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绢纺原料超声波及传统化学精练工艺的对比研究 摘要 绢纺原料虽是疵蚕废丝但仍为贵重的纺织原料，并且我国是传统 的丝绸大国，丝绸的供应量和需求量都很大，而且呈现日益增长的趋 势，因此如何充分利用现有原料就变得越来越重要。 绢纺原料的初加工经过多年的探索和研究，基本上已经形成了比 较成熟的初加工工艺，如化学精练和微生物精练在国内都得到了普遍 的应用，但在这些初加工工艺中仍然存在很多问题。迄今为止，绢 纺原料精练中的最大问题是除了油但保不住胶 ，尤其是对含油较 高的滞头类原料。这就要求我们探索新的方法对绢纺原料进行初加 工。 超声波具有沉淀与附聚、乳化与分散及化学作用，把它用于绢纺 原料的初加工中可能成为高效低耗无污染的新型绢纺初加工方法，所 以本课题的研究具有重大意义。 本课题主要研究了滞头和长吐两种主要原料在传统工艺以及超 声波精练工艺条件下的脱胶除油效果，精练后纤维机械物理性能的变 化以及传统工艺与超声波工艺的最优方案。研究结果如下： 1 滞头类原料 ( 1 ) 传统精练工艺单因子试验结果表明：滞头原料的残胶率、 残油率随着碱浓度的增大、精练温度的升高和精练时间延长而降低， 而浴比对残胶率的影响不大。 ( 2 ) 传统精练工艺正交试验结果表明：精练温度是影响脱胶除 油的最主要因素，并且对脱胶除油的影响是显著的。传统精练工艺的 最优工艺参数为：精练温度9 0 c ，碱浓度o 4g l ，- 精练时间2 0 r a i n 。 ( 3 ) 超声波精练工艺单因子试验结果表明：滞头类原料的残胶 率、残油率随着处理温度的升高、处理时间的延长而降低。 ( 4 ) 超声波精练工艺全因子试验结果表明：精练的较优工艺参 数为：处理温度6 0 7 0 c ，处理时间1 5 m i n 。 ( 5 ) 试验结果表明：超声波用于滞头类原料的精练是完全可行 的。相比而言，超声波处理降低了处理温度，减少了碱的用量，缩短 了处理时间，减小了对纤维的损伤，大大节约了能源和成本。 2 长吐类原料 ( 1 ) 传统精练工艺单因子试验结果表明：长吐类原料的残胶率、 残油率也随着碱浓度的增大、精练温度的升高和精练时间的延长而降 低。 ( 2 ) 对于含胶量较大的长吐类原料，为了提高精干绵的松散度， 提高梳折，在精练前要进行预浸处理。在进行预浸处理时，加入j f c ， 可以缩短精练时间，提高精干棉的松散程度。预浸的最优工艺参数为： 温度3 5 c ，碳酸钠浓度0 4 9 l ，j f c 浓度2g l ，浴比1 ：5 0 ，预浸 时间5 h 。 ( 3 ) 传统精练工艺正交试验的结果分析表明：所用长吐原料精 练的最优工艺参数为：温度1 0 0 c ，碳酸钠浓度0 4 9 l ，精练时间 1 5 m i n o ( 4 ) 超声波精练工艺单因子试验结果表明：长吐类原料的残胶 率、残油率随着处理温度的升高和处理时间的延长而降低。 ( 5 ) 通过比较超声波与传统工艺对长吐类原料的处理效果发现， 用超声波处理并没有明显的优势，仍然需要在较高的温度下采用与传 统工艺相同的碱浓度和处理时间。 ( 6 ) 用超声波预浸代替传统工艺预浸的试验结果表明：超声波 预浸大大缩短了预浸的时间，提高了生产效率。无论是高频还是低频， 用超声波预浸，处理时间4 0 m i n ，残胶率和残油率皆能达到要求，松 散度也很好。 关键词：绢纺原料，精练，超声波，残胶率，残油率，机械物理性能 t h ec o 口a i u s o nr e s e a r c hb e t 匿e nu l l 7 r a s o n i c a n dt ra d i t i o n a lc h e 蛐c a lr e f 删gp r o c e s si n w r a s t es i l km a r e r i a i ， a b s t r a c t o u r c o u n t r yi sf a m o u sf o rs i l kp r o d u c t i o n ，t h es u p p l ya n dd e m a n do f s i l ki sv e r yl a r g ea n di sr i s i n gy e a rb yy e a r ，t h e r e f o r e ，h o wt om a k et h e b e s t u s eo fw a s t es i l ki sb e c o m i n gm o r ea n dm o r ei m p o r t a n t a c c o r d i n gt ot h e r e s e a r c hm a d eb ym a n ye x p e r t sa n di n d u s t r i e s ，t h ep r e t r e a t m e n tp r o c e s s e s o fw a s t es i l km a t e r i a la r em a t u r eo nt h ew h o l e b u tt h e r ea r es t i l lm a n y p r o b l e m s u pt on o w ，t h et r a d i t i