JP4149854B2

JP4149854B2 - Impregnation method and method for producing fiber product impregnated by the impregnation method

Info

Publication number: JP4149854B2
Application number: JP2003158095A
Authority: JP
Inventors: 敬一菊地; 逸郎高尾; 満広大橋
Original assignee: 豊和株式会社
Priority date: 2003-06-03
Filing date: 2003-06-03
Publication date: 2008-09-17
Anticipated expiration: 2023-06-03
Also published as: JP2004360097A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超臨界流体中で基材に対して含浸物質を含浸させる含浸処理方法、特に繊維製品に対して染料を含浸させる含浸処理方法に関する。また、この含浸処理方法によって染色処理することを特徴とする、染色処理された繊維製品の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
繊維製品の染色は水を大量に使用するため、染色後に未固着染料や染色助剤などを含む廃水が大量に排出されることが避けられない。この廃水は水質汚濁の原因ともなることから、その浄化が必要であり、染色加工を行う企業にとって大きな負担になっている。これに対し、最近廃水を排出しない染色方法として超臨界二酸化炭素中で染色を行う方法が提案されている。また、繊維製品に限らず、各種の基材に、超臨界二酸化炭素中で含浸物質を含浸させる方法も提案されている。
【０００３】
特開２００１−２２６８８４号公報（特許文献１）には、共溶媒を含有する超臨界二酸化炭素中で基材を染色する染色方法が記載されている。共溶媒を使用することによって、染色の困難な染料や基材に対しても染色が可能になり、広範な染色が可能になることが記載されている。当該公報の実施例においては、オートクレーブ中に固体の染料と共溶媒と布帛とを投入してから二酸化炭素を導入して染色操作が行われている。
【０００４】
特開２００２−１２９４６４号公報（特許文献２）には、超臨界流体による染色装置において、染色槽とは別個に染料溶解槽を設け、当該染料溶解槽に超臨界流体を導入して染料を溶解させて染色する装置が記載されている。このとき、染料溶解槽に対して共溶媒供給ラインを設けることも記載されている。そして、このような染色装置を用いて染色することによって、染色ムラのない効率のよい染色ができるとされている。
【０００５】
特開２００２−３７１４８３号公報（特許文献３）には、染料を予め溶媒に溶解させた染料溶液を、被染色物と超臨界流体とが入った染色槽に導入する染色方法が記載されている。この方法によれば、耐圧容器として、染色槽とは別個の染料溶解槽を設ける必要がなく、装置コストが軽減でき、しかも染色ムラの発生も抑制できることが記載されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−２２６８８４号公報
（特許請求の範囲、発明が解決しようとする課題、実施例）
【特許文献２】
特開２００２−１２９４６４号公報
（特許請求の範囲、発明の効果、図１）
【特許文献３】
特開２００２−３７１４８３号公報
（特許請求の範囲、発明の効果、図１）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開２００１−２２６８８４号公報記載のように、オートクレーブ中に固体の染料と共溶媒と布帛とを投入してから二酸化炭素を導入して染色したのでは、超臨界流体に溶解する前の染料と被染色物である布帛とが直接接触するおそれがあるために、染色ムラが発生しやすい。
【０００８】
これに対し、特開２００２−１２９４６４号公報記載のように、染色槽とは別個に、染料溶解槽を設け、当該染料溶解槽に超臨界流体を導入して染料を溶解させて染色した場合には、染料が超臨界流体に溶解した状態で繊維に触れるので染色ムラの発生は抑制できる。しかしながら、染色槽とは別個に染料溶解槽を設けて、両者を接続する構成としたのでは、色替えの際に、染色槽のみならず、染料溶解槽、配管及び循環ポンプの清掃も行う必要がある。また、超臨界状態に保つための槽は耐圧性が要求されるために、その材質、構造が制限されて、装置作成のコストが高いのが通常であるから、染色槽とは別個に染料溶解槽を設けたのでは、装置コストが増大する。
【０００９】
また、特開２００２−３７１４８３号公報記載のように、染料を予め溶媒に溶解させた溶液を、被染色物と超臨界流体とが入った染色槽に導入する方法によれば、染色ムラの発生を抑制しながら、色替えの際の作業が低減され、装置コストも抑制できる。しかしながら、染料溶液をポンプで加圧して染色槽内に導入するために、染料溶液槽、ポンプ及び配管の清掃を行う必要があり、やはり色替えの際の清掃作業が煩雑であった。
【００１０】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、超臨界流体中で基材に対して含浸物質を含浸させる含浸処理方法において、ムラなく均一に含浸させることができ、色替えの際の清掃が容易であり、しかも装置コストを低減することもできる含浸処理方法を提供することを目的とするものである。また、そのような方法によって含浸処理することを特徴とする、含浸処理された製品の製造方法を提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、超臨界流体中で基材に対して含浸物質を含浸させる含浸処理方法において、含浸処理槽内に基材を投入し、含浸物質を含浸処理槽内に配置された基材に対して含浸物質が接触しないよう上部に開口を有する含浸物質容器に入れてから、含浸処理槽を密閉して超臨界流体で満たし、その後含浸物質容器を傾けて該容器内の含浸物質を超臨界流体中に加えることを特徴とする含浸処理方法を提供することによって達成される。こうすることによって、含浸ムラの発生を抑制できるとともに、色替えの際にも含浸物質容器を清掃するだけでよく、清掃操作が非常に簡単である。
【００１２】
このとき、含浸物質を共溶媒に溶解又は分散させた液体を含浸物質容器に入れることが好適である。含浸物質を予め共溶媒に溶解又は分散させておくことによって、未溶解の含浸物質が含浸処理槽内で基材に触れるのを防止でき、より均一に含浸させることができる。また、共溶媒を使用することによって、使用可能な含浸物質や基材の選択の幅を広げることができ、効率的に含浸させることができる。
【００１３】
またこのとき、含浸物質容器内の含浸物質を超臨界流体中に徐々に加えることが、均一に含浸させるためには好ましい。好適な実施態様では、含浸物質容器が上部に開口を有する容器であって、該容器を傾けて容器内部の含浸物質を超臨界流体中に加える。この態様によれば、容器が簡易で、清掃も容易である。また、含浸処理槽内の温度及び圧力が実質的に一定になってから含浸物質容器内の含浸物質を超臨界流体中に加える操作を開始すること、含浸処理槽内で超臨界流体を流動させながら含浸物質容器内の含浸物質を超臨界流体中に加えることは、いずれも均一に含浸させることができて好ましい。
【００１４】
上記含浸処理方法において、前記基材が繊維製品であることが好適な実施態様である。また、前記含浸物質が染料であることも好適な実施態様である。また、上記課題は、これらいずれかの含浸処理方法によって含浸処理された製品の製造方法を提供することによっても達成される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の含浸処理方法を、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の含浸処理装置全体のプロセスフローを示した図である。図２は、含浸物質容器の一例を示した図であり、図３は含浸物質容器の別の例を示した図である。
【００１６】
