超声波在棉织物染色处理中的应用

超声波在棉织物染色处理中的应用

0超声波技术的应用纺织印染的加工需要大量的水和能源，其中水和能源占很大比例。无论是前处理中的退浆、煮练,还是染色后去除浮色杂质,都必须有多道水洗才能保证最终成品的质量。水洗过程用水一般要占到整个染整用水的60%以上。利用超声波在液体中的“空化效应”所产生的冲击波,以达到清洗物体内外表面的作用,早在20世纪60年代就在纺织品湿加工过程中应用。由于早期的超声波发生器体积庞大、价格昂贵,且操作稳定性和使用寿命也不甚理想等原因,所以在印染行业几乎很少运用。自20世纪80年代后,随着使用IGBT元件逆变电源的新一代超声波发生器的问世,超声波的应用开始普及。国内虽然超声波技术在其它行业的应用取得了显著的成果,有的甚至已经达到国际先进水平,但在印染行业中的应用研究却不多,实际生产应用更少。所以,探讨在印染水洗中采用超声波技术,以达到节水节能的目标,具有实际意义。1试验部分1.1试验材料112cm14.5/14.5纯棉平纹坯布;112cm14.5/14.5纯棉半漂坯布(无锡太平洋色织厂)1.2实验仪器和试剂高氯酸、四氯化碳、硫酸、碳酸钾、碘化钾、氢氧化钠(分析纯,无锡化学仪器试剂公司);标准皂片,标准棉贴衬布(上海市纺织工业技术监督所);活性红B-2BF,直接红4BS(上海万得化工有限公司);固色剂Y、平平加O、纯碱、元明粉(无锡化工站)1.3仪器与检测仪器NH918D超声波发生器(江阴市科达机械电子有限公司),HDA-1010超声波发生器(桂林和达超声技术有限公司),电热鼓风干燥箱(101A-1)(上海实验仪器总厂),WSD-Ⅲ自动白度计(浙江温州市沪华调压器厂),毛细管效应仪YG(B)871、YG(B)026D-250型电子织物强力仪(温州大荣纺织标准仪器厂),P-AO小轧车、Color-Eye7000A电脑测配色系统(GretagMacbeth公司),SW-12A型耐水洗色牢度实验仪(无锡纺织仪器厂),MP200B电子天平(上海精密科学仪器有限公司),荣华数显恒温水浴锅(江苏省金坛市荣华仪器制造有限公司)1.4测试方法1.4.1测定指标与方法按标准的退浆、煮练、染色工艺对棉织物处理后,采用超声波水洗,然后测定水洗后织物的淀粉残余率、蜡状物含量、毛效、白度、染色牢度和色光等指标,并与常规水洗织物进行对比。以时间、温度为影响因素作正交试验,确定超声波水洗最佳工艺条件。1.4.2织物表观色深和硬度⑴淀粉残余率高氯酸法⑵织物润湿性毛效值法⑶蜡状物测定萃取法⑷织物残留碱滴定法⑸织物白度测定白度仪⑹织物强力测定断裂伸长法(拉边纱条样)⑺织物表观深度和色光测配色仪⑻水洗牢度测定2结果与分析2.1超声广泛应用于大便清洁中2.1.1传统洗衣粉处理常规水洗工艺条件为80℃水洗5min,然后测定织物上的淀粉残余率(表1)。2.1.2超声水洗次数采用超声波对织物进行水洗1次的工艺条件和淀粉残余率见表2。由表1、2知,在55℃水洗30s的条件下采用超声波水洗1次,可以达到常规水洗3次的效果。温度较低时,由于液体的表面张力和粘滞系数相对较大,产生的“空穴泡”相对较少;温度较高,虽然可以产生更多的“空穴泡”,但因为蒸气压上升,“空穴效应”收缩时压力降低,这些都不利于发挥超声波的“空穴效应”。所以在45℃和65℃条件下,水洗效率相对较55℃差一些。水洗时间的延长有助于水洗效率的提高,因为要使洗去的杂质从织物上脱落,并扩散到洗液中去,需要一定的时间。对增加超声波水洗次数可否提高水洗效率,其结果见表3。随水洗次数的增加,织物上淀粉残余率继续减少,但减少的幅度已越来越小。