【集萃網(wǎng)觀察】前 言 近十幾年來(lái)，許多大大小小的紡織印染企業(yè)陸續(xù)從城市遷出，原來(lái)在大城市的企業(yè)搬遷到鄰近的中小城市或農(nóng)村，而對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重的企業(yè)則被勒令停止生產(chǎn)，面臨倒閉。前幾年輝煌的紡織貿(mào)易現(xiàn)在山于種種原因，例如貿(mào)易壁壘、國(guó)外反傾銷(xiāo)、反補(bǔ)貼措施而受到影響，這些對(duì)中國(guó)紡織品出口的危害要比單純的數(shù)量限制大得多，紡織貿(mào)易出現(xiàn)了嚴(yán)重困難。紡織印染行業(yè)面對(duì)內(nèi)外雙重壓力變得舉步維艱，生存空間越來(lái)越小。那么，紡織行業(yè)要發(fā)展下去，必須針對(duì)自身的能耗大、污染嚴(yán)重的缺點(diǎn)進(jìn)行改善，要作出改變，要以科學(xué)技術(shù)為導(dǎo)向。 在印染生產(chǎn)中要消耗大量的能源，并造成環(huán)境污染，其中水資源的消耗和污染尤其嚴(yán)重。例如lD電棉坯布在退漿中就要消耗40噸的水，而水資源是有限的，而且污染情況非常嚴(yán)重。面對(duì)水資源的缺乏，面對(duì)能源的緊張，印染行業(yè)急需一次技術(shù)革命來(lái)拯救。當(dāng)今世界的科學(xué)技術(shù)正處于一個(gè)飛速發(fā)展的時(shí)期，學(xué)科之間的相互聯(lián)系，相互滲透日益頻繁，并展現(xiàn)出日益蓬勃的生機(jī)�，F(xiàn)代化學(xué)、生物化學(xué)及計(jì)算機(jī)科學(xué)在染整技術(shù)的發(fā)展中起了積極作用，例如超臨界流體二氧化碳在染整中的應(yīng)用等，其中，超聲波技術(shù)以其方便、迅速、有效、安全的特點(diǎn)，引起了印染企業(yè)的高度關(guān)注。超聲波成功地應(yīng)用于提高紡織品各種性能的處理過(guò)程，如棉及棉混紡織物的絲光、纖維和紗線(xiàn)的退漿、精練以及織物的氧漂、染色和后整理，這給印染行業(yè)無(wú)形中打了一支強(qiáng)心針。超聲波的發(fā)展將給傳統(tǒng)印染工業(yè)帶來(lái)質(zhì)的飛躍，從能源節(jié)約和生態(tài)環(huán)境的觀點(diǎn)來(lái)看，這一革新的技術(shù)都是很有意義的。
1 超聲波及其清洗原理 聲波是指人耳能感受到的一種縱波，其頻率范圍為16Hz-20kHz，當(dāng)聲波的頻率低于16Hz時(shí)就叫做次聲波，高于20kHz則稱(chēng)為超聲波。超聲波具有如下特性： 1)超聲波可在氣體、液體、固體、固熔體等介質(zhì)中有效傳播。 2)超聲波可傳遞很強(qiáng)的能量。 3)超聲波會(huì)產(chǎn)生反射、干涉、疊加和共振現(xiàn)象。 4)超聲波在液體介質(zhì)中傳播時(shí)，可在界面上產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊和空化現(xiàn)象。 超聲波主要具有機(jī)械效應(yīng)(如傳聲媒質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)位移、聲壓等)、熱效應(yīng)(聲波在傳播過(guò)程中其部分能量被媒質(zhì)吸收變成熱能)和空腔效應(yīng)，這些效應(yīng)可以歸納為機(jī)械作用、熱作用、空化作用三個(gè)基本作用。其中空腔效應(yīng)是聲化學(xué)的應(yīng)用理論基礎(chǔ)，也最為重要。