紡織品染整加工需要耗用大量的水和能源,其中水洗占了很大的比例。無論是前處理中的退漿、煮練,還是染色后去除浮色雜質(zhì),都必須有多道水洗才能保證最終成品的質(zhì)量。水洗過程用水一般要占到整個染整用水的60 以上。

利用超聲波在液體中的“空化效應(yīng)”所產(chǎn)生的沖擊波,以達(dá)到清洗物體內(nèi)外表面的作用,早在20世紀(jì)60年代就在紡織品濕加工過程中應(yīng)用。由于早期的超聲波發(fā)生器體積龐大、價格昂貴,且操作穩(wěn)定性和使用壽命也不甚理想等原因,所以在印染行業(yè)幾乎很少運用。自20世紀(jì)80年代后,隨著使用IGBT元件逆變電源的新一代超聲波發(fā)生器的問世,超聲波的應(yīng)用開始普及。國內(nèi)雖然超聲波技術(shù)在其它行業(yè)的應(yīng)用取得了顯著的成果,有的甚至已經(jīng)達(dá)到國際先進(jìn)水平,但在印染行業(yè)中的應(yīng)用研究卻不多,實際生產(chǎn)應(yīng)用更少。所以,探討在印染水洗中采用超聲波技術(shù),以達(dá)到節(jié)水節(jié)能的目標(biāo),具有實際意義。

　　1 試驗部分

1. 1　試驗材料1 1 2 cm 1 4. 5 /1 4. 5 純棉平紋坯布; 1 1 2 cm 14. 5 /14. 5純棉半漂坯布(無錫太平洋色織廠)

1. 2　試劑藥品和染化料高氯酸、四氯化碳、硫酸、碳酸鉀、碘化鉀、氫氧化鈉(分析純,無錫化學(xué)儀器試劑公司) ;標(biāo)準(zhǔn)皂片,標(biāo)準(zhǔn)棉貼襯布(上海市紡織工業(yè)技術(shù)監(jiān)督所) ; 活性紅B22BF,直接紅4BS(上海萬得化工有限公司) ;固色劑Y、平平加O、純堿、元明粉(無錫化工站)

1. 3　儀器和設(shè)備NH918D 超聲波發(fā)生器(江陰市科達(dá)機(jī)械電子有限公司) , HDA21010超聲波發(fā)生器(桂林和達(dá)超聲技術(shù)有限公司) ,電熱鼓風(fēng)干燥箱(101A21) (上海實驗儀器總廠) ,WSD2Ⅲ自動白度計(浙江溫州市滬華調(diào)壓器廠) ,毛細(xì)管效應(yīng)儀YG(B) 871、YG(B) 026D2250型電子織物強(qiáng)力儀(溫州大榮紡織標(biāo)準(zhǔn)儀器廠) , P2AO小軋車、Color2Eye 7000A 電腦測配色系統(tǒng)( GretagMacbeth公司) , SW212A型耐水洗色牢度實驗儀(無錫紡織儀器廠) ,MP200B電子天平(上海精密科學(xué)儀器有限公司) ,榮華數(shù)顯恒溫水浴鍋(江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司)

1. 4　試驗方法

1. 4. 1　試驗流程按標(biāo)準(zhǔn)的退漿、煮練、染色工藝對棉織物處理后,采用超聲波水洗,然后測定水洗后織物的淀粉殘余率、蠟狀物含量、毛效、白度、染色牢度和色光等指標(biāo),并與常規(guī)水洗織物進(jìn)行對比。以時間、溫度為影響因素作正交試驗,確定超聲波水洗最佳工藝條件。

1. 4. 2　測試方法淀粉殘余率　高氯酸法⑵織物潤濕性　毛效值法⑶蠟狀物測定　萃取法⑷織物殘留堿　滴定法⑸織物白度測定　白度儀⑹織物強(qiáng)力測定　斷裂伸長法(拉邊紗條樣)⑺織物表觀深度和色光　測配色儀⑻水洗牢度測定

　　2　結(jié)果與分析

2. 1　超聲波在退漿水洗中的應(yīng)用效果

2. 1. 1　常規(guī)水洗工藝常規(guī)水洗工藝條件為80 ℃水洗5 min,然后測定織物上的淀粉殘余率(表1) 。

2. 1. 2　超聲波水洗工藝采用超聲波對織物進(jìn)行水洗1次的工藝條件和淀粉殘余率見表2　　由表1、2知,在55 ℃水洗30 s的條件下采用超聲波水洗1次,可以達(dá)到常規(guī)水洗3次的效果。溫度較低時,由于液體的表面張力和粘滯系數(shù)相對較大,產(chǎn)生的“空穴泡”相對較少;溫度較高,雖然可以產(chǎn)生更多的“空穴泡”,但因為蒸氣壓上升,“空穴效應(yīng)”收縮時壓力降低,這些都不利于發(fā)揮超聲波的“空穴效應(yīng)”。所以在45 ℃和65 ℃條件下,水洗效率相對較55 ℃差一些。水洗時間的延長有助于水洗效率的提高,因為要使洗去的雜質(zhì)從織物上脫落,并擴(kuò)散到洗液中去,需要一定的時間。對增加超聲波水洗次數(shù)可否提高水洗效率,其結(jié)果見表3�！　�

隨水洗次數(shù)的增加,織物上淀粉殘余率繼續(xù)減少,但減少的幅度已越來越小。因此,除了對質(zhì)量有特殊要求外,煮練后一般用超聲波水洗1次即可。

2. 1. 3　水洗后織物上的蠟狀物含量退漿后常規(guī)水洗和超聲波水洗后,織物上蠟狀物含量的比較見表4�！　∮杀�4知,水洗次數(shù)增加,對蠟狀物含量的減少不明顯。

