duì)發(fā)光材料進(jìn)行抗水解處理，如采用表面包覆、表面改性等技術(shù)提高發(fā)光材料的耐水性能，但這些處理方法對(duì)解決發(fā)光材料的抗水解性不是很徹底，采用常規(guī)的染色方法染色發(fā)光纖維，纖維中的發(fā)光材料仍會(huì)發(fā)生水解，以及染色助劑會(huì)破壞發(fā)光材料的性能，從而染色后發(fā)光纖維亮度降幅仍舊明顯。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題，在于提供一種光致發(fā)光纖維的染色方法，采用超臨界流體技術(shù)對(duì)發(fā)光纖維進(jìn)行染色。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種光致發(fā)光纖維的染色方法，先配置一染色系統(tǒng)，所述染色系統(tǒng)包括一循環(huán)泵，還包括依次連接的CO2鋼瓶、加壓泵、加熱器、染料釜、高壓染色釜、減壓閥、降溫器、分離釜、CO2儲(chǔ)瓶、過(guò)濾器、冷凝器，且所述冷凝器連接至CO2鋼瓶；所述循環(huán)泵一端與染料釜連接，另一端與高壓染色釜連接；
所述染色方法包括以下步驟：
(1)將光致發(fā)光纖維按照預(yù)設(shè)的松散度絡(luò)在多孔紗筒上，并放置于高壓染色釜內(nèi)的筒子架中；在染料釜中加入染料；
(2)設(shè)置高壓染色釜的溫度和壓力值，打開(kāi)CO2鋼瓶向染料釜和高壓染色釜內(nèi)輸氣，并開(kāi)啟加熱裝置對(duì)CO2進(jìn)行加熱，當(dāng)CO2鋼瓶?jī)?nèi)壓力和系統(tǒng)壓力達(dá)到平衡時(shí)，開(kāi)啟加壓泵對(duì)CO2進(jìn)行加壓后再輸送到染料釜、高壓染色釜中；同時(shí)開(kāi)啟循環(huán)泵，在氣流作用下，筒子架旋轉(zhuǎn)；
(3)當(dāng)高壓染色釜的溫度和壓力達(dá)到設(shè)定值后，保持恒溫恒壓，開(kāi)始染色至達(dá)到預(yù)設(shè)的時(shí)間；
(4)關(guān)閉加壓泵、循環(huán)泵以及加熱器，打開(kāi)減壓閥泄壓，使流體經(jīng)過(guò)降溫器降溫后流至分離釜，當(dāng)流體壓力達(dá)到7.2MPa以下、溫度達(dá)到30℃以下時(shí)，回收二氧化碳和染料；
(5)繼續(xù)泄壓、降溫至常溫常壓，打開(kāi)高壓染色釜，取出染好的發(fā)光纖維。
進(jìn)一步地，所述步驟(2)中，筒子架的旋轉(zhuǎn)速度為0.3r/s～0.5r/s；所述筒子架包括復(fù)數(shù)根空心的染色桿，每所述染色桿上均勻分布有復(fù)數(shù)個(gè)孔洞，每所述孔洞的孔徑為4mm～8mm，且相鄰兩孔洞之間的間距為3mm～7mm；所述多孔紗筒套設(shè)于染色桿上。
進(jìn)一步地，所述步驟(3)中，染色條件為：溫度80～160℃，壓力18～30MPa，染色20～60min；其中，光致發(fā)光纖維與染料質(zhì)量比為20～100：1。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：利用超臨界CO2流體對(duì)物質(zhì)具有很強(qiáng)的溶解性，粘度低和較高的擴(kuò)散性能的特點(diǎn)，可以攜帶染料很容易地進(jìn)入發(fā)光纖維內(nèi)部對(duì)發(fā)光纖維進(jìn)行染色；超臨界CO2流體無(wú)需介質(zhì)水和染色助劑，可以有效防止發(fā)光纖維中發(fā)光粉的水解，大大保護(hù)發(fā)光纖維的發(fā)光度，實(shí)現(xiàn)了發(fā)光纖維的有效染色；本發(fā)明工藝可行、質(zhì)量可靠，節(jié)能又環(huán)保。
附圖說(shuō)明
下面參照附圖結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
