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超声波改善涤棉织物的色牢度超声波改善涤棉织物的色牢度 魏乾阳1 姚春婵1.2 丁仁金3 张劲峰1.2 1.绍兴市柯桥区西纺纺织产业创新研究院； 2.绍兴孚亨纺织科技有限公司 3.浙江航民股份有限公司印染分公司 摘 要：深色涤棉织物在染色过程中存在染料上染饱和，从而导致织物色牢度差，在超声波的作用下探究织物的皂洗工艺，得到优化工艺：频率35 kHZ，单位面积功率0.6 W/cm2，水温60 ℃，车速28 m/min。与传统皂洗工艺对比，结果表明：超声波皂洗工艺色牢度较传统皂洗工艺有所提升，特别是湿摩擦牢度可提升半级，节水且节能。 关键词：涤棉织物；超声波；色牢度；表面活性剂 在国家倡导节能减排和绿色环保大环境下，各种新技术逐步应用到印染加工的各个方面，如等离子[1-2]、超声波[3]、辐射等[4]。涤棉织物的皂洗工艺耗时、耗能、耗水，因此，提高皂洗效率、减少用水显得十分重要，研究新型的皂洗方式将成为必然趋势。 超声波技术的空化效应所产生机械作用、热效应等特点，在纺织领域中广泛应用于织物退浆、 脱胶、除油、染色及后整理等。吴基作等[5]在织物退浆中，使用超声波分散织物与浆料间的结合力，利于酶退浆。李志刚等[6]在超声波技术的辅助下，利用过碳酸钠在亚麻纤维上脱胶，取得了较好的效果。肖广智等[7]利用超声波的空化效应对织物上的油剂进行乳化、分散，通过水洗和高温挥发去除。朱莉娜等[8]得出超声波对鸡血藤色素染色丝绸有促染和固色作用。杨陈[9]利用超声波处理棉织物制备镀银织物，能增加对银离子的吸附和电磁屏蔽性能。 本文利用超声波技术对印染皂洗工艺进行分析及实践应用。即利用超声波产生的能量带动皂洗液分子做高频振动，加快运动速度，空化作用使织物与皂洗液实现局部空化，使附在织物上的染料表面张力降低而去除。此外，超声波的乳化作用可以对油污与洗涤液分子进行乳化，将难以清除的油污进行包覆，实现去油效果。 1实验部分 1.1织物、试剂及仪器 织物：涤棉不倒绒（面纱14.8tex棉，底纱16.7tex涤，连接线8.33tex涤+4.44tex氨纶空气包覆丝，织物面密度为360g/m2，绍兴孚亨纺织科技有限公司） 试剂：冰醋酸、元明粉、纯碱、螫合分散剂（浙江航民股份有限公司印染分公司）.稳定剂CBA、 ArgacelI℃W（上海雅运纺织化学有限公司），分散黑300%ECT、分散橙200%2RL（浙江博澳染料化工有限公司），分散红玉200%SE-2GF（杭州市吉华化工有限公司），活性橙C-3R（江苏泰兴染料化工总厂），活性黑WNN、活性红3BF（江苏劲光染料有限公司），非离子低温皂洗剂D2208（广东宏吴化工有限公司），柔软剂ST420（四川益欣科技有限责任公司），起毛剂TRSPLUS（上海能蔓实业有限公司）。 仪器：染缸（广东三技机械有限公司），离心脱水机（江泰洗涤机械有限公司），SPDXCY-2400 超声波除油机（广州盛鹏纺织专用设备有限公司），UV-2450型紫外可见分光光度计（日本岛津公司），(B)571C型色牢度摩擦仪、SW-12型A耐洗色牢度实验机（温州大荣纺织标准仪器厂），YG026C 电子织物强力仪（南通三思机电科技有限公司），立信门富士定形机（德国Monforts公司）。 1.2 TC一浴法染色工艺 1.2.1 黑色染色配方/%(omf) 稳定剂CBA/(g.L-1) 6.0 元明粉／(g.L-1) 60.0 纯碱／(g.L-1) 30.0 螯合分散剂/(g.L-1) 2.0 分散黑300%ECT 4.1 分散橙200%2RL 0.5 分散红玉200%SE-2GF O.1 活性黑WNN 4.7 活性黄3RF 0.32 活性橙C-3R O.25 浴比 1:8
图l 染色工艺曲线图 1.2.2传统皂洗配方 Argacel TCW/(g.L-1) 3 温度/℃ 80 时间/min 15 浴比 1:10