空腔效應(yīng)由成核、微泡生長(zhǎng)、空腔塌陷三步組成。在反應(yīng)體系中，液體內(nèi)存在張力弱區(qū)，即液體內(nèi)溶有氣體或在塵埃的液固界面上存在氣體以作為氣核，在超聲波作用下，氣核膨脹長(zhǎng)大，并被周?chē)囊后w蒸汽或氣體充滿(mǎn)，由于內(nèi)外壓力懸殊使空腔塌陷、破裂，把集中的聲場(chǎng)能量在極短的時(shí)間和極小的空間內(nèi)釋放出來(lái)，使介質(zhì)局部形成幾百到幾千K的高溫和超過(guò)數(shù)百個(gè)大氣壓的高壓環(huán)境，并產(chǎn)生出很大的沖擊力，起到激烈攪拌的作用，同時(shí)生成大量微泡。它們又作為新的氣核，使該循環(huán)繼續(xù)下去，這就是空腔效應(yīng)(空化現(xiàn)象)。
當(dāng)然液體中并不是所有的氣核都能產(chǎn)生空腔效應(yīng)，只有當(dāng)外加的超聲波頻率與氣核的固有頻率相同時(shí)，空腔效應(yīng)才能發(fā)生，同時(shí)也受到其它如聲波的強(qiáng)度、液體介質(zhì)的溫度以及介質(zhì)的蒸汽壓等的影響。誘導(dǎo)產(chǎn)生空腔效應(yīng)的超聲波頻率以20kHz～80kHz最為適當(dāng)。過(guò)高的頻率不易產(chǎn)生空腔效應(yīng)，即使產(chǎn)生也需要大量的能量，而且其中大部分能量被轉(zhuǎn)化為熱能，使介質(zhì)溫度明顯提高。低強(qiáng)度超聲波的應(yīng)用不會(huì)引起介質(zhì)的任何狀態(tài)變化，只有高強(qiáng)度超聲波的應(yīng)用才可能對(duì)介質(zhì)有強(qiáng)烈的影響，引發(fā)空腔效應(yīng)。對(duì)大多數(shù)化學(xué)反應(yīng)來(lái)說(shuō)，反應(yīng)速度均隨聲強(qiáng)的增加而增加。但是，超聲波強(qiáng)度的作用受介質(zhì)溫度的影響極大。研究表明，隨著液體溫度的提高，聲強(qiáng)的影響明顯下降，在50攝氏度水中發(fā)生的空腔效應(yīng)最大。當(dāng)超聲波電源將50Hz的日常供電頻率改變?yōu)?8kHz后，通過(guò)輸出電纜線(xiàn)將其輸送給粘接在盛放清洗溶液的清洗槽底部的超聲波發(fā)生器(換能器)，由換能器將高頻的電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械振動(dòng)并發(fā)射至清洗液中，當(dāng)高頻的機(jī)械振動(dòng)傳播到液體里后，清洗液內(nèi)即產(chǎn)生空化現(xiàn)象，達(dá)到清洗的目的。由于超聲波的頻率很高，在液體中所產(chǎn)生的空化作用可以達(dá)到28000次/秒，幾乎可以說(shuō)是不斷地在進(jìn)行。在液體中由于空化現(xiàn)象所產(chǎn)生的氣泡數(shù)量眾多且無(wú)所不在，因此對(duì)于工件的清洗可以非常徹底，即使是形狀復(fù)雜的工件內(nèi)部，只要能夠接觸到溶液，就可以得到徹底的清洗，又因?yàn)槊總�(gè)氣泡的體積非常微小，因此雖然它們的破裂能量很高，但對(duì)于工件和液體來(lái)說(shuō)，不會(huì)產(chǎn)生機(jī)械破壞和明顯的升溫。