圖1是本發(fā)明中染色系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
請(qǐng)參閱圖1所示，一種光致發(fā)光纖維的染色方法，先配置一染色系統(tǒng)100，所述染色系統(tǒng)100包括一循環(huán)泵B，還包括依次連接的CO2鋼瓶1、加壓泵2、加熱器3、染料釜4、高壓染色釜5、減壓閥6、降溫器7、分離釜8、CO2儲(chǔ)瓶9、過(guò)濾器10、冷凝器11，且所述冷凝器11連接至CO2鋼瓶1；所述循環(huán)泵B一端與染料釜4連接，另一端與高壓染色釜5連接；
所述染色方法包括以下步驟：
(1)將光致發(fā)光纖維按照預(yù)設(shè)的松散度絡(luò)在多孔紗筒上，并放置于高壓染色釜5內(nèi)的筒子架中；在染料釜4(染料釜4為超臨界流體染色裝置)中加入染料；
(2)設(shè)置高壓染色釜5的溫度和壓力值，打開(kāi)CO2鋼瓶1向染料釜4和高壓染色釜5內(nèi)輸氣，并開(kāi)啟加熱裝置對(duì)CO2進(jìn)行加熱，當(dāng)CO2鋼瓶1內(nèi)壓力和系統(tǒng)壓力達(dá)到平衡時(shí)，開(kāi)啟加壓泵2對(duì)CO2進(jìn)行加壓后再輸送到染料釜4、高壓染色釜5中；同時(shí)開(kāi)啟循環(huán)泵B使染料釜4和高壓染色釜5中的流體處于循環(huán)狀態(tài)，在氣流作用下，筒子架旋轉(zhuǎn)；
筒子架的旋轉(zhuǎn)速度為0.3r/s～0.5r/s；所述筒子架包括復(fù)數(shù)根空心的染色桿，每所述染色桿上均勻分布有復(fù)數(shù)個(gè)孔洞，每所述孔洞的孔徑為4mm～8mm，且相鄰兩孔洞之間的間距為3mm～7mm；所述多孔紗筒套設(shè)于染色桿上。工作時(shí)，溶融好的染液會(huì)充滿染色桿內(nèi)部，在壓力和旋轉(zhuǎn)力下，染液從孔洞向發(fā)光纖維內(nèi)部滲透擴(kuò)散，同時(shí)高壓染色釜5中的染色液從發(fā)光纖維的外部向內(nèi)部滲透擴(kuò)散，實(shí)現(xiàn)內(nèi)外相結(jié)合的雙向染色。
(3)當(dāng)高壓染色釜5的溫度和壓力達(dá)到設(shè)定值后，保持恒溫恒壓，開(kāi)始染色至達(dá)到預(yù)設(shè)的時(shí)間；染色條件為：溫度80～160℃，壓力18～30MPa，染色20～60min；其中，光致發(fā)光纖維與染料質(zhì)量比為20～100：1。
(4)關(guān)閉加壓泵2、循環(huán)泵B以及加熱器3，打開(kāi)減壓閥6泄壓，使流體經(jīng)過(guò)降溫器7降溫后流至分離釜8，當(dāng)流體壓力達(dá)到7.2MPa以下、溫度達(dá)到30℃以下時(shí)，回收二氧化碳和染料；
(5)繼續(xù)泄壓、降溫至常溫常壓，打開(kāi)高壓染色釜5，取出染好的發(fā)光纖維。
下面用具體實(shí)施例來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于下列實(shí)施例。
實(shí)施例1
一種滌綸光致發(fā)光纖維的染色方法
(1)將75kg的滌綸光致發(fā)光纖維依據(jù)一定的松散度絡(luò)在多孔紗筒上，并放置于高壓染色釜5內(nèi)的筒子架中；在染料釜4中加入1.5kg的分散橙S-4RL染料；
(2)設(shè)置高壓染色釜5的溫度和壓力的目標(biāo)值分別為160℃和18MPa，打開(kāi)CO2鋼瓶1向染料釜4和高壓染色釜5內(nèi)輸氣，并開(kāi)啟加熱裝置對(duì)CO2進(jìn)行加熱，當(dāng)CO2鋼瓶1內(nèi)壓力和系統(tǒng)壓力達(dá)到平衡時(shí)，開(kāi)啟加壓泵2對(duì)CO2進(jìn)行加壓后再輸送到染料釜4、高壓染色釜5中；同時(shí)開(kāi)啟循環(huán)泵使系統(tǒng)流體處于循環(huán)狀態(tài)，在系統(tǒng)氣流作用下，筒子架以0.4r/s的速度旋轉(zhuǎn)；