o n a lr e f i n i n gp r o c e s so fw a s t es i l kh a s t r o u b l e st oh o l ds i l kg l u ew h i l er e m o v i n gt h eo i le s p e c i a l l yt ot h eo i l yb i s u m a t e r i a l s ow e t r yt of i n dan e ww a yt op r e t r e a tw a s t es i l km a t e r i a lw i t h t h ea i do fu l t r a s o n i ct os o l v e t h e s ep r o b l e m s u l t r a s o n i ch a ss o m es p e c i a lf u n c t i o n ss u c ha sp r e c i p i t a t i o n 、 a g g l o m e r a t i o n 、e m u l s i f i c a t i o n a n d d i s p e r s i o n t h en e wp r e t r e a t m e n t p r o c e s s e sm a y b em o r ee f f i c i e n ta n dp o l l u t i o n f r e e s ot h er e s e a r c hi sv e r y s i g n i f i c a n t t h em a i nc o n t e n to f t h i sp a p e ri st os t u d yt h ee f f e c to f d e g u m m i n g a n do i lr e m o v i n gw h e nt h et w od i f f e r e n tm a t e r i a l sa r e r e s p e c t i v e u n d e rt h ea c t i o no ft h et r a d i t i o n a lm e t h o da n du l t r a s o n i c m e t h o d ，a n dt h ec h a n g eo ft h ep h y s i c a lp r o p e r t i e so fr e f i n e dw a s t e ds i l ka n d g e tt h eb e s tt e c h n o l o g i c a lp a r a m e t e r sb e t w e e nt r a d i t i o n a lm e t h o da n d u l t r a s o n i cm e t h o d t h er e s u l t sa lea sf o l l o w s 1 f o rw a s t es i l kb i s um a t e r i a l ( 1 ) t h ec o n v e n t i o n a le x p e r i m e n tw i t hs i n g l e - f a c t o rs h o w st h a tt h e r e s i d u a lp u p ag u ma n do i lc o n t e n tw i l lb el o ww h e nt h et e m p e r a t u r e ，t h e a l k a l ic o n t e n ta n dt i m ei si n c r e a s e d ( 2 ) t h ec o n v e n t i o n a lo r t h o g o n a le x p e r i m e n ts h o w st h a tt h e t e m p e r a t u r ei st h em o s ti m p o r t a n tf a c t o r ，a n di t se f f e c ti so b v i o u s w h e n t h et e m p e r a t u r ei sa b o u t9 0 。c ，t h ea l k a l ic o n t e n ti sa b o u t0 4 9 la n dt h e t i m ei sa b o u t15 m i n ，w eg e tt h eb e s tr e s u l t ( 3 ) t h eu l t r a s o n i ce x p e r i m e n tw i t hs i n g l e f a c t o rs h o w st h a tt h e r e s i d u a lp u p ag u ma n do i lc o n t e n tw i l lb el o ww h e nt h et e m p e r a t u r ea n d t i m ei si n c r e a s e d ( 4 ) t h eu l t r a s o n i ce x p e r i m e n