【集萃網(wǎng)觀察】超聲波是一種頻率在2×104 ～2×109 Hz之間的聲波。超聲波在傳播過程中，彈性介質(zhì)中的粒子產(chǎn)生擺動并沿傳播方向傳遞能量，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)。在超聲波紡織品染色方面，因為產(chǎn)生聲空化效應(yīng)的最佳溫度為 50 ℃，故超聲波染色的溫度通常采用45～65 ℃，屬于低溫染色。染色過程中部分聲能轉(zhuǎn)化為熱能，故無需外加熱能。使用酸性和金屬絡(luò)合染料對羊毛纖維進(jìn)行染色，上染羊毛纖維的染料量與對照樣相比有所增 加，且纖維強(qiáng)度基本保持不變。

　　傳統(tǒng)的羊毛染色工藝采用的是酸性染料進(jìn)行沸染，雖然上染百分率較高，各項色牢度也較好，但存在損傷羊毛纖維、能耗高、不經(jīng)濟(jì)環(huán)保等缺點。人們正在尋求一種低能耗、環(huán)保有效的新技術(shù)、新工藝來改善羊毛的染色。

　　本文實驗以羊毛織物作為超聲波染色的研究對象，選取3種酸性染料(紅、藍(lán)、黃)，分別在超聲波與常規(guī)條件下進(jìn)行染色對比實驗，主要包括：染料上染百分率、纖維表面的結(jié)構(gòu)形態(tài)、K/S值、摩擦牢度及耐洗牢度的對比等，分析得出超聲波作用下弱酸性染料染羊毛的最佳工藝條件，并討論超聲波在羊毛染色中的可行性。

　　1 實驗

　　1.1材料與設(shè)備

　　精紡羊毛機(jī)織物：經(jīng)緯密114根/10 cm×94根/10 cm，面密度238 g/m2;弱酸性艷紅B、弱酸性嫩黃G、弱酸性艷藍(lán)RAW;元明粉、醋酸銨、硫酸銨、無水碳酸鈉(分析純);SK5200H超聲波振蕩器(上�？� 導(dǎo))，XS一212—103顯微鏡(JNOEC)，HH一6數(shù)顯恒溫水浴鍋(金城國勝)，uv一1700紫外可見分光光度計(島津)，M238A摩擦牢度 儀，X—Rite一4800電腦測配色儀(愛色麗)，JSM一840掃描電子顯微鏡 (日本JEOL公司)。

　　1.2 工藝流程

　　弱酸性染料上染羊毛的工藝流程如圖1所示，圖中x為40、50、60、70、80、90 ℃。

　　1.3 工藝處方

　　弱酸性艷紅B、弱酸性艷藍(lán)RAW、弱酸性嫩黃G 染羊毛工藝處方：羊毛織物10 g，染料1%(owf)，元明粉10 g/L，醋酸銨50 g/L，加水至200 mL，浴比 1：20，pH值5.5～6.0。

　　2 性能測試

　　利用X—Rite一4800電腦測色配色儀測定羊毛試樣的 k/s值;在掃描電鏡下觀察超聲波對羊毛纖維結(jié)構(gòu)的影響;利用生物顯微鏡檢測超聲波對染料溶解性能的影響;使用uV一1700紫外分光光度計測定染料的上 染百分率;采用AATCC 8—2005方法測試摩擦色牢度。

　　3 結(jié)果與討論

　　3.1 染色溫度

　　通過對羊毛織物在常規(guī)和超聲波條件下染色溫度的對比，得到了3種染料的上染率百分率隨溫度的變化曲線，如圖2～4所示。

　　由圖可知：同一溫度下，超聲波條件下染料上染百分率較常規(guī)條件下要高;但在不同的溫度下，染料上染百分率的提高率是不一樣的。如弱酸性艷紅B 染料在60℃時提高的程度是最大的，常規(guī)條件下的上染百分率是72.88%，超聲波條件下的上染百分率達(dá)到了88.81%，提高了15.93%;對于弱酸 性嫩黃G、弱酸性艷藍(lán)RAW，上染百分率提高最大的均是在70℃。這些數(shù)據(jù)說明，超聲波在提高染料的上染百分率方面確實起到了一定的作用，最佳溫度在 70℃左右。超聲波可明顯降低羊毛染色的溫度，這都是由超聲波振蕩所引起的空穴效應(yīng)及其分散、增溶、擴(kuò)散、脫氣作用所致。

　　其他溫度條件下，超聲波作用效果不明顯的原因可能是：40～50℃ 時，超聲波對染料的增溶解聚作用及對羊毛纖維鱗片層的展開和增塑作用不明顯;80～90℃時，染料溶解基本上均勻，羊毛鱗片層也已充分溶脹，超聲波的影響就居于次要地位了。

