超临界惰性气体和着色方法

申请号 CN201080068472.0 申请日 2010-08-06 公开(公告)号 CN103068931A 公开(公告)日 2013-04-24
申请人 英派尔科技开发有限公司; 发明人 威廉·B·卡尔逊; 格雷戈里·D·费伦; 菲利普·A·沙利文;
摘要 一种着色系统,所述着色系统可以包括:惰性气体、 着色剂 和一个或多个容器,所述容器配置为:将所述惰性气体转化为 超临界 流体 ;和/或接受和用 超临界流体 态下的所述惰性气体着色制品。一种着色方法,所述着色方法可以包括:将惰性气体转化为超临界流体态;将着色剂溶解、悬浮或吸收于所述超临界惰性气体中,并用超临界流体态下的所述惰性气体着色制品。一种着色组合物,所述着色组合物可以包含:超临界流体态下的惰性气体;和着色剂,所述着色剂位于所述超临界惰性气体中。
权利要求

1.一种组合物,所述组合物包括:
着色剂;和
超临界流体态下的惰性气体,所述超临界流体态下的惰性气体具有所述着色剂。
2.权利要求1所述的组合物,所述组合物还包括制品,所述制品能够用所述超临界流体中的所述着色剂着色。
3.权利要求1-2中的任一项所述的组合物,其中所述着色剂是染料。
4.权利要求1-3中的任一项所述的组合物,其中所述着色剂是有机染料。
5.权利要求1-3中的任一项所述的组合物,其中所述着色剂是无机染料。
6.权利要求1-2中的任一项所述的组合物,其中所述着色剂是颜料。
7.权利要求1-2中的任一项所述的组合物,其中所述着色剂是染色剂。
8.权利要求1-7中的任一项所述的组合物,所述组合物还包括选自以下各项的另外的物质:不同的惰性气体、二、空气、氧、氮、、醇、、胺、、芳族烃、酚、漂白剂,或它们的组合。
9.权利要求8所述的组合物,其中所述醇选自由甲醇、乙醇、丁醇、丙醇和己醇组成的组。
10.权利要求8所述的组合物,其中所述选自由丙酮、乙酰基酮和己酮组成的组。
11.权利要求8所述的组合物,其中所述醛选自由甲醛和乙醛组成的组。
12.权利要求8所述的组合物,其中所述烃选自由甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、乙烯和丙烯组成的组。
13.权利要求8所述的组合物,其中所述卤代烃选自由碘乙烷、二氯甲烷和氯仿组成的组。
14.权利要求1-13中的任一项所述的组合物,其中所述组合物没有挥发性有机化合物
15.权利要求1-14中的任一项所述的组合物,其中所述着色剂以足够的量存在,以将与超临界流体态下的所述惰性气体接触的制品着色。
16.权利要求1-15中的任一项所述的组合物,其中所述制品包括纺织品、聚合物、塑料、木材、陶瓷、玻璃、金属或合金,或它们的组合。
17.一种着色系统,所述着色系统包括:
惰性气体;
着色剂,所述着色剂在超临界状态下的所述惰性气体中可混溶;以及一个或多个容器,所述容器配置为:
将所述惰性气体转化为超临界流体;或
接受和用具有所述着色剂的在超临界流体态下的所述惰性气体着色制品。
18.权利要求17所述的着色系统,其中所述着色剂在超临界态下的所述惰性气体中可溶解、可悬浮或可吸收。
19.权利要求17-18中的任一项所述的着色系统,其中所述一个或多个容器具有超临界流体容器,所述超临界流体容器配置为将所述惰性气体转化为超临界流体。
20.权利要求17-19中的任一项所述的着色系统,其中所述一个或多个容器具有压构件,所述压力构件配置为将所述惰性气体的压力增加为达到或超过所述惰性气体的超临界压力
21.权利要求17-20中的任一项所述的着色系统,其中所述一个或多个容器具有加热单元,所述加热单元配置为将所述惰性气体的温度升高为达到或超过所述惰性气体的超临界温度
22.权利要求17-21中的任一项所述的着色系统,其中所述一个或多个容器具有着色容器,所述着色容器配置为接受超临界流体态下的所述惰性气体,接受着色剂,并接受要清洗的制品。
23.权利要求17-22中的任一项所述的着色系统,所述着色系统还包括分离容器,所述分离容器配置为接受来自着色容器的具有所述着色剂或所述着色剂的副产物的所述惰性气体,并将所述惰性气体减压至气态。
24.权利要求17-23中的任一项所述的着色系统,所述着色系统还包括分离容器,所述分离容器具有气体出口,所述气体出口配置为从所述分离容器释放气态下的所述惰性气体。
25.权利要求17-24中的任一项所述的着色系统,所述着色系统还包括分离容器,所述分离容器具有废物出口,所述废物出口配置为允许固体和/或液体着色剂或着色剂副产物从所述分离容器的移除。
26.权利要求17-25中的任一项所述的着色系统,所述着色系统还包括惰性气体入口。
27.权利要求17-26中的任一项所述的着色系统,所述着色系统还包括惰性气体储存容器,所述惰性气体储存容器配置为储存超临界流体态、气态或液态下的所述惰性气体。
28.权利要求17-27中的任一项所述的着色系统,所述着色系统还包括冷却构件,所述冷却构件配置为接受超临界流体态或气态下的所述惰性气体并降低所述惰性气体的温度至液态。
29.权利要求17-28中的任一项所述的着色系统,所述着色系统还包括连接所述一个或多个容器的一个或多个流体通道。
30.权利要求17-29中的任一项所述的着色系统,所述着色系统还包括,所述泵配置为将所述惰性气体泵送通过连接所述一个或多个容器的一个或多个流体通道。
31.权利要求17-30中的任一项所述的着色系统,所述着色系统还包括要与所述超临界流体态下的所述惰性气体组合的至少一种另外的气体。
32.权利要求17-31中的任一项所述的着色系统,还包括选自以下各项的另外的物质:
不同的惰性气体、二氧化碳、空气、氧、氮、水、醇、醛、胺、烃、芳族烃、酚、漂白剂,或其组合。
33.权利要求32所述的着色系统,其中所述醇选自由甲醇、乙醇、丁醇、丙醇和己醇组成的组。
34.权利要求32所述的着色系统,其中所述酮选自由丙酮、乙酰基酮和己酮组成的组。
35.权利要求32所述的着色系统,其中所述醛选自由甲醛和乙醛组成的组。
36.权利要求32所述的着色系统,其中所述烃选自由甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、乙烯和丙烯组成的组。
37.权利要求32所述的着色系统,其中所述卤代烃选自由碘乙烷、二氯甲烷和氯仿组成的组。
38.权利要求32-37中的任一项所述的着色系统,其中所述另外的物质能够当所述惰性气体是超临界流体态时为超临界流体态或者超临界状态下的所述惰性气体能够在其中具有所述另外的物质。
39.权利要求17-38中的任一项所述的着色系统,其中所述惰性气体选自氦、氩、氪、氙、氖、氡,或它们的组合。
40.权利要求17-39中的任一项所述的着色系统,其中所述惰性气体处于高于超临界温度的温度和高于超临界压力的压力。
41.一种着色方法,所述着色方法包括:
将惰性气体转化为超临界流体态;
将着色剂与超临界流体态下的所述惰性气体组合;和
将制品用其中具有所述着色剂的超临界流体态下的所述惰性气体着色。
42.权利要求41所述的着色方法,还包括在所述着色之前或过程中将另外的物质与超临界流体态下的所述惰性气体组合。
43.权利要求41-42中的任一项所述的着色方法,所述着色方法还包括选自以下各项的另外的物质:不同的惰性气体、二氧化碳、空气、氧、氮、水、醇、醛、胺、烃、芳族烃、酚、漂白剂,或其组合。
44.权利要求43所述的着色方法,其中所述醇选自由甲醇、乙醇、丁醇、丙醇和己醇组成的组。
45.权利要求43所述的着色方法,其中所述酮选自由丙酮、乙酰基酮和己酮组成的组。
46.权利要求43所述的着色方法,其中所述醛选自由甲醛和乙醛组成的组。
47.权利要求43所述的着色方法,其中所述烃选自由甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、乙烯和丙烯组成的组。
48.权利要求43所述的着色方法,其中所述卤代烃选自由碘乙烷、二氯甲烷和氯仿组成的组。
49.权利要求41-48中的任一项所述的着色方法,所述着色方法还包括在所述着色的过程中循环在超临界流体态下的所述惰性气体的压力。
50.权利要求49所述的着色方法,其中所述压力循环包括将所述惰性气体的压力降低至低于超临界压力和将所述惰性气体的压力增加至高于超临界压力。
51.权利要求49-50中的任一项所述的着色方法,其中所述压力循环将所述惰性气体的状态从超临界流体改变至其中所述惰性气体的至少一部分不是超临界流体态的状态。
52.权利要求41-51中的任一项所述的着色方法,所述着色方法还包括在所述清洗的过程中循环在超临界流体态下的所述惰性气体的温度。
53.权利要求52所述的着色方法,其中所述温度循环包括将所述惰性气体的温度降低至低于超临界温度和将所述惰性气体的温度增加至高于超临界温度。
54.权利要求52-53中的任一项所述的着色方法,其中所述温度循环将所述惰性气体的状态从超临界流体改变至其中所述惰性气体的至少一部分不是超临界流体态的状态。
55.权利要求29所述的着色方法,其中所述着色包括在所述制品的存在下产生气泡。
56.权利要求41-55中的任一项所述的着色方法,其中所述着色包括搅动所述制品。
57.权利要求56所述的着色方法,其中所述搅动来自机械搅动。
58.权利要求56-57中的任一项所述的着色方法,其中所述搅动来自气泡生成。
59.权利要求41-58中的任一项所述的着色方法,所述着色方法还包括将所述惰性气体和所述着色剂或着色剂副产物从所述制品移除。
60.权利要求41-59中的任一项所述的着色方法,所述着色方法还包括将所述惰性气体与所述着色剂或着色剂副产物分离。
61.权利要求41-60中的任一项所述的着色方法,所述着色方法还包括将所述惰性气体转化为气态,用于将所述惰性气体与所述着色剂或着色剂副产物分离,所述着色剂或着色剂副产物为固态或液态。
62.权利要求41-61中的任一项所述的着色方法,所述着色方法还包括在与所述着色剂或着色剂副产物分离之后将所述惰性气体从气态冷却至液态。
63.权利要求41-62中的任一项所述的着色方法,所述着色方法还包括在与所述着色剂或着色剂副产物分离之后将所述惰性气体转化为超临界流体。