tw i t ht w of a c t o rs h o w st h a t6 0 7 0 c a n dl5 m i ni st h eb e t t e rf a c t o r s ( 5 ) c o m p a r e d t ot h et r a d i t i o n a lp r o c e s s ，t h eu l t r a s o n i cm e t h o dg i v e s al o w e rt e m p e r a t u r e ，t h ea l k a l ic o n t e n t ，t i m ea n dd a m n i f c a t i o n 7 i ta l s o s a v e st h ec o s ta n ds o u r c e s t h eu s eo fu l t r a s o n i ci nt h er e f n i n go fw a s t e s i l kb i s um a t e r i a li sc o m p l e t e l ya v a i l a b l e 2 f o rw a s t es i l kf r i s o nm a t e r i a l ( 1 ) t h es i n g l e f a c t o re x p e r i m e n ti nt r a d i t i o n a lp r o c e s ss h o w st h a t t h er e s i d u a lp u p ag u ma n do i lc o n t e n tw i l ld e c r e a s ew h e nt h et e m p e r a t u r e g o e su p ，a n dt h e a l k a l ic o n t e n ta n dt i m er i s e s ( 2 ) t h eh i g hs e r i c i nc o n t e n tw a s t es i l kf r i s o nm a t e r i a ls h o u l db e d i p p e d b e f o r er e f i n i n g ，t om a k ei tl o o s ea n dt oi m p r o v ey i e l do ft h e o p e n i n ga n dc a r d i n go f s i l ks p i n n i n g t h eu s eo fj f c i m p r o v e st h el o o s e d e g r e ea n dr e d u c e sp r o c e s s i n gh o u r s t h eo p t i m u mc o n d i t i o nf o r d i p p i n g i s ：t h et e m p e r a t u r ei s3 5 c ，t h ea l k a l ic o n t e n ti sa b o u t0 4 9 l ，t h ej f c c o n t e n ti sa b o u t2 9 la n dt h eb a t hr a t i oi sa b o u t1 ：5 0 ，l a s t i n g5h o u r ( 3 ) t h eo r t h o g o n a lt e s to nt r a d i t i o n a lr e f i n i n gp r o c e s ss h o w st h a tt h e o p t i m u m c o n d i t i o nf o rt h ew a s t es i l kf r i s o nm a t e r i a li s ：t h et e m p e r a t u r ei s 10 0 * c ，t h ea l k a l ic o n t e n ti sa b o u t 0 4 9 l ，l a s t i n g 15m i n u t e s ( 4 ) t h es i n g l e - f a c t o re x p e r i m e n to nu l t r a s o n i cr e f i n es h o w st h a tt h e r e s i d u a lp u p ag u ma n do i lc o n t e n tw i l ld e c r e a s ew h e nt h et e m p e r a t u r e a n dt i m eg ou p ( 5 ) a c c o r d i n gt ot h ec o m p a r i s o na n a l y s i sb e t w e e nt r a d i t i o n a la n dt h e u l t r a s o n i cp r o c e s s ，t h el a t t e rd o e s n th a v ea n ya d v a n t a g eo v e rt h ef o r m e r , i ts t i l ln e e d sah