(3)當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)溫度和壓力達(dá)到設(shè)定值后，保持恒溫恒壓，染色開(kāi)始計(jì)時(shí)；
(4)在恒溫恒壓下染色20min后，關(guān)閉高壓泵、循環(huán)泵以及加熱器3，打開(kāi)減壓閥6泄壓，使流體經(jīng)過(guò)分離釜8，當(dāng)流體壓力達(dá)到7.2MPa以下、溫度達(dá)到30℃以下進(jìn)行剩余二氧化碳和染料的回收；
(5)繼續(xù)釋壓、降溫至常態(tài)，打開(kāi)染色釜，取出染色好的滌綸光致發(fā)光纖維。
實(shí)施例2
一種錦綸光致發(fā)光纖維的染色方法
(1)將90kg錦綸光致發(fā)光纖維依據(jù)一定的松散度絡(luò)在多孔紗筒上，并放置于高壓染色釜5內(nèi)的筒子架中；在超臨界流體染色裝置的染料釜4中加入4.5kg的酸性藍(lán)80染料；
(2)設(shè)置高壓染色釜5的溫度和壓力的目標(biāo)值分別為80℃和22MPa，打開(kāi)CO2鋼瓶1向染料釜4和高壓染色釜5內(nèi)輸氣，并開(kāi)啟加熱裝置對(duì)CO2進(jìn)行加熱，當(dāng)CO2鋼瓶1內(nèi)壓力和系統(tǒng)壓力達(dá)到平衡時(shí)，開(kāi)啟加壓泵2對(duì)CO2進(jìn)行加壓后再輸送到染料釜4、高壓染色釜5中；同時(shí)開(kāi)啟循環(huán)泵使系統(tǒng)流體處于循環(huán)狀態(tài)，在系統(tǒng)氣流作用下，筒子架以0.3r/s的速度旋轉(zhuǎn)；
(3)當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)溫度和壓力達(dá)到設(shè)定值后，保持恒溫恒壓，染色開(kāi)始計(jì)時(shí)；
(4)在恒溫恒壓下染色30min后，關(guān)閉高壓泵、循環(huán)泵以及加熱器3，打開(kāi)減壓閥6泄壓，使流體經(jīng)過(guò)分離釜8，當(dāng)流體壓力達(dá)到7.2MPa以下、溫度達(dá)到30℃以下進(jìn)行剩余二氧化碳和染料的回收；
(5)繼續(xù)釋壓、降溫至常態(tài)，打開(kāi)染色釜，取出染色好的錦綸光致發(fā)光纖維。
實(shí)施例3
本部分與實(shí)施例2不同之處在于：
(1)將190kg丙綸光致發(fā)光纖維依據(jù)一定的松散度絡(luò)在多孔紗筒上，并放置于高壓染色釜5內(nèi)的筒子架中；在超臨界流體染色裝置的染料釜4中加入1.9kg的酸性藍(lán)80染料；
(2)設(shè)置高壓染色釜5的溫度和壓力的目標(biāo)值分別為120℃和30MPa，筒子架以0.5r/s的速度旋轉(zhuǎn)；
(4)在恒溫恒壓下染色60min。
本發(fā)明利用超臨界CO2流體對(duì)物質(zhì)具有很強(qiáng)的溶解性，粘度低和較高的擴(kuò)散性能，可以攜帶染料很容易地進(jìn)入發(fā)光纖維內(nèi)部進(jìn)行染色；并且超臨界CO2流體無(wú)需介質(zhì)水和染色助劑，可以有效防止發(fā)光纖維中發(fā)光粉的水解，大大保護(hù)發(fā)光纖維的發(fā)光度。本發(fā)明突破了傳統(tǒng)方法染色發(fā)光纖維后纖維發(fā)光性能降幅顯著的技術(shù)瓶頸，且染色纖維顏色豐富，質(zhì)量?jī)?yōu)越。
本發(fā)明對(duì)發(fā)光纖維進(jìn)行無(wú)水染色，有效解決了發(fā)光纖維在傳統(tǒng)染色過(guò)程中發(fā)光材料易發(fā)生水解，以及染色助劑對(duì)纖維中發(fā)光材料性能的破壞，致使纖維經(jīng)染色后發(fā)光亮度大幅下降的問(wèn)題；本發(fā)明的染色方法工藝可行，顏色豐富，質(zhì)量可靠，且節(jié)能又環(huán)保。