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王科林， 徐娜 （山東濟(jì)寧如意毛紡織股份有限公司， 山東濟(jì)寧272073）

　　 摘要： 超聲波能產(chǎn)生機(jī)械效應(yīng)、熱效應(yīng)和空化效應(yīng),可將其應(yīng)用于染整加工.介紹了超聲波技術(shù)在羊毛前處理(包括洗毛、羊毛氧漂、羊毛防縮)和染色(包括酸性染料染色、活性染料染色、天然植物染料染色)中的應(yīng)用及其基本原理和特點(diǎn).綜述了目前國內(nèi)外的一些研究成果。

　　關(guān)鍵詞： 超聲波; 羊毛; 前處理; 染色

　　中圖分類號(hào): TQ619.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A 文章編號(hào): 1004－0439(2010)11－0007－04超聲波在羊毛染整加工中的應(yīng)用研究及進(jìn)展

　　The application research progress of ultrasound in wool dyeing and finishing WANG Ke-lin, XU Na (Shandong Jining Ruyi Woolen Textile Co. Ltd., Jining 272073, China) Abstract： Ultrasound could generate mechanical effect, thermal effect and cavitation effect, which could be applied in dyeing and finishing process. The application, basic mechanism and characteristics of ultrasound in wool pretreatment (including degreasing, hydrogen peroxide bleaching and shrink proofing of wool) and dyeing (including acid dyes, reactive dyes and natural vegetable dyes dyeing) were introduced. Recent research progress at home and abroad were reviewed.

　　Key words： ultrasound; wool; pretreatment; dyeing

　　收稿日期：2009-08-06 作者簡(jiǎn)介：王科林(1984-),男,江西高安人,碩士研究生,主要從事羊毛織物染整工藝研究及產(chǎn)品質(zhì)量管理.

　　超聲波是人耳聽覺無法感知的振動(dòng)波,頻率在2×104~2×109 Hz,與電磁波相似,它可以被聚集、反射和折射,但在傳播時(shí)需要有彈性介質(zhì).[1]超聲波作為一種波動(dòng)形式,可以橫波在固體、液體、氣體中傳播或以縱波在液體、氣體中傳播.在傳播過程中,彈性介質(zhì)的粒子產(chǎn)生擺動(dòng)并沿傳播方向傳遞能量,可產(chǎn)生3 種主要效應(yīng):機(jī)械效應(yīng)、熱效應(yīng)和空化效應(yīng).超聲波作為一種新興的高新技術(shù),已應(yīng)用于許多領(lǐng)域,但在紡織品染整加工中的應(yīng)用起步較緩,許多作用機(jī)理還不夠明確.本文結(jié)合近幾年國內(nèi)外學(xué)者有關(guān)超聲波技術(shù)在紡織品加工中的應(yīng)用研究成果,主要介紹了其在羊毛前處理和染色加工中應(yīng)用的基本原理、特點(diǎn)及其研究進(jìn)展。

1 超聲波在羊毛前處理中的應(yīng)用

1.1 洗毛

　　洗毛主要是利用化學(xué)和機(jī)械方法,除去羊毛纖維上的土雜、脂汗和污垢等雜質(zhì),使洗凈毛潔凈、松散、柔軟、彈性良好.洗毛在羊毛纖維初加工中有重要作用,因?yàn)樵w維中的污物、雜質(zhì)大部分由洗毛工藝去除,洗毛質(zhì)量的優(yōu)劣直接關(guān)系到后道梳、紡、織、染等的加工是否順暢,也影響產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)劣.[2]89洗毛方法有:水和洗滌劑除污的乳化洗毛法、用有機(jī)溶劑浸潤溶解去污的溶劑洗毛法、電液洗毛法、超聲波電磁振動(dòng)式洗毛法等.[2]89 目前,大多采用乳化洗毛法.隨著各國對(duì)洗毛研究向著效能高、少用水、少污染的方向發(fā)展,超聲波洗毛法在羊毛洗毛工序中將占有越來越重要的地位。