i g ht e m p e r a t u r e ，a l k a l ic o n t e n t ，a n dp r o c e s s i n gh o u r sa s t h et r a d i t i o n a lw a y ( 6 ) t h ee x p e r i m e n tu s i n gu l t r a s o n i ct od i ps h o w st h a tt h ep r o c e s s i n g t i m ei sg r e a t l yd e c r e a s e d w h a t e v e rf r e q u e n c yi sh i g ho rl o w ，a f t e r4 0 m i n u t e sp r o c e s s i n g ，t h er e s i d u a lp u p ag u ma n do i lc o n t e n tc a nb ei nt h e r e a s o n a b l er a n g e k e y w o r d su l t r a s o n i c ，w a s t es i l km a t e r i a l ， r e f i n i n g ， r e s i d u a lp u p ag u mc o n t e n t 、r e s i d u a lo i lc o n t e n t 、p h y s i c a lp r o p e r t i e s 东华大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位 论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除 文中已明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体 已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对 所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：捌、科 日期： 工d 叮年j 2 月萝日 东华大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同 意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允 许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可以将本学位论文的全部或 部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复 制手段保存和汇编本学位论文。 ， 保密画，在l 年解密后适用本版权书。 本学位论文属于 不保密口。 学位论文作者签名：孑j 、科 日期：二口口7 年r 2 月占日 指导教师签名：节彦勿 日期：山印年，谓y 日 东华大学硕士学位论文第一章综述 1 1 绢纺原料简介 第一章综述 1 f 1 绢纺原料的来源、分类及其用途 绢纺原料来源于蚕农、收茧站、蚕种场、缫丝厂、织绸厂中的屑丝、下茧、 次茧及副产品，可分为桑蚕、柞蚕和蓖麻蚕三大类，其中以桑蚕绢纺原料所占的 比例最多f l 】。 桑蚕绢纺原料一般分为丝吐类、滞头、干下脚茧类和茧衣类。丝吐类以长吐 为主，此外还有少量的短吐和毛丝。长吐可分为手扯长吐、半整理长吐和机开长 吐等数种。由于加工整理的方法和设备不同，这类原料在质量和性能上有差异。 手扯长吐一般长度为l m 以上，每束重量为5 0 0 - 1 0 0 0 9 ，其丝条比较整齐，色白有 光，纤维长而韧，无杂纤维，少缠结、茧壳和蛹衬，基本无僵条，是纺制高档绢 丝不可少的上等原料。半整理长吐外形呈长1 m 宽0 5 m 的块状，丝条紊乱，含有短 丝束、汤茧等，并有缠结现象。机开长吐由于机械的强力拉扯，致使纤维损伤， 易生僵条，并有缠结、蛹衬和茧壳等。条吐是自动缫丝上绪丝整理而成，外观呈 绳索状，纤维并结重。短吐是在整理长吐时落下的短丝头，再经整理成短吐。毛 丝是缫丝厂或织绸厂废弃的生丝屑。滞头类原料的纤维细，强力差，含胶较低， 其最大特点是含油率高。其中色泽白净、含油率不超过3 的称为白滞头；含油率 在3 8 之间的称为轻油滞头；含油率达8 1 2 5 ，色泽较黄的称为油滞头；含油率 在1 2 5 以上，颜色黄褐、油味特重的称为重油滞头。干下脚茧类可分为双宫茧、 黄斑茧、柴印茧、蛆茧类、削口茧类、汤茧、薄皮茧和血茧等。而茧衣是蚕茧外 围的乱丝缕，纤维细脆，强力低，含胶率耐2 1 。 绢纺原料虽是疵蚕废丝但仍为贵重的纺织原料，经过绢纺工艺加工，可以纺 制4 1 8 3 t e x 耳p 1 2 0 公支2 4 0 公支的高支绢丝，结构紧密，条干均匀，外观洁净， 光泽好，适于织造轻薄型高档绢绸。绢纺工艺中的落绵可以制成支数较低( 1 0 3 0 公支) 的细丝，是织造柔软、保暖性好的内衣原料【1 1 。 东华大学硕士学位论文 第一章综述 1 1 2 绢纺原料的主要化学组成及化学性质 蚕丝纤维各种成分含量随蚕的品种、饲养条件等不同而变化。