超声波在染整中的应用

1、超声波技术在染整加工中的应用苏明源轻化 081 3080302127摘要：论述了超声波技术的基本原理。介绍了超声波在纺织品前处理和染色加工中的应用。阐明了影响超声波染色效果的因素并对其应用前景进行了分析。关键词：超声波，前处理，染色，后处理，水洗1、前言纺织材料的染整加工要消耗大量的水、能源，还经常需要大量的时间。为了有所改善以上的缺陷，保护环境。科研工作者相继研究开发出许多特殊的加工技术，如射频技术、微波技术、真空抽取技术，这些技术方法不但减少了加工时间与能源消耗，并且提高了产品染色的质量。超声波能作为清洁容器，分散染料，影响化学反应的强有力的手段被使用了多年。但是最近发现超声波能用来提高反

2、应率， 减少煮练时间和染色时间，增加纺织材料白度。超声波还可以改善多种纺织加工工艺，它现在作为一种广泛使用的技术，有影响多种湿加工的能力。超声波能改变，退浆、煮练、漂白、染色、整理与洗涤过程。其在湿加工中的使用可以减少加工时间，降低化学品的消耗和能耗，改进产品质量。2、超声波技术超声波是一种频率超出人类听觉范围17kHz 以上的声波。其传播时，使弹性介质中的粒子振荡，并通过介质按超声波的传播方向传递能量，这种波可分为纵向波和横向波。在固体内，两者都可以传送，而在气体和液体内，只有纵向波可以传送。由于染整加工大多为湿加工，因此对超声波的纵向波的研究尤其重要。超声波主要具有机械效应（如传声媒质的质

3、点振动位移、速度、加速度、声压等力学量）、 热效应（声波在传过程中其部分能量被媒质吸收变成热能）和腔效应。其中空腔效应是声化学的应用理论基础，最为重要。空腔效应由成核、微泡生长、空腔塌陷三步组成。在反应体系中，液体内存在张力弱区，即液体内溶有气体或在尘埃的液固界面上存在气体? 作为气核，在超声波作用下，气核膨胀长大，并为周围的液体蒸气或气体充满，由于内外压力悬殊使空腔塌陷、破裂， 把集中的声场能量在极短的时间和极小的空间内释放出来，使介质局部形成几百到几千K的高温和超过数百个大气压的高压环境，并产生出很大的冲击力，起到激烈搅拌的作用， 同时生成大量微泡。它们又作为新的气核，使该循环继续下去这就

4、是空腔效应。 当然并不是液体中所有的气核都能产生空腔效应，只有当外加的超声波频率与气核的固有频率相同时，空腔效应才能发生。同时也受到其它如声波的强度、液体介质的温度以及介质的蒸汽压等。浸在工艺液中的织物，当超声波作用于纤维材料时，必然在材料的原始缺陷处（即无定形区的空隙）产生应力、应变能的集中，超声波所传送的能量必然有一部分转化为裂纹扩展新表面所需的能量，引起裂纹扩展，至使纤维的表面如同被腐蚀一样，大大增加了吸附化学药剂的的纤维比表面积。此外， 使用超声波在液体介质中的振动可以粉碎染体中的染料粒子，增加洗涤剂的表面活性，改善乳化液和胶体溶液的安定性，在染整工艺中如退浆、煮练、 漂白、 水洗和染

5、色中使用，以提高化学药剂的扩散速度，活化和加快反应进行。3、超声波在染整前处理中的应用3.1 超声波退浆常见的织物退浆方式有热水、酸、碱、酶和氧化剂退浆等。传统工艺往往消耗大量蒸汽和水，同时会产生大量的废水。与传统淀粉上浆和退浆可以节约很多能量。 实用超声波退浆可以节约很多能量。使用超声波退浆可以减轻纤维的降解，织物的白度与润湿性和传统退浆方法相同。在退浆过程中，超声波空化作用引起的分散作用使大分子之间产生分离，促进浆料与纤维的黏着变松，而超声波的乳化作用可以去除的浆料溶解性能提高，使其具有较好的退浆效果。超声波退浆比常规方法退浆的时间要短、温度要低，而退浆率却可以达到或超过常规方法。超声波技

6、术在纺织加工工艺中的应用，不仅可以极大地节省能耗和减少对环境的污染，而且还可以提高织物的品质。3.2 超声波煮练超声波在煮练工艺中的作用主要是源于空气作用引起的弥散、乳化、洗涤以及解聚等作用。超声波空化作用使黏附在纤维上的污物表面张力降低，因此在各个表面上和低凹处起着清洁作用，同时空化作用使污物和油垢得以乳化，协助清除油垢和污物。超声波预处理的罗布麻脱胶工艺比预酸处理的脱胶工艺效果好，具有时间短、胶质去除率高和纤维损伤小（精干麻断裂强度较高）等特点。3.3 超声波漂白采用超声波对棉织物进行双氧水漂白，漂白速度提高，漂白时间缩短，织物的白度也优于传统漂白法。超声波在羊毛漂白中的应用也可降低过氧化