图2 染后皂洗工艺曲线图 1.2.3超声波皂洗配方 第1槽20～80℃水温，非离子皂洗剂D2208 (omf) 0.8%;第2槽40℃清水；第3槽常温清水，冰醋酸2.Og/L;超声波频率为20-50kHZ，超声波功率为0.3～1.OW/cm2，车速20～36m/min。 1.2.4烘干工艺 定形温度160℃，超喂18%，起毛剂IRSPLUS 3.5g/L，柔软剂ST420 4.Og/L，风量1500r/min， 轧车压力0.15MPa，机速25m/min。 1.3实验方法 1.3.1吸光度的测试 用紫外可见光分光光度计测定皂洗残液的吸光度，分辨率O.lnm，波长准确性0.3nm。将皂洗液用丙酮溶液调至澄清，稀释相同的倍数，并在其最大吸收波长出测定其吸光度。 1.3.2项破强力测试 按照GB/T19976-2005《纺织品顶破强力的测定钢球法》进行测定。 1.3.3耐皂洗牢度测试 根据GB/T 3921-2008《纺织品色牢度试验耐皂洗色牢度》进行测试。 1.3.4耐摩擦色牢度测试 按GBfT 3920-2008《纺织品色牢度试验耐摩擦色牢度》方法测定，用灰色样卡分别进行评价耐摩擦色牢度等级。 2结果与讨论 2.1不同清洗剂在超声波作用下对残液吸光度的影响 将TC一浴法染完后的同一缸黑色面料，超声波清洗工艺为：频率30kHZ，单位面积功率0.5W/cm2，水温45℃，车速26m/min。第1槽中加入清水、阴离子洗涤剂4g/L、非离子洗涤剂4g/L，先关闭超声波进行清洗l匹面料，然后开启超声波对同缸的3匹面料按清水、阴离子洗涤剂、非离子洗涤剂依次进行清洗，分别对槽中的残液进行吸光度测试，数据如表l所示。 表l不同的清洗剂对吸光度的影响
在染色过程中织物表面附着的部分染料颗粒，结合力差，容易在外力作用下脱落，形成浮色。由表l可知，经超声波处理后，残液中的染料成分明显增多，将沾附在织物表面及结合力差的染料清洗下来。清水、阴离子、非离子三种介质，清水与阴离子洗涤剂相差不大，最好的是非离子洗涤剂，这是因为超声波的空化效应所释放的能量使阴离子洗涤剂的溶解度增大，并以单分子形式分散在水中，临界胶束浓度发生变化，对染料的包裹能力降低，影响染料的脱落。而非离子洗涤剂不是离子状态，稳定性高。当超声波作用时，空化效应产生的振动增强非离子清洗剂在槽中的扩散，且分散均匀，进而能迅速的吸附在固.液界面上，将脱落的染料分子包裹，达到去除浮色的目的。综上所述清洗剂宜选择非离子洗涤剂为宜。 2.2超声波频率对残液吸光度的影响 将TC一浴法染完后的同一缸黑色面料，超声波清洗工艺为：频率20-50kHZ，单位面积功率0.5W/cm2，水温45℃，车速26m/min。分别对第1槽的水尾进行吸光度测试，得到的数据如图3所示。
图3超声波频率对残液吸光度的影响 由图3可知，超声波开启后，无论何种频率下，残液吸光度都得到显著的提高。这是因为超声波开启后，清洗液中产生许多小气泡，在正负压强收缩、破裂、再收缩、再破裂，产生局部高温高压对织物反复冲击，从而使结合差的染料分子从织物表面上脱落。残液吸光度先随着超声波频率的增加而上升，当超声波频率为35kHz时达到最大值，此时水洗残液中的染料颗粒最多，清洗效果最佳。当超声波频率超过35kHZ后，残液中的吸光度缓慢下降，清洗效果减弱。这是因为超声频率低时，清洗液中的空穴气泡体积大、能量大，空化效应明显，但量少；超声波频率高时，清洗液中的空穴气泡体积小、能量小，但量大，因此清洗密度相对变高。超声波频率在35kHz时，超声波与处理对象产生共振，效率归高，因此超声波频率选择35kHz为宜。 2.3超声波功率对残液吸光度及顶破强力的影响 将TC一浴法染完后的同一缸黑色面料，超声波清洗工艺为：频率35kHZ，单位面积功率0.3～1.OW/cm2，水温45℃，车速26m/min。分别对第1槽的水尾进行吸光度测试，得到的数据如图4所示。
图4超声波功率对残液吸光度及顶破强力的影响 由图4可知，残液吸光度随超声波功率增大而增大，在超声波功率0.7W/cm2前残液吸光度增幅较大，超过0.7W/cm2后，增幅减缓。这是因为超声波功率增大，空化作用增大，由此引起的机械效应增强，高频振动的能量冲击，使织物上粘附的染料分子瞬间脱落，被溶液中的非离子清洗剂包裹，从而将浮色清洗掉。因此从能耗角度来讲，选择超声波功率0.7W/cm2较为经济。另一方面，织物的顶破强力随超声波功率的增大而减小，在超声波功率0.6W/cm2前顶破强力减幅较小，超过0.6W/cm2损伤大幅增加。这是因为纤维本身存在应力缺陷，在漫长的加工过程中受到各种外力，导致损伤产生细小裂纹。当超声波作用能量冲击于此，会加剧缺陷的扩大，特别是棉纤维天然卷曲逐渐消失，纤维表层出现裂纹，导致强力降低[9-12]。综上所述，选择超声波单位面积功率为0.6W/cm2 为宜。 2.4超声波车速对残液吸光度的影响 将1℃一浴法染完后的同一缸黑色面料，超声波清洗工艺为：频率35kHz，单位面积功率0.6W/cm2，水温45℃，车速20～36m/min（为了配套定形机，本试验选用的车速是定形机常用的车速范围）。分别对第1槽的水尾进行吸光度测试，得到的数据如表2所示。 表2超声波车速对残液吸光度的影响