其主要成分丝 素和丝胶都是蛋白质，主要由碳、氢、氧、氮及硫等元素组成。蛋白质的基本组 成单位是氨基酸，目前在蚕丝蛋白质中发现有十八种氨基酸。丝素和丝胶虽然都 由氨基酸组成，但因其结构有明显的区别，因此在性质上也有很大不同。丝素分 子由两部分组成：排列整齐紧密的整列部分和排列松散的无定形部分。在整列部 分，由于结构紧密，水分子不能进入其内，纤维不溶于水并对化学药剂有一定的 稳定性，纤维具有一定的强度。在无定形区部分，由于结构疏松，支链中反应基 团较多，在经化学处理时，化学药剂容易进入。这一区域分子排列比较紊乱，使 纤维具有弹性和伸长能力。丝胶分子表面分布着容易与水结合的基团( 亲水性基 团) ，所以丝胶在水中容易溶解，它的存在使纤维的手感粗糙，处理时应将其 大部分除去【3 】【4 】。 蚕丝纤维的分子结构中，既含有酸性基团，又含有碱性基团，呈两性性质。 其中酸性氨基酸含量大于碱性氨基酸含量，因此，蚕丝纤维的酸性大于碱性，是 一种弱酸性物质，其等电点p h 为3 9 。因为蚕丝纤维呈两性性质，所以酸和碱 都会促使蚕丝纤维水解，水解的程度与溶液的p h 值、处理的温度、时间和溶液 的浓度有很大关系。丝胶的结构比较松散，因此水解程度比较剧烈，抵抗酸、碱 和酶的水解能力比丝素弱。 酸对丝素的作用较碱为弱。在浓度低的无机酸中加热，丝的光泽和手感均受 到损害，强伸度有所降低，特别是在贮藏后更为明显。高浓度的无机酸，如浓硫 酸，浓盐酸，浓硝酸等的作用，丝素急剧膨润溶解成淡黄色粘稠物。如在浓酸中 浸渍极短时间，立即用水冲洗，丝素可收缩3 0 - 4 0 ，这种现象叫酸缩，能用于 丝织物的缩皱处理。 在丝绸精练或染整工艺中，常用有机酸处理，以增加丝织物光泽，改善手感， 丝绸的强伸度有所降低。 碱可使丝素膨润溶解，其对丝素的水解作用，主要取决于碱的种类、电解质 总浓度、溶液的p h 值及温度等。苛性钠等强碱对丝素的破坏最为严重，即使在 稀溶液中，也能侵蚀丝素。碳酸钠、硅酸钠的作用较为缓和，一般在进行丝的精 练时，多选用碳酸钠。 2 东华大学硕士学位论文第一章综述 丝素中的酪氨酸，色氨酸与氧化剂或大气紫外线作用，生成有色物质，使蚕 丝泛黄。含氯的氧化剂与丝素作用，能使丝素发生氧化裂解，而且还会发生氯化 作用，使肽键断裂，丝素聚合度下降，强伸度降低，以致失去使用价值。因此， 蚕丝纤维的漂白剂多用过氧化氢、过氧化钠、稀酸性的过硼酸钾溶液【2 1 。 1 2 绢纺原料精练工艺的发展现状 绢纺原料中除了含有丝素( 丝纤维) 外，还含有多余的丝胶、油脂及杂质，纺 纱前必须去除，去除的方法是采用精裂引。 绢纺原料精练工程的主要目的是脱去原料上的大部分丝胶和油脂，使纤维之 间的胶着点分开，并除去粘附在原料上的泥沙、污染物和某些杂质，以利于后续 加工。精练是绢纺工程中的一个重要环节，精练质量是关系到后续工序能否正常 进行、产品质量优劣及经济效益的重要因素。 对绢纺原料精练的基本要求是：( 1 ) 精练不能损伤纤维固有的机械物理性质。 ( 2 ) 精练后纤维松散，柔软而富有光泽、弹性、白度和手感【5 】。 从精练对象来看，其中的丝胶是一种结构十分复杂的蛋白质物质。其结构至 今尚未搞清楚，因此，对其结构有许多见解，如a b 丝胶理论、三种丝胶理论和四 种丝胶理论。丝胶的主要性质为( 1 ) 在水的作用下，可发生膨胀，以致含有相当 数量的成分发生溶解。( 2 ) 由于丝胶是属于蛋白质，因此利用酸和碱的作用可使 其水解，其中尤以碱解作用最为剧烈。 绢纺原料中含油是很高的，特别是滞头类原料，且大部分为蛹油，其次还有 一部分蜡，在次等原料中，有时含油量达2 0 9 6 以上。油脂的来源主要是来自于蛹 体，并且随季节而异，另外，原料与蛹体挤压时间越长，原料中含油越多。 蛹油在一定的条件下( 如温度、压力或酸、碱、酶的催化) 能水解成脂肪酸 和甘油。用酸和酶只能催化蛹油的水解，而用碱作催化剂，其催化能力不但比酸 大几千倍，而且能中和脂肪酸，使水解完全。水解方程式如下： 3 东华大学硕士学位论文第一章综述 c h 2 c 0 0 r c h j c h ii c 州o o r + 3 h 。o - - - - 3 r c o o h + c 卜- c h ii c h 2 - - - - c o o rc h 2 _ _ c h 然而，由于蛹油水解的条件较为苛刻，在实际生产中受到限制，用水解方 法往往很难达到彻底除油的效果，因此在精练液中更多的油脂是通过乳化作用 去除的【6 1 。 绢纺原料中的其它杂质主要是毛丝、草杂、麻丝、树叶、竹片、石子等，在 原料选别中可除去。对含植物性草杂较多的原料，也可以采用与毛纺原料炭化相 同的方法除去。 从绢纺原料精练的对象来看，比较容易去除。但从目前情况来看，绢纺原料 精练中存在的问题最多，原因之一就是绢纺原料精练除了上述基本要求外，还有 特殊要求“保胶除油 。即对绢纺原料的精练产品“精干绵”含油率要求在0 5 5 以下。这主要是由于丝纤维较细，如果精干绵含油率高，纤维发粘，加工中易绕 皮辊、绕罗拉，影响机器正常运转，降低产品质量。但残油率也不可过低，否则 纤维粗糙，手感差、光泽暗，而且在目前的精练条件下，残油率过低往往是处理 强度加大的结果。绢纺原料精练的另外一个特殊要求是保胶。这里的保胶不同于 亚麻、黄麻脱胶中的保胶，亚麻、黄麻脱胶中的保胶主要是因为亚麻、黄麻的单 纤维太短，不适合于单纤维纺纱，所以要保留一部分胶质将短纤维粘连成适合于 纺纱的工艺纤维。