本発明では、含浸処理槽１０内において超臨界流体中で含浸物質を基材に含浸させる。含浸処理槽１０は耐圧容器からなり、通常１０ＭＰａ以上の耐圧性が要求され、好適には１５ＭＰａ以上、より好適には２０ＭＰａ以上の耐圧性が要求される。含浸処理槽１０の内容量は、工業的生産を考慮すると、１００リットル以上であることが好ましく、より好適には２００リットル以上であり、さらに好適には３００リットル以上である。図１に示される含浸処理槽１０は、内容積が４５０リットルであり、肉厚のステンレス製である。
【００１７】
含浸処理槽１０は、開閉可能なドア１１を有しており、これを開いて、大気中で基材を含浸処理槽１０内に投入する。含浸処理槽１０の内部には回転カゴ１２が設けられている。この中に処理される基材を投入し、回転させながら含浸させることによって、ムラのない均一な含浸操作を行うことができる。
【００１８】
本発明の含浸処理方法によって含浸される基材は特に限定されるものではないが、主として高分子化合物からなる基材であることが好ましい。ここでいう高分子化合物は合成高分子化合物又は天然高分子化合物のいずれであっても良い。そのようなものとしては、繊維製品、皮革、木材、フィルム、プラスチック成形品などが例示される。これらのうちでも、繊維製品、皮革、木材、フィルムなどは、その表面積が大きいために、含浸処理を効率的に行うことができて好ましい。
【００１９】
なかでも、繊維製品が最も有用である。繊維製品としては、糸、布帛、紙などが例示される。布帛としては、織布、編布、不織布などを使用することができ、縫製加工されたものに対して含浸させることも好ましい。例えば揮発性の芳香成分などを含浸させる場合には、含浸処理後に芳香成分が揮発するおそれのある状態で縫製加工などを行うことは必ずしも好ましくないので、縫製加工後の最終工程で含浸処理操作を行うのが好ましい。
【００２０】
繊維の素材としては、綿、レーヨン、ナイロン（６、６６など）、ポリエステル、アクリル、ポリプロピレン、絹、羊毛、アセテート（トリアセテートを含む）、ポリエチレン、アラミド（メタ系及びパラ系）、ポリウレタン、ビニロン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデンなどを例示することができる。また、紙に対して含浸処理を施すことも好ましい。紙は通常水中では形態を保持することが困難であるが、超臨界二酸化炭素などの超臨界流体中では形態を保持することが可能だからである。紙の種類は特に限定されないが、通常、パルプなどのセルロース系の短繊維を交絡させたものである。
【００２１】
皮革や木材に対して含浸処理を行うことも好ましい。これらの材質は水中で含浸処理する場合には変形したり風合いを損なったりすることが多いからである。また、フィルムやプラスチック成形品などへの含浸処理も可能である。フィルムは厚みが薄く表面積が比較的大きいので、含浸させやすくて好ましい基材である。また、プラスチック成形品などに対し、例えばその表面だけに抗菌剤を含浸させることなども可能であり、事務用品の抗菌化などにも有効である。ここでいうプラスチック成形品とは、フィルムや繊維よりも、厚みや径の大きい成形品のことを意味し、三次元的な立体成形品のみならず、厚いシートや径の大きい棒状体も含むものである。
【００２２】
また、本発明で使用される含浸物質は、超臨界流体中に溶解し、基材中に含浸させられるものであれば特に限定されない。好適なものとして染料が挙げられる。使用される染料は特に限定されるものではなく合成染料と天然染料のいずれを使用することもできる。合成染料は、特に限定されるものではない。分散染料、油溶性染料、反応染料、反応分散染料、直接染料、酸性染料、塩基性染料、スレン染料、硫化染料、インジゴ染料及び含金染料を例示することができる。これらのうちでも、超臨界流体中での染色性が良好であることから、分散染料、油溶性染料、直接染料及び反応分散染料が好適に使用される。なかでも分散染料、油溶性染料及び直接染料がより好適に使用され、分散染料及び油溶性染料がさらに好適に使用される。また、動植物抽出成分からなる天然染料を使用することもできる。草木染料や食用色素など、既に抽出された染料成分を使用して超臨界流体中で染色することができる。
【００２３】
染料以外に、含浸物質として好適に使用されるものとしては、基材に対して各種の機能を付与することのできる物質（機能加工剤）がある。そのような含浸物質としては、例えば、芳香性物質、薬効性物質、抗菌剤、防虫剤、防かび剤、防臭剤、消臭剤、柔軟剤、硬化剤、防しわ剤、収縮防止剤、ピリング防止剤、防水剤、撥水剤、吸汗剤、蛍光増白剤、濃色化剤、防汚剤、帯電防止剤、防火剤（防燃剤、難燃剤、防炎剤など）、酸化防止剤、老化防止剤、紫外線吸収剤、耐光安定剤、形状記憶加工剤及び電磁波シールド加工剤が挙げられる。これらの含浸物質の中には、揮発しやすいもの、水に溶解あるいは分散しにくいもの、含浸処理後に水中に溶出しやすいもの、あるいは水中や高温で劣化しやすいものが多いので、温水中で含浸させるよりも超臨界流体中で含浸させる方が好ましいものが多い。中でも、好適なものとしては、芳香性物質、薬効性物質、抗菌剤、防虫剤及び防かび剤が挙げられる。これらのものは、特に揮発したり、水中で溶出したり、高温で劣化したりし易いものが多いからである。また、これらの物質と同時に、染料成分を含浸させることもできる。
【００２４】
以上説明したような含浸物質を、超臨界流体中で基材に含浸させる。超臨界流体中で含浸処理する際に、超臨界流体を形成する化合物は特に制限されるものではないが、安全性、含浸処理条件等の点から二酸化炭素が好適である。二酸化炭素の場合には、臨界点は温度３１．３℃、圧力７．４ＭＰａであり、これを超える超臨界流体とすることが比較的容易である。超臨界流体が共溶媒を含有することによって、染料等の含浸物質の超臨界流体中への溶解性を向上させられる場合が多い。また、繊維製品の材料が親水性のものであっても、その中に含浸物質を効率的に含浸させることが容易になる。
【００２５】
含浸物質を含浸処理槽内に配置された含浸物質容器に入れてから、超臨界流体中で含浸操作が施される。含浸物質は、粉末や顆粒状などの固体であっても構わないし、液体であっても構わない。超臨界流体への溶解性が良好な場合には、含浸物質を直接含浸物質容器に投入しても構わない。その場合には、含浸処理槽が超臨界流体で満たされた後に、含浸物質容器内において、含浸物質がある程度超臨界流体に溶解又は分散した状態となってから、容器を傾けるなどして徐々に含浸物質を超臨界流体中に加えることが好ましい。
【００２６】
しかしながら、含浸ムラを効果的に防止するためには、含浸物質を予め共溶媒に溶解又は分散させておくことが好ましい。このとき使用される共溶媒としては、水又は極性有機溶媒が好ましい。極性有機溶媒としては、アルコール、ケトン、環状エーテル、アミド及びスルホキシドが挙げられる。アルコールとしてはメタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、ヘプタノール、オクタノール、ウンデカノール、グリコール（エチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコール）、グリコール誘導体、エチルグリコール類、ブチルグリコール類、グリセリン、ペンタエリスリトールなどの脂肪族アルコールが例示され、ケトンとしてはアセトン、メチルエチルケトン、メチルイソプロピルケトン、メチルイソブチルケトン、ジブチルケトンが例示される。そして環状エーテルとしてはテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、アミドとしてはジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、スルホキシドとしてはジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）が、それぞれ好適なものとして例示される。
【００２７】