由表2可知，残液吸光度随着超声波车速的增加而减小，当车速低于28m/min时残液吸光度增幅不大，高于28m/min时下降较多，由于织物较厚定形后显潮湿，不符合成品要求。这是因为在超声波作用下，车速越慢处理时间越长，空化作用的持续产生，彼此间不断摩擦，使非离子清洗荆包围的大颗粒染料分子挤压分散成小分子，实现解聚而去除。因此车速选择在28m/min左右为宜。将来超声波技术与定形机联合，根据织物的厚度，适当调整车速，去除织物上部分浮色的同时， 完成成品定形。 2.5超声波处理温度对残液吸光度的影响 将TC一浴法染完后的同一缸黑色面料，超声波清洗工艺为：频率35kHz，单位面积功率0.6W/cm2，水温20～80℃，车速28m/min。分别对第1槽的水尾进行吸光度测试，得到的数据如图5所示。
图5超声波温度对残液吸光度的影响 由图5可知，残液吸光度先随着超声波处理温度升高而增大，60℃时达到最高值，随后缓慢下降。这是因为清洗温度适度升温，加快的布朗运动在超声波作用下，有利于洗液产生空化效应，气泡空腔会瞬间释放出较大能量，足以拆散和脱落团聚在织物表面的染料分子；当温度持续升高时，蒸汽管道中的高压水蒸汽加热产生的气泡，蒸汽压力增大，反而降低了超声波作用下的空化强度。因此超声波清洗温度选择60℃为宜。 2.6应用效果对比 根据以上单因素分析得出超声波皂洗工艺优化方案为：频率35kHz，单位面积功率0.6W/cm2，水温60℃，车速2 8m/min。将同缸黑色织物染后，分别按传统的后处理工艺和优化方案进行皂洗，所测得织物色牢度结果如表3所示。 表3 色牢度
由表3可知，织物的色牢度超声波皂洗工艺较传统皂洗工艺有所提升，特别是湿摩擦牢度可提升0.5级。这是因为在超声波的作用下，高频振动产生的能量冲击和空化效应，能将沾附在织物上的染料分子解聚和分散下来，被残液中的非离子洗涤剂分子包裹而去除，其去浮色能力强于传统皂洗工艺且节能节水。 3结论 1.超声波作用下清水与阴离子洗剂对染料溶解度相差不大，非离子洗剂效果相对较好。 2.超声波皂洗工艺优化方案为：频率35kHZ，单位面积功率0.6W/cm2，水温60℃，车速28m/min. 3.织物的色牢度超声波皂洗工艺较传统皂洗工艺有所提升，特别是湿摩擦牢度可提升半级。 参考文献： [1]周忠喜，王龙飞，姚春婵，等，等离子体在涤棉织物染色上的应用[J]，印染助剂， 2023，40(10):39-42. [2]姚春婵，张志铭，张劲峰，等，等离子体处理对雪纺织物数码印花正反面色差的影响[J].毛纺科技，2023，51(7):38-42. [3]李宽绪，胡德芳.改善深黑色涤／氨针织物色牢度的超声波水洗工艺[J].染整技术， 2022，44(10):49-52. [4]齐伟，栗梦婕，杨军，等.辐射技术在无机纳米材料制各与改性中的应用研究进展[J].功能材料与器件学报，2021，27(03)：181-190. [5]吴基作，唐琴，郭川川，超声波协同淀粉酶对棉织物退浆的工艺研究[J].上海纺织科技，2016，44(7):21-23. [6]李志刚，张淑娜.过碳酸钠脱胶工艺[J].印染助剂，2018，35(2):55-57. [7]肖广智，曾涛，化纤针织物超声波除油定形工艺的研究与应用[J]，针织工业，2021，(6):38-41. [8]朱莉娜，王萍.超声波对鸡血藤色素的提取及对染真丝绸的影响[J]，印染助剂， 2018，35(2):35-40. [9]杨陈.超声波处理时间对镀银棉织物性能影响[J]，现代纺织技术，2018，26(5):59-61. [10]王杰欧，许海育，超声波与碱联合作用对棉织物退浆的影响[J].印染助剂，2010，27(11): 47-50. [11]费燕娜，于勤，倪春锋，超声波协同壳聚糖对棉织物染色性能的研究[J].上海纺织科技，2019,47(11):49-51. [12]赵强，蒲俊文，邢勉，等.漂白中超声波处理对纤维结构及性能的影响[J].中华纸业，2009， 30(02): 28-33. 下一篇印染余热转蒸汽技术及装置 |