64.权利要求41-63中的任一项所述的着色方法,所述着色方法还包括再循环所述惰性气体用于在着色另一个制品的着色方法中使用。
65.权利要求41-64中的任一项所述的着色方法,所述着色方法还包括在所述着色之后将所述惰性气体与另外的物质分离。
66.权利要求41-65中的任一项所述的着色方法,所述着色方法还包括:
将超临界流体态下的所述惰性气体引入至着色容器中;
将所述着色剂引入至所述着色容器中;
将所述制品引入至所述着色容器中;和
用所述着色容器内的其中具有所述着色剂的超临界流体态下的所述惰性气体着色所述制品。
67.权利要求66所述的着色方法,所述着色方法还包括将所述惰性气体在引入至所述着色容器中之前转化为超临界流体态。
68.权利要求66-67中的任一项所述的着色方法,所述着色方法还包括在引入至所述着色容器中之前将所述惰性气体的压力增加为达到或超过所述惰性气体的超临界压力。
69.权利要求66-68中的任一项所述的着色方法,所述着色方法还包括在引入至所述着色容器中之前将所述惰性气体的温度升高为达到或超过所述惰性气体的超临界温度。
70.权利要求66-69中的任一项所述的着色方法,所述着色方法还包括在所述着色之前或之后储存超临界流体态、气态或液态下的所述惰性气体。
71.权利要求66-69中的任一项所述的着色方法,所述着色方法还包括在所述清洗容器中的所述制品的所述着色之前或过程中将至少一种另外的物质引入至所述着色容器中。
72.权利要求71所述的着色方法,所述着色方法还包括选自以下各项的另外的物质:
不同的惰性气体、二氧化碳、空气、氧、氮、水、醇、醛、胺、烃、芳族烃、酚、漂白剂,或其组合。
73.权利要求72所述的着色方法,其中所述醇选自由甲醇、乙醇、丁醇、丙醇和己醇组成的组。
74.权利要求72所述的着色方法,其中所述酮选自由丙酮、乙酰基酮和己酮组成的组。
75.权利要求72所述的着色方法,其中所述醛选自由甲醛和乙醛组成的组。
76.权利要求72所述的着色方法,其中所述烃选自由甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、乙烯和丙烯组成的组。
77.权利要求72所述的着色方法,其中所述卤代烃选自由碘乙烷、二氯甲烷和氯仿组成的组。
78.权利要求72-77中的任一项所述的着色方法,其中所述另外的物质能够当所述惰性气体在超临界流体态下时为超临界流体态,或者在超临界状态下的所述惰性气体能够在其中具有所述另外的物质。
79.权利要求41-78中的任一项所述的着色方法,其中所述惰性气体选自氦、氩、氪、氙、氖、氡,或它们的组合。

说明书全文

超临界惰性气体和着色方法

[0001] 背景
[0002] 用于将制品染色、着色,或颜料上色的传统的基着色组合物可能产生大量废水。通常,废水可能被作为来自着色过程的副产物的高度毒性的化学品污染,并且所述高度毒性的化学品从水分离可能是困难的和昂贵的。然而,污染的水不应在不移除着色剂的情况下引入至环境中,并且作为结果可能需要昂贵的着色方法。
[0003] 超临界二已经在着色方法中使用,因为它可以溶解或吸收用于施加至制品的着色剂。然而,二氧化碳也可以与着色剂或者制品如纺织品上的多种官能化部分反应,并且影响着色剂附着至制品的能。作为结果,着色剂倾向于容易地从制品移除,如在清洗的过程中,以使得制品的颜色随时间变暗。
[0004] 因而,对于可以用于对制品,如纺织品、聚合物部分、金属部分、陶瓷部分等提供颜色的改进的着色组合物存在持续的需要。
[0005] 概述
[0006] 在一个实施方案中,组合物可以被配置用于作为能够着色制品的超临界惰性气体使用。着色组合物可以包括着色剂,和具有该着色剂的超临界流体态下的惰性气体。组合物还可以包括能够用超临界流体中的着色剂着色的制品。着色剂可以是染料,如有机染料或无机染料,以及颜料或染色剂。
[0007] 在一个方面,着色组合物可以包括选自以下各项的另外的物质:不同的惰性气体、二氧化碳、空气、氧、氮、水、醇、、胺、、芳族烃、酚、漂白剂,或其组合。
[0008] 在一个实施方案中,着色系统可以用于用具有超临界惰性气体和着色剂的着色组合物着色制品。该着色系统可以包括:惰性气体;可混溶在超临界状态下的惰性气体中的着色剂;以及一个或多个容器,所述一个或多个容器配置为(1)将惰性气体转化为超临界流体,或(2)接受和用具有着色剂的超临界流体态下的惰性气体着色制品。着色剂可以是在超临界状态下的惰性气体中可溶解、可悬浮或可吸收的。
[0009] 在一个方面,着色系统可以具有配置为将惰性气体转化为超临界流体的超临界流体容器。同样,着色系统可以包括压力构件,所述压力构件配置为将惰性气体的压力增加为达到或超过惰性气体的超临界压力。另外,着色系统可以包括加热单元,所述加热单元配置为将惰性气体的温度升高至达到或超过惰性气体的超临界温度。此外,着色系统可以具有着色容器,所述着色容器配置为接受超临界流体态下的惰性气体,接受着色剂,并且接受所要清洗的制品。此外,着色系统可以包括分离容器,所述分离容器配置为从着色容器接受具有着色剂或着色剂的副产物的惰性气体和将惰性气体减压至气态。
[0010] 在一个方面,着色系统可以包括要与超临界流体态下的惰性气体组合的至少一种另外的物质。另外的物质的实例可以选自不同的惰性气体、二氧化碳、空气、氧、氮、水、醇、醛、胺、烃、芳族烃、酚、漂白剂,或其组合。
[0011] 在一个方面,惰性气体可以选自氦、氩、氪、氙、氖、氡,或它们的组合。
[0012] 在一个实施方案中,着色组合物和着色系统可以在用于着色制品的着色方法中使用。着色方法可以包括:将惰性气体转化为超临界流体态;将着色剂与超临界流体态下的惰性气体组合;和将制品用其中具有着色剂的超临界流体态下的惰性气体着色。
[0013] 在一个方面,着色方法可以包括包括在着色之前或其过程中将另外的物质与超临界流体态下的惰性气体组合。另外的物质可以如本文所述。
[0014] 在一个方面,着色方法可以包括:将超临界流体态下的惰性气体引入至着色容器中;将着色剂引入至着色容器中;将制品引入至着色容器中;和将制品在着色容器内用其中具有着色剂的超临界流体态下的惰性气体着色。
[0015] 附图简述
[0016] 图1是现有技术的示意图和显示固相、液相、气相和超临界流体相的一般相图
[0017] 图2A-2C是着色容器的示例实施方案的示意图。
[0018] 图2D-2H是在着色方法的过程中可以含有和释放着色剂的着色剂保持器的示例实施方案的示意图。
[0019] 图3是着色系统的示例实施方案的示意图。
[0020] 图4是分离容器的示例实施方案的示意图。
[0021] 图5是天然纤维与异喹啉衍生的染料之间的化学反应的示例实施方案的示意图。
[0022] 图6是二氧化碳与多种染料之间的化学反应的示例实施方案的示意图。
[0023] 详述
[0024] 在以下详述中,参考形成其一部分的附图。在附图中,除非上下文另外指出,相似的符号典型地表示相似的部件。详述、附图和权利要求中描述的示例实施方案不意味着限定。可以采用其他实施方案,并且可以进行其他变化,而不脱离这里给出的主题的精神或范围。将容易明白的是,可以将如本文一般性描述的,以及附图中示例的本公开的各方面排列、代替、组合、分离,并且设计在宽范围的多种不同的构造中,其全部被明确地在本文预期。
[0025] 考虑到着色过程副产物是毒性或环境不友好并且准备处理的昂贵成本所带有的问题,不带有这些问题的新的着色组合物将是有益的。现在发现可以使用超临界流体态下的惰性气体(例如,超临界惰性气体)作为非毒性着色组合物,所述着色组合物可以溶解、悬浮或吸收着色剂并且将着色剂施加至制品。超临界惰性气体着色组合物的使用对于环境或人类健康具有最小的乃至于没有有害效果。另外,惰性气体可以通过将惰性气体转化回其气态使得来自着色过程的着色过程副产物保留为固体或液体,从而容易地与着色过程副产物分离。之后可以通过将气体从保留液体和固体的容器排出,从而将气态惰性气体从液体和固体副产物移除。惰性气体的蒸发也可以用于将惰性气体从副产物移除。
[0026] 图1是一般性地表示固态、液态、气态和超临界流体态的示意图。惰性气体可以包括氦、氩、氪、氖和氙,或其组合。然而,氡在放射性不是问题的情况下,如在着色放射性材料中,也可以是可用的。惰性气体是基本上惰性、无毒的,并且是无色和无味的。惰性气体可以通过压缩至达到或超过它们的超临界点而转化为超临界流体。超临界惰性气体可用作提供用于着色目的的着色剂的着色组合物,如着色多种由纤维、纺织品、聚合物、玻璃、陶瓷、金属,或其组合组成的制品。
[0027] 惰性气体在高于其超临界点的温度和压力成为超临界流体惰性气体。超临界点,如图1中所示,是非常确实的现象,其中气体,如惰性气体,在超临界点的温度(例如,超临界温度)和压力(例如,超临界压力)之上转化为超临界流体。作为超临界流体惰性气体,它可以像气体一样扩散穿过固体,以及像液体一样溶解物质。此外,接近于超临界点,压力或温度上小的改变导致超临界流体在密度上大的改变,从而允许将超临界流体惰性气体的很多性质“细调”为更像液体或更像气体。温度从接近超临界的温度朝向超临界点的相对小的降低可以产生行为更接近于流体的超临界流体。对应地,温度上从接近于超临界的温度偏离超临界点的相对小的增加可以导致超临界流体更接近于气体。另一方面,压力上相对小的增加可以增加超临界流体的密度以使得它表现得更像液体,而压力上相对小的降低使得密度降低以使得超临界流体表现得更像气体。此外,在超临界流体中没有表面张力,所以没有液相/气相界面。
[0028] 此外,着色剂在惰性气体超临界流体中可溶。超临界流体中的可溶解性倾向于随着流体的密度增加(在恒定温度)。因为密度随压力增加,可溶解性倾向于随压力增加。在恒定密度,可溶解性将随温度增加。然而,接近于超临界点,密度随温度上的微小增加急剧地降低。因此,接近于超临界温度,可溶解性通常随着温度增加而降低,并且之后再次升高。在用悬浮在超临界流体中的着色剂着色的过程中可以调节这些参数以改进着色方法。例如,超临界流体中着色剂的可溶解性可以增加,以使得将更多的着色剂溶解并提供至所要着色的制品。然而,在超临界流体中具有更低可溶解性的染料在一些情况下可以是有益的,因为它可以更容易控制与用具有低可溶解性的染料着色的制品反应的染料的量。