なかでも回収再使用を考慮すれば、比較的低沸点、例えば沸点が１５０℃以下であることが好適であり、１００℃以下であることがより好適である。一方、沸点が低すぎる場合には、回収される二酸化炭素ガス中に共溶媒が混入しやすくなるため、沸点は好適には４０℃以上であり、より好適には６０℃以上である。メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、イソプロパノール、アセトン、メチルエチルケトン、ＴＨＦなどが挙げられる。さらに作業者の安全性まで考慮した場合にはエタノール、ｎ−プロパノール、イソプロパノール、アセトンが好適であり、エタノールが最適である。これらの共溶媒は１種のみならず、２種以上を同時に使用しても良く、特に水は単独で使用した場合には超臨界二酸化炭素に均質に溶解しない場合があるために他の有機溶媒と併せて使用することが好ましい。
【００２８】
含浸処理時に超臨界流体中に含まれる共溶媒の量は、超臨界流体に対して０．０１〜１０％であることが好適である。０．０１％よりも少ない場合には共溶媒添加の効果が減少し、親水性の有効成分の含浸操作が効率的に行えない場合があるし、共溶媒中に溶解又は分散させられる含浸物質の量が少なくなりすぎる。より好適には０．１％以上であり、さらに好適には０．２％以上である。一方、共溶媒の量が１０％を超える場合には含浸性が低下するばかりでなく、含浸操作後の繊維等に溶媒が残存し、溶媒除去のための後処理が別途必要になり好ましくない。より好適には５％以下、さらに好適には２％以下である。ここでいう「％」とは超臨界流体で満たされる容器中へ投入する共溶媒の常圧下での体積の、前記容器容積に対する割合に、１００を掛けたものであり、
［（添加した共溶媒の体積）／（超臨界流体の体積）］×１００
で示されるものである。ここで使用される共溶媒は、その全量が含浸物質含有液として添加されても良いし、その一部が別途添加されても良い。
【００２９】
本発明の好適な実施態様では、含浸処理槽１０内に基材を投入し、含浸物質を共溶媒に溶解又は分散させた液体（以下、「含浸物質含有液」という場合がある。）を含浸処理槽１０内に配置された含浸物質容器１３に入れてから、含浸処理槽１０を密閉して超臨界流体で満たす。すなわち、予め含浸物質含有液を大気中で調製しておき、これを含浸物質容器１３に入れる。含浸物質容器１３は、含浸処理槽１０内に配置されていて、含浸物質含有液を入れることができ、含浸処理槽１０を密閉して超臨界流体で満たした後に含浸物質容器１３内の液体を超臨界流体中に加えることのできるものであれば、その形態は特に限定されない。
【００３０】
含浸物質容器１３の好適な形態は、上部に開口を有する容器である。超臨界流体の密度は、温度や圧力によって変動するが、大まかには共溶媒の密度の半分程度である。したがって、含浸処理槽１０が超臨界流体で満たされたときにも、含浸物質含有液が、超臨界流体と相分離したままで含浸物質容器１３内に存在する。このとき、少量の共溶媒や含浸物質は、超臨界流体中に拡散、溶解していくが、含浸物質含有液の大部分は、静置した状態であれば含浸物質容器１３内に存在することになる。また、上部に開口を有する容器は含浸物質含有液の投入も容易である。容器の容量は特に限定されないが、１〜２０リットル、好適には２〜１０リットル程度である。
【００３１】
含浸物質容器１３がこのように上部に開口を有する容器であるときには、含浸物質容器１３を傾けて容器内部の液体を超臨界流体中に加えることが好ましい。図１の例では、含浸物質容器１３は、ドア１１に設置された回転軸１４に固定された容器である。超臨界流体で満たされた後に、含浸物質容器１３を回転させることによって、含浸物質含有液を超臨界流体中に容易に加えることができる。回転軸１４は、ドア１１の外のハンドル１５と、磁石を介して連結されており、外部から回転させることが可能な構造になっている。含浸ムラが発生するのを効果的に防止するためには、含浸物質含有液を超臨界流体中に徐々に加えることが好ましい。例えば、上部に開口を有する容器を使用するときには、徐々に傾けることが好ましい。
【００３２】
含浸物質を超臨界流体中に加える操作にかける時間、すなわち添加時間は、５秒以上であることが好ましく、１分以上であることがより好ましく、５分以上であることがさらに好ましい。一定以上の時間をかけて添加することによって、含浸ムラを最小限に抑えることができる。添加時間は、含浸処理操作時間一杯までかけても構わないが、通常１時間以下であり、好適には３０分以下である。
【００３３】
具体的な含浸物質容器１３の例を図２及び図３に示す。図２の含浸物質容器１３の内容量は４リットル、図３の含浸物質容器１３の内容量は１０リットルである。これらの例では、含浸物質容器１３は、回転軸１４から着脱可能であり、取り外すことによって容易に洗浄できる。したがって、染料を変更する場合であっても、洗浄操作がきわめて容易である。例えば、従来の技術の欄に記載したような従来の染色装置においては、染料溶解槽、染料溶液槽、ポンプあるいは配管などの清掃を行う必要があり、色替えの際の清掃作業が煩雑であるが、これに比べて、極めて簡便である。
【００３４】
含浸物質含有液を添加する別の態様として好適なものとしては、容器の下部に開口を設けて、そこに設けた弁を開いて容器の下方から含浸物質含有液を超臨界流体中に加える方法が挙げられる。この場合には、含浸物質容器１３を回転させる手段は必要ではないが、外部から遠隔的に弁を開閉する手段が必要である。弁の開度によって添加速度を微調整することができる。
【００３５】
含浸物質含有液を添加する別の態様として好適なものとしては、上下に開口を有する回転可能な容器が挙げられる。下側の開口には開口を塞ぐ手段が設けられており、下側の開口を塞いだ状態で含浸物質含有液が容器中に投入される。その後、半回転させることによって上側の開口から含浸物質含有液を超臨界流体中に加える。このとき、下側の開口を開くことによってそこから超臨界流体が流入可能になって、上側の開口から含浸物質含有液を下方に導出することができる。下側の開口を開閉する手段としては、例えば、ラムネ飲料の口部に使用されているような構造の、球体を用いたバルブなどを使用することが可能である。上下の開口のいずれかの寸法を調整することによって、含浸物質含有液の添加速度を調整することが可能である。
【００３６】
このような含浸物質容器１３に含浸物質含有液を投入し、また回転カゴ１２の中に処理される基材を投入してから、含浸処理槽１０を密閉して超臨界流体で満たす。引き続き、含浸物質容器１３内の含浸物質含有液を超臨界流体中に加えて含浸処理を施すが、このとき、含浸処理槽１０内の温度及び圧力が実質的に一定になってから含浸物質容器１３内の液体を超臨界流体中に加える操作を開始することが好ましい。こうすることによって、均一に含浸処理させることができる。
【００３７】
また、含浸処理槽１０内で超臨界流体を流動させながら、含浸物質容器１３内の液体を超臨界流体中に加えることも好ましい。こうすることによって、含浸物質を基材中に均一に含浸させることができる。超臨界流体を流動させる方法は特に限定されないが、基材を動かす方法が好ましい。例えば回転カゴ１２の中に基材を投入して、回転させながら含浸処理を行うことによって、含浸処理槽１０内の超臨界流体を流動させることができる。また、配管を介して超臨界流体を循環させても良いし、超臨界流体を直接撹拌しても良い。
【００３８】
含浸処理条件は、含浸処理槽１０の内部が超臨界状態であればよいが、含浸物質や基材などによって適当に調整される。好適な圧力は７．５〜３５ＭＰａである。７．５ＭＰａ未満では含浸物質の含浸がされにくくなる場合が多く、より好適には１０ＭＰａ以上である。一方３５ＭＰａを超えると装置が大掛かりになって、含浸処理に要するエネルギーも多くなってしまい、より好適には３０ＭＰａ、さらに好適には２５ＭＰａ以下である。また、好適な温度は３５〜２５０℃である。３５℃未満の場合には含浸処理がスムーズでなく、操作時間も長くなる場合がある。より好適には５０℃以上であり、さらに好適には７０℃以上である。一方２５０℃を超えると有効成分が劣化する場合があり、要するエネルギーも大きくなる。より好適には１５０℃以下である。また、特に加熱に弱い含浸物質を含浸させる場合には１００℃以下にすることが好ましい場合もある。
【００３９】