　　 超聲波在洗毛過程中具有很多特殊作用,但主要印染助劑（TEXTILE AUXILIARIES Vol．27 No．11 Nov．2010 第27 卷第11 期 2010 年11 月 印染助劑27 卷）利用其加速度作用、直進(jìn)流作用,對(duì)液體和污物直接、間接作用,使污物層被分散、乳化、剝離而達(dá)到清洗目的.當(dāng)超聲波用于水介質(zhì)洗毛時(shí),其以20 000 次/s 以上的壓縮力和減壓力交互性的高頻變換方式向液體進(jìn)行透射.在減壓力作用時(shí),液體中產(chǎn)生真空核群泡現(xiàn)象,在壓縮力作用時(shí),真空核群泡受壓力壓碎,產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊力,這種現(xiàn)象稱為空化效應(yīng).[3]在空化效應(yīng)的連續(xù)作用下,羊毛表面或隱蔽處的污垢被爆裂和剝落.同時(shí),在超聲波作用下,清洗液的滲透作用加強(qiáng),脈動(dòng)攪拌加劇;溶解、分散和乳化加速;空化效應(yīng)使粘附的污垢更易脫落、加速污垢和油垢的乳化,協(xié)助清除油垢,達(dá)到洗凈的目的.[4-5]崔運(yùn)花[4]、郭嫣[5]和Chris Hurren[6]等人將超聲波技術(shù)應(yīng)用于水介質(zhì)洗毛工藝中,比較了超聲波條件下與常規(guī)乳化條件下的洗毛效果.結(jié)果表明:在洗凈毛質(zhì)量達(dá)到與常規(guī)洗毛工藝相同的水平時(shí),超聲波洗毛可以縮短洗毛時(shí)間,提高洗毛效率,降低洗毛溫度,減少洗劑和助劑用量,所得洗凈毛蓬松性好,羊毛之間不發(fā)生糾纏,白度高且?guī)缀鯚o細(xì)小雜質(zhì).另外,在洗毛時(shí),超聲波對(duì)羊毛鱗片有刻蝕作用,會(huì)使纖維鱗片產(chǎn)生裂縫,使其變鈍、摩擦效應(yīng)降低,從而改善了羊毛纖維的氈縮性能;纖維表面的裂縫增加了染料向纖維內(nèi)部擴(kuò)散的路徑,加大了染料的上染速率,改善了羊毛的染色性能。

1.2 羊毛氧漂

　　羊毛纖維或織物的漂白可以用氧化劑,也可以用還原劑,或者兩者聯(lián)合使用.氧化劑漂白一般采用雙氧水在堿性條件下進(jìn)行,通過破壞羊毛中的色素而達(dá)到漂白效果.盡管雙氧水能使羊毛中的色素破壞,增加纖維白度,但同時(shí)也會(huì)使纖維受到損傷,特別是工藝條件控制不當(dāng)時(shí),羊毛纖維損傷嚴(yán)重,強(qiáng)力明顯下降,影響產(chǎn)品質(zhì)量.因此,羊毛纖維或織物用雙氧水漂白時(shí),一定要嚴(yán)格控制工藝條件.雙氧水漂白液一般由雙氧水、穩(wěn)定劑、純堿、潤濕劑和水組成.[7-8]超聲波的超聲空化效應(yīng)及機(jī)械效應(yīng)可增加分子動(dòng)能,將其應(yīng)用于羊毛的氧漂中,可增加漂白液與羊毛纖維的接觸機(jī)會(huì),還可增加單位時(shí)間內(nèi)分子碰撞的個(gè)數(shù)及碰撞能量,降低反應(yīng)活化能,提高化學(xué)反應(yīng)速度,減少漂白時(shí)間和降低漂白溫度[9];更可節(jié)約藥劑,減少對(duì)羊毛纖維的損傷.高云玲[10]等將超聲波技術(shù)應(yīng)用于羊毛的氧漂中,并將其與常規(guī)漂白進(jìn)行了對(duì)比.結(jié)果表明:在達(dá)到同等白度的情況下,超聲波氧漂可以節(jié)省雙氧水用量,延緩雙氧水的分解,降低漂白溫度,縮短漂白時(shí)間,提高生產(chǎn)效率;受超聲波的空化作用,氧漂時(shí)無需加入潤濕劑仍可達(dá)到良好的漂白效果.而在常規(guī)漂白中,若不采用潤濕劑,則羊毛漂白效果較差.若想提高漂白效果,要延長漂白時(shí)間,提高漂白溫度,從而加重了氧漂對(duì)羊毛纖維的損傷。