[0029] 例如,可以调整这些参数以便在容器的表面上以及容器内的制品上获得气穴或气泡的形成。气穴可以通过以下方式引入:通过改变压力(例如,降低压力直至沸腾出现)、通过物理搅动、通过施加在表面上诱导局部气穴的超声,并且可以通过微波。微波的使用可以极大地提高和加速用于一些染料织物结合的染料-织物键形成过程。气穴可以增加溶剂的着色潜能。气穴将通常当将物体着色时在表面不规则处或在容器壁上成核。
[0030] 所有超临界流体彼此可混溶,所以,对于混合物,如果超过混合物的超临界点可以获得单相。二元混合物的超临界点可以估计为两种组分的超临界温度和压力的算术平均:
[0031] Tc(混合)=(摩尔分数A)x TcA+(摩尔分数B)x TcB。
[0032] 为了更准确,超临界点可以使用状态方程,如彭-罗宾逊(Peng Robinson),或群贡献方法计算。其他性质,如密度,也可以使用状态方程计算。三元、四元或其他多元物质组合也是可能的。实验方法可以用于确定具有组合在一起用于制备超临界流体的多种物质的组合物的超临界点。同样,可以使用工程手册查找三元系统的值。
[0033] 很多压缩气体实际上是超临界流体,并且从而可以在用超临界惰性气体的着色方法中使用。例如,氮具有约126.2K(-147℃)和约3.4MPa(34巴或33.56大气压)的超临界点,并且二氧化碳(CO2)具有约31℃和约75大气压的超临界点。因此,在超过它们各自的超临界点的气瓶(例如,下面描述的储存容器的实例)中的氮或CO2是超临界流体并且可以与用于着色目的的超临界惰性气体组合使用。
[0034] 惰性气体是价态s2(氦)或s2p6(氖、氩、氪和氙)完全填充的一系列气体,并且因此对于化学反应是惰性的。氩构成地球大气的约1%并且因而是丰富的。大气中氪的丰度被认为是约0.000108-0.000114%,使它成为大气中第七常见的气体。氙是地球大气中的痕量气体。因此,存在足够的惰性气体来源以使得它们在着色组合物中的使用可以是成本有效的,即使不考虑提高的人员安全和降低的环境影响的附加益处。
[0035] 超临界惰性气体能够溶解、悬浮和/或吸收宽范围的着色剂,如但是不限于染料、颜料、染色剂等。超临界惰性气体具有与CO2相比相似的或更好的溶解性和/或吸收参数。因而,超临界惰性气体可以与超临界CO2同样好地或者更好地用于提供着色剂以着色制品(例如,纺织品)。然而,惰性气体提供显著的益处,因为它们不是致癌物质或诱导突变的物质,它们不破坏臭氧层,它们不表现为温室气体,它们适应挥发性有机化合物(VOC),并且它们不具有已知的短期或长期健康问题。另外,超临界CO2可以与制品反应并且对制品,如纺织品的状态具有负面影响,并且导致制品的劣化。超临界惰性气体是基本上惰性的,并且不具有与所着色的制品反应和将其劣化的相同的可能。
[0036] 用于着色制品的着色剂可以是与超临界惰性气体可混合或可混溶的。通过是“可混合”或“可混溶”的,它意指着色剂可以是可溶解、可悬浮、可吸收或通过任何其他物理或化学作用或力以其他方式能够分配至超临界惰性气体中。
[0037] 惰性气体,尤其是氩气,归因于其丰度和能够以合适的纯度获得,其超临界流体可以在超临界条件下用作用于着色剂的载体。氩具有约-122℃和约50个大气压的超临界温度和压力。氙具有约17℃和约60个大气压的超临界点。氦具有约-267.96℃和约2.24个大气压的超临界点。氪具有约-63.74℃和约54.28个大气压的超临界点。氖具有约-228.75℃和约27.24个大气压的超临界点。用于比较,二氧化碳超临界压力为约75个大气压并且超临界温度为约31℃。因此,使用二氧化碳的超临界应用典型地在约32至约49℃的温度和约75至约250个大气压的压力操作。在约32至约49℃的温度,用于氩的操作压力将大致为约350-500个大气压,其可容易地通过现代压缩技术获得。氙将大约为约75至约250个大气压。
[0038] 在这些条件下,制品可以用由超临界惰性气体运载的着色剂在少于约30分钟(例如,约1分钟至约30分钟),少于约20分钟(例如,约5分钟至约30分钟),或者甚至少于约15分钟(例如,约10分钟至约15分钟)内着色,其中约12分钟可以是着色时间的实例。这种超临界惰性气体可以以与在用工业加热器、压缩机和加压器可容易地获得的温和压力和温度条件下用运载着色剂的超临界二氧化碳(CO2)进行的着色方法相似的方式用于着色物品。
[0039] 在一个实施方案中,着色剂可以是染料。染料是在一些可见波长比其他波长吸收更多光的分子或化学品。当将染料加入至清晰制品时,它可以给出透明的清晰颜色。在一些情况下,染料可以由着色得到为乳状或半透明的清晰制品。当将染料加入至不透明介质如混凝土时,不透明性保留,并且加入一些颜色。网格灰色等价亮度通常降低,因为染料可以吸收光。
[0040] 染料可以是有机的或无机的,合成的或天然的。有机染料是公知的,并且很多包含可以与制品,如纺织品纤维反应的反应性基团,用于提供具有颜色耐久性的颜色耐久制品。例如,很多染料具有可以与制品反应以与其结合的特定的反应性部分,如基、羧基或羟基。有机染料的一些实例在下面给出。
[0041]
[0042] 3-羟基-4′-N,N-二甲基氨基黄
[0043]
[0044] 6-(2-氨基乙基氨基)-2-异丁基-1H-苯并[de]异喹啉-1,3(2H)-二酮
[0045]
[0046] (2-羟乙基)(甲基)氨基)-2-异丙基-1H-苯并[de]异喹啉-1,3(2H)-二酮)[0047]
[0048] 1H,1′H-[2,2’]联亚吲哚基-3,3′-二酮
[0049]
[0050] {4-[2-(4-乙烯磺酰-苯基)-乙烯基]-苯基}-二乙基-胺
[0051] 在一个实施方案中,染料是天然着色剂,如来自植物、动物或昆虫产物,并且可能来自真菌类或蘑菇。植物染料的一些非限制性实例可以包括:来自刺槐的树脂的儿茶(棕);来自黄颜树的木材的黄木染料(黄);来自指甲花植物的叶子的指甲花染料(橙红);来自木蓝属植物的叶和茎的靛青(蓝);来自洋苏木树的果核(芯)的洋苏木(黑);来自茜草植物的根的茜素(鲜红);来自黑橡树的内层树皮的栎皮粉(黄);来自藏红花的柱头的干藏红花粉(黄);来自姜黄植物的根的姜黄根粉末(紫);以及其他。动物或昆虫染料的非限制性实例可以包括:来自胭脂虫的尸体的胭脂红(红);来自一些类型的海螺的尸体的泰尔紫(紫或深红);来自数种类型的乌贼的分泌物的乌贼墨颜料(棕);以及其他。
[0052] 在一个实施方案中,染料是有时称为矿物染料的无机染料。矿物染料来自赭土(黄、棕、红)、石灰石或石灰(白)、锰(黑)、辰砂和氧化铅(红)、蓝矿和天青石(蓝)和孔雀石(绿)。一些矿物染料如普鲁士蓝、锰青铜、铬黄、锑橙、或黄颜料可以通过使用热和酸固定至纤维,如花,其可以与超临界惰性气体混合。虽然一些矿物着色剂被称为“染料”,它们可以实际上是颜料。矿物染料的非限制性实例可以包括:来自铬和氧的化合物的铬绿;来自铬和铅的化合物的铬红;来自铬酸和铅的化合物的铬黄;来自铁和氰化物的化合物的普鲁士蓝;等。
[0053] 在一个实施方案中,着色剂可以是颜料,其意指染料和乳浊剂的混合物或组合,所述乳浊剂如散射光的白色氧化物粉末,或同时吸收和散射光的暗着色粉末。颜料是更不透明的,并且看起来更像油漆。白色或亮色颜料有时可以使得暗介质更亮,条件是原始介质是比颜料更透明的。或金属着色剂可以是颜料。
[0054] 在一个实施方案中,着色剂可以是染色剂,其倾向于是选择性吸收至所着色的物品中的染料。例如,当制品包括木材产品时,着色剂可以是作为传统理解的术语,将木材染色的染色剂。典型地,染色的物体通过保持更多的着色剂变得更暗。木材染色剂强化木材纹路的可见性。生物染色剂选择性地着色特定物质用于在显微镜下观察。
[0055] 在一个实施方案中,所要着色的制品可以包括纺织制品。纺织品是由通常称为线或纱的天然或人造纤维网络组成的柔性材料。纱通过在纺车上纺纱原毛纤维、亚麻、棉花等以生产长线而制造。纺织品通过,例如,编织、针织、钩编、打结或将纤维压在一起(毡)形成。词织物和布在纺织品组装业(如裁缝和制衣业)中用作纺织品的同义词。纺织品是指由交错纤维制成的任意材料。织物是指通过编织、针织,钩编或粘结制成的任意材料。布是指成品织物片。非限制性的纺织品的实例可以包括衣服、容器、包、篮、毛毯、软垫家具、百叶窗、毛巾、用于桌子、床和其他平面表面的遮盖物、过滤器、旗、背包、帐篷、网、着色器件、手帕、抹布、气球、筝、帆、降落伞、绳索、地板垫、擦垫、刷、床垫、地板砖和帆布等。纺织品材料可以包括动物毛、羊毛、丝绸、草、灯芯草、大麻、剑麻、椰子纤维、稻草、竹子、棉花、亚麻、黄麻、大麻、常见的和平滑的竹纤维、聚酯、芳族聚酰胺纤维、丙烯酸类纤维、尼龙纤维、氨纶、烯烃纤维、卢勒克斯等。
[0056] 在一个实施方案中,制品可以由金属或金属合金制成。工业部件或机械可以用本文描述的超临界惰性气体着色组合物和方法着色。任意类型的金属或合金是合适的,如非限制性地,不锈钢、镍诺、等。金属可以用多种颜料和染料着色。同样,金属可能需要另外的制造或处理以使着色剂更好地粘附至金属。
[0057] 在一个实施方案中,制品可以由陶瓷制成。器皿,陶器,砖,管,地板,瓦,瓷器,瓷料等可以是由陶瓷制成的制品。非限制性的陶瓷材料的实例可以包括氧化铝,氧化锆,碳化物,化物,氮化物,化物等。多孔陶瓷可以容易地用超临界着色剂组合物着色。同样,陶瓷可以需要另外的制造或处理以更好地将着色剂粘附至陶瓷。
[0058] 在一个实施方案中,制品可以是玻璃。
[0059] 在一个实施方案中,制品可以是聚合物或塑料制品。聚合物或塑料可以耐受着色方法的条件,如温度和压力,以使得在着色过程中是稳定的并且不显著地降解。聚氨酯、聚碳酸酯、聚丙烯酰胺、聚苯乙烯、聚酯等是非限制性实例。
[0060] 超临界惰性气体可以与一种或多种烃组合用于着色目的。超临界惰性气体与烃的混合物可以在着色半导体中使用。同样,超临界惰性气体极大地降低在着色过程中典型使用的烃溶剂的量。例如,氩可以与丁烷组合并形成约1∶2至约1∶3氩/丁烷的超临界混合物,然而,该比例可以在约10∶1至约1∶1,约8∶1至约1∶1,或约5∶1至约1∶1的范围内,或反之亦然。混合物可以通过获得约34MPa(335个大气压)的压力和约