因此,除了对质量有特殊要求外,煮练后一般用超声波水洗1次即可。2.1.3洗过后织物中的蜡含量退浆后常规水洗和超声波水洗后,织物上蜡状物含量的比较见表4。由表4知,水洗次数增加,对蜡状物含量的减少不明显。2.2超声在洗碗中的应用效果(1)传统洗后织物的性能发生了变化常规水洗工艺条件为90℃水洗30s,按常规水洗方法水洗3次,所测得的毛效、白度和带碱量见表5。(2)表6显示了超声清洗1次后的毛效、粒度和碱含量由表5、6知,55℃、30s水洗1次,完全可以达到常规水洗3次的白度。但需注意,温度65℃时,织物的白度反而下降。2.2.1超声水洗3次织物的毛效除在45℃、10s条件下水洗之外,其它条件水洗后的毛效均达到或超过常规水洗3次的毛效。其中,温度55℃仍为最佳选择。同样,时间的延长有利于毛效的提高。在55℃、30s条件下,超声波水洗3次后织物的毛效见表7。由表7知,增加超声波水洗的次数,毛效提高不明显。2.2.2超声波处理对织物强力的影响根据力学理论,超声波的机械作用力对纤维材料物理微结构的影响及化学效应,必然会在纤维材料的原始缺陷处(即无定形区的空隙)产生应力、应变能的集中;超声波所能传送的能量,也必然有一部分转化为裂纹,而形成新表面所需要的能量,引起裂纹的扩展,从而导致织物强力的下降,其下降程度与纤维种类、处理条件有关。超声波水洗后的织物强力变化与常规水洗的比较见表8。由表8知,经多次超声波水洗后,织物的强力略有下降,但下降微乎其微。这可能与超声波水洗时的作用时间很短有关。尤其进行1次水洗的,其强力与常规水洗基本没有差别。2.3超声后洗水的应用2.3.1超声波水洗法染色、皂煮后,经1次水洗后,测定残液吸光度、K/S值和皂洗牢度,结果见表9、10。由表10知,55℃水洗后的吸光度较大,也就是洗下的染料较多,但织物K/S值并不随之下降,反而有所提高。说明超声波水洗,洗去的是织物内部存在的水解或与纤维键合不全的染料,而对键合充分的染料没有影响。增加时间,虽然可以进一步提高水洗效率,但影响较小。因此,在实际生产中制订工艺时,其温度和时间上有很大的选择余地。2.3.2染料的表观深度常规80℃水洗120s和28kHz超声波55℃水洗30s的结果见表11。由表11知,常规水洗虽然每道洗除的染料远远少于超声波水洗,但它的表观深度下降却超过后者,这与活性染料洗涤后的情况是一致的。即直接染料与固色剂反应后分子结构变大,水溶性变差,分子迁移更困难。而超声波由于其强烈的振荡和扩散作用,对织物内部浮色的洗除效率要高得多,而且这种作用降低了直接染料在纤维表面的聚集,使干摩擦牢度相应得到提高,但超声波水洗对沾色牢度的改变没有作用。2.4常规和超声波水洗超声波水洗的工厂大样试验,在连续轧染机上进行。按工厂正常的前道工艺,织物经活性染料(艳红K-2G,50g/L)轧染→短蒸→固色→皂煮后,进行常规水洗和超声波水洗。超声波是在通常所用的4槽平洗车上安装4条超声波发生器(江阴市科达机械电子有限公司),与常规水洗的差别,仅在于有没有开启超声波发生器。为了便于工厂能根据需要随时开启超声波和与常规水洗进行效果比较,所以温度和时间均按工厂正常的工艺进行,其结果见表12。由表12知,用超声波水洗一道后的各项质量指标均能达到常规水洗4道的质量指标,所以无论是从染料的节约,还是水和能源的节约,超声波水洗具有实际意义。3超声波水洗的应用3.1在棉织物印染加工的多道水洗中,采用超声波技术可以明显提高织物上各种残留杂质的水洗效率。其适宜的工艺条件为55℃水洗30s。3.2采用超声波水洗,一般1次就可以达到常规水洗3~4次