2. 超声波染色

　　超声波是一种高频率的纵向振动波，频率在17kHz以上，超出了人类的听觉范围[26]。它具有一系列的优点，如声强大、方向性强、在液体中引起空化作用，具有广泛的可用性。近年来，超声波在纺织行业中得到了广泛的应用。

　　2.1 超声波的物理特性

　　超声波在液体和固体中传播时，吸收衰减很小，具有很强的穿透能力。超声波通过介质时会产生一系列的特殊效应，最常见的三种效应有机械效应、热效应和空化效应。空化是液体中的一种物理现象。空化受液体黏滞系数、表面张力、蒸汽压、温度、声波的频率和强度以及环境压力等的影响。为有效地产生空化作用，使超声化学的益处得到充分发挥，液体中声化学反应的超声频率一般选在20~50 kHz之间，并采用较低的温度(45~50℃)和尽可能低的蒸汽压。研究表明，液体温度对超声波声强的影响显著。随着液体温度的提高，声强明显下降，在50℃水中发生的空化效应最大[27]。体系的相结构是影响超声波技术应用的又一因素。在不均匀体系中，例如在纺织品的湿加工中，空化作用的影响要比在均匀体系中大数百倍[28]。

　　2.2 超声波的作用机理[28-30]

　　2.2.1 超声波对纤维高分子材料的作用

　　由力学理论可知，任何材料的损伤和破坏都起源于材料中的原始缺陷和裂缝。当超声波作用于纤维素纤维时，必然在纤维的原始缺陷处产生应力、应变能的集中。超声波所传递的能量有一部分转化为裂缝扩展新表面所需的能量，引起裂纹的扩展，致使纤维的表面如同被腐蚀一样，大大增加了染料的纤维比表面积。但纤维微结构的变化也带来了纤维强力等物理机械性能的变化，因此必须把这种损伤控制在所允许的限度内。

　　2.2.2超声波对染色体系的作用

　　超声波在染色体系中的作用有三个方面：(1)分散作用。超声波可以使染液中的染料颗粒聚集体解聚，也可以将染料浴中的染料颗粒击碎，获得粒度为1μm以下高稳定性的分散液，促进了染料对纤维的上染过程。此外，超声波还可以提高水溶性和难溶性染料在染液中的溶解度。(2)脱气作用。超声波的空化作用可将纤维毛细管或织物经纬交织点处溶解或滞留的空气排除，从而有利于染料与纤维的接触，加速了纤维对染料的吸收。(3)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。另一方面，超声波染色还可能增加纤维内无定形区分子链段的活动性，加速了染料的扩散速度。

　　2.3 超声波技术在纤维素纤维染色中的应用

　　超声波在纺织工业中的应用非常广泛，可用于纺织品的退浆、煮练、漂白、洗毛、染色、辅助涂料染色和后整理中，所适用的织物类型和染料类型也多种多样[31-32]。对于纤维素纤维采用超声波技术进行染色的研究与应用也有报道。孙德帅等[33]等研究了超声波技术对活性染料染纯棉织物的影响。结果表明，低频声场和高频超声场能量都可以提高染料的上染百分率，节约染色时间，而且染色织物的部分牢度性能略有提高。超声波效率远远优于声场效率。赵海凤、汪澜等[34]研究了超声波对棉织物活性染料染色的作用机制，发现：超声波作用可以增强染料对纤维的亲和力，减少染色熵、染色焓以及染色活化能，从而提高染料的扩散系数，增加染色速率，缩短染色时间。高树珍[35]以还原染料对大麻织物的染色为例对超声波染色进行了研究。结果表明，与常规染色工艺相比，在提高染色织物摩擦牢度的同时，超声波染色不但可以提高染料的上染百分率(上染量增加61.57%)，节约染料，降低环境污染，而且可以增大扩散系数，降低染料上染的活化能，能把还原艳绿FFB的活化能从29.02kJ降至12.74kJ，从而节约能源，提高生产效率，使还原染料对大麻织物的低温、短时间染色工艺成为可能。Vankar等[36-37]研究了天然染料对棉织物的超声波染色，发现采用超声波染色，织物的耐洗牢度、耐光性和干湿摩擦牢度与传统染色相当或有所增加，色强值比传统染色高7-9%。另外，他们还发现在超声波染色前将棉织物用酶进行预处理后，能提高染料在棉织物上的吸附性、粘附性和染色性能。Kamel等[38-39]将棉织物进行阳离子改性后，用天然染料进行超声波染色，结果表明：与传统染色相比，超声波染色后织物的色强值增加了，牢度性能也相当好，并对影响染色性能的条件进行了探讨。而姜志新[40]采用汽巴克隆Ls型活性染料对棉织物进行超声波染色，探讨了其染色的最佳工艺条件为：染色温度50℃，染色时间90min，盐用量(NaCl)30g/L，超声波作用强度0.31W/cm2，超声波作用频率28kHz。