20℃的温度转化为超临界流体。可以使用氩/丁烷以在本文下面叙述的持续期间以内在着色过程中运载着色剂以着色制品。可以与超临界惰性气体组合的其他烃可以包括,非限制性地,甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、乙烯、丙烯或被官能团取代的或未取代的,或支链的或非支链的,或环状的或非环状的,或芳香性的或非芳香性的任意C1-C20烃。在一个方面,着色组合物的实施方案具体地不包括烃,或者一种或多种特定烃,在环境友好的惰性气体超临界流体着色组合物中使用。
[0061] 超临界惰性气体也可以与一种或多种另外的气体组合,以便制备超临界着色组合物。可以使用另外的气体以调整范德华力,其可以从一种惰性气体至另一种惰性气体而改变。因而,当惰性气体变得更重时,诱导偶极更大,并且另外的气体可以抵消或扩大这些改变。同样,当气体变得更重时惰性气体在特征上可以变得更软(硬/软理论),并且另外的气体可以抵消或扩大这些改变。另外的气体可以用于抵消或扩大这些性质,以改变超临界惰性气体流体的可溶解性参数并且从而允许提高的悬浮着色剂并将着色剂赋予制品的能力。可以使用的气体的非限制性实例包括不同的惰性气体、二氧化碳、空气、氧、氮等。在适合于用超临界着色组合物接触特定制品的条件下,另外的气体是非反应性的或具有最小的反应性曲线可以是有益的。惰性气体与另外的气体的比例可以在约10∶1至约1∶1,约8∶1至约1∶1,或约5∶1至约1∶1的范围内,或反之亦然。着色的持续期间可以与本文描述的时间长度相似或甚至更短。在一个方面,着色组合物的实施方案具体地不包括另外的气体在惰性气体超临界流体着色组合物中的使用。
[0062] 超临界惰性气体也可以与水组合以形成着色组合物。水普遍地在很多着色应用中使用。然而,水不能与二氧化碳混合,因为水与二氧化碳反应形成碳酸和碳酸盐。现在水可以与超临界惰性气体组合以使得水的着色益处可以在超临界流体中利用。将水与惰性气体混合可以制造溶解高度离子性的着色剂的超临界流体,而仍然减少水浪费,因为它不采用很多水以给出所需的效果。尽管超临界惰性气体的使用可以代替水的使用并降低着色过程的环境影响,超临界着色组合物中一些水的使用可以提供水的显著益处。惰性气体与水的比例可以在约10∶1至约1∶1,约8∶1至约1∶1,或约5∶1至约1∶1的范围内,或者反之亦然。着色的持续期间可以与本文描述的时间长度相似或甚至更短。在一个方面,对于环境友好的着色组合物,着色组合物的实施方案具体地不包括水在惰性气体超临界流体着色组合物中的使用。
[0063] 超临界惰性气体也可以与一种或多种醇组合以制备着色组合物。然而,醇不能与二氧化碳混合,因为醇与二氧化碳反应形成有机碳酸盐。现在醇可以与超临界惰性气体组合以使得在超临界流体中可以利用醇溶解着色剂的能力。合适的醇的非限制性实例包括甲醇、乙醇、丙醇、正丙醇、异丙醇等。惰性气体与醇的比例可以在约10∶1至约1∶1,约8∶1至约1∶1,或约5∶1至约1∶1的范围内,或者反之亦然。着色的持续期间可以与本文描述的时间长度相似或者归因于醇的溶剂特性甚至更短。在一个方面,对于环境友好的着色组合物,着色组合物的实施方案具体地不包括醇在惰性气体超临界流体着色组合物中的使用。
[0064] 超临界惰性气体也可以与有机溶剂组合以形成着色组合物,其中有机溶剂可以促进着色剂的吸收。最初,着色剂可以是可溶的或可吸收至有机溶剂中以使得着色剂当暴露至超临界流体时可以更容易地分配至其中,其可以增加着色制品的能力。有机溶剂的实例可以包括但是不限于丙酮、甲苯、松节油、乙酸甲酯、乙酸乙酯、己烷、汽油醚、柑橘萜类、正戊烷、二氯乙烷、二 烷、二甲亚砜、乙腈、吡啶、乙酸、THF、甲基异丁酮、二氯甲烷、异辛烷、环己烷、环戊烷、二硫化碳、四氯化碳、邻二甲苯、苯、二乙醚、氯仿等。惰性气体与溶剂的比例可以在约10∶1至约1∶1,约8∶1至约1∶1,或约5∶1至约1∶1的范围内,或者反之亦然。着色的持续期间可以与本文描述的时间长度相似,或者甚至归因于溶剂对于着色剂的溶剂化能力而更短。在一个方面,着色组合物的实施方案具体地不包括溶剂在更加环境友好的惰性气体超临界流体着色组合物中的使用。
[0065] 超临界惰性气体也可以与一种或多种可以对所着色的制品有益地提供良好的气味的香味化合物(例如,香味剂)组合,这对于纺织品可以是尤其有益的。例如,不带有限制地,香味化合物可以是香味剂、精油、香料、甲酸甲酯、乙酸甲酯、丁酸甲酯、丁酸甲酯、乙酸乙酯、丁酸乙酯、丁酸乙酯、乙酸异戊酯、丁酸戊酯、丁酸戊酯、戊酸戊酯、乙酸辛酯、香叶烯、香茅醇、橙花醇、柠檬醛、柠檬醇、香茅醛、香茅醇、里哪醇、橙花叔醇、苧烯、樟脑、萜品醇、α-紫罗酮、苦脑、苯甲醛、丁子香酚、肉桂醛、乙基麦芽酚、香草醛、茴香醚、茴香脑、草蒿脑、麝香草酚等。然而,在一些情况下,可能希望对所着色的制品提供不良气味,如当将制品标记令人不快的气味,以使得动物或人远离该制品。作为不良气味的香味化合物的非限制性实例可以包括三甲基胺、腐胺、二氨基丁烷、尸胺、吡啶、吲哚、粪臭素等。惰性气体与香味化合物的比例可以在约10∶1至约1∶1,约8∶1至约1∶1,或约5∶1至约1∶1的范围内,或反之亦然。着色的持续期间可以与本文描述的时间长度相似或甚至更短。在一个方面,着色组合物的实施方案具体地不包括惰性气体超临界流体着色组合物中香味化合物的使用以提供基本上无气味的组合物。
[0066] 超临界惰性气体也可以与pH调节剂组合,如但是不限于多种缓冲剂,以制备具有着色剂的着色组合物。pH调节剂的非限制性实例包括弱酸、弱、碳酸氢盐、氨、磷酸盐、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、盐酸柠檬酸钠、柠檬酸、乙酸、乙酸钠、硼砂、氢氧化钠、3-{[三(羟甲基)甲基]氨基}丙磺酸、N,N-双(2-羟乙基)甘氨酸、三(羟甲基)甲基胺、N-三(羟甲基)甲基甘氨酸、4-2-羟乙基-1-哌嗪乙磺酸等。惰性气体与pH调节剂的比例可以在约10∶1至约1∶1,约8∶1至约1∶1,或约5∶1至约1∶1的范围内,或者反之亦然。
着色的持续期间可以与本文描述的时间长度相似或者甚至更短。在一个方面,当pH调节是不需要的或不适宜的时,着色组合物的实施方案具体地不包括pH调节剂在惰性气体超临界流体着色组合物中的使用。这些pH调节剂可以有益地使用,因为它们不与超临界惰性气体反应,而归因于与二氧化碳反应性,pH调节剂在二氧化碳系统中可能是避免的。
[0067] 在一个实施方案中,与超临界惰性气体组合的另外的物质可以能够或者当惰性气体为超临界流体态时为超临界流体态,或者可将该物质吸收至超临界状态下的惰性气体中。在一些情况下,另外的物质可以具有允许该物质与惰性气体一起为超临界流体态的超临界点。在其他情况下,惰性气体与一种或多种另外的物质的组合可以具有超临界点,其中该组合高于超临界点(例如,高于组合物的超临界温度和超临界压力)为超临界流体。在其他情况下,另外的物质可以被溶解或溶剂化至超临界惰性气体中。同样,另外的物质可以是被吸收或悬浮在超临界惰性气体中。例如,颜料着色剂可以悬浮在超临界惰性气体中。无论如何,超临界惰性气体可以与位于其中的一种或多种另外的物质形成组合物,以使得超临界惰性气体和另外的物质的组合可以在着色方法中起作用,以着色制品。这些另外的成分允许着色组合物可适合用于特定着色目的。
[0068] 在一个实施方案中,另外的物质可以具有比惰性气体的超临界压力低的超临界压力,和/或另外的物质可以具有比惰性气体的超临界温度低的超临界温度。同样,另外的物质可以具有比惰性气体的超临界压力更高的超临界压力,和/或另外的物质可以具有比惰性气体的超临界温度更高的超临界温度。在另一个实例中,超临界惰性气体和另外的物质可以作为超临界流体在约-50℃至约50℃,或约-150℃至约150℃,或约-273℃至约500℃的温度范围内和/或在约50atm至约400atm,或约300atm至约600atm,或约1atm至约2000atm的压力范围内制备。同样,惰性气体和另外的物质的组合物的超临界点可以通过常规实验获得,并且超临界点可以依赖于另外的物质的性质。因此,超临界惰性气体和另外的物质可以处于比混合物的超临界压力和/或超临界温度高的温度和压力。
[0069] 本公开不限制于本申请中描述的特定实施方案,所述特定实施方案意图作为多个方面的示例。如本领域技术人员将明白的,可以进行多种修改和变化而不脱离其精神和范围。除本文列举的那些之外,本公开的范围内的功能等价方法和设备从以上说明将对于本领域技术人员是显见的。这种修改和变化意图落入所附权利要求的范围内。本公开仅由所附权利要求的方面,连同这些权利要求给出的全部等价范围限定。应该明白的是该公开不限定于特定的方法、试剂、化合物组合物或生物学系统,其当然可以变化。还应该明白的是本文使用的术语仅用于描述特定实施方案的目的,并且不倾向于是限定性的。
[0070] 在一个实施方案中,着色系统可以包括可以转化为超临界流体的惰性气体组合物。同样,着色系统可以包括着色剂,如本文描述的任意着色剂或本领域中的其他着色剂。“着色剂”可以是当施加至物品上时可以赋予物品“颜色”的任意类型的化学品或物质。着色剂的常见实例是染料、颜料和染色剂。如图2A-4中所示的着色系统还可以包括配置为将惰性气体转化为超临界流体和/或接受和用溶解、悬浮或吸收在超临界流体态下的惰性气体中的着色剂着色制品的一个或多个容器。
[0071] 图2A-2C显示可以配置为将物品着色(未显示)的着色容器202的示例实施方案。在图2A-2C中,将特征作为示意性代表显示以便识别特征的存在,而该特征的形状、尺寸或操作构造可以不同于实际显示的。本领域技术人员将知道示意性代表描述了该特征可能存在,但该特征可以与图中所示的实例在外观上不同。着色容器202可以配置为任意化学反应容器,所示化学反应容器能够在高的温度和压力运行,并且具有用于接受/移除制品以及超临界流体的工具(例如,口、、入口等)。着色容器可以包括任意类型的形状的标准化学反应器,如球形、圆柱形、立方形等。着色容器202可以由惰性金属如不锈钢和钛等制成。