含浸処理に要する時間は、通常５〜２００分である。２００分を超えると作業効率が低下することがあり、処理温度によっては有効成分が劣化することもある。より好適には１２０分以下である。一方、５分未満の時間では、十分に含浸されない場合が多いし、含浸ムラも発生しやすくなる。より好適には１０分以上である。回転カゴ１２を回転させるときには、同方向に回転させても構わないし、逆方向の回転を併用しても構わない。また、回転を停止させる時期を設けて、間歇的に回転させても構わない。含浸物質を溶解させるために使用したものに加えてさらに共溶媒を使用する場合には、共溶媒槽１６から共溶媒供給ポンプ１７及びバルブ１８を介して含浸処理槽１０内に導入することができる。
【００４０】
図１に、含浸処理装置全体のプロセスフローを示す。ここでは、超臨界流体として超臨界二酸化炭素を用いた場合の例を示す。含浸処理が終了したところで、減圧バルブ２０を開けて含浸処理後の流体を含浸処理槽１０からガス分離槽２１に導入する。ガス分離槽２１において、二酸化炭素ガスと、含浸物質とが分離される。ガス分離装置の形態は、図１に示したように槽の形態である必要はないが、一般的には槽の形態であることが好ましい。分離される成分は、液体成分または固体成分である含浸物質や、共溶媒などである。ガス分離槽２１で二酸化炭素ガスから除去された液体はガス分離槽２１の底部に設けられたバルブ２２を介して取り除かれる。共溶媒を含有する液体がバルブ２２から排出される場合には、この液体を蒸留して共溶媒を回収して再使用することが好ましい。ガス分離槽２１内は、通常温度−１０〜１５０℃、圧力０．１〜５ＭＰａ程度に設定される。ここで、圧力が０．１ＭＰａとは、大気圧と同じ圧力であって、周辺環境と比べたときの差圧がゼロであるときのことである。この圧力において二酸化炭素は気体として存在し、固体成分や液体成分と分離される。
【００４１】
ガス分離槽２１から導出された二酸化炭素ガスは、バルブ２３を介してコンプレッサー２４で圧縮され、バルブ２５を介して貯蔵タンク３０に導入され、液化二酸化炭素として貯蔵される。貯蔵される液化二酸化炭素の温度は特に限定されるものではないが、通常０〜４０℃程度である。また、貯蔵される液化二酸化炭素の圧力は特に限定されるものではないが、通常３〜１０ＭＰａである。
【００４２】
貯蔵タンク３０の底部３１から抜き出された液化二酸化炭素は、バルブ３２とバルブ３３を介してその後の工程へ送られる。バルブ３２とバルブ３３の間には受入タンク３４と接続された配管が分岐している。受入タンク３４には、購入した未使用の液化二酸化炭素が保管されており、これから、バルブ３５、搬送ポンプ３６及びバルブ３７を介して液化二酸化炭素が供給される。搬送ポンプ３６の運転と、バルブ（３２，３３，３７）の切り替え操作によって、回収再使用する二酸化炭素に、適宜未使用の液化二酸化炭素を追加して使用することができる。貯蔵タンク３０から導出され、バルブ３２とバルブ３３を通過した液化二酸化炭素は、加圧ポンプ４０で加圧され、バルブ４１を介してヒーター４２で加熱され、バルブ４３を介して含浸処理槽１０に供給される。
【００４３】
こうして、加圧、加熱された二酸化炭素が供給されて、所望の条件の超臨界二酸化炭素で含浸処理槽１０が満たされ、再度含浸処理が行われる。このようにして、二酸化炭素が回収再使用される。染色操作を例に取れば、超臨界二酸化炭素中で繊維製品を染色する場合には、水を媒体として染色する場合に比べて、排水を排出しないために、元々環境に優しいプロセスである。これに加えて、染色後の繊維製品を乾燥するエネルギーを要さない点で、エネルギー的にも優れている。しかも、このように媒体の二酸化炭素を回収再使用することもできるから、環境保護の面からも極めて意義深いプロセスである。
【００４４】
【実施例】
実施例１
図３に示す含浸物質容器１３を有し、図１に示す含浸処理装置を用いて染色加工を行った。予め、含浸処理槽１０の体積（４５０リットル）の１体積％のエタノール（４．５リットル）に、０．２ｏｗｆの分散染料を溶解し、含浸物質容器１３に投入した。使用した分散染料は日本化薬株式会社製「ＫＡＹＡＳＥＴＹｅｌｌｏｗＡ−Ｇ」である。次いで、含浸処理槽１０中の回転カゴ１２内にナイロン布を１０ｋｇ投入した。ドア１１を閉めて、回転カゴ１２を回転させながら、バルブ４３を開いて、含浸処理槽１０内を超臨界二酸化炭素で満たした。
【００４５】
回転カゴ１２の回転を継続しながら、ハンドル１５を回転させて、含浸物質容器１３を傾け、超臨界流体中に含浸物質含有液を加えた。加えるに際しては、ハンドル１５の脇に付された角度目盛りを参考にしながら、少しずつ傾ける角度を大きくしていき、合計１５分間かけて、徐々に全量を加えた。１２０℃、１９ＭＰａで回転カゴ１２の回転を継続しながら、全量添加後さらに３０分間染色加工を行った。３０分経過後、減圧バルブ２０を開いて含浸処理槽１０内の流体を排出し、ドア１１を開けて染色されたナイロン布を取り出した。得られたナイロン布は、十分に染色されており、染色ムラも認められなかった。
【００４６】
【発明の効果】
本発明の含浸処理方法によれば、超臨界流体中で基材に対して含浸物質を含浸させる含浸処理方法において、ムラなく均一に含浸させることができ、色替えの際の清掃が容易であり、しかも装置コストを低減することもできる含浸処理方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の含浸処理装置全体のプロセスフローを示した図である。
【図２】含浸物質容器の一例を示した図である。
【図３】含浸物質容器の別の例を示した図である。
【符号の説明】
１０含浸処理槽
１１ドア
１２回転カゴ
１３含浸物質容器
１５ハンドル
１６共溶媒槽
２１ガス分離槽
２４コンプレッサー
３０貯蔵タンク
３４受入タンク
４０加圧ポンプ
４２ヒーター[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an impregnation method for impregnating a substrate with an impregnation substance in a supercritical fluid, and more particularly to an impregnation method for impregnating a textile product with a dye. In addition, this impregnation method staining Characterized by processing, staining It has been processed fiber The present invention relates to a manufacturing method of a product.
[0002]
[Prior art]
Since dyeing of textile products uses a large amount of water, it is inevitable that a large amount of waste water including unfixed dyes and dyeing assistants is discharged after dyeing. Since this wastewater also causes water pollution, it is necessary to purify it, which is a great burden for companies that perform dyeing. On the other hand, a method of dyeing in supercritical carbon dioxide has recently been proposed as a dyeing method that does not discharge wastewater. In addition, not only textile products but also a method of impregnating various base materials with an impregnating substance in supercritical carbon dioxide has been proposed.