1.3 羊毛防縮

　　羊毛是由包覆在毛干外部的鱗片層、組成羊毛實(shí)體主要部分的皮質(zhì)層、在毛干中心不透明毛髓組成的髓質(zhì)層3 部分構(gòu)成.髓質(zhì)層只存在于較粗的纖維中,細(xì)毛無髓質(zhì)層.鱗片層是由角質(zhì)化的扁平狀角蛋白細(xì)胞組成,它的主要作用是保護(hù)羊毛不受外界條件的影響而引起性質(zhì)變化.[11]羊毛纖維典型的鱗片層結(jié)構(gòu),使其具有與眾不同的縮絨性.羊毛纖維集合體在一定的溫濕度條件下,經(jīng)連續(xù)不斷的無規(guī)則外力作用,體積會(huì)逐漸縮小、單位面積質(zhì)量加大,并且表面出現(xiàn)細(xì)密絨毛,可以得到外觀粗獷、表面絨毛密布、結(jié)實(shí)厚重、保暖性好的毛紡制品.但這種縮絨性也使未經(jīng)防縮處理的普通純毛織品發(fā)生縮絨,導(dǎo)致產(chǎn)品外觀不良,起球起毛,甚至出現(xiàn)尺寸收縮、織紋不清、扭曲變形、增厚氈并等不良現(xiàn)象,嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量.[12-13]目前,為了解決羊毛的氈縮問題,國內(nèi)外學(xué)者對(duì)羊毛的物理、化學(xué)改性都進(jìn)行了大量的研究工作,多為如何減小定向摩擦效應(yīng)、改變羊毛固有彈性.羊毛防氈縮處理方法主要有:(1)化學(xué)降解法;(2)聚合物沉積法(樹脂法);(3)降解-樹脂聯(lián)合法.降解法一般采用化學(xué)物質(zhì)對(duì)羊毛鱗片進(jìn)行強(qiáng)制性破壞,剝除鱗片,達(dá)到防縮目的.但過度降解會(huì)改變纖維聚集體的性質(zhì),也會(huì)損害織物的手感.樹脂法利用聚合物沉積于羊毛纖維表面,把鱗片包裹起來,或在纖維之間形成“粘連”,從而阻止纖維的相對(duì)運(yùn)動(dòng),起到防縮作用,此法不會(huì)對(duì)羊毛纖維造成損傷,但手感不太理想,需要另加柔軟劑.降解-樹脂聯(lián)合法先對(duì)羊毛進(jìn)行緩和的表面預(yù)處理,破壞一部分鱗片,并利用纖維表面自由能的加大,促使聚合物更好地在纖維表面擴(kuò)散沉積,能減少降解帶來的纖維損傷,又能減緩因樹脂用量過多帶來的手感惡化問題.[14-15]在洗毛過程中,超聲波對(duì)羊毛鱗片有刻蝕作用,可使毛纖維鱗片變鈍、摩擦效應(yīng)降低.而超聲波作用于羊毛纖維,也能達(dá)到改變羊毛氈縮性的目的.唐淑娟[16]等以高錳酸鉀為氧化劑,在常規(guī)條件和超聲波條件下,對(duì)比了被處理羊毛纖維的摩擦系數(shù)和單纖維強(qiáng)力,結(jié)果表明:在超聲波條件下處理羊毛纖維,可以減少氧化劑用量,降低反應(yīng)溫度,還有助于避免氧化劑在較高溫度下對(duì)羊毛纖維的損傷,降低防縮處理過程中纖維強(qiáng)力下降的幅度.李霞[17]等研究了超聲波技術(shù)在2709堿性蛋白酶處理羊毛織物中的應(yīng)用,結(jié)果表明:超聲波在處理中產(chǎn)生的空化效應(yīng),增加了局部壓力,使分子的瞬間動(dòng)能增加;2709 堿性蛋白酶分子的動(dòng)能增加,酶分子的運(yùn)動(dòng)加劇,使其與鱗片層的接觸機(jī)會(huì)增多,對(duì)鱗片層的去除作用增強(qiáng),從而使被處理羊毛織物具有更低的氈縮率、更好的防縮性能,并使羊毛織物斷裂強(qiáng)力下降的幅度降低。

2 超聲波在羊毛染色中的應(yīng)用

　　羊毛纖維表面鱗片層對(duì)染料擴(kuò)散有很大阻力,故羊毛纖維紡織品一般進(jìn)行沸染,且染色時(shí)間較長,對(duì)羊毛纖維的強(qiáng)力具有較大的損傷.超聲波對(duì)液體、分散體、聚合體都有作用,使超聲波技術(shù)在染色方面的應(yīng)研究引起了很大關(guān)注.它可降低染色溫度、提高染深性、縮短染色時(shí)間、節(jié)約染料和減少污染.[18]將超聲波技術(shù)應(yīng)用于羊毛的染色中,由于其空化效應(yīng)以及對(duì)羊毛鱗片層的刻蝕作用,實(shí)現(xiàn)低溫、短時(shí)、節(jié)能和環(huán)保的羊毛染色,以避免羊毛纖維或織物因高溫、長時(shí)間沸煮而造成強(qiáng)力等性能指標(biāo)下降是完全可行的.