[0072] 着色容器202还可以包括可以接受指令并操作着色容器202以及其所带有的门或的计算系统和/或控制器(未显示)。计算系统和/或控制器可以按化学处理系统中已知的配置并且可以与着色系统中的其他部件的计算系统和/或控制器通信。像这样,计算系统和/或控制器可以与通信网络通讯连接。
[0073] 着色容器202可以包括基于在实验室和/或工业设备中建立的普通反应容器的特征。像这样,着色容器202可以包括具有门或阀的一个或多个入口,其可以选择性地打开或关闭入口以允许物品或超临界气体进入至着色容器202中或关闭并停止任何另外的材料进入至着色容器202中。例如,门入口可以用于将物品从着色容器202移入或移出,而阀入口可以用于接受超临界流体或从着色容器202移除污染的超临界流体。
[0074] 着色容器202结合有惰性气体源204,所述惰性气体源204配置为将惰性气体以液态,气态或超临界态,以及以任选地包含与惰性气体组合的一种或多种另外的物质的着色组合物提供至着色容器202。惰性气体源204是可以将惰性气体提供至着色容器202中的入口、口等的示意性代表。惰性气体源204显示为可以将惰性气体提供至着色容器202的管,并且它可以包括阀、控制器或用于将惰性气体提供至着色容器中的其他特征。惰性气体源204基本上作为管给出,其可以连接至处理部件(如将惰性气体转化为超临界流体的超临界容器),将惰性气体提供至着色容器202。因为将惰性气体作为流体提供至着色容器202中,惰性气体源204可以具有用于提供这种流体的任何合适的构造。
[0075] 着色容器202还可以结合有制品源206,所述制品源206配置为将所要着色的制品提供至着色容器202中。制品源206是可以将制品(例如,一个或多个物体)提供至着色容器202中的入口、口、门等的示意性代表。制品源206显示为可以将制品提供至着色容器202的管,并且它可以包括阀、控制器,或用于将制品提供至着色容器中的其他特征。制品源206基本上显示为可以连接至制品的供给的管;然而,制品源206的实际外观可以与示例不同。制品源206可以包括运送装置以运送制品、用于移动粒料形式的制品(例如,塑料粒料)的螺旋钻或用于获得制品并将制品提供至着色容器202中的机械部件。
[0076] 着色容器202也可以结合有配置为允许将惰性气体和着色副产物从着色容器202移除并从着色制品分离的惰性气体出口208。着色副产物可以溶解、悬浮或以其他方式吸附至超临界流体中,以使得可以将它们以足以用于流体移除的任意方式从着色容器202移除。惰性气体出口208可以与惰性气体入口204类似地配置;然而,流动的方向是从着色容器202离开。因此,惰性气体出口208是出口、口等的示意性代表,其可以将惰性气体和副产物从着色容器202移除。惰性气体出口208显示为可以将惰性气体和副产物从着色容器202移除的管,并且可以包括阀、控制器或其他特征用于将惰性气体和副产物从着色容器
202移除。惰性气体出口208基本上显示为可以连接至后面的处理部件(如将惰性气体从超临界态转化为气体状态的容器)的管。因为将惰性气体作为流体从着色容器202移除,惰性气体出口208可以具有用于提供这种流体的任何合适的构造。
[0077] 另外,着色容器202可以结合有制品出口210,所述制品出口210配置为允许制品从着色容器202的移除,并且可以与制品源206类似地配置。制品出口210可以与制品源206类似地配置。制品出口210是入口、口、门等的示意性代表,其可以用于将制品(例如,一个或多个物体)从着色容器202移除。制品出口210显示为可以将制品从着色容器202移除和将制品提供用于储存或进一步处理的管,并且它可以包括阀、控制器或用于将制品从着色容器移除的其他特征。制品出口210基本上显示为管;然而,制品出口210的实际外观可以与所示的不同。制品出口210可以包括运送制品的运送装置、用于移动粒料形式的制品(例如,塑料粒料)的螺旋钻或可以物理移动制品的机械部件。
[0078] 任选地,制品源206和制品出口210可以是相同的部件。同样,惰性气体源204可以是与惰性气体出口208相同的部件。
[0079] 202中的着色容器显示为没有任何机械搅动部件并且可以用提供通过、围绕、穿过或接触制品可以着色制品的着色剂的超临界惰性气体进行着色。作为超临界流体状态的惰性气体可以将着色剂吸收至超临界流体中以使得着色剂能够与制品接触。惰性气体源204和惰性气体出口210可以连续操作以使得将新惰性气体连续地引入至着色容器202中,并且将含副产物的污染的惰性气体连续地从着色容器202移除,其可以产生移动穿过着色容器202的超临界流体流或流动以将着色剂提供至制品。同样,着色容器202可以配备有喷嘴(图2C)、吹送机(未显示)或可以引起超临界流体在着色容器202内流动的其他流体部件。同样,超临界流体可以具有着色容器202内的循环环境,如通过对流,使得着色剂在制品之上、周围或穿过制品循环。同样,着色容器202内的在下面更详细地描述的压力循环可以促进着色。例如,压力循环可以促进着色剂至超临界惰性气体中的溶解、悬浮或吸收。
[0080] 另外,着色系统200可以包括配置为保持着色剂和将着色剂提供至超临界惰性气体的一个或多个着色剂保持器211。着色剂保持器211可以是具有可透过超临界惰性气体以及着色剂粒子两者的至少一个表面的渗透性容器。着色剂任选地作为粉末、压或液体提供在着色剂保持器211内以使得着色剂可以被溶解、悬浮或吸收至超临界惰性气体中。
[0081] 图2D-2H显示不同的着色剂保持器211a、211b、211c和211d的代表性实例。着色剂保持器211a配置为过滤器盘,所述过滤器盘具有选择为允许小于预定尺寸的着色剂粒子通过过滤器孔的孔尺寸。着色剂保持器211a可以包括配置为与筛目粒径分离器相似的过滤器。着色剂保持器211a可以包括在以下范围内的孔尺寸:约0.5nm至约500微米,约1nm至约250微米,约25nm至约100微米,约50nm至约50微米,约100nm至约1微米,或约
250至约750nm。着色剂保持器211b、211c和211d可以类似地配置,但可以具有:不同的形状、不同的孔尺寸或其他构造。
[0082] 图2D的保持器211a显示为仅具有一个用于释放着色剂的表面(交叉阴影线)的盘状形状。像这样,表面的尺寸以及筛目大小可以对于不同的类型的着色剂,不同的着色剂释放速率,或其他释放参数调节。
[0083] 图2E的保持器211b显示为具有斜面表面(交叉阴影线)的矩形,具有更小的用于释放着色剂的横截面积。这显示筛网表面可以具有不同的尺寸用于控制着色剂的释放速率。
[0084] 图2F的保持器211c具有显示在释放着色剂上是活性的一个表面(交叉阴影)的立方体形状。虽然未显示,与交叉阴影表面相反的背表面也可以是用于释放着色剂的筛网。
[0085] 图2G的保持器211d具有整个外部区域为筛网(交叉阴影)的截面形状,以使得能够从任意表面释放着色剂。虽然未显示,每个表面可以结合有特定着色剂以使得相同的保持器211d可以保持和释放多种着色剂,如每个表面或截面的每个边一种着色剂和着色剂储存器。
[0086] 图2H的保持器211e具有带有孔的洗涤器形状。该构造可以允许超临界流体通过洗涤器的孔以使得着色剂可以从孔以及从外表面分散。
[0087] 在一个实施方案中,保持器211可以结合有可以按所需选择性地释放着色剂、编程或控制的控制器和部件。像这样,保持器211可以包括可以打开以释放着色剂或关闭以停止着色剂释放的机械装置。可以有益的是采用测量制品的颜色值的色度计,以使得当需要时加入更多的着色剂并且当制品充分着色时停止。
[0088] 在一个实施方案中,保持器211可以是配置为保持多于一种类型的着色剂以使得着色剂可以一起或分别释放。像这样,具有多于一种颜色储存器和并结合有控制器的保持器可以被控制以一起或分别释放着色剂。
[0089] 图2B显示具有机械搅动器212的着色容器202;然而,可以使用多个搅动器212。机械搅动器212是公知的化学处理的部件并且可以使用多种搅动元件中的任一种以搅动超临界流体和制品。机械搅动器212可以是类似地配置为公知的任何搅拌、混合或捏合器件。例如,机械搅动器212可以是磁力搅拌器。同样,机械搅动器212可以结合有控制器以使得它是可控制的或可编程的,其中控制器可以与中央计算系统或控制器可通讯连接。机械搅动器212可以搅动着色剂保持器211,或者着色剂保持器211可以附着至内部或着色容器202以使得它不受机械搅动器影响。
[0090] 图2C显示具有配置为将超临界惰性气体引导至制品上的两个喷嘴214的着色容器202;然而,可以使用一个或多个喷嘴。可以使用喷嘴以增加由制品吸收染料的速率。喷嘴可以是其中超临界惰性气体流体恒定流过染料的循环的一部分以增加吸收速率。此外增加的流动速率允许将染料施加至的制品的高渗透。喷嘴214可以位于着色容器202内的任何合适的位置以使得喷嘴214低于超临界流体高于支持物211和/或制品。喷嘴202可以与惰性气体源204流体连接以使得吹入新的超临界流体,或者喷嘴可以与连接以再循环具有或不具有着色剂的超临界流体并且推动具有或不具有着色剂的超临界流体。
[0091] 另外,图2C显示着色容器202可以配备有配置为允许着色容器将惰性气体的温度调整至高于和/或低于超临界温度的温度控制部件216。温度控制部件216可以包括,非限制性地,加热器、传热部件、热交换器、加热套、冷却器、制冷部件、冷却套或其他温度控制部件216。同样,图2C显示着色容器202可以配备有配置为将压力调整为高于和/或低于超临界压力的压力控制部件218。压力控制部件218可以包括,非限制性地,泵、加压器、排出阀、压缩机等。温度控制部件216和压力控制部件218在本领域是公知的。因此,着色容器202可以接受超临界惰性气体和/或将惰性气体转化为超临界流体,并且再次转化回气体或液体惰性气体。
[0092] 另外,图2C的着色容器202可以包括喷嘴214,所述喷嘴214配置为将超临界惰性气体的流动引导至着色剂保持器211上或着色剂保持器211处。喷嘴214可以吹入新的超临界惰性气体,或者着色容器202可以包括可以使超临界气体从喷嘴214离开吹入着色容器内的泵或喷雾器