[0003]
Japanese Patent Laid-Open No. 2001-226884 (Patent Document 1) describes a dyeing method for dyeing a substrate in supercritical carbon dioxide containing a cosolvent. It is described that by using a co-solvent, it is possible to dye even dyes and substrates that are difficult to dye, and a wide range of dyeing is possible. In the examples of this publication, a solid dye, a cosolvent, and a fabric are introduced into an autoclave, and then carbon dioxide is introduced to perform a dyeing operation.
[0004]
In JP-A-2002-129464 (Patent Document 2), in a dyeing apparatus using a supercritical fluid, a dye dissolving tank is provided separately from the dyeing tank, and the supercritical fluid is introduced into the dye dissolving tank to dissolve the dye. An apparatus for letting and dyeing is described. At this time, it is also described that a cosolvent supply line is provided for the dye dissolving tank. And it is said that efficient dyeing without uneven dyeing can be performed by dyeing using such a dyeing apparatus.
[0005]
Japanese Patent Laid-Open No. 2002-371383 (Patent Document 3) describes a dyeing method in which a dye solution in which a dye is dissolved in a solvent in advance is introduced into a dyeing tank containing an object to be dyed and a supercritical fluid. . According to this method, it is described that it is not necessary to provide a dye dissolving tank separate from the dyeing tank as the pressure vessel, the apparatus cost can be reduced, and the occurrence of uneven dyeing can be suppressed.
[0006]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 2001-226884
(Claims, Problems to be Solved by the Invention, Examples)
[Patent Document 2]
JP 2002-129464 A
(Claims, Effects of the Invention, FIG. 1)
[Patent Document 3]
JP 2002-371383 A
(Claims, Effects of the Invention, FIG. 1)
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-226884, when a solid dye, a co-solvent, and a fabric are introduced into an autoclave and then dyed with carbon dioxide, the dye is dissolved before being dissolved in the supercritical fluid. Since there is a possibility that the dye and the fabric to be dyed are in direct contact with each other, uneven dyeing is likely to occur.
[0008]
In contrast, as described in JP-A No. 2002-129464, when a dye dissolving tank is provided separately from the dyeing tank, and the dye is dissolved by dyeing by introducing a supercritical fluid into the dye dissolving tank. Since the dye is in contact with the fiber in a state where the dye is dissolved in the supercritical fluid, the occurrence of uneven dyeing can be suppressed. However, if the dye dissolution tank is provided separately from the dyeing tank and the two are connected, it is necessary to clean not only the dyeing tank but also the dye dissolution tank, piping, and circulation pump when changing colors. There is. In addition, since the tank for maintaining the supercritical state is required to have pressure resistance, its material and structure are limited, and the cost of creating the apparatus is usually high. If the tank is provided, the apparatus cost increases.
[0009]
Moreover, according to the method of introducing a solution in which a dye is previously dissolved in a solvent into a dyeing tank containing an object to be dyed and a supercritical fluid as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-37183, the occurrence of uneven dyeing occurs. The work at the time of color change is reduced and the device cost can be suppressed. However, in order to pressurize the dye solution with a pump and introduce it into the dyeing tank, it is necessary to clean the dye solution tank, the pump, and the piping, and the cleaning work at the time of color change is also complicated.
[0010]
The present invention has been made to solve the above problems, and in the impregnation treatment method of impregnating a substrate with an impregnating substance in a supercritical fluid, the substrate can be uniformly impregnated evenly, and at the time of color change. It is an object of the present invention to provide an impregnation method that can be easily cleaned and that can reduce the cost of the apparatus. It is another object of the present invention to provide a method for producing an impregnated product, characterized in that the impregnation treatment is performed by such a method.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In the impregnation treatment method of impregnating a substrate with an impregnation material in a supercritical fluid, the above-described problem is that the substrate is placed in an impregnation treatment tank and the impregnation material is disposed in the impregnation treatment tank. Opening at the top to prevent the impregnating material from coming into contact with the substrate After putting in the impregnation substance container, the impregnation tank is sealed and filled with supercritical fluid, and then the impregnation substance container Tilt the inside of the container This is achieved by providing an impregnation method characterized in that the impregnation material is added into a supercritical fluid. By doing so, it is possible to suppress the occurrence of uneven impregnation, and it is only necessary to clean the impregnating substance container when changing colors, and the cleaning operation is very simple.
[0012]
At this time, it is preferable that a liquid obtained by dissolving or dispersing the impregnating substance in a co-solvent is placed in the impregnating substance container. By preliminarily dissolving or dispersing the impregnating substance in the co-solvent, it is possible to prevent the undissolved impregnating substance from touching the substrate in the impregnation treatment tank, and to impregnate more uniformly. Moreover, by using a cosolvent, the range of selection of usable impregnating substances and base materials can be expanded, and the impregnation can be performed efficiently.
[0013]
At this time, it is preferable to gradually add the impregnating substance in the impregnating substance container into the supercritical fluid in order to uniformly impregnate. In a preferred embodiment, the impregnating material container is a container having an opening at the top, and the container is tilted to add the impregnating material inside the container into the supercritical fluid. According to this aspect, the container is simple and easy to clean. In addition, after the temperature and pressure in the impregnation treatment tank become substantially constant, the operation of adding the impregnation substance in the impregnation substance container to the supercritical fluid is started, and the supercritical fluid is caused to flow in the impregnation treatment tank. However, it is preferable to add the impregnating substance in the impregnating substance container to the supercritical fluid because they can be impregnated uniformly.
[0014]
In the impregnation method, it is a preferred embodiment that the base material is a textile product. It is also a preferred embodiment that the impregnating material is a dye. Moreover, the said subject is achieved by providing the manufacturing method of the product impregnated by any of these impregnation methods.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the impregnation treatment method of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a process flow of the entire impregnation apparatus of the present invention. FIG. 2 is a view showing an example of an impregnating substance container, and FIG. 3 is a view showing another example of the impregnating substance container.
[0016]
In the present invention, the substrate is impregnated with the impregnating substance in the supercritical fluid in the impregnation treatment tank 10. The impregnation treatment tank 10 is composed of a pressure vessel, and usually requires a pressure resistance of 10 MPa or more, preferably 15 MPa or more, more preferably 20 MPa or more. The internal volume of the impregnation treatment tank 10 is preferably 100 liters or more, more preferably 200 liters or more, and even more preferably 300 liters or more in consideration of industrial production. The impregnation treatment tank 10 shown in FIG. 1 has an internal volume of 450 liters and is made of thick stainless steel.
[0017]
The impregnation treatment tank 10 has a door 11 that can be opened and closed. The door 11 is opened, and the base material is put into the impregnation treatment tank 10 in the atmosphere. A rotating basket 12 is provided inside the impregnation treatment tank 10. By introducing the substrate to be treated into this and impregnating it while rotating, a uniform impregnation operation without unevenness can be performed.
[0018]
The substrate impregnated by the impregnation treatment method of the present invention is not particularly limited, but is preferably a substrate mainly composed of a polymer compound. The polymer compound referred to here may be either a synthetic polymer compound or a natural polymer compound. Examples of such products include textile products, leather, wood, films, and plastic molded products. Among these, textile products, leather, wood, films, and the like are preferable because they can be efficiently impregnated because of their large surface areas.
[0019]
Of these, textile products are the most useful. Examples of the textile product include yarn, fabric, paper, and the like. As the fabric, a woven fabric, a knitted fabric, a non-woven fabric, or the like can be used, and it is also preferable to impregnate the sewed fabric. For example, when impregnating a volatile fragrance component or the like, it is not always preferable to perform sewing processing in a state where the fragrance component may volatilize after the impregnation treatment. It is preferred to do so.
