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,都必須有多道水洗才能保證最終成品的質量。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”所產生的沖擊波,以達到清洗物體內外表面的作用,早在20世紀60年代就在紡織品濕加工過程中應用。由于早期的超聲波發生器體積龐大、價格昂貴,且操作穩定性和使用壽命也不甚理想等原因,所以在印染行業幾乎很少運用。自20世紀80年代后,隨著使用IGBT元件逆變電源的新一代超聲波發生器的問世,超聲波的應用開始普及。國內雖然超聲波技術在其它行業的應用取得了顯著的成果,有的甚至已經達到國際先進水平,但在印染行業中的應用研究卻不多,實際生產應用更少。所以,探討在印染水洗中采用超聲波技術,以達到節水節能的目標,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,無錫化學儀器試劑公司) ;標準皂片,標準棉貼襯布(上海市紡織工業技術監督所) ; 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 儀器和設備NH918D 超聲波發生器(江陰市科達機械電子有限公司) , HDA21010超聲波發生器(桂林和達超聲技術有限公司) ,電熱鼓風干燥箱(101A21) (上海實驗儀器總廠) ,WSD2Ⅲ自動白度計(浙江溫州市滬華調壓器廠) ,毛細管效應儀YG(B) 871、YG(B) 026D2250型電子織物強力儀(溫州大榮紡織標準儀器廠) , P2AO小軋車、Color2Eye 7000A 電腦測配色系統( 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(上海精密科學儀器有限公司) ,榮華數顯恒溫水浴鍋(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 試驗流程按標準的退漿、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,并與常規水洗織物進行對比。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 結果與分析
2. 1 超聲波在退漿水洗中的應用效果
2. 1. 1 常規水洗工藝常規水洗工藝條件為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,可以達到常規水洗3次的效果。溫度較低時,由于液體的表面張力和粘滯系數相對較大,產生的“空穴泡”相對較少;溫度較高,雖然可以產生更多的“空穴泡”,但因為蒸氣壓上升,“空穴效應”收縮時壓力降低,這些都不利于發揮超聲波的“空穴效應”。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從織物上脫落,并擴散到洗液中去,需要一定的時間。對增加超聲波水洗次數可否提高水洗效率,其結果見表3。
隨水洗次數的增加,織物上淀粉殘余率繼續減少,但減少的幅度已越來越小。因此,除了對質量有特殊要求外,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水洗和超聲波水洗后,織物上蠟狀物含量的比較見表4。 由表4知,水洗次數增加,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用效果(1) 常規水洗后織物的性能變化常規水洗工藝條件為90 ℃水洗30 s,按常規水洗方法水洗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,完全可以達到常規水洗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到或超過常規水洗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,毛效提高不明顯。
2. 2. 2 水洗后織物強力根據力學理論,超聲波的機械作用力對纖維材料物理微結構的影響及化學效應,必然會在纖維材料的原始缺陷處(即無定形區的空隙)產生應力、應變能的集中;超聲波所能傳送的能量,也必然有一部分轉化為裂紋, 而形成新表面所需要的能量, 引起裂紋的擴展[ 6 ] ,從而導致織物強力的下降,其下降程度與纖維種類、處理條件有關。超聲波水洗后的織物強力變化與常規水洗的比較見表8。 由表8知,經多次超聲波水洗后,織物的強力略有下降,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。尤其進行1次水洗的,其強力與常規水洗基本沒有差別。2. 3 超聲波染色后水洗的應用情況
2. 3. 1 活性染料染色、皂煮水洗結果染色、皂煮后,經1 次水洗后,測定殘液吸光度、K /S值和皂洗牢度,結果見表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,雖然可以進一步提高水洗效率,但影響較小。因此,在實際生產中制訂工藝時,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果常規80 ℃水洗120 s和28 kHz超聲波55 ℃水洗30 s的結果見表11。 由表11知,常規水洗雖然每道洗除的染料遠遠少于超聲波水洗,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后分子結構變大,水溶性變差,分子遷移更困難。而超聲波由于其強烈的振蕩和擴散作用,對織物內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量指標;用于染色后處理,則對色光、K/S值和織物強力沒有影響。
3. 4 只要在原有的平洗設備上加裝超聲波發生器,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,在連續軋染機上進行。按工廠正常的前道工藝,織物經活性染料(艷紅K22G, 50 g/L)軋染→短蒸→固色→皂煮后,進行常規水洗和超聲波水洗。超聲波是在通常所用的4槽平洗車上安裝4條超聲波發生器(江陰市科達機械電子有限公司) ,與常規水洗的差別,僅在于有沒有開啟超聲波發生器。為了便于工廠能根據需要隨時開啟超聲波和與常規水洗進行效果比較,所以溫度和時間均按工廠正常的工藝進行,其結果見表12。由表12知,用超聲波水洗一道后的各項質量指標均能達到常規水洗4道的質量指標,所以無論是從染料的節約,還是水和能源的節約,超聲波水洗具有實際意義。
3 結論
3. 1 在棉織物印染加工的多道水洗中,采用超聲波技術可以明顯提高織物上各種殘留雜質的水洗效率。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次就可以達到常規水洗3～4次的效果,因此可大大縮短工藝時間,節約水。
