聚焦式超声波退浆技术研究

聚焦式超声波退浆技术研究 l上海纺织科技SHANGHAITEXTILESCIENCE&TECHNOLOGY 18I专题论坛 聚焦式超声波退浆技术研究 路正辉,郭建生 (东华大学纺织学院,上海201620) 兰!圭旦:蔓堂:篁兰塑 Vol39No.4.2011 摘要:研究了采用聚焦式超声波的新型退浆技术,对聚焦式超声波退浆装置作了简 要介绍,通过实验与常规碱退浆,常规超 声波辅助退浆的退浆效果进行了对比,认为新型技术用时短,效率高,且清洁液所 需温度较低,能减少化学药剂的使 用量.该技术尤其适用于紧密组织织物,退浆后织物断裂强力与伸长率优于常规方 法退浆织物. 关键词:超声波;退浆;空化作用;力学性能;白度 中图分类号:TS192.52文献标识码:A文章编号:100l一2044(2011)04—0018.03 Studyonthetechnologyoffocusedultrasonicdesizing LUZheng.hui,GUOJian—sheng (CollegeofTextile,DonghuaUniversity,Shanghai201620,China) Abstract:Anewtechnologyoffocusedultrasonicdesizingisstudied,anddesizingdevicesoff ocusedultrasonicarebrieflyintroduced. Theeffectofdesizinghasbeencomparedwiththeconventionalalkalinedesizingandultrason icauxiliarydesizingbyexperiments.Theresults showthatthenewtechnologycostslesstime,moreefficient,lowertemperaturecleaningliqui drequiredandlesschemicalmedicine.The technologyisappliedtocompacttextilesanditsbreakingstrengthandelongationareenhance d. Keywords:ultrasonic;desizing;cavitation;mechanicalproperties;whiteness 目前,超声波技术在纺织领域已经有了一定的研 究和应用,如应用到纺织染整中可以提高染料分散效 果,改变水溶性染料的溶解度以及纺织材料对染料的 吸收等?;应用到纺织退浆工序中,不仅可以提高酶 退浆过程中酶的活力,还可以在减少纤维损伤的前提 下提高退浆效率,同时超声波技术在纺织中的应用降 低了化学药品的用量,减少了对环境的污染J.本 文主要研究聚焦式超声波技术在纺织退浆领域的应 用,在常规超声波清洗机的基础上研发了一套聚焦式 超声波退浆装置,将其用于退浆工序,并对不同浆料上 浆织物的退浆效果,力学性能,白度等做了对比分析. 1实验部分 1.1实验原料 1.1.1织物 B3096纯棉直贡坯布,上浆浆料成分为PVA,淀 粉,丙烯酸等,以淀粉为主浆料;B2288涤/棉府绸坯 布,浆料成分为PVA,淀粉,丙烯酸等,以PVA为主浆 料;B3253纯棉府绸坯布,浆料成分为淀粉,丙烯酸等, 以淀粉为主浆料,均由山东德棉集团有限公司生产. 1.1.2试剂 分析纯氢氧化钠,国药集团化学试剂有限公司制; 渗透剂JFC一1,张家港保税区禾田化工贸易有限公司 收稿日期:2010—09—30 作者简介:路正辉(1986一),男,在读硕士研究生,主要从事浆料及浆纱 技术研究. 制. 1.2仪器与设备 BRANSON2000bdc超声波发生器;BRANSON $7525—12T超声波清洗机;BRANSONCR20换能器; BRANSON1:1调幅器:BRANSON25mm×250mm聚 焦式振头;超声波退浆专用清洗槽,上海必能信超声有 限公司制;Y802A型八篮恒温烘箱,常州纺织仪器厂 制;HDO26N电子织物强力仪,南通宏大实验仪器有限 公司制;DXS一10ACKT扫描电子显微镜,上海田京电 子光学公司制;WSB—IId/o白度计,温州仪器仪有 限公司制. 1.3工艺参数及工艺 (1)碱退浆工艺及其流程.工艺:碱液浓度10, 15g/L;渗透剂1.5g/L;浴比1:50.流程:未退浆坯布 一浸渍退浆一热水洗涤(在85?,95~C的热水中洗涤 3遍)一冷水洗涤(3遍)一烘干称量. (2)聚焦式超声波退浆工艺参数及其流程.