而丝是长纤维，这里的保胶主要是因为单丝纤维较细弱，若单 丝上的丝胶过少，单丝的硬挺性差，易产生缠结，梳理时易断裂成为落绵，梳折 降低或产生绵结疵点，如果单丝上完全没有丝胶保护，则易出现茸毛状，丝条发 毛，同样易梳断或产生疵点丝，所以必须保胶【7 1 。但也并不是保胶越多越好，因 为若残胶太多，单丝合并成绢丝时，各单丝的紧密度差、抱合力差，绢丝的强力 降低；另外，残胶率也与制成率有关，残胶率高，练折高，但梳折不一定高。因 为练丝偏生或生熟不均匀，练折都有可能提高，但梳折反而降低，只有在精干绵 残胶均匀、膨松的基础上，练折高梳折才有可能提高。研究表明，精干绵残胶在 4 7 5 o 时，绵片较长，梳折较高。残胶低于3 或高于5 时，梳折较低，所以 4 东华大学硕士学位论文第一章综述 国内保胶标准定在3 6 ，国外也有保胶率达1 0 的，但也必须在残胶均匀基础上 【8 】【9 】 0 1 2 1 精练的主要方法及存在的问题 丝胶作为一种包络在蚕丝外层的蛋白质，占蚕丝的四分之一以上，一般来说， 丝胶按其溶出顺序分为易溶和难溶部分，丝胶的溶出顺序不仅与丝胶本身的溶 解难易因素( 如分子量的大小、结晶度的高低、氨基酸所处的几何位置等等) 有关， 而且与所用脱胶剂有关，丝胶少量能溶于1 0 0 以上的热水，酸、碱、皂、酶也能 使之脱离丝素蛋白，蚕丝脱胶的过程分为两部分，首先是丝胶蛋白的溶胀变性， 然后是丝胶蛋白质的分子分散于水或溶于水中的过程。n 们根据绢纺原料中胶质和 油脂的性质，国内现在普遍采用的精练方法有以下几种： ( 1 ) 化学精练：利用化学药剂对多余胶质及油脂的水解、乳化作用脱去多余的 丝胶及油脂。在化学精练中按精练温度的高低又可分为高温练和低温练两种。其 中高温练指温度在9 0 c 以上的精练，多用于丝胶变性大，含油较多的原料。高温 练根据介质条件有两种方法：皂碱练和酸精练。 皂碱练：以肥皂和碱做主要助剂，当水硬较高时，不宜用肥皂，可用雷米邦a 。 为了促进丝胶易溶和去除油脂，精练介质的p h 值较高，p h = 9 - 11 ，一般不应低于9 ， 以防脱胶除油困难，而p h 值也不应过高，一般不超过1 1 ，否则因碱性太强可能损 伤丝质。 酸精练：此工艺仅用于含蛹蚕的初练，复练仍为皂碱精练。助剂用h ：s o , ， 或h c l ，但常用h ：s o , 。溶液的p h 定在1 8 - 2 5 ( 低于等电点) 。低于1 8 易损伤丝质， 高于2 5 们r 质p h 值接近丝胶等电点，脱胶较慢或难。采用高温主要是有利于胶质 和油脂的水解【5 1 。 低温练是指在6 0 7 0 条件下的精练，助剂仍为纯碱，肥皂及雷米邦a 。这种 方法需时较长，一般在6 - 8 h ，有时长达1 2 h 以上，一般用于削口茧及优质长吐， 因这类原料丝胶变性少，原料含油少，易脱胶除油。低温精练的精干绵具有含胶 多，含油少，练折高，纤维强伸度高，硬挺性好的优点，一般做特种绢丝和骨干 丝用。但此方法对原料品质要求较高，且由于精练时间长，丝色欠佳【7 】。 5 东华大学硕士学位论文第一章综述 完整的化学精练工艺一般为预处理( 原料选别，原料开松除杂，除蛹) 一化学 精练一后处理( 清洗，脱水，烘干) 。 如一次练：用于质量较好原料如吐类、轻油滞头、削口茧。其工艺过程为： 选别一精练一拉丝一冲洗一脱水一烘干【2 】。 二次练：要经过初练和复练两个精练过程，用于质量较差原料，如生滞头、 削口茧、毛烂茧。其工艺过程为：选别一精练( 初) 一拉丝一浸缸( 槽) 一出缸一冲 洗一脱水一精练( 复) 一拉丝一冲洗一脱水一烘干【2 】。 ( 2 ) 微生物精练：利用蛋白分解酶或分解菌来分解多余丝胶，利用脂肪分解酶 分解油脂。微生物精练又可分为酶制剂练( 酶练) 和微生物菌体精练( 腐化练) 。 酶制剂练是利用具有蛋白质性质的生物有机催化剂一酶进行精练。绢纺原料 精练用酶多为外酶，最常用的是2 7 0 9 碱性蛋白酶。酶制剂练的优点是低温、节能， 绢丝脱胶均匀等。缺点是精干绵静电高，质量不稳赳1 1 】。 酶练工艺过程一般为：预处理( 原料选别、扯松、除杂、干茧除蛹) 一精练前 处理( 浸泡、初练、扯块、槽洗、除蛹、脱水) 一酶精练一后处理( 槽洗、脱水、 复练、扯块、槽洗、冲洗、脱水、烘干) 。 腐化练：它区别于酶制剂精练的是直接用微生物菌体完成精练过程。其过程 与酶制剂法相似，唯主练过程不同。其优点是除油效果较好，因为在适宜的生长 条件下，微生物既可分泌出蛋白酶也可分泌出脂肪酶。其缺点是发酵物中易产生 h ：s ，n h 3 ，及c o ：等，放出臭气污染环境，同时也影响精干绵发臭，故后处理中应 加强清洗和脱水。此外，生产周期长( 一般4 0 7 0 d , 时) ，效率低，劳动强度大【1 2 】【1 3 1 。 ( 3 ) 化学微生物精练或微生物化学精练法：这是绢纺原料精练中除化学精练 外常用的方法，实际生产中，很少单独使用微生物精练法。 现有精练方法都存在各种各样的问题。