　　因此采用超声波染色，可以实现节约染料用量，减水废水排放量，实现低温短时间的染色工艺，是一种环境友好的极具发展潜力的染色工艺。

　　3. 微波染色

　　所谓微波染色，就是利用微波加热的染色技术。在染整行业中，微波除了可用于织物的前处理和烘干外，还可用于织物的染色和固色[41]。

　　微波具有热效应和非热效应。在微波加热时，热量首先深入物体内部，然后再由内往外均匀加热。微波加热速度快，无热量损失和织物污染问题。除了微波热效应之外，在微波与物质相互作用的过程中，还存在微波特有的效应，即非热效应。非热效应可以增加某些活化过程的速率，改变化学反应途径以及改变微波烧结体性能等等[42]。

　　利用微波进行染色的原理是：当浸轧染料溶液后的织物受到微波照射后，由于纤维中的极性分子(如水分子)的偶极子受到微波高频电场的作用，发生反复极化并改变排列方向(如在2450 mHz时，在1s内有24亿5千万次的偶极子旋转运动)，在分子间反复发生磨擦而发热，这样可迅速地将所吸收的电磁波能量转变为热能。与此同时，一些染料分子在微波的作用下，也可发生诱导而升温，从而达到快速上染和固色的目的。也就是说，微波加热是利用织物上的水在感应作用下发热，以此来升高织物和印在织物上色浆的温度。因此，织物应保持一定的水分，染色织物是在未干时进行固色的[43]。

　　微波染色可采用织物或丝束加工方式，可用于亲水性纤维(如纤维素纤维)的染色，在加有适当助剂的情况下，还可用于疏水性纤维的染色。吴长春等[42]研究了棉织物的微波活性染色与固色，并与常规染色工艺进行了比较，如表1所示。采用微波染色常规固色和常规染色微波固色，两种活性染料的上染率比常规染色略有提高，而采用微波染色固色，染料的上染率较低。但总的染色时间大大缩短，节能效果明显。

　　表1 不同染色方法的比较 染色方法 上染率/% 染色时间/min 固色时间/min 活性橙黄K-R 活性翠蓝KN-G 常规水浴加热染色 73.58 66.02 30 30 微波染色固色 57.73 57.69 1-6 4 微波染色常规固色 76.67 67.74 6 30 常规染色微波固色 75.07 66.37 30 4-5 H.Sun等[44]发现，用微波处理可以通过改变纤维表面的粗糙度来提高亚麻纤维的可染性，并通过电镜扫描照片(微波处理过的和未经微波处理的亚麻纤维)验证了这一事实。这是因为微波辐射除了可以改变纤维的形态和表面结构，还可以通过非热效应改变纤维的超分子结构，减小纤维的结晶度或者减弱纤维分子间的作用力以提高对染料上染的可及度[45]。姜宪凯等[46]研究发现合适的微波染色工艺在一定程度上也提高了亚麻纤维轧染时的染色深度。

 2/4   首页 上一页 1 2 3 4 下一页 尾页