工 艺:超声波功率3.3kW,频率20kHz;清洗液温度 45~(2—65~C;渗透剂1.5g/L.流程:未退浆坯布(布 条宽15cm,长250cm)聚焦式超声波退浆一热水洗 涤(在85~C一95~(2的热水中洗涤3遍)一冷水洗涤(3 遍)一烘干称量. (3)超声波辅助碱退浆工艺参数及其流程.工 艺:碱液浓度l0—15g/L;渗透剂1.5L;超声波功率 500W,频率25kHz;清洗液温度75~C.流程:未退浆 坯布(布条宽15em,长2501211"1)一超声波辅助碱退浆 一热水洗涤(在85%,95c?的热水中洗涤3遍)一冷 水洗涤(3遍)一烘干称量. 1.3.1测试指标 (1)退浆率: 退浆率= ×100% (2)织物断裂强力:按GB/T3923.1—1997中条 样法进行测试,采用HD026N型电子织物强力仪,布样 5cmx25cm,钳口间距20C1TI. (3)白度:按照GB/T8424.2_2001中织物相对 白度的测试方法进行测试,漫射照明垂直探测方式. 1.3.2聚焦式超声波退浆装置 聚焦式超声波退浆装置由5部分组成:超声波发 生器,换能器,变幅器,超声波振头和清洗槽,见图1. 超声波发牛器 能器 幅器 焦式振头 热电阻丝 图1聚焦式超声波退浆装置示意图 清洗槽的底部装有加热电阻丝,可以对清洗液 (水)进行加热以及恒温;织物经过一段时间的浸泡后 在传动滚筒的牵引下,呈水平张紧状态恒速通过振头; 聚焦式振头位于织物的正上方并浸没在水中.超声波 产生的空化作用引起清洗液竖直方向的强烈振动,进 而冲击织物上的浆料,使其加速从织物上脱落,溶解到 清洗液中,从而达到退浆的目的. 2实验结果与讨论 2.1退浆率比较 选取清洗液温度,发生器功率利用率,振头到布面 的距离和传动滚筒线速度E3]4个参数,采用L.(3)正 交设计实验,其因素和水平选择如表1所示. 表1因素与水平的选取 水平清洗液温度/qC发生器功率传动滚筒线速度 利用率/%距离/mm/ m?min一 145800,50.5 255905,1OO.75 365100>1O1.0 通过对3种织物坯布进行正交设计实验,得到最 佳超声波退浆,如表2所示. SHANGHAITEXTILESCIENCE&TECHNOLOGY上海纺织科技J 专题论坛ll9 表23种织物的最佳超声波退浆方案 清洗液温度发牛器功率利H{率距离传动滚筒线速度织物品号 /?/%/ram/m?min B3096651000,50.5 B22884590O,5O.5 B32535590>1OO.5 此时的聚焦式超声波退浆效果与该条件下超声波 辅助退浆的效果对比见表3.聚焦式超声波退浆一次 所用时问为5rain,而超声波辅助退浆方式退浆一次所 用时间为10min. 表3两种退浆方法退浆率的比较% 退浆串 退浆聚焦式超声波退浆超声波辅助碱退浆 次数 B3096B2288B3253B3096B2288B3253 155.2162.4656.4720.3216.3429.19 265.1178.4164.5737.4149.8737.04 375.2679.3O73.4655.O868.3361.14 478.3281.8578.1O67.8379.4477.57 576.46862580.6171.5482.4779.01 从表3可见,聚焦式超声波退浆一次时,就已退掉 布面上至少一半的浆料,其退浆效果与超声波辅助碱 退浆3次(即退浆时间为30rain)时相当,而退浆次数 达到3次时,与超声波辅助碱退浆5次(即退浆时问为 50min)时的效果相当,聚焦式超声波作用超过一定时 间(退浆3次)后,其退浆效果明显超过超声波辅助碱 退浆.常规的碱退浆方法中,其退浆率为70%, 80%,根据表3所示,在聚焦式超声波退浆实验中,选 定织物退浆次数为3次. 聚焦式超声波退浆传动滚筒线速度为0.5m/rain 时,单位长度的面料在超声波振头下作用的时间约为 5s,但是由于超声波振头的最大功率密度可达 50W/cm,在此强度下,超声波对织物上的浆料仍然 有良好的退除效果. 在对织物退浆前,先将其浸泡一段时间,然后开始 退浆.超声波在第一次作用时,浆料的退除效果比较 差,是因为此时超声波对坯布的作用主要是除气,即排 除面料中的空气,使水充分渗透到织物内部;超声波作 用两次时,起主要作用的是超声波的空化作用,部分浆 料被退除下来;当超声波作用3次时,超声波的"二次 空化"作用使得大部分浆料从织物上剥落下来,进而 溶解到水中,此时基本达到最大退浆效果,继续增加退 浆次数,退浆率变化较小,甚至会降低(参见图2),这 可能是由于超声波的作用使得已经退下来的浆料再次 I上海纺织科技SHANGHAITEXTILESCIENCE&TECHNOLOGY 20l专题论坛 渗透到织物中所致,所以超声波作用后对织物进行及 时充分的水洗十分必要. 