2 在純棉退漿中的應(yīng)用 棉坯布上含有大量的雜質(zhì)，包括棉纖維上的天然雜質(zhì)，合成纖維上的油劑，經(jīng)紗上的漿料和污垢，這些雜質(zhì)的存在，不但使織物色澤發(fā)黃，手感粗糙，吸濕性差，更給后面的染色帶來(lái)很大的影響，所以必須進(jìn)行前處理，而超聲波技術(shù)在退漿中扮演著重要角色。 織物上的漿料組成與織物品種有關(guān)，漿料的種類(lèi)主要分為三大類(lèi)：淀粉(包括變性淀粉)、聚乙烯醇(PVA)和聚丙烯酸類(lèi)漿料，一般來(lái)講，棉織物多采用變性淀粉漿料。 超聲波在純棉織物退漿過(guò)程中的退漿原理如下：利用超聲波空化沖擊效應(yīng)，由超聲波發(fā)出高頻高壓振蕩信號(hào)，經(jīng)換能器變換為機(jī)械振動(dòng)傳入到水中，以連續(xù)不斷的方式輻射直線(xiàn)傳播的超聲波束，超聲波束在水中前進(jìn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生成千上萬(wàn)的負(fù)壓小氣泡，這些氣泡在一定的壓力下在織物表面形成一連串密集的爆炸，不斷沖擊織物表面，包括穿透到織物的另一側(cè)面，以及織物的紗線(xiàn)、纖維間，由空化作用而引起的分散作用可以使大分子物之間產(chǎn)生分離，促使?jié){料與纖維的粘著變松，再經(jīng)過(guò)機(jī)械作用，漿料就從織物上脫落，而由超聲波引起的乳化作用可以使去除的漿料由凝膠狀態(tài)轉(zhuǎn)化為溶膠狀態(tài)，溶解性能提高，有效地防止被清洗的漿料重新附著在織物上，從而達(dá)到很好的退漿效果。由于超聲波的熱效應(yīng)可以使反應(yīng)保持在一定溫度，為反應(yīng)提供能量，從而節(jié)省了外加能量。
3 優(yōu)缺點(diǎn) 與傳統(tǒng)織物退漿技術(shù)的高能耗、高環(huán)境污染相比，超聲波技術(shù)在退漿工藝中的應(yīng)用有以下優(yōu)點(diǎn)： (1)縮短退漿時(shí)間，節(jié)約能耗，減少化學(xué)試劑的使用，尤其是燒堿的使用，從而減少對(duì)環(huán)境的污染和化學(xué)試劑對(duì)纖維的損傷。 (2)能夠達(dá)到甚至優(yōu)于傳統(tǒng)方法退漿的效果，還可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量和性能。 (3)超聲波對(duì)人體沒(méi)有輻射影響。 但是，利用超聲波技術(shù)退漿也存在一些問(wèn)題，如超聲波設(shè)備的昂貴費(fèi)用從而提高了織物的加工成本，這會(huì)影響到超聲波技術(shù)的普及使用；超聲波具有的方向性和在退漿過(guò)程中的噪音等新問(wèn)題也有待解決。
5 前景展望 隨著科技的發(fā)展和超聲波設(shè)備在其它領(lǐng)域的推廣應(yīng)用，高性能超聲波設(shè)備的普及可能導(dǎo)致價(jià)格有所降低�？傊瑥慕鉀Q環(huán)境污染、降低能源消耗、開(kāi)發(fā)新型高質(zhì)量的產(chǎn)品等角度來(lái)考慮，超聲波在紡織品加工中以其方便、迅速、有效、安全的特點(diǎn)將引起更多的科研工作者和企業(yè)的關(guān)注，理論不斷創(chuàng)新，用到生產(chǎn)實(shí)踐中去，綠色生產(chǎn)、精益生產(chǎn)將是企業(yè)未來(lái)的主流生產(chǎn)路線(xiàn)，其中超聲波扮演著越來(lái)越重要的角色。因此超聲波在紡織品加工中的應(yīng)用將有良好的發(fā)展前途和廣闊的應(yīng)用前景。
來(lái)源: 印染在線(xiàn) 作者：東華大學(xué)化學(xué)化工與生物工程學(xué)院 朱鈞雨 張記翔 王杰歐
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