[0093] 在一个实施方案中,图2C的着色容器202可以配置为高压釜。同样,温度控制部件216可以包括与着色容器202的至少一部分接触或在其周围的油加热器、加热油和油套。
[0094] 图3显示用于与超临界惰性气体一起使用的着色系统300的另一个实例。与图2A相似,着色系统300可以包括着色容器302,所述着色容器302结合有惰性气体入口304、制品入口306、惰性气体出口308和制品出口310,其中这些部件中的一个或多个可以组合。惰性气体入口304可以从超临界流体容器312接受惰性气体,所述超临界流体容器312配置为将惰性气体转化为超临界流体,如通过调整温度和/或压力。
[0095] 在一些情况下,超临界流体容器312的功能可以用压力构件314和/或温度构件316完成。像这样,压力构件314和/或温度构件316可以与惰性气体入口304流体连接,并且还可以彼此流体连接以使得可以调节温度和压力两者以将惰性气体转化为超临界流体。压力构件314可以配置为将惰性气体的压力增加为达到或超过惰性气体的超临界压力。温度构件316可以包括加热部件并且作为加热器以将惰性气体加热至高于超临界温度。同样,在着色特定制品之前需要冷却超临界惰性气体的情况下,温度构件316可以包括冷却部件。超临界流体容器312、压力构件314和/或温度构件316可以将超临界惰性气体提供至着色容器302,其配置为接受超临界流体态下的惰性气体和接受所要着色的制品。
[0096] 图3还显示能够再循环惰性气体用于在随后的着色方法中使用的着色系统300。如所示,着色容器302连接至分离容器318,所述分离容器318配置为从着色容器302接受具有一种或多种着色副产物的惰性气体和将惰性气体减压为气态以使得惰性气体可以与一种或多种着色副产物分离。在将惰性气体和着色副产物分离之后,惰性气体可以通过由再循环出口320离开分离容器318而再循环。可以将作为固体或液体的着色副产物通过着色副产物出口322(例如,废物出口)从分离容器移除。
[0097] 在从分离容器318移除之后,再循环的惰性气体可以进入至冷却构件328中,所述冷却构件328配置为接受超临界流体态或气态下的惰性气体并将惰性气体的温度降低至液态。冷却构件328可以配备有多种冷却部件如制冷部件和可以将惰性气体冷却为液体的流体。
[0098] 在一个选择中,着色系统300可以包括配置为储存超临界流体态、气态或液态下的惰性气体的惰性气体储存容器324。
[0099] 着色系统300还可以包括新的惰性气体入口326以将新的惰性气体接受至系统中。同样,入口326可以接受如本文描述的其他另外的物质。备选地,系统的任意部件可以包括用于接受惰性气体或另外的物质的入口。
[0100] 着色系统300可以包括一个或多个流体通道330,所述一个或多个流体通道330将着色系统300的部件连接在一起以使得当为液态、气态或超临界态时惰性气体可以在不同的部件之间流动。同样,着色系统300周围的虚线框意欲示例任意部件可以与流体通道流体连接在一起,即使未明确地显示。例如,再循环出口320可以与惰性气体储存容器324、压力构件314、温度构件316、超临界流体容器312、着色容器302等直接流体连接。
[0101] 着色系统300还可以包括相对于不同的部件和流体通道330位于系统300中的不同位置,如部件入口和出口的一个或多个阀332。阀323可以调节惰性气体进入多个部件或从多个部件离开,并且任意部件可以配备有一个或多个阀以使得可以调节流体流动。着色系统300周围的虚线框也意欲示例任意部件可以包括一个或多个阀332以调节流体流动,或者甚至着色剂副产物从分离容器318的移除。另外,阀323可以结合有可以将阀323控制为打开或关闭以及当可变时阀打开的百分数的控制器。控制器可以允许阀的操作被控制或按需要或希望编程。同样,虚线框可以表示阀323的控制器与中央计算系统或控制器通讯,并且可以与通讯网络可操作连接。
[0102] 着色系统300还可以包括相对于不同的部件和流体通道330位于系统300中不同的位置的一个或多个泵334。泵334可以将惰性气体通过通道330泵送至多个部件和从多个部件泵出。着色系统300周围的虚线框也意味着描述任意部件可以包括一个或多个泵334以调节流体流动或者甚至是着色剂副产物从分离容器318的移除。
[0103] 在一个实施方案中,着色系统300可以排除多个部件,或者多个部件的功能可以组合至单个部件中。在着色系统300包括超临界流体容器312的情况下,压力构件314和/或温度构件316可以省略,或者反之亦然。同样,储存容器324和冷却构件328可以省略。
[0104] 在一个实施方案中,着色系统300可以配置为获得具有污染物的惰性气体并且将其从系统移除,并且不在系统中再循环。像这样,分离容器318、冷却容器328和储存容器324可以省略。同样,多种流体通道330可以省略,因为流体可以在部件之间手动传送或通过使用容器以将系统300周围的惰性气体移除。
[0105] 着色系统300的一个或多个容器可以连接在一起以使得液态、气态或超临界态下的惰性气体可以通过不同的容器之间的流体通道。同样,不同的容器或部件可以配置用于特定目的。
[0106] 超临界流体容器312可以配置为将惰性气体转化为超临界流体。像这样,超临界流体容器312可以配备有能够将压力和温度增加为达到或超过超临界点的压缩机、加压器、冷却器和加热器。超临界流体容器312可以通过控制器(未显示)控制以使得可以控制和/或监控其操作。同样,超临界流体容器312可以配置为接受着色剂,具有或不具有着色剂保持器,以使得超临界惰性气体的制备也夹带超临界惰性气体内的着色剂粒子。
[0107] 压力构件314可以配置为将惰性气体的压力增加为达到或超过惰性气体的超临界压力。压力构件314可以配备有压缩机、活塞系统或其他加压部件,其可以将惰性气体的压力增加为达到或超过超临界压力。压力构件314可以通过控制器(未显示)控制以使得可以控制和/或监控其操作。
[0108] 温度构件316(例如,加热单元)可以配置为将惰性气体的温度增加为达到或超过惰性气体的超临界温度。温度构件316可以配备有加热元件、加热流体、流体循环部件、热交换器,或者可以用于将惰性气体的温度增加为达到或超过超临界温度的其他部件。温度构件316可以通过控制器(未显示)控制以使得可以控制和/或监控其操作。
[0109] 着色容器302可以是配置为接受超临界流体态下的惰性气体和接受所要着色的制品。备选地,着色容器302可以包括与超临界单元312、压力构件314和温度构件316相似的部件,以使得可以获得、保持超临界状态或调进和调出超临界流体态。着色容器302可以类似地配置为任何普通的超临界化学反应器或分离器。着色容器的实例可以是来自超临界流体技术(Supercritical Fluid Technologies)的HPR系列高压化学反应器。示例着色容器302可以具有以下特征:50ml至800升容量的搅拌反应器容器;操作高达10,000psi(689巴/68.9MPa/680个大气压)和350℃;电磁驱动混合;安全保险片组件;具有彩色触摸屏的集成控制器;经由闪光驱动通信端口的数据输出;和/或经由与数据网络的线、光学或无线通讯的数据输出。着色容器302可以通过控制器(未显示)控制,以使得可以控制和/或监控其操作。
[0110] 分离容器318可以配置为从着色容器302接受具有一种或多种着色副产物的惰性气体。任选地,分离容器318可以将惰性气体减压为气态以使得可以将惰性气体与固体和液体着色副产物分离。同样,分离容器318可以与能够从着色副产物分离惰性气体的蒸馏柱或色谱柱相似地操作。分离容器318可以通过控制器(未显示)控制,以使得可以控制和/或监控其操作。
[0111] 惰性气体储存容器324可以配置为储存超临界流体态、气态或液态下的惰性气体。具有适当强度的任意类型的储存容器可以依赖于惰性气体的状态使用。普通的化学罐可以是合适的。
[0112] 冷却构件328可以是配置为接受超临界流体态或气态下的惰性气体并且将惰性气体的温度降低为液态。像这样,冷却构件328可以配备有冷却部件、制冷部件、制冷流体、低温部件等。冷却构件328可以通过控制器(未显示)控制,以使得可以控制和/或监控其操作。
[0113] 阀332、泵334或任意其他部件可以通过控制器(未显示)控制,以使得可以控制和/或监控其操作。
[0114] 在一个实施方案中,着色系统300可以包括配置为控制和/或监控着色系统部件的每一个的运行条件和参数的主控制器(未显示)。主控制器可以包括微控制器以进行所有计算、指令或数据处理功能。微控制器和功率控制部件可以位于可以与着色系统300相关存在的任意模块中。主控制器可以与任意着色系统300部件结合有的任意控制器通讯。同样,主控制器可以与标准计算机相似地配置并且包括图形用户界面(例如,计算机屏幕或打印机),和/或输入接口(例如,键盘鼠标、光笔、声音识别、触摸屏、按钮、旋钮等)。主控制器可以实现:温度控制、搅动器速度控制、压力控制、过热限制控制、阀控制、泵控制或其他控制或监控功能。着色系统300周围的虚线框还示例主控制器可以与任意部件通信。
[0115] 图4显示分离容器418的实施方案。分离容器418可以接受来自如图3中所示的着色容器302的惰性气体和着色副产物。同样,分离容器418可以具有用阀442调节的入口440。分离容器418可以包括与阀442结合的再循环出口420和着色副产物出口422。再循环出口420结合有的阀442可以起到减压功能,以使得将惰性气体减压至气态。还显示的是可以操作以调节温度和压力以便促进惰性气体从污染物的分离的温度调节部件424(例如,加热器或冷却器)和压力调节部件426。分离容器418还可以包括与阀442结合的着色副产物出口422用于着色副产物从分离容器418的移除。再循环出口420可以配置为可以从分离容器418释放气态的惰性气体的气体出口。