化学高温练脱胶，要求高温；皂法脱 胶，耗皂量大，约占生丝的2 0 - - 3 0 ，而且对皂的要求较高，一般的皂效果不理想， 脱胶能力较弱，标准脱胶所使用的皂是马赛皂( 一种由橄榄油制备的皂) ，来源有限， 需要进口，价格昂贵，只作为实验使用，没有实际工业生产价值；也有人提出使用有 机酸石酸作为胶脱剂，脱胶条件：酒石酸浓度1 6 ，温度9 3 c ，2 h ，脱胶率为8 0 ，延 长脱胶时间脱胶速度变得极为缓慢，而且酒石酸易为丝素所吸附，极难除尽，残留 量高达2 1 5 ，严重影响丝素的利用；酶法脱胶条件温和，一般不少于8 h ，而且对乳化 6 东华大学硕士学位论文第一章综述 剂的要求也颇为苛刻，有报道，用酶脱胶酶耗1 0 ，脱胶1 9 2 h 仍不完全【1 0 l ；腐化练脱 胶其发酵物中易产生臭气污染环境，同时也影响精干绵发臭，而且生产周期长， 效率低，劳动强度大【l l 】f 1 4 】。 1 2 2 常用除油的基本方法及存在的问题 针对“保胶除油 时，除油是关键，而且在实际生产中，在精练液中油脂更 多的是通过乳化作用去除的，即通过表面活性剂的作用，将纤维表面润湿后，油 污卷缩成油珠并从纤维表面脱离下来。这里最重要的过程就是对纤维的润湿和油 污的卷离、乳化。为此，选择合适的渗透剂和乳化剂是除油的关键。具体的除油 方法主要有以下几种： ( 1 ) 有机溶剂除油 用有机溶剂对油脂进行溶解处理，完成脱脂任务。该法具有不污染环境、脱 脂率高、油脂能回收及经济效益高等优点，但是需要特殊的设备，安全技术要求 又高，目前很少采用。 ( 2 ) 浸洗法除油 在精练中脱胶带去油脂的做法称为浸洗法，这种方法只适合含胶多、含油少 且未油渗的原料【6 】。 ( 3 ) 皂碱法除油 皂碱法是目前最普遍的方法。精练过程中利用纯碱和肥皂等表面活性剂可以 同时达到除油和脱胶的目的。从脱胶和除油的原理可以发现，起脱胶和除油作用 的主要是碱。一方面，丝胶吸收碱与之发生相互作用，促进了丝胶的膨润溶解，从 而达到了脱胶的目的：另一方面，碱促进油脂的水解，并与其水解产物脂肪酸发生 中和反应，从而去除了油脂。这里起决定作用的是碱而不是肥皂。以前采用肥皂 脱胶，就是利用了高温时肥皂水解出的碱，而且有人发现肥皂水解越彻底，脱胶能 力越强，碱的加入促进了脱胶，减少了肥皂的用量，缩短了精练时间。而碱的过量 会造成纤维在强力、弹性和光泽上的损伤，肥皂的加入可缓和碱对丝纤维的作用， 高温时肥皂水解成碱和脂肪酸，丝纤维在吸收碱的同时也吸收脂肪酸，这些脂肪 酸将有利于保护丝纤维，增加其弹性，这里肥皂起的是保护作用。而除油时，利用 的是肥皂的润湿、渗透、乳化等表面活性 6 1 。 7 东华大学硕士学位论文 第一章综述 皂碱法作为一种比较成熟的工艺得到了广泛的应用，也取得了很好的效果， 但皂碱法对重油原料的除油处理达不到理想的要求，往往以低胶换取低油【5 】。 ( 4 ) 微生物化学精练除油 微生物化学精练是利用酶的作用使绢纺原料达到脱胶除油的目的。用酶精练 时作用缓和，避免了酸碱和高温的激烈处理。这其中包括腐化法和酶制剂精炼法。 其中腐化法是利用微生物的新陈代谢作用所分泌的酶使绢纺原料脱胶除脂。这种 方法虽然陈旧，但由于有较好的精练效果，尤其有独特的除油功能，故有些工厂仍 采用此法，特别是对于油滞头及有蛹茧类的含油率较高的原料，大部分工厂仍然 采用此法。这种方法的优点是能脱胶除脂，丝纤维光泽、手感好，作用缓和，节约 化工原料及能源，有利于降低成本，提高产品质量。缺点是占地面积大，生产周期 长，效率低，劳动强度大，生产过程中产生臭气，卫生条件差。而酶制剂精练法是直 接利用酶作用于绢纺原料，使其能脱胶去脂，缩短了发酵加工的周期。目前对蛋白 酶研究较多，而且出现了不少产品，但除油用的脂肪酶较少。酶制剂法不但保持了 腐化法的优点，而且克服了其精练时臭气大和精练时间长的缺点。但目前酶制剂 除油还不够成熟，无论在品种还是工艺上都有待进一步研究。 ( 5 ) 表面活性剂除油 由上所述不难看出，酶法和皂碱法是较有发展前途的两种方法，酶制剂的 使用适应了现代环保的要求，但酶制剂的品种不多，还有待进一步开发。皂碱法是 目前普遍使用的方法。然而，肥皂的缺点是有目共睹的，它不耐硬水，易产生钙镁 皂沉淀，影响丝质，而且肥皂残液不易漂洗，价格也偏高。而纯碱又不能单独作为 一种优良的除油剂来使用。随着表面活性剂工业的飞速发展，寻找一种有效的表 面活性剂( 或多种复配) 来代替肥皂和纯碱混合使用，成为目前除油剂的发展趋 势。 表面活性剂是一种两亲物质。在结构上，其分子由性质完全不同的两部分组 成。一部分为极性端，叫亲水基，另一部分是不亲水而亲油的非极性端，叫亲油基 或疏水基。由于这种不对称的极性结构特点，当表面活性剂在油水界面时，会在油 水之间发生定向吸附作用，极性端的亲水基指向水，非极性端的憎水基指向油，结 果在油相与水相之间形成了一个表面活性剂的分子膜，从而降低了水和油相之间 的界面张力，产生润湿、乳化、洗涤作用。油脂的去除可以利用表面活性剂的增 东华大学硕士学位论文第一章综述 溶性能和乳化性能。然而只有当表面活性剂的浓度远远高于临界胶束浓度 ( c m c ，1 0 - 1 0 0 倍) 时，才能很好地发挥增溶作用，而这一浓度在一般常用的离子表 面活性剂溶液中往往是达不到的，因此，靠增溶作用去除蛹油不可能成为主要因 素。利用表面活性剂的乳化、渗透、润湿、净洗性能将成为主要因素。 绢纺行业常用的一些表面活性剂包括平平加o 、雷米邦a 、2 0 9 、丝光皂等，虽 然目前表面活性剂行业发展非常迅速，品种日益增加，但是如何有效地利用这些 新的品种进行复配是纺织用助剂发展的一大难题。