零100 褂 50 0 l2345 退浆次数 图2聚焦式超声波退浆中退浆次数对退浆率的影响 超声波作用在织物上时,如果织物组织比较疏松, 超声波的部分振动能量会穿透织物组织间隙而使退浆 效率降低.由于B2288织物组织比较紧密,超声波作 用在该织物上时的功率利用率就高,相对来说织物的 退浆效果也较好.图3,图4分别为织物B2288经过 聚焦式超声波退浆和常规碱退浆后的扫描电镜图像, 可以看出,织物上大部分浆料已被去除,附着在织物表 面的残留浆料可通过充分洗涤去除. 一一图3聚焦式超声波退浆后的扫描图像图4常规碱退浆后的扫描图像 2.2退浆后织物力学性能比较 在最佳退浆参数下,聚焦式超声波退浆与常规碱 退浆,超声波辅助退浆织物的力学性能比较见表4. 表43种不同退浆方法织物的力学性能比较 常规碱退浆聚焦式超声波退浆超声波辅助碱退浆 织物品号断裂强力断裂伸长断裂强力断裂伸长断裂强力断裂伸长 /N|/%/N率/%/N率/% B3096408.6130.23420.0725.42395.7514.38 B2288761.0540.21791.6749,30746.2531.94 B3253426.0o22.53435.4729.58408.7517.15 由表4可知,3种退浆方法所得到的织物断裂强 力依次是:聚焦式超声波退浆>常规碱退浆>超声波 辅助碱退浆.聚焦式超声波退浆后的织物强力要明显 高于后两者,这是由于聚焦式超声波退浆对织物的作 用时间较短,从而减小了对织物可能造成的损伤,并且 聚焦式超声波作用后的织物断裂伸长率也有一定的提 高.超声辅助碱退浆得到的织物断裂强力及断裂伸长 率明显偏低,其原因可能是由于织物在碱的作用下发 生膨化溶胀,使得纤维表面的原始缺陷或者裂痕更易 暴露出来,当超声波作用于纤维上时,必然在材料的原 !!兰旦:笪塑堂:苎兰塑 VOI.39No.4.2011 始缺陷处产生应力应变能的集中,超声波所传送的能 量必然有一部分转化为裂纹扩展新表面所需的能量, 引起裂纹扩展,致使纤维的表面如同被腐蚀一样引. 2.3退浆织物的白度比较(见表5) 表5退浆后织物的白度比较% 织物品号常规碱退浆聚焦式超声波退浆超声波辅助碱退浆 B309670.7768.9766.63 B228875.7O76.0371.87 B325372.8373.3368.5O 由表5可知,聚焦式超声波退浆在去除织物表面 浆料的同时,对混杂在织物内部或其表面影响织物白 度的杂质也有一定的去除效果,所以,白度相对也较 高.经过3种不同退浆方法处理后,织物的白度相差 不大,而且达到了织物退浆后对白度的要求. 3结语 (1)聚焦式超声波退浆不仅用时短,效率高,清洗 液所需的温度较低,而且减少了一些化学药剂的使用 量,有效降低了退浆工序对环境的污染. (2)聚焦式超声波退浆比较适用于组织比较紧密 的织物,并且退浆后织物的力学性能,如断裂强力与伸 长率要优于常规碱退浆后织物的力学性能. (3)与常规退浆方法得到的织物相比,聚焦式超 声波退浆后织物的白度略有提高. 目前,由于超声波设备的价格比较高以及噪声等 问题,使其实际生产应用受到一定的限制.但超声波 退浆方法的省时,高效,清洁等优点符合现今低碳经济 及技术的要求,值得进一步研究.6西 参考文献: f1]K.A.Thakore,等.陈水林译.超声波在纺织品湿加工过程的应用 [J].Amer.Dyest.Rep,1991,(6):28—33. [2]高树珍.超声波在酶退浆中的应用[J].印染助剂,2003,20(4): 45—48. f3]陈恩忠.超声波清洗技术与进展[J]+净洗技术,2004,2(2):7— 12. [4]殷佳敏,王菊萍,张峰,陈宇岳.超声波在棉织物退浆工艺中的适 用性[J].纺织,2006,(7):31—33. [5]刘涛,郭建生.超声波在退浆工艺中的应用[J].山东纺织科技, 2005,(4):49—51. [6]张峰,王菊萍,殷佳敏,王燕妮.超声波对淀粉酶退浆工艺影响机 理的探讨[J].沙洲职业工学院,2008,(9):8—11. [7]李晓东,刘传绍.超声波清洗技术的研究与应用现状[J].清洗世 界,2009,25(1):28—31.