7、氢的消耗，节省药剂，降低反应温度，节省时间，同时对羊毛的毡缩性有所改善，有利于后续染色工艺。超声波的空化作用可以使药剂与纤维充分接触，一方面超声波作用于纤维，使纤维内部的比表面积加大，提高反应速率；另一方面超声波的空化作用可有助于破坏发色体系，从而起到消色的作用。4超声波在织物染色加工中的应用超声波在染色体系中的作用通常被认为有三个方面：a. 分散作用染料对纤维的上染过程通常以单分子状态来完成。但在染液中染料分子或离子会形成聚集体，以胶束状态存在，分散性染浴中的染料则以染料晶体颗粒的状态存在，阻碍了纤维对染料的吸收。超声波不但能使染液中的染料聚集体解聚，而且还可以将染料分散浴中的染料颗粒击碎，

8、获得粒度为1 微米以下高稳定性的分散液。超声波可以提高水活性以及染料在染液中的溶解度。有研究表明， 超声波可以提高染料对纤维的亲和力，加速染料的吸收，提高纤维的得色量，但对于不同的染料，其标准亲和力提高的幅度不一样；b. 除气作用超声波的空化作用可以将纤维毛细管或织物经纬交织点中溶解或滞留的空气排除掉，从而有利于染料与纤维的接触，有利于纤维对染料的吸收。因此，超声波对厚密织物的染色效果更为显著；c. 扩散作用超声波的空化作用可以穿透覆盖纤维的隔离层，从而促进染料向纤维内部的扩散速度。研究表明，超声波与常规染色相比较，扩散系数可提高30左右，染色活化能明显下降，超声波可能增加纤维内无定形区链段的

9、活性，使高分子侧序度降低，而且有可能使纤维的结晶度和取向度下降。有报道称，使用超声波对亚麻织物的染色中，可以提高染料的平衡上染百分率，而且， 加快上染速率， 降低染料上染的活化能，从而克服了传统亚麻染色工艺中得色量低和染色困难的缺点。在超声波存在下使用染料对纤维染色，超声波提高了染料对纤维的亲和力， 与常规方法相比，上染率和给色量提高，染色时间缩短。总的来说，超声波对于染色加工的作用可能有以下几点：(1)使纤维表面的染液动力边界层减薄，起有力的搅拌作用，加速了染料对纤维表面的吸附。同时，这种作用会提高染透和匀染效果。(2)能加速染料在纤维内的扩散速率，一方面是由于纤维表面吸附染料量增多后增加了

10、纤维内外的浓度梯度，另一方面是纤维无定形区分子链活动性增强或纤维内孔道增大及染料分子运动速度加快。(3)对一些难溶或容易聚集的染料，超声波可以增加染料的溶解度，因而也可加速上染作用。(4)施加超声波后，可以把溶解或截留的气体或空气从织物内部驱逐出去，这样就改善了染液对织物纤维表面的渗透和润湿，缩短染色时间。5超声波在织物后整理和水洗加工中的应用5 1 后整理在棉织物的脲醛树脂整理中应用频率分别为8kHZ 和 18kHZ 的超声波，通过电子显微镜、x 一射线和红外线光谱分析，发现树脂在纤维内部的渗透比末应用超声波时的好，而且分布比较均匀。即使整理织物经过60 次水洗后，其弹性回复角也远高于常规工

11、艺整理后的织物。说明经超声波处理的织物，其功能耐久性也更好。在超声波存在下，聚酯织物在不同浓度碱液中处理10-60分钟，结果表明， 随碱液浓度的提高和处理时间的延长，织物的手感和防皱性能较佳，但撕破强力有所下降。此外对于分散染料在其上的上染率有所提高，染色织物耐洗和耐光牢度较好。5 2 水洗加工染整加工中，织物要进行多次水洗，用水量很高，因此通常将染整行业称为用水大户，可见提高水洗效果和节约用水量对于染整行业来说是及其重要的。实验表明，将超声波应用于羊毛的洗涤加工中，洗涤时间可以从3 小时减少到15分钟， 可谓大大缩短了水洗时间，实验还发现水洗效果决定于超声波的强度，在强度为1 29w/ cn12时水洗效率最高。6结语用超声波染整虽然有许多有点，但是要用于工业化生产还有许多问题要解决，例如加工及设备成本、噪声、 超声波方向性等问题。不过我们更应该看到超声波积极的方面，在近短时期里，超声波在染整工艺过程的退、煮、漂及染色的应用取得了实质性的发展，目前超声波技术也逐渐被引进到治理印染废水中来。由此可见高效的超声波不仅可加速织物湿加工的速度，改善织物质量，还能节省能源，优化环境。超声波的诸优点，决定其具有很大的潜力，亟待科学工作者积极开发利用。参考资料1