阴离子表面活性剂是各类表面 活性剂中产量最大的一类，也是发展最早的一类，由于其价格便宜，洗涤性好，成 为洗涤剂中最主要的一类表面活性剂。其中的烷基苯磺酸钠对油性污垢有极佳的 洗涤效果，另外还有一些耐硬水性好，有独特的渗透、润湿作用的品种，如：a e s 、 渗透剂t 、j f c 、b x 等。非离子型由于性能优良和品种繁多，其用途越来越广泛。 这类表面活性剂有两大优点：一是生物降解性特别好，适应现代环保要求：二是耐 硬水。非离子的使用可以实现洗涤剂的低磷或无磷化。由于非离子型表面活性剂 分子中的极性基团间没有同性电荷的排斥，彼此间极易靠拢，水溶液中的疏水基 团的密度增加，减少其间的水分子。因此非离子表面活性剂比其他表面活性剂使 水溶液的表面张力、临界胶束浓度更低，胶束聚集数更大，表面活性更高。它具有 很好的润湿、加溶、分散、乳化和洗涤力。而且非离子与阴离子型表面活性剂的 复配，能大大提高洗涤性能，目前正是洗涤业研究的热点。两性表面活性剂中有 一些品种有很强的脱脂除油效果也是值得研究的一类。【6 】【”】 上述这些除油方法虽然有的已形成较成熟的工艺，并得到广泛的应用，但或 多或少存在一些问题。有机溶剂除油，需要特殊的设备，安全技术要求又高；浸 洗法除油，只适合含胶多、含油少且未油渗的原料，对原料的适应性差；皂碱法 作为一种比较成熟的工艺，但对重油原料的除油处理达不到理想的要求，往往需 要以低胶换取低油；腐化法，存在占地面积大，生产周期长，效率低，劳动强度大， 生产过程中产生臭气，卫生条件差等缺点；酶制剂法虽然不但保持了腐化法的优 点，而且克服了其精练时臭气大和精练时间长的缺点，但目前酶制剂除油还不够 成熟，无论在品种还是工艺上都有待进一步研究；表面活性剂除油，作为一种很 有发展前途的除油方法，目前存在新型表面活性剂依然较少，复配困难的问题。 9 东华大学硕士学位论文第一章综述 1 3 超声波简介 1 3 1 超声波的基本概念 超声波是指频率超过2 万赫兹，即超过人耳听阈高限的声波，属于机械波。 自然界的各种各样的波动，按其性质基本上分为两大类：电磁波和机械波。电磁 波是由于电磁力的作用产生的，是电磁场变化在空间的传播过程。它传播的是电 磁能量，在真空中传播的速度为3 1 0 4 m s 1 6 】。电磁波以其频率可分为无线电波、 红外线、可见光、紫外光、x 射线，射线和宇宙射线。机械波是由于机械力( 弹 性力) 产生的机械振动在介质中的传播，它传播的是机械能量，并且仅能在介质 中的传播。自然界的机械波以频率可分为三大类：次声波、声波、和超声波。频 率低于2 0 h z 的波动称为次声；频率在2 0 2 0 k h z 之间的波动称为声( 音) ，频 率在2 0 k h z 以上的波动称为超声。人耳可听到声( 音) ；但听不见次声与超声 【1 7 1 o 超声波具有许多优点。它可在各种不同媒质中传播，且可传播足够的距离； 传播时方向性强，能量易于集中；超声波与传播媒质的相互作用适中，易于携带 有关超声传播的媒质状态信息或对传播媒质产生效应。作为信息载体及能量形 式，超声波技术与其他电子技术、光学技术等相结合已广泛用于生物医学等很多 领域，并迅速发展【5 】。 1 3 2 超声波的性质及其作用 1 3 2 1 超声波的性质 由于振动频率的提高，超声波和声波有许多不同的地方。超声波具有以下性 质： 1 束射特性 声波的频率是表示一秒钟内完全振动的次数，波的传播速度= 波长木声波的频 率。对一定的物质( 即声波在其中的传播速度是一定的) ，频率越高，波长就越短。 超声波的频率比声波要高，所以它的波长就比声波要短。当声波通过小孔时，如 果这个孔的直径比波长小，则通过小孔后，向各个方向散开：假使波长很短，波 1 0 东华大学硕士学位论文第一章综述 长比小孔小，那么波在通过小孔后就有可能集中成一束射线，向一定方向前进， 而不向四面发散。由于超声波波长比声波要短，所以比声波有更好的束射特性， 即通过小孔后能集中成射线，和光线有相似的性质，且波长愈短的超声波，这种 向一定方向传播的特性就愈显著。从这一点可以看出，超声波射线可以和光线一 样能够反射、折射，也能聚焦，而且遵守几何光学的定律，即超声波射线从物质 表面反射时，入射角等于反射角，当射线透过一种物质进入另一种密度不同的物 质时就会产生折射，也就是要改变它的传播方向。两种物质的密度差别愈大则折 射愈大。 2 吸收特性【5 】 声波在各种物质中传播时，随着传播距离的增加，强度会渐渐减弱。这是因 为物质要吸收它的能量，且声波在空气中被吸收的程度是不同的，频率高的声波， 空气对它们的吸收很强，所以在空气中它们不能传递很远的距离：频率低的声波 则不太容易被空气吸收，所以它们能在空气中传播很远的距离。 声波吸收的另一个特性就是在气体、液体及固体中吸收的程度并不相同。对 于一个频率一定的声波，在空气中传播时吸收最厉害，在液体中传播时吸收比较 弱，在固体中传播时吸收最小，所以声波在气体中传播距离最短，在水中可以传 播得远些，在金属中则能传播得更远一点。关于声波吸收的这两个结论，对于超 声波也是适用的，因为从声学的性质上来讲，超声波只是频率很高的声波。 3 超声波的功率 当声波到达某物质中时，由于声波的作用使物质中的分子也跟着振动，振动 的频率和声波频率一样。分子振动