2.1 酸性染料染色

　　酸性染料是羊毛染色常用的染料.而以耐縮絨酸性染料應(yīng)用很多.[19]114-115 高樹珍[20-21]以酸性大紅G、酸性藍(lán)綠G 染羊毛為例,對(duì)超聲波在羊毛染色中的作用進(jìn)行了研究.結(jié)果表明:與常規(guī)染色工藝相比,在提高染色織物皂洗牢度的同時(shí),超聲波染色可提高染料的平衡上染百分率,節(jié)約染料,降低環(huán)境污染,還可加大擴(kuò)散系數(shù),降低染料上染的活化能,降低染色溫度,縮短染色時(shí)間,從而節(jié)約能源,提高生產(chǎn)效率,實(shí)現(xiàn)酸性染料對(duì)羊毛的低溫短時(shí)間染色.何江[22-23]等研究了在超聲波作用下,酸性橙Ⅱ、酸性大紅GR和酸性大紅3R 染羊毛的染色行為.結(jié)果表明:與常規(guī)染色相比,超聲波的存在可以明顯提高酸性染料染羊毛的速率,縮短達(dá)到染色平衡的時(shí)間,且染色牢度略有提高。

2.2 活性染料染色

　　過去,活性染料主要應(yīng)用于棉纖維染色,近年來正在向其他天然纖維(毛、絲)以及合成纖維的染色方面發(fā)展,應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大,并取得了較好的效果.活性染料用于羊毛染色時(shí),和纖維素纖維染色一樣,也包含吸附、擴(kuò)散和反應(yīng)的過程.羊毛鱗片層使染料充分?jǐn)U散進(jìn)入纖維內(nèi)部需要更高的溫度.一般活性染料容易水解,產(chǎn)生大量的水解染料吸附在纖維上造成浮色,由于溫度高,染料與纖維的反應(yīng)過于迅速,容易造成染色不勻.[19]158 因此,開發(fā)一種羊毛活性染料低溫染色方法十分重要.將超聲波技術(shù)應(yīng)用于羊毛活性染料染色中,不僅可以解決上述難題,而且還可以提高羊毛織物摩擦牢度和皂洗牢度.展義臻[24]等對(duì)比了活性紅CEW 和活性藍(lán)CEW在常規(guī)和超聲波條件下染羊毛織物的染色性能.結(jié)果表明:在超聲波條件下染色不僅有利于提高染料上染率,節(jié)約染色時(shí)間,降低染色溫度,提高染色效率,還可提高染色羊毛織物的摩擦牢度和皂洗牢度。

2.3 天然植物染料染色

　　隨著人們生態(tài)意識(shí)的日益增強(qiáng),與生態(tài)環(huán)境相容性好,可生物降解,對(duì)人體毒性小且具有保健功效的天然植物染料染色受到越來越多的關(guān)注.但染色織物牢度較差是一瓶頸.超聲波輔助天然植物染料染色,可以降低染色溫度,節(jié)約染化料,還有助于提高染色物的牢度.[25-26]李化茂[27]等對(duì)天然梔子黃色素在超聲波作用下上染羊毛進(jìn)行了試驗(yàn)研究,發(fā)現(xiàn)在超聲波作用下,被染毛料上色更容易、染色更均勻,染色后又有較強(qiáng)的堅(jiān)牢度.解新生[28]等研究了植物ML-CT 色素在超聲波和常規(guī)條件下對(duì)羊毛織物的染色性能,發(fā)現(xiàn)超聲波對(duì)ML-CT 色素染羊毛織物有明顯的促染作用,并可將織物的摩擦牢度提高0.5 級(jí)左右。

3 結(jié)語

　　超聲波與液體介質(zhì)相互作用能產(chǎn)生機(jī)械效應(yīng)、熱效應(yīng)和空化效應(yīng),使超聲波技術(shù)能用于羊毛的染整加工(如前處理、染色).隨著工藝技術(shù)的進(jìn)步和超聲設(shè)備費(fèi)用的降低,超聲波技術(shù)在染整加工中的應(yīng)用將會(huì)越來越廣泛。