[0020]
Textile materials include cotton, rayon, nylon (6, 66, etc.), polyester, acrylic, polypropylene, silk, wool, acetate (including triacetate), polyethylene, aramid (meta and para), polyurethane, vinylon, Examples thereof include polyvinyl chloride and polyvinylidene chloride. It is also preferable to impregnate the paper. This is because paper is usually difficult to maintain its form in water, but can maintain its form in a supercritical fluid such as supercritical carbon dioxide. The type of paper is not particularly limited, but is usually entangled with cellulose short fibers such as pulp.
[0021]
It is also preferable to impregnate leather or wood. This is because these materials often deform or impair the texture when impregnated in water. In addition, impregnation into a film or plastic molded product is also possible. Since the film has a small thickness and a relatively large surface area, it is easy to impregnate and is a preferable substrate. In addition, for example, it is possible to impregnate only the surface of a plastic molded article with an antibacterial agent, which is effective for antibacterial use of office supplies. The plastic molded product here means a molded product having a larger thickness and diameter than films and fibers, and includes not only a three-dimensional three-dimensional molded product but also a thick sheet and a rod-shaped body having a large diameter. .
[0022]
The impregnating substance used in the present invention is not particularly limited as long as it is dissolved in the supercritical fluid and impregnated in the base material. Suitable examples include dyes. The dye used is not particularly limited, and either a synthetic dye or a natural dye can be used. The synthetic dye is not particularly limited. Examples include disperse dyes, oil-soluble dyes, reactive dyes, reactive disperse dyes, direct dyes, acid dyes, basic dyes, selenium dyes, sulfur dyes, indigo dyes, and metal-containing dyes. Of these, disperse dyes, oil-soluble dyes, direct dyes, and reactive disperse dyes are preferably used because of their good dyeability in supercritical fluids. Of these, disperse dyes, oil-soluble dyes and direct dyes are more preferably used, and disperse dyes and oil-soluble dyes are more preferably used. Natural dyes composed of animal and plant extract components can also be used. It can be dyed in a supercritical fluid using already extracted dye components such as plant dyes and food colorings.
[0023]
In addition to dyes, materials that can be suitably used as impregnating materials include materials (functional processing agents) that can impart various functions to a substrate. Examples of such impregnating substances include aromatic substances, medicinal substances, antibacterial agents, insecticides, fungicides, deodorants, deodorants, softeners, curing agents, anti-wrinkle agents, antishrink agents, and pilling. Inhibitors, waterproofing agents, water repellents, sweat absorbing agents, fluorescent whitening agents, darkening agents, antifouling agents, antistatic agents, fireproofing agents (fireproofing agents, flame retardants, flameproofing agents, etc.), antioxidants, Examples thereof include an anti-aging agent, an ultraviolet absorber, a light-resistant stabilizer, a shape memory processing agent and an electromagnetic wave shielding processing agent. Some of these impregnated substances are easily volatilized, difficult to dissolve or disperse in water, easy to elute in water after impregnation, or easily deteriorated in water or at high temperatures. In many cases, it is preferable to impregnate in a supercritical fluid. Among them, preferred are aromatic substances, medicinal substances, antibacterial agents, insect repellents and fungicides. This is because many of these materials are particularly likely to volatilize, elute in water, or deteriorate at high temperatures. Moreover, the dye component can be impregnated simultaneously with these substances.
[0024]
The substrate is impregnated with the impregnating material as described above in a supercritical fluid. In the impregnation treatment in the supercritical fluid, the compound that forms the supercritical fluid is not particularly limited, but carbon dioxide is preferable from the viewpoints of safety, impregnation treatment conditions, and the like. In the case of carbon dioxide, the critical point is a temperature of 31.3 ° C. and a pressure of 7.4 MPa, and a supercritical fluid exceeding this is relatively easy. When the supercritical fluid contains a cosolvent, the solubility of the impregnating substance such as a dye in the supercritical fluid is often improved. Moreover, even if the material of the fiber product is hydrophilic, it becomes easy to efficiently impregnate the impregnating substance therein.
[0025]
After the impregnating substance is placed in the impregnating substance container disposed in the impregnation treatment tank, the impregnation operation is performed in the supercritical fluid. The impregnating substance may be a solid such as a powder or a granule, or may be a liquid. If the solubility in the supercritical fluid is good, the impregnating substance may be put directly into the impregnating substance container. In that case, after the impregnation treatment tank is filled with the supercritical fluid, the impregnated material is dissolved or dispersed in the supercritical fluid to some extent in the impregnated material container, and then the container is gradually tilted or the like. It is preferred to add the impregnating material into the supercritical fluid.
[0026]
However, in order to effectively prevent the impregnation unevenness, it is preferable to previously dissolve or disperse the impregnation substance in a co-solvent. As a cosolvent used at this time, water or a polar organic solvent is preferable. Polar organic solvents include alcohols, ketones, cyclic ethers, amides and sulfoxides. Alcohols include methanol, ethanol, propanol, butanol, pentanol, hexanol, heptanol, octanol, undecanol, glycol (ethylene glycol, propylene glycol, butylene glycol), glycol derivatives, ethyl glycols, butyl glycols, glycerin, pentaerythritol, etc. As the ketone, acetone, methyl ethyl ketone, methyl isopropyl ketone, methyl isobutyl ketone, and dibutyl ketone are exemplified. Examples of suitable cyclic ethers include tetrahydrofuran (THF), examples of amides include dimethylformamide (DMF), and examples of sulfoxides include dimethyl sulfoxide (DMSO).
[0027]
In particular, in view of recovery and reuse, it is preferable that the boiling point is relatively low, for example, the boiling point is 150 ° C. or lower, and more preferably 100 ° C. or lower. On the other hand, when the boiling point is too low, the co-solvent is likely to be mixed into the recovered carbon dioxide gas, so the boiling point is preferably 40 ° C. or higher, and more preferably 60 ° C. or higher. Examples include methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, acetone, methyl ethyl ketone, and THF. Furthermore, ethanol, n-propanol, isopropanol, and acetone are preferable when considering the safety of workers, and ethanol is most preferable. These co-solvents may be used alone or in combination of two or more. In particular, when water is used alone, it may not be dissolved homogeneously in supercritical carbon dioxide. It is preferable to use together.
[0028]
The amount of co-solvent contained in the supercritical fluid during the impregnation treatment is preferably 0.01 to 10% with respect to the supercritical fluid. If the content is less than 0.01%, the effect of adding the co-solvent may be reduced, and the impregnation operation of the hydrophilic active ingredient may not be performed efficiently, and the impregnating substance dissolved or dispersed in the co-solvent may not be used. The amount is too low. More preferably, it is 0.1% or more, More preferably, it is 0.2% or more. On the other hand, when the amount of the co-solvent exceeds 10%, not only the impregnation property is lowered, but also the solvent remains in the fiber after the impregnation operation, and a post-treatment for removing the solvent is separately required. More preferably, it is 5% or less, and more preferably 2% or less. "%" Here is the ratio of the volume under normal pressure of the co-solvent introduced into the container filled with supercritical fluid to the container volume multiplied by 100,
[(Volume of added co-solvent) / (Volume of supercritical fluid)] × 100
It is shown by. As for the cosolvent used here, the whole quantity may be added as an impregnating substance containing liquid, and the one part may be added separately.