　　3.2 染色時間

　　通過對羊毛織物在最佳溫度下常規(guī)條件和超聲波條件的染色時間的對比，得到了3種染料的染料上染百分率隨時間的變化曲線，如圖5～7所示。

　　由圖可知：3種染料的上染百分率隨染色時間的延長而逐漸提高;不同時刻上染百分率提高的程度不同。在40～80 min之間時，染料上染百分率提高量和提升率均較大，即在染色時間40～80 min之問時，超聲波發(fā)揮作用的效果比較明顯，這主要是由于超聲波在此時間段內(nèi)空穴效應(yīng)很明顯，作用于染料、纖維及染液，促進(jìn)了上染百分率的提高。

　　3.3 超聲波頻率

　　用弱酸性艷藍(lán)RAW 70℃時在不同頻率超聲波的作用下對羊毛織物染色90 min、，得出染料的上染百分率隨超聲波頻率變化的曲線，如圖8所示。

　　從圖8可以看出：染料在一定的染色溫度和時間條件下的上染百分率是隨著超聲波頻率的增加而增大的。在超聲波發(fā)揮效應(yīng)的20～50 kHz范圍內(nèi)，適度提高超聲波的頻率，對染料的利用率是有幫助的。

　　3.4 染色表觀濃度對比

　　在60、70、80℃時，對常規(guī)和超聲波條件下的染色布樣進(jìn)行染色表觀濃度測試，實驗結(jié)果見表l。

　　由表1知：常規(guī)條件下染色的羊毛布樣的表觀染色濃度較超聲波條件下的要高，這主要是由于經(jīng)過超聲波振蕩以后，羊毛纖維的無定形區(qū)增大，結(jié)晶區(qū)遭到一定程度 的破壞，纖維大分子鏈的排列趨于不規(guī)則，鱗片層遭到破壞，使羊毛纖維表面較常規(guī)條件下要粗糙，對光線產(chǎn)生了較多的漫反射，從而使超聲波條件下染色布樣的表 觀濃度值(K/S值)降低，顏色看起來就不如常規(guī)條件下深;另一方面，超聲波和常規(guī)條件下的染色表觀濃度相差較大，主要是由于超聲波提高了上染百分率。在 實際染色中，應(yīng)當(dāng)考慮到在得色量與顯色性之間尋找一個平衡點。

　　3.5 染色牢度

　　60℃染色條件下，試樣的摩擦色牢度測試結(jié)果如表2所示.

　　從表2可以看出：超聲波染色可以明顯提高染色羊毛試樣的摩擦牢度，主要原因可能是超聲波的熱效應(yīng)和空穴效應(yīng)加速了染料的溶解分散和羊毛纖維的溶脹，使得染料能充分進(jìn)入纖維內(nèi)部。

　　3.6 超聲波對纖維結(jié)構(gòu)的影響

　　超聲波作用前后羊毛纖維結(jié)構(gòu)的電鏡照片如圖9所示。中國印花網(wǎng)由圖可知：超聲波作用前后，羊毛纖維的結(jié)構(gòu)發(fā)生了較為明顯的變化，經(jīng)超聲波作用之后，羊毛束的排列變得 比之前雜亂，對于單根羊毛纖維而言，其纖維的鱗片層打開得較前充分，同時纖維的直徑變粗，可見纖維經(jīng)過超聲波振蕩以后，發(fā)生了一定程度的膨化。

　　3.7 超聲波對染料溶解性的影響

　　超聲波作用對染料溶解性的影響如圖10所示。

　　由圖1O可以清楚地顯示出超聲波振蕩前后染料的溶解情況：振蕩前，染料顆粒局部呈現(xiàn)聚集狀態(tài)，溶解不夠充分，粒度也較大;通過超聲波的分散和擴(kuò)散作用，將聚 集的染料顆粒擊碎，使其粒徑變小，對溶解性較低的染料，可明顯地提高溶解度，對溶解性較高的染料，達(dá)到更好的溶解，振蕩后，超聲波利用其分散增溶的作用使 各種染料的溶解度有了相應(yīng)的提高。染料溶解度的提高，對于染料更好地上染是有利的，提高了染料的利用率。

　　4 結(jié)論

　�、� 分析了弱酸性艷紅B、弱酸性嫩黃G、弱酸性艷藍(lán)RAW 3種染料的染色上染百分率隨溫度變化的曲線，得出了超聲波染色羊毛的最佳溫度為60— 70℃ ，最佳時間60- 90 min。

　�、� 超聲波對染色效果的影響有一定的作用范圍，在其作用范圍內(nèi)，提高頻率有利于染料的上染。

　�、� 在超聲波作用下，低溫條件染色時可以明顯提高纖維的耐摩擦牢度。

　�、� 通過對超聲波作用以后的纖維結(jié)構(gòu)及染料溶解情況的觀察結(jié)果，得出了超聲波作用有利于纖維鱗片層的破壞和染料的充分溶解。

　�、� 實驗證明，超聲波染色羊毛是優(yōu)于常規(guī)染色的，它既有利于羊毛纖維的膨化和鱗片層的打開，又有利于染料的充分溶解和利用，對減少羊毛纖維的損傷，提高染料的利用率都是有幫助的，在實際生產(chǎn)中具有可行性。

　　來源：展義臻 ，王曉芳 ，趙 雪 ，王 煒