[0116] 本文描述的着色系统当然可以包括惰性气体用于在着色中使用,无论在液态、气态还是超临界态下。同样,着色系统可以包括至少一种另外的物质,与用于着色的超临界流体态下的惰性气体组合。另外的物质可以是,非限制性地,气体、醇、烃、卤代烃、酮、醛、芳族烃或酚,或它们的组合。气体的非限制性实例可以包括不同的惰性气体、二氧化碳、空气、氧、氮、水。烃的非限制性实例可以包括甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、乙烯和丙烯。醇的非限制性实例可以包括甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、异丁醇和环己醇。酮的非限制性实例可以包括丙酮或环己酮。醛的非限制性实例可以包括甲醛或乙醛。非限制性芳族烃可以包括苯、甲苯或二甲苯的不同同分异构体。二甲酚的非限制性实例可以包括苯酚或二甲酚的不同同分异构体。在一个方面,另外的物质能够或者当惰性气体为超临界流体态时为超临界流体态或者可以将物质吸收至超临界状态下的惰性气体中。
[0117] 本领域技术人员将认识到,对于本文公开的这个和其他过程和方法,该过程和方法中进行的功能可以以不同的顺序实施。此外,列出的步骤和操作仅作为实例提供,并且一些步骤和操作可以是任选的,组合至更少的步骤和操作中,或扩展至另外的步骤和操作中而不减损所公开的实施方案的基本效果。
[0118] 图2-4中所示的着色系统可以在用超临界流体着色制品的着色方法中使用。本文描述的着色方法可以与使用超临界状态下的二氧化碳的着色方法类似地进行。其改进可以包括:较少反应性和具有损坏所着色的制品的更小倾向的超临界惰性气体的使用。使用惰性气体的其他益处描述在本文中。
[0119] 在一个实施方案中,着色方法可以包括将惰性气体转化为超临界流体态,并且用溶解、悬浮或吸收在超临界流体态下的惰性气体中的着色剂着色制品以便将制品着色。该着色方法可以与超临界二氧化碳着色方法相似地进行。惰性气体可以是着色组合物中的主要或次要组分并且以重量计可以在至少约10%,至少约20%,至少约30%,至少约40%,至少约50%,至少约60%,至少约70%,至少约80%,至少约90%,至少约99%,或约100重量%的范围内。惰性气体以重量计或以体积计可以在约10%至约99%,或约20%至约80%,或约30%至约70%,或约40%至约60%,或约50%的范围内。
[0120] 在一个实施方案中,着色方法可以包括在着色之前或其过程中将一种或多种另外的物质与超临界流体态下的惰性气体组合。该混合物可以相对于在本文叙述的惰性气体以多种重量/重量比包含另外的物质。另外的物质的一些非限制性实例可以包括不同的惰性气体、二氧化碳、空气、氧、氮、氨、水、醇、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、乙烯、丙烯、甲醇、乙醇、丙酮,或其组合,以及本文叙述的其他物质。
[0121] 在一个实施方案中,着色方法可以包括在着色过程中循环超临界流体态下的惰性气体的压力。这种压力循环可以通过着色容器体积的压缩和/或膨胀完成,或通过将一些惰性气体释放至分离容器中或分离容器外而调节压力。压力循环可以将惰性气体的压力降低至低于超临界压力和/或将惰性气体的压力增加至高于超临界压力。例如,压力循环可以将惰性气体的状态从超临界流体改变为其中惰性气体的至少一部分不是超临界流体态的状态。这种压力循环可以导致超临界流体内气体气泡的成核和生成,并且一些成核可以通过作为成核剂的着色剂粒子出现。同样,气泡生成可以起到与用于将着色剂粒子从着色剂保持器从制品移出的沸腾相似的功能。从而,成核事件可以促进将制品着色。
[0122] 在一个实施方案中,着色方法可以包括在着色过程中循环超临界流体态下的惰性气体的温度。温度循环可以将惰性气体的温度降低至低于超临界温度和/或将惰性气体的温度增加至高于超临界温度。温度循环可以将惰性气体的状态从超临界流体改变至其中惰性气体的至少一部分不是超临界流体态的状态。温度循环也可以促进气泡生成。
[0123] 在一个实施方案中,着色方法可以包括在制品的存在下在着色的同时产生气泡或将气泡引入至着色容器中。
[0124] 在一个实施方案中,着色方法可以包括以与在着色组合物的存在下搅动所要着色的制品的多种着色方法相似的方式搅动制品。搅动可以来自使用搅拌机械装置、旋转机械装置或其他搅动机械装置的机械搅动。同样,搅动可以通过气泡生成获得。
[0125] 着色方法还可以包括将惰性气体和一种或多种副产物从制品移除。惰性气体和着色过程副产物可以以连续方式移除,其中在着色方法的过程中将含有副产物的惰性气体的进料从着色容器虹吸,从而将惰性气体任选地引入至着色容器中以保持超临界流体。例如,惰性气体的虹吸可以促进压力循环。备选地,着色方法可以分批操作,其中在着色之后将超临界惰性气体和副产物移除。在另一个备选实施方案中,相同的制品可以经历用新惰性气体和着色剂着色的多个循环,其被移除,并且之后在各自循环的过程中替换。
[0126] 在一个实施方案中,着色方法可以包括在从着色容器移除之后将惰性气体与一种或多种副产物分离。例如,分离可以是在分离容器中进行。分离可以包括将惰性气体转化为气态以促进惰性气体与一种或多种副产物分离,所述一种或多种污染物为固态或液态。
[0127] 在一个实施方案中,着色方法可以包括再循环惰性气体用于相同或不同制品的另外的着色循环。再循环方法可以包括将惰性气体在与一种或多种副产物分离之后从气态冷却至液态。然后在再次使用或转化为超临界流体之前可以将液体惰性气体储存在储存容器中。
[0128] 在一个实施方案中,着色方法可以包括在与一种或多种副产物分离之后将惰性气体转化为超临界流体。像这样,再循环方法可以包括将惰性气体在另一个着色方法中再次使用之前转化为超临界流体。
[0129] 在一个实施方案中,再循环方法可以包括在着色之后将惰性气体与另外的物质分离。这种分离可以在本文描述的分离容器中进行,或者可以在着色系统中提供的用于将惰性气体与用于着色的另外的物质分离的专用的分离容器中进行。分离可以与用于从环境产生惰性气体的方法相似。
[0130] 在一个实施方案中,着色方法可以包括将超临界流体态下的惰性气体引入至着色容器中;将制品引入至着色容器中;将着色剂引入至着色容器中;和将制品在着色容器内用超临界流体态下的惰性气体中含有的着色剂着色。因此,在引入至着色容器中之前可以在具有或不具有着色剂的情况下将惰性气体转化为超临界流体。备选地,惰性气体可以在着色容器内转化为超临界流体,其中着色剂在着色容器中用于被夹带在超临界惰性气体内。通常,在惰性气体之前,将制品与具有或者不具有着色剂保持器的着色剂一起引入至着色容器中。
[0131] 在一个实施方案中,着色方法可以包括在引入至着色容器中之前将惰性气体的压力增加为达到或超过惰性气体的超临界压力。同样,着色方法可以包括在引入至着色容器中之前将惰性气体的温度升高为达到或超过惰性气体的超临界温度。
[0132] 在一个实施方案中,着色方法可以包括在着色之前或之后储存超临界流体态、气态或液态下的惰性气体。
[0133] 用惰性气体着色的过程可以开始于惰性气体如氩的引入。可以将氩在粗略500个大气压压缩至其超临界形式。压缩升高温度;可能达到用于该应用过高的温度并且像这样可能按需要将氩冷却。此外,如果不立即需要冷却可以允许储存氩用于未来的着色。流体氩可以通过控温元件泵送,所述控温元件将液体惰性气体保温或冷却至进行着色的温度。
[0134] 着色在引入所要着色的制品和着色剂的容器中完成。来自着色制品的废弃流可以返回至分离容器。在一个示例性的实例中,含有溶解的着色过程副产物的超临界氩流出在分离器容器中,其中减压超临界氩以使其返回至气态。副产物保持在液体或固体形式并且从分离器移除,同时将氩气体送至通过致冷或压缩构件,以使其返回至液体形式用于储存以再次使用。氩在该封闭循环系统中的再循环意指仅有小部分的着色溶液归因于系统泄漏必须随时间替换。现在着色制品(例如,部件或衣服)可以从室内移除,并且立即可用于制造方法中的下一个步骤或穿戴,因为不需要干燥或冲洗来移除残留的着色溶液。
[0135] 图5示例天然纤维与异喹啉衍生的染料之间的代表性化学反应。染料与制品之间类似的化学反应可以产生着色迅速并且耐受褪色或变淡的制品。
[0136] 二氧化碳分子中的碳原子携带强正电荷,虽然二氧化碳的对称线性结构产生非极性分子。碳上的正电荷使得二氧化碳易受亲核进攻。例如,二氧化碳容易与胺反应以形成氨基甲酸和脲。二氧化碳的化学反应性对与基于二氧化碳的染色方法相容的纤维和染料赋予限制。
[0137] 图6示例了二氧化碳与数种示例染料之间的代表性化学反应。这些反应显示超临界二氧化碳可能对于这些着色应用是不适宜的,因为二氧化碳可以使染料衍生为染料衍生物,其可能不能够与制品反应并且从而将制品染色。此外,已知二氧化碳与聚合物如三乙酸酯和天然纤维如纤维素反应,这使得它不适合于很多着色应用。惰性气体是化学惰性的,并且对于在纺织品与染料之间发生的反应是被动溶剂。因此,二氧化碳所具有的限制不适用于惰性气体。
[0138] 以下提供如本文描述的着色方法的实例。可以使用4-L不锈钢高压釜作为着色容器,其基本上为高压釜。染色过程的温度通过设定油加热器的温度实现。将着色容器的夹套在每个着色过程之前预加热。在预加热步骤之后,将染料粉末(0.2±0.01g)放置在容器的底部,在具有10μm的孔径的两个不锈钢过滤板之间(例如,着色剂保持器)以防止未溶解的染料粒子的夹带。将一片棉花(20±0.2g)折叠在小片的聚酯、尼龙、丝和羊毛(各0.2±0.02g)周围。将纺织品放置在染色容器内,使得强迫超临界氩流动通过不锈钢过滤板并通过纺织品层。之后将该系统用得自Williams Instrument Company的空气驱动的活塞
3
泵加压。将氩以0.10±0.02m/h的流速,用来自高压釜工程(Autoclave Engineers)的具有磁耦合的离心泵泵送。超临界氩穿过容器的流动方向为使得防止未溶解的染料暴露至纺织品;首先,氩流动通过染料以将其溶解,通过过滤器,并且之后通过纺织品。温度和压力在第一时间期间(10分钟至一小时)内缓慢地增加,但之后是恒定的(±1℃和±2巴)。运行着色方法直至染料消耗并且在织物上。反应条件对于染料和纺织品组合不同;然而,如图
4中所示的采用乙烯基砜染料的方法将典型地在113℃和大约450个大气压运行。