2. 2　超聲波在煮練水洗中的應(yīng)用效果(1) 常規(guī)水洗后織物的性能變化常規(guī)水洗工藝條件為90 ℃水洗30 s,按常規(guī)水洗方法水洗3次,所測得的毛效、白度和帶堿量見表5�！�(2) 超聲波水洗1次后的毛效、白度和帶堿量見表6。　　

由表5、6知, 55 ℃、30 s水洗1次,完全可以達(dá)到常規(guī)水洗3次的白度。但需注意,溫度65 ℃時,織物的白度反而下降。

2. 2. 1　水洗后織物的潤濕性除在45 ℃、10 s條件下水洗之外,其它條件水洗后的毛效均達(dá)到或超過常規(guī)水洗3次的毛效。其中,溫度55 ℃仍為最佳選擇。同樣,時間的延長有利于毛效的提高。在55 ℃、30 s條件下,超聲波水洗3次后織物的毛效見表7。由表7 知,增加超聲波水洗的次數(shù),毛效提高不明顯。

2. 2. 2　水洗后織物強(qiáng)力根據(jù)力學(xué)理論,超聲波的機(jī)械作用力對纖維材料物理微結(jié)構(gòu)的影響及化學(xué)效應(yīng),必然會在纖維材料的原始缺陷處(即無定形區(qū)的空隙)產(chǎn)生應(yīng)力、應(yīng)變能的集中;超聲波所能傳送的能量,也必然有一部分轉(zhuǎn)化為裂紋, 而形成新表面所需要的能量, 引起裂紋的擴(kuò)展[ 6 ] ,從而導(dǎo)致織物強(qiáng)力的下降,其下降程度與纖維種類、處理條件有關(guān)。超聲波水洗后的織物強(qiáng)力變化與常規(guī)水洗的比較見表8�！　∮杀�8知,經(jīng)多次超聲波水洗后,織物的強(qiáng)力略有下降,但下降微乎其微。這可能與超聲波水洗時的作用時間很短有關(guān)。尤其進(jìn)行1次水洗的,其強(qiáng)力與常規(guī)水洗基本沒有差別。2. 3　超聲波染色后水洗的應(yīng)用情況

2. 3. 1　活性染料染色、皂煮水洗結(jié)果染色、皂煮后,經(jīng)1 次水洗后,測定殘液吸光度、K /S值和皂洗牢度,結(jié)果見表9、10。由表10知, 55 ℃水洗后的吸光度較大,也就是洗下的染料較多,但織物K /S值并不隨之下降,反而有所提高。說明超聲波水洗,洗去的是織物內(nèi)部存在的水解或與纖維鍵合不全的染料,而對鍵合充分的染料沒有影響。增加時間,雖然可以進(jìn)一步提高水洗效率,但影響較小。因此,在實際生產(chǎn)中制訂工藝時,其溫度和時間上有很大的選擇余地。

2. 3. 2　直接染料染色固色后水洗結(jié)果常規(guī)80 ℃水洗120 s和28 kHz超聲波55 ℃水洗30 s的結(jié)果見表11。　　由表11知,常規(guī)水洗雖然每道洗除的染料遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于超聲波水洗,但它的表觀深度下降卻超過后者,這與活性染料洗滌后的情況是一致的。即直接染料與固色劑反應(yīng)后分子結(jié)構(gòu)變大,水溶性變差,分子遷移更困難。而超聲波由于其強(qiáng)烈的振蕩和擴(kuò)散作用,對織物內(nèi)部浮色的洗除效率要高得多,而且這種作用降低了直接染料在纖維表面的聚集,使干摩擦牢度相應(yīng)得到能源。

3. 3　超聲波水洗用于染色前處理時,可以提高織物的毛效和白度等質(zhì)量指標(biāo);用于染色后處理,則對色光、K/S值和織物強(qiáng)力沒有影響。

3. 4　只要在原有的平洗設(shè)備上加裝超聲波發(fā)生器,就可以實施超聲波水洗。

3. 5　超聲波水洗目前存在的問題是噪音較大,但頻率采用40 kHz明顯好于28 kHz提高,但超聲波水洗對沾色牢度的改變沒有作用。

2. 4　工廠大樣試驗超聲波水洗的工廠大樣試驗,在連續(xù)軋染機(jī)上進(jìn)行。按工廠正常的前道工藝,織物經(jīng)活性染料(艷紅K22G, 50 g/L)軋染→短蒸→固色→皂煮后,進(jìn)行常規(guī)水洗和超聲波水洗。超聲波是在通常所用的4槽平洗車上安裝4條超聲波發(fā)生器(江陰市科達(dá)機(jī)械電子有限公司) ,與常規(guī)水洗的差別,僅在于有沒有開啟超聲波發(fā)生器。為了便于工廠能根據(jù)需要隨時開啟超聲波和與常規(guī)水洗進(jìn)行效果比較,所以溫度和時間均按工廠正常的工藝進(jìn)行,其結(jié)果見表12。由表12知,用超聲波水洗一道后的各項質(zhì)量指標(biāo)均能達(dá)到常規(guī)水洗4道的質(zhì)量指標(biāo),所以無論是從染料的節(jié)約,還是水和能源的節(jié)約,超聲波水洗具有實際意義。

　　3　結(jié)論

3. 1　在棉織物印染加工的多道水洗中,采用超聲波技術(shù)可以明顯提高織物上各種殘留雜質(zhì)的水洗效率。其適宜的工藝條件為55 ℃水洗30 s。

3. 2　采用超聲波水洗,一般1次就可以達(dá)到常規(guī)水洗3～4次的效果,因此可大大縮短工藝時間,節(jié)約水。