[0029]
In a preferred embodiment of the present invention, a base material is put into the impregnation treatment tank 10 and impregnated with a liquid in which the impregnated substance is dissolved or dispersed in a co-solvent (hereinafter sometimes referred to as “impregnated substance-containing liquid”). After putting in the impregnating substance container 13 arranged in the processing tank 10, the impregnation processing tank 10 is sealed and filled with the supercritical fluid. That is, an impregnating substance-containing liquid is prepared in the air in advance, and this is put into the impregnating substance container 13. The impregnation substance container 13 is arranged in the impregnation treatment tank 10 and can contain the impregnation substance-containing liquid. After the impregnation treatment tank 10 is sealed and filled with the supercritical fluid, the liquid in the impregnation substance container 13 is filled. The form is not particularly limited as long as it can be added to the supercritical fluid.
[0030]
A preferred form of the impregnating substance container 13 is a container having an opening at the top. The density of the supercritical fluid varies with temperature and pressure, but is roughly about half the density of the co-solvent. Therefore, even when the impregnation treatment tank 10 is filled with the supercritical fluid, the impregnated substance-containing liquid remains in the impregnated substance container 13 while being phase-separated from the supercritical fluid. At this time, a small amount of the co-solvent or impregnating substance diffuses and dissolves in the supercritical fluid, but most of the impregnating substance-containing liquid exists in the impregnating substance container 13 if it is left standing. become. In addition, the container having an opening at the top can be easily charged with the impregnating substance-containing liquid. The capacity of the container is not particularly limited, but is about 1 to 20 liters, preferably about 2 to 10 liters.
[0031]
When the impregnating substance container 13 is a container having an opening in the upper part as described above, it is preferable to tilt the impregnating substance container 13 and add the liquid inside the container to the supercritical fluid. In the example of FIG. 1, the impregnating substance container 13 is a container fixed to a rotating shaft 14 installed on the door 11. After filling with the supercritical fluid, the impregnated substance-containing liquid can be easily added to the supercritical fluid by rotating the impregnated substance container 13. The rotating shaft 14 is connected to a handle 15 outside the door 11 via a magnet, and has a structure that can be rotated from the outside. In order to effectively prevent the impregnation unevenness from occurring, it is preferable to gradually add the impregnating substance-containing liquid into the supercritical fluid. For example, when using a container having an opening in the upper part, it is preferable to tilt it gradually.
[0032]
The time required for the operation of adding the impregnating substance into the supercritical fluid, that is, the addition time is preferably 5 seconds or more, more preferably 1 minute or more, and further preferably 5 minutes or more. Impregnation unevenness can be minimized by adding over a certain period of time. The addition time may be up to the impregnation treatment operation time, but is usually 1 hour or less, and preferably 30 minutes or less.
[0033]
Specific examples of the impregnating substance container 13 are shown in FIGS. The internal volume of the impregnating substance container 13 in FIG. 2 is 4 liters, and the internal capacity of the impregnating substance container 13 in FIG. 3 is 10 liters. In these examples, the impregnating substance container 13 is detachable from the rotating shaft 14 and can be easily cleaned by removing it. Therefore, even when the dye is changed, the washing operation is very easy. For example, in a conventional dyeing apparatus as described in the column of the prior art, it is necessary to clean a dye dissolving tank, a dye solution tank, a pump, or piping, and the cleaning work at the time of color change is complicated. However, it is very simple compared to this.
[0034]
As another preferred embodiment for adding the impregnating substance-containing liquid, a method of adding an impregnating substance-containing liquid into the supercritical fluid from below the container by opening an opening in the lower part of the container and opening a valve provided there Is mentioned. In this case, means for rotating the impregnating substance container 13 is not necessary, but means for remotely opening and closing the valve from the outside is necessary. The addition rate can be finely adjusted by the opening of the valve.
[0035]
As another embodiment in which the impregnated substance-containing liquid is added, a rotatable container having openings at the top and bottom is exemplified. The lower opening is provided with a means for closing the opening, and the impregnating substance-containing liquid is put into the container with the lower opening being closed. Thereafter, the impregnated substance-containing liquid is added into the supercritical fluid from the upper opening by half rotation. At this time, by opening the lower opening, the supercritical fluid can flow from there, and the impregnating substance-containing liquid can be led downward from the upper opening. As a means for opening and closing the lower opening, it is possible to use, for example, a valve using a sphere having a structure used in the mouth of a ramune beverage. It is possible to adjust the addition rate of the impregnating substance-containing liquid by adjusting the size of either the upper or lower opening.
[0036]
After impregnating substance-containing liquid is introduced into such an impregnating substance container 13 and a base material to be treated is introduced into the rotating basket 12, the impregnation treatment tank 10 is sealed and filled with a supercritical fluid. Subsequently, the impregnation substance-containing liquid in the impregnation substance container 13 is added to the supercritical fluid to perform the impregnation treatment. At this time, the temperature and pressure in the impregnation treatment tank 10 become substantially constant. It is preferable to start the operation of adding the liquid in 13 into the supercritical fluid. By carrying out like this, it can be made to impregnate uniformly.
[0037]
It is also preferable to add the liquid in the impregnating substance container 13 to the supercritical fluid while flowing the supercritical fluid in the impregnation treatment tank 10. By so doing, the impregnating material can be uniformly impregnated into the substrate. A method of flowing the supercritical fluid is not particularly limited, but a method of moving the substrate is preferable. For example, the supercritical fluid in the impregnation treatment tank 10 can be flowed by putting the base material into the rotating basket 12 and performing the impregnation treatment while rotating. Further, the supercritical fluid may be circulated through a pipe, or the supercritical fluid may be directly stirred.
[0038]
The impregnation treatment condition is not particularly limited as long as the inside of the impregnation treatment tank 10 is in a supercritical state. A suitable pressure is 7.5 to 35 MPa. If it is less than 7.5 MPa, impregnation of the impregnating substance is often difficult, and more preferably 10 MPa or more. On the other hand, if it exceeds 35 MPa, the apparatus becomes large, and the energy required for the impregnation treatment increases, more preferably 30 MPa, and even more preferably 25 MPa or less. Moreover, a suitable temperature is 35-250 degreeC. When the temperature is lower than 35 ° C., the impregnation treatment is not smooth and the operation time may be long. More preferably, it is 50 degreeC or more, More preferably, it is 70 degreeC or more. On the other hand, when the temperature exceeds 250 ° C., the active ingredient may be deteriorated, and the required energy also increases. More preferably, it is 150 ° C. or lower. In particular, when impregnating with an impregnating substance that is vulnerable to heating, it may be preferable to set the temperature to 100 ° C. or lower.
[0039]
The time required for the impregnation treatment is usually 5 to 200 minutes. If it exceeds 200 minutes, the working efficiency may decrease, and the active ingredient may deteriorate depending on the processing temperature. More preferably, it is 120 minutes or less. On the other hand, in a time of less than 5 minutes, there are many cases where the impregnation is not sufficient, and impregnation unevenness is likely to occur. More preferably, it is 10 minutes or more. When rotating the rotating basket 12, it may be rotated in the same direction or in the opposite direction. Further, it may be possible to rotate intermittently by providing a time to stop the rotation. When a co-solvent is used in addition to the one used to dissolve the impregnating substance, it can be introduced from the co-solvent tank 16 into the impregnation treatment tank 10 via the co-solvent supply pump 17 and the valve 18. .