[0139] 在一个实施方案中,着色方法可以包括制备惰性气体组合物。惰性气体可以从大气分离并加工为纯的或基本上纯的惰性气体。例如,惰性气体可以通过以下方法制备:液化大气,之后蒸馏,并且将惰性气体与大气的其他组分分离。惰性气体氩构成地球大气的接近1%,并且是大量的和廉价的。其他惰性气体和惰性气体如氪和氙的混合物也在着色过程中使用。
[0140] 在一个实施方案中,着色方法可以包括制备包含惰性气体、着色剂和另外的物质的着色组合物。例如,惰性气体可以与着色剂和一种或多种另外的物质,如其他气体如二氧化碳或氮,或者溶剂如与水或醇,以及本文描述的任意另外的物质混合。之后将组合物压缩至它们可用于在其中夹带着色剂的它们的超临界点(图1)。超临界流体定义为在大于或等于流体的超临界温度和压力的温度和压力。
[0141] 在一个实施方案中,可以制备含有惰性气体的混合组分超临界系统。例如,混合物可以包含氩、二氧化碳和异丙醇。通过使用混合超临界流体,着色溶液可以对于所着色的特定基材和要用于着色的具体着色剂而调整。此外,混合系统的使用允许为获得超临界流体所需的压力和温度的调整。超临界流体可以用二氧化碳和氩、氩和水、氩-丙酮等制成。表1显示可以与惰性气体组合的多种物质的超临界点。
[0142] 表1.多种溶剂的超临界性质
[0143]
[0144]
[0145] 在一个实施方案中,着色组合物没有挥发性有机化合物,以使得为零VOC。
[0146] 使用超临界惰性气体有很多益处,如例如:是非毒性的、非致癌的、不诱导突变、非反应性的和不可燃的;对于臭氧层无害;不表现为温室气体;在着色能力上等价于或优于超临界二氧化碳;压缩技术容易地达到氩、氪和氙的超临界点;和从所着色的制品移除的废物容易地与惰性气体分离。同样,着色过程可以不用水完成,以使得环境水不被着色过程污染。
[0147] 在示例实施方案中,本文描述的系统、操作、方法等中的任一项可以作为储存在计算机可读介质上的计算机可读指令实施。例如,计算机可读介质可以包括计算机可执行指令用于进行着色方法、运行任意着色系统部件、从任意着色系统部件获得数据或与遥远位置经由网络通信数据。计算机可读指令可以通过可移动单元、网络元件和/或任何其他计算器件的处理器执行。
[0148] 系统方面的硬件软件实施之间留下小的差别;硬件或软件的使用通常为(但不总是,因为,在特定的上下文中,硬件与软件之间的选择可能变得重要)表现成本与效率折衷的设计选择。存在多种媒介,通过所述媒介本文描述的方法和/或系统和/或其他技术可以被影响(例如,硬件、软件和/或固件),并且优选的媒介将随着其中展开该方法和/或系统和/或其他技术的上下文变化。例如,如果实施者确定速度和精度是十分重要的,实施者可以主要选择硬件和/或固件媒介;如果柔韧性是十分重要的,实施者可以主要选择软件实施;或者,还再备选地,实施者可以选择硬件、软件和/或固件的一些组合。
[0149] 以上详述经由框图流程图和/或实例的使用给出器件和/或方法的多个实施方案。在像这样框图、流程图和/或实例含有一个或多个功能和/或操作的情况下,本领域技术人员将明白的是这种框图、流程图或实例内的每种功能和/或操作可以通过宽范围的硬件、软件、固件或可能的其任意组合单独地和/或共同地实施。在一个实施方案中,本文描述的主题的数个部分可以经由应用特定集成电路(ASIC)、场编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)或其他集成形式实施。然而,本领域技术人员将认识到本文所公开的实施方案的一些方面,全部地或部分地,可以在集成电路中等价地实施,作为在一个或多个计算机上运行的一个或多个计算机程序(例如,作为在一个或多个计算机系统上运行的一个或多个程序),作为在一个或多个处理器上运行的一个或多个程序(例如,作为在一个或多个微处理器上运行的一个或多个程序),作为固件,或者作为其几乎任意组合,并且根据该公开,设计电路和/或编写用于软件和或固件的编码将在本领域技术人员的技术之内。此外,本领域技术人员将认识到本文描述的主题的机理能够作为程序产品以不同的形式发布,并且本文描述的主题的示例实施方案适用,而与用于实际上进行发布的特定类型的信号负载介质无关。信号负载介质的实例包括,但是不限于,以下各项:可记录型介质如软盘硬盘驱动器、CD、DVD、数字磁带、计算机内存等;和透射型介质如数字和/或模拟通讯介质(例如,纤维光缆、波导、有线通信连接、无线通信连接等)。
[0150] 本领域技术人员将认识到,在本领域中普通的是以本文给出的方式描述器件和/或方法,并且其后利用工程实践将这种描述的器件和/或方法结合至数据处理系统中。换言之,本文描述的器件和/或方法的至少一部分可以经由合理量的实验整合至数据处理系统中。本领域技术人员将认识到典型的数据处理系统通常包括以下各项中的一个或多个:系统单元壳、视频显示器件、内存如易失性和非易失性内存、处理器如微处理器和数字信号处理器、计算实体如运行系统、驱动、图形用户界面,以及应用软件、一个或多个交互器件,如触摸板或屏,和/或包括反馈回路和控制达的控制系统(例如,用于检测位置和/或速度的反馈;用于移动和/或调节组分和/或量的控制马达)。典型的数据处理系统可以采用任意合适的可商购部件实施,如在数据计算/通讯和/或网络计算/通讯系统中典型地发现的那些。
[0151] 本文所描述的主题有时示例不同的部件,其包含在不同的其他部件中或与不同的其他部件连接。应该明白这种描述构造仅是示例,并且实际上可以实施实现相同功能的很多其他构造。在概念意义上,实现相同功能的部件的任意排列有效地“联合”以使得实现所需的功能。因此,本文中结合以实现特定功能的任意两个部件可以视为彼此“联合”以使得所需的功能得以实现,而不管构造或中间部件。类似,如此联合的任意两个部件也可以视为彼此“可操作连接”或“可操作结合”以实现所需的功能,并且能够如此结合的任意两个部件也可以被视为彼此“可操作连接”以实现所需的功能。可操作连接的具体实例包括但是不限于物理匹配和/或物理相互作用的部件和/或可无线相互作用的和/或无线相互作用的部件和/或逻辑上相互作用的和/或可逻辑相互作用的部件。
[0152] 关于本文中基本上任何复数和/或单数术语的使用,本领域技术人员可以适合于上下文和/或应用由复数变换至单数和/或由单数变换至复数。为了清楚起见在本文可能清楚地给出多种单数/复数变换。
[0153] 本领域技术人员将理解,通常,本文中并且尤其是所附权利要求中(例如,所附权利要求的主体)使用的术语,一般意欲作为“开放性”术语(例如,应该将术语“包括(including)”解释为“包括但不限于”,应该将术语“具有”解释为“至少具有”,应该将术语“包括(includes)”解释为“包括但不仅限于”等)。本领域技术人员还将理解,如果意欲引入特定数量的权利要求列举项,这样的意图将在权利要求中明确地列举,并且在不存在这种列举项的情况下,不存在这样的意图。例如,为了有助于理解,以下所附权利要求可以包含引导性的短语“至少一个”和“一个或多个”的使用以引入权利要求列举项。然而,即使当同一个权利要求包含引导短语“一个或多个”或“至少一个”和不定冠词例如“一个”或“一种”时,也不应将这种短语的使用解释为暗示通过不定冠词“一个”或“一种”引入的权利要求列举项将任何包含这样引入的权利要求列举项的特定权利要求限定为仅包含一个这种列举项的实施方案(例如,应将“一个”和/或“一种”解释为意指“至少一个”或“一种或多种”);这对于用以引入权利要求列举项的定冠词的使用也同样适用。此外,即使明确地叙述特定数量的所引入的权利要求列举项,本领域技术人员也将理解应将这种列举项解释为意指至少所叙述的数目(例如,不带有其他修饰的裸列举项“两个列举项”意指至少两个列举项,或者两个以上列举项)。此外,在使用类似于“A、B和C等中的至少一个”的惯例的那些情况下,通常这种表述意味着本领域技术人员将理解的惯例(例如,“具有A、B和C中的至少一个的体系”将包括但不限于具有单独的A、单独的B、单独的C、A和B一起、A和C一起、B和C一起、和/或A、B和C一起等的体系)。在使用类似于“A、B或C等中的至少一个”的惯例的那些情况下,通常这种表述意味着本领域技术人员将理解的惯例(例如,“具有A、B或C中的至少一个的体系”将包括但不限于具有单独的A、单独的B、单独的C、A和B一起、A和C一起、B和C一起、和/或A、B和C一起等的体系)。本领域技术人员将进一步理解实际上任何表现两个或更多个可替换术语的分离性单词和/或短语,不论在说明书、权利要求书还是附图中,都应当被理解为意图包括术语的一个、术语的任何一个或全部两个术语的可能性。例如,应将短语“A或B”理解为包括“A”或“B”或“A和B”的可能性。
[0154] 此外,在公开的特征或方面以马库什组的方式描述的情况下,本领域技术人员将明白该公开从而也以任何单独的成员或马库什组的成员的小组的方式描述。
[0155] 本领域技术人员同样明白的是,用于任何和所有目的,如在提供书写描述的方面,本文公开的所有范围也包括任何和所有可能的子范围和其中子范围的组合。任意列出的范围可以容易地被认为是足以描述并能够给出分开为至少两等份、三等份、四等份、五等份、十等份等的相同范围。作为非限制性实例,本文公开的每个范围可以容易地分开为下面的三分之一、中间的三分之一和上面的三分之一。如本领域技术人员也将明白的是,所有语言如“高达”、“至少”等包括所叙述的数目并且是指可以随后分开为如上所述的子范围的范围。最终,如本领域技术人员将明白的是,范围包括每个单独的成员。因此,例如,具有1-3个单元的组是指具有1、2或3个单元的组。类似地,具有1-5个单元的组是指具有1、2、3、4或5个单元的组,以此类推。
[0156] 从上面,将认识到的是用于示例的目的在这里描述了本公开的多个实施方案,并且可以进行多种修改而不脱离本公开的范围和精神。因此,本文所公开的多个实施方案不意图是限制性的,并有其真实范围和精神通过以下权利要求给出。
[0157] 着色系统、着色组合物或着色方法的所有实施方案可以以可互换方式使用,并且如允许所有实施方案可以一起使用。
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