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International Wool Textile Conference IWTO Wool Forum.2006:493-

王科林，等：超聲波在羊毛染整加工中的應(yīng)用研究及進(jìn)展9印染助劑27 卷

　　產(chǎn)品型號(hào)：JP600G型超聲波提取/乳化機(jī)組

　　機(jī)型結(jié)構(gòu)：超聲波發(fā)生器與提取罐分體式

　　超聲頻率：28KHz

　　超聲峰值功率：1000W （由原600W升級(jí)至1000W，價(jià)格不變）

　　提取罐內(nèi)尺寸：直徑320 ×高250mm

　　提取罐容積：小于等于20L

　　攪拌電機(jī)功率：15W

　　攪拌電機(jī)轉(zhuǎn)速：10-30轉(zhuǎn)/min（可調(diào)）

　　電加熱功率：2KW

　　供電電源：220VAC 50HZ 

　　具有數(shù)顯時(shí)鐘可調(diào)功能

　　具有數(shù)顯功率可調(diào)功能

　　具有數(shù)顯掃頻可調(diào)功能

　　具有數(shù)顯溫度可調(diào)功能

　　武漢嘉鵬電子有限公司專業(yè)致力于超聲波提取/萃取、超聲波乳化、超聲波清洗、超聲波污水處理、超聲波酒類醇化產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)及銷售。公司擁有多項(xiàng)技術(shù)。其中“數(shù)字式大功率多用途超聲波電源系統(tǒng)”獲武漢市重大科技成果獎(jiǎng)。數(shù)字掃頻實(shí)現(xiàn)了用戶迫切需要的變頻要求的同時(shí)還彌補(bǔ)了早期雙頻或多頻技術(shù)帶來的超聲轉(zhuǎn)換效率很低的弊端。此項(xiàng)技術(shù)經(jīng)由全國各大院校的用戶使用后反應(yīng)很好。應(yīng)用于植物提取、乳化、污水處理等領(lǐng)域，院校包括：清華大學(xué)、北京大學(xué)、浙江大學(xué)、華中科技大學(xué)、武漢大學(xué)、華中師大、中國地質(zhì)大學(xué)、武漢科技大學(xué)、上海交大、浙江工業(yè)大學(xué)、蘭州大學(xué)、河南農(nóng)業(yè)大學(xué)、武漢化工學(xué)院、吉林大學(xué)、四川大學(xué)、華南理工大學(xué)、華東理工大學(xué)、江漢大學(xué)、長江大學(xué)、中科院武漢植物所、昆明植物所、中科院過程所、中科院武漢物理所、武漢市藥檢所等。公司產(chǎn)品行銷全國除港、澳、臺(tái)外的所有省份及直轄市。售后方面：公司產(chǎn)品使用自主技術(shù)故性能穩(wěn)定、質(zhì)量很好。公司承諾5年內(nèi)免費(fèi)質(zhì)保。用戶采用超聲波需注意的事項(xiàng)：超聲波提取方面：一、被提取物需粉碎到20目或更細(xì)。粉碎越細(xì)得率越高。二、選用合適的提取溶劑。三、根據(jù)產(chǎn)品的特性和產(chǎn)量合理的安排提取工藝。

　　超聲波乳化方面：一、乳化液的配方包括乳化劑的用量。二、乳化時(shí)間的選定，并不是時(shí)間長就越好，乳化過程是分散和聚合不停的循環(huán)的過程。按現(xiàn)有試驗(yàn)結(jié)果顯示10－15分鐘的乳化粒徑可達(dá)100納米。

　　重要的是數(shù)字掃頻的選擇，此項(xiàng)共有16檔選擇，數(shù)值越低則氣泡越粗、力量越大；數(shù)值越高則氣泡越細(xì)、力量越小。不同的提取或乳化物質(zhì)改變數(shù)字掃頻會(huì)帶來不同的效果及效率。

　　超聲波提取天然產(chǎn)物包括超聲波提取多肽、氨基酸、核酸、各種酶類、單糖、寡糖、多糖、糖蛋白、樹脂、膠體物、木質(zhì)素、維生素、脂肪、油脂、蠟、生物堿、揮發(fā)油、黃酮、糖苷類、苯丙素類、有機(jī)酸、酚類、醌類、甾體化合物、抗生素類等。