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超临界CO2技术是一种绿色环保的加工技术,近年来已得到各界的广泛关注。本课题针对羊毛和牦牛绒纤维超临界CO2染色工艺及其染色后纤维性能变化展开探索,为突破超临界CO2染色技术在羊毛和牦牛绒纤维染色工艺上的困难奠定一定的基础。选用活性分散大红G染料对羊毛纤维进行超临界CO2染色,采用正交实验设计法对影响纤维染色效果的因素进行优化,最优改性工艺为:染色温度110～120℃,染色时间70～90 min,染色压强24～26 MPa。在此工艺条件下染色后的羊毛纤维短绒率低于30%,断裂强力的减少低于20%,色牢度可达4～5级,匀染性达到5级。选用活性分散蓝R染料在超临界CO2中对牦牛绒纤维进行染色,采用正交实验设计法对影响纤维染色效果的因素进行优化,最优改性工艺为:染色温度100～110℃,染色时间60～80 min,染色压强23～25 MPa。在此工艺条件下染色后的牦牛绒纤维短绒率低于35%,断裂强力的减少低于25%,色牢度和匀染性均高于4级。采用扫描电镜(SEM)、X-射线衍射分析(WAXS)、傅立叶变换红外光谱仪(FT-IR)和热重分析(TG-DTG)等仪器和方法,探讨了在超临界CO2染色前后羊毛和牦牛绒纤维在表面形态、聚集态结构和化学结构等方面的变化。扫描电子显微镜(SEM)观测表明,超临界CO2染色后的羊毛和牦牛绒纤维的鳞片被刻蚀脱落,有助于提高纤维的染色性能。X-射线粉末衍射结果显示,经超临界CO2染色后的羊毛和牦牛绒纤维结晶度有所提高,非晶区和准晶相结晶缺陷区扩大。傅里叶变换红外光谱(FT-IR)分析结果显示,羊毛和牦牛绒纤维在经超临界CO2染色后,活性分散染料可以结合到牦牛绒和羊毛纤维上,但同时会导致纤维大分子链段间及其官能团的相互作用发生变化。热重分析(TG-DTG)表明,经超临界CO2染色后的羊毛纤维和牦牛绒纤维的耐热分解稳定性有所改善。扫描电子显微镜(SEM)和力学性能测试的结果显示,降低染色温度和释压速率可以有效的减少纤维受到的损伤。本文结合实验室现有染色设备特点,优化设计超临界CO2染色加热系统,将换热器放到染色加热循环中,在满足染色温度的需要同时保证染色釜中的纤维不受过高温度的影响。在操作中要平稳缓慢升压和降压,避免超临界CO2流体快速冲击纤维,解决了羊毛和牦牛绒纤维在超临界CO2中染色时的纤维损伤问题。