[0040]
FIG. 1 shows a process flow of the entire impregnation apparatus. Here, an example in which supercritical carbon dioxide is used as the supercritical fluid is shown. When the impregnation treatment is completed, the decompression valve 20 is opened and the fluid after the impregnation treatment is introduced from the impregnation treatment tank 10 into the gas separation tank 21. In the gas separation tank 21, the carbon dioxide gas and the impregnated material are separated. The form of the gas separation device does not need to be in the form of a tank as shown in FIG. 1, but in general, it is preferably in the form of a tank. The component to be separated is an impregnating substance that is a liquid component or a solid component, a co-solvent, or the like. The liquid removed from the carbon dioxide gas in the gas separation tank 21 is removed via a valve 22 provided at the bottom of the gas separation tank 21. When the liquid containing the co-solvent is discharged from the valve 22, it is preferable to distill the liquid to recover the co-solvent and reuse it. The inside of the gas separation tank 21 is normally set to a temperature of about −10 to 150 ° C. and a pressure of about 0.1 to 5 MPa. Here, the pressure of 0.1 MPa means that the pressure is the same as the atmospheric pressure, and the differential pressure when compared with the surrounding environment is zero. At this pressure, carbon dioxide exists as a gas and is separated from solid and liquid components.
[0041]
The carbon dioxide gas led out from the gas separation tank 21 is compressed by the compressor 24 through the valve 23, introduced into the storage tank 30 through the valve 25, and stored as liquefied carbon dioxide. The temperature of the stored liquefied carbon dioxide is not particularly limited, but is usually about 0 to 40 ° C. Moreover, although the pressure of the stored liquefied carbon dioxide is not particularly limited, it is usually 3 to 10 MPa.
[0042]
The liquefied carbon dioxide extracted from the bottom 31 of the storage tank 30 is sent to subsequent processes through the valve 32 and the valve 33. A pipe connected to the receiving tank 34 is branched between the valve 32 and the valve 33. Purchased unused liquefied carbon dioxide is stored in the receiving tank 34, and liquefied carbon dioxide is supplied from this through a valve 35, a transport pump 36 and a valve 37. By operating the transport pump 36 and switching the valves (32, 33, 37), unused liquefied carbon dioxide can be appropriately added to the carbon dioxide to be recovered and reused. The liquefied carbon dioxide led out from the storage tank 30 and passed through the valve 32 and the valve 33 is pressurized by the pressurizing pump 40, heated by the heater 42 through the valve 41, and supplied to the impregnation treatment tank 10 through the valve 43. Supplied.
[0043]
In this way, pressurized and heated carbon dioxide is supplied, the impregnation treatment tank 10 is filled with supercritical carbon dioxide under a desired condition, and the impregnation treatment is performed again. In this way, carbon dioxide is recovered and reused. Taking a dyeing operation as an example, in the case of dyeing a textile product in supercritical carbon dioxide, compared to the case of dyeing with water as a medium, the waste water is not discharged, and thus this is an environmentally friendly process. In addition to this, it is also excellent in terms of energy in that it does not require energy to dry the dyed fiber product. Moreover, since the carbon dioxide of the medium can be recovered and reused in this way, it is a very significant process from the viewpoint of environmental protection.
[0044]
【Example】
Example 1
The impregnation substance container 13 shown in FIG. 3 was used, and dyeing was performed using the impregnation processing apparatus shown in FIG. In advance, 0.2 owf of the disperse dye was dissolved in 1% by volume of ethanol (4.5 liters) of the volume of the impregnation treatment tank 10 (450 liters) and charged into the impregnated substance container 13. The disperse dye used is “KAYASET Yellow AG” manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd. Next, 10 kg of nylon cloth was put into the rotating basket 12 in the impregnation tank 10. While the door 11 was closed and the rotating basket 12 was rotated, the valve 43 was opened and the impregnation treatment tank 10 was filled with supercritical carbon dioxide.
[0045]
While the rotation of the rotating basket 12 was continued, the handle 15 was rotated to tilt the impregnating substance container 13 and the impregnating substance-containing liquid was added to the supercritical fluid. When adding, referring to the angle scale attached to the side of the handle 15, the angle of inclination was gradually increased, and the total amount was gradually added over a total of 15 minutes. While continuing to rotate the rotating basket 12 at 120 ° C. and 19 MPa, dyeing was further performed for 30 minutes after addition of the entire amount. After 30 minutes, the pressure reducing valve 20 was opened to discharge the fluid in the impregnation tank 10, and the door 11 was opened to take out the dyed nylon cloth. The obtained nylon cloth was sufficiently dyed and no dyeing unevenness was observed.
[0046]
【The invention's effect】
According to the impregnation treatment method of the present invention, in the impregnation treatment method of impregnating the substrate with the impregnation substance in the supercritical fluid, the impregnation treatment can be uniformly impregnated, and cleaning at the time of color change is easy. In addition, it is possible to provide an impregnation method that can reduce the apparatus cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a process flow of the entire impregnation apparatus of the present invention.
FIG. 2 is a view showing an example of an impregnating substance container.
FIG. 3 is a view showing another example of an impregnating substance container.
[Explanation of symbols]
10 Impregnation tank
11 Door
12 Rotating basket
13 Impregnation material container
15 Handle
16 Cosolvent tank
21 Gas separation tank
24 Compressor
30 storage tank
34 Receiving tank
40 Pressure pump
42 Heater

Claims

超臨界流体中で基材に対して含浸物質を含浸させる含浸処理方法において、含浸処理槽内に基材を投入し、含浸物質を含浸処理槽内に配置された基材に対して含浸物質が接触しないよう上部に開口を有する含浸物質容器に入れてから、含浸処理槽を密閉して超臨界流体で満たし、その後含浸物質容器を傾けて該容器内の含浸物質を超臨界流体中に加えることを特徴とする含浸処理方法。In the impregnation treatment method of impregnating a substrate with an impregnation substance in a supercritical fluid, the substrate is put into an impregnation treatment tank, and the impregnation substance is applied to the substrate disposed in the impregnation treatment tank. Put in an impregnation substance container having an opening in the upper part so as not to contact , then seal the impregnation treatment tank and fill it with supercritical fluid, and then tilt the impregnation substance container and add the impregnation substance in the container to the supercritical fluid An impregnation method characterized by the above.

含浸物質容器内の含浸物質を超臨界流体中に徐々に加える請求項１記載の含浸処理方法。The impregnation treatment method according to claim 1 , wherein the impregnation substance in the impregnation substance container is gradually added to the supercritical fluid.

含浸処理槽内の温度及び圧力が実質的に一定になってから含浸物質容器内の含浸物質を超臨界流体中に加える操作を開始する請求項１又は２のいずれか記載の含浸処理方法。 3. The impregnation method according to claim 1, wherein the operation of adding the impregnating substance in the impregnating substance container to the supercritical fluid is started after the temperature and pressure in the impregnating treatment tank become substantially constant.

含浸処理槽内で超臨界流体を流動させながら、含浸物質容器内の含浸物質を超臨界流体中に加える請求項１〜３のいずれか記載の含浸処理方法。The impregnation treatment method according to any one of claims 1 to 3 , wherein the impregnation substance in the impregnation substance container is added to the supercritical fluid while flowing the supercritical fluid in the impregnation treatment tank.

請求項１〜４のいずれか記載の含浸処理方法によって、基材の繊維製品に含浸物質の染料を共溶媒に溶解又は分散させて染色処理することを特徴とする染色処理された繊維製品の製造方法。By impregnation method according to any of claims 1 to 4, the production of dyed fiber products the dye impregnated material textile substrates are dissolved or dispersed in a cosolvent, characterized in that dyeing process Method.