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    【集萃網(wǎng)觀察】前 言

    近十幾年來，許多大大小小的紡織印染企業(yè)陸續(xù)從城市遷出，原來在大城市的企業(yè)搬遷到鄰近的中小城市或農村，而對環(huán)境污染嚴重的企業(yè)則被勒令停止生產，面臨倒閉。前幾年輝煌的紡織貿易現(xiàn)在山于種種原因，例如貿易壁壘、國外反傾銷、反補貼措施而受到影響，這些對中國紡織品出口的危害要比單純的數(shù)量限制大得多，紡織貿易出現(xiàn)了嚴重困難。紡織印染行業(yè)面對內外雙重壓力變得舉步維艱，生存空間越來越小。那么，紡織行業(yè)要發(fā)展下去，必須針對自身的能耗大、污染嚴重的缺點進行改善，要作出改變，要以科學技術為導向。

    在印染生產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重。面對水資源的缺乏，面對能源的緊張，印染行業(yè)急需一次技術革命來拯救。當今世界的科學技術正處于一個飛速發(fā)展的時期，學科之間的相互聯(lián)系，相互滲透日益頻繁，并展現(xiàn)出日益蓬勃的生機�，F(xiàn)代化學、生物化學及計算機科學在染整技術的發(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用等，其中，超聲波技術以其方便、迅速、有效、安全的特點，引起了印染企業(yè)的高度關注。超聲波成功地應用于提高紡織品各種性能的處理過程，如棉及棉混紡織物的絲光、纖維和紗線的退漿、精練以及織物的氧漂、染色和后整理，這給印染行業(yè)無形中打了一支強心針。超聲波的發(fā)展將給傳統(tǒng)印染工業(yè)帶來質的飛躍，從能源節(jié)約和生態(tài)環(huán)境的觀點來看，這一革新的技術都是很有意義的。

    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，當聲波的頻率低于16Hz時就叫做次聲波，高于20kHz則稱為超聲波。超聲波具有如下特性：

    1)超聲波可在氣體、液體、固體、固熔體等介質中有效傳播。

    2)超聲波可傳遞很強的能量。

    3)超聲波會產生反射、干涉、疊加和共振現(xiàn)象。

    4)超聲波在液體介質中傳播時，可在界面上產生強烈的沖擊和空化現(xiàn)象。

    超聲波主要具有機械效應(如傳聲媒質的質點振動位移、聲壓等)、熱效應(聲波在傳播過程中其部分能量被媒質吸收變成熱能)和空腔效應，這些效應可以歸納為機械作用、熱作用、空化作用三個基本作用。其中空腔效應是聲化學的應用理論基礎，也最為重要。空腔效應由成核、微泡生長、空腔塌陷三步組成。在反應體系中，液體內存在張力弱區(qū)，即液體內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，氣核膨脹長大，并被周圍的液體蒸汽或氣體充滿，由于內外壓力懸殊使空腔塌陷、破裂，把集中的聲場能量在極短的時間和極小的空間內釋放出來，使介質局部形成幾百到幾千K的高溫和超過數(shù)百個大氣壓的高壓環(huán)境，并產生出很大的沖擊力，起到激烈攪拌的作用，同時生成大量微泡。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(空化現(xiàn)象)。

    當然液體中并不是所有的氣核都能產生空腔效應，只有當外加的超聲波頻率與氣核的固有頻率相同時，空腔效應才能發(fā)生，同時也受到其它如聲波的強度、液體介質的溫度以及介質的蒸汽壓等的影響。誘導產生空腔效應的超聲波頻率以20kHz～80kHz最為適當。過高的頻率不易產生空腔效應，即使產生也需要大量的能量，而且其中大部分能量被轉化為熱能，使介質溫度明顯提高。低強度超聲波的應用不會引起介質的任何狀態(tài)變化，只有高強度超聲波的應用才可能對介質有強烈的影響，引發(fā)空腔效應。對大多數(shù)化學反應來說，反應速度均隨聲強的增加而增加。但是，超聲波強度的作用受介質溫度的影響極大。研究表明，隨著液體溫度的提高，聲強的影響明顯下降，在50攝氏度水中發(fā)生的空腔效應最大。當超聲波電源將50Hz的日常供電頻率改變?yōu)?8kHz后，通過輸出電纜線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換成機械振動并發(fā)射至清洗液中，當高頻的機械振動傳播到液體里后，清洗液內即產生空化現(xiàn)象，達到清洗的目的。由于超聲波的頻率很高，在液體中所產生的空化作用可以達到28000次/秒，幾乎可以說是不斷地在進行。在液體中由于空化現(xiàn)象所產生的氣泡數(shù)量眾多且無所不在，因此對于工件的清洗可以非常徹底，即使是形狀復雜的工件內部，只要能夠接觸到溶液，就可以得到徹底的清洗，又因為每個氣泡的體積非常微小，因此雖然它們的破裂能量很高，但對于工件和液體來說，不會產生機械破壞和明顯的升溫。

    2 在純棉退漿中的應用

    棉坯布上含有大量的雜質，包括棉纖維上的天然雜質，合成纖維上的油劑，經紗上的漿料和污垢，這些雜質的存在，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很大的影響，所以必須進行前處理，而超聲波技術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，漿料的種類主要分為三大類：淀粉(包括變性淀粉)、聚乙烯醇(PVA)和聚丙烯酸類漿料，一般來講，棉織物多采用變性淀粉漿料。

    超聲波在純棉織物退漿過程中的退漿原理如下：利用超聲波空化沖擊效應，由超聲波發(fā)出高頻高壓振蕩信號，經換能器變換為機械振動傳入到水中，以連續(xù)不斷的方式輻射直線傳播的超聲波束，超聲波束在水中前進時會產生成千上萬的負壓小氣泡，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面，以及織物的紗線、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生分離，促使?jié){料與纖維的粘著變松，再經過機械作用，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，從而達到很好的退漿效果。由于超聲波的熱效應可以使反應保持在一定溫度，為反應提供能量，從而節(jié)省了外加能量。

    3 優(yōu)缺點

    與傳統(tǒng)織物退漿技術的高能耗、高環(huán)境污染相比，超聲波技術在退漿工藝中的應用有以下優(yōu)點：

    (1)縮短退漿時間，節(jié)約能耗，減少化學試劑的使用，尤其是燒堿的使用，從而減少對環(huán)境的污染和化學試劑對纖維的損傷。

    (2)能夠達到甚至優(yōu)于傳統(tǒng)方法退漿的效果，還可以提高產品的質量和性能。

    (3)超聲波對人體沒有輻射影響。

    但是，利用超聲波技術退漿也存在一些問題，如超聲波設備的昂貴費用從而提高了織物的加工成本，這會影響到超聲波技術的普及使用；超聲波具有的方向性和在退漿過程中的噪音等新問題也有待解決。

    5 前景展望

    隨著科技的發(fā)展和超聲波設備在其它領域的推廣應用，高性能超聲波設備的普及可能導致價格有所降低�？傊�，從解決環(huán)境污染、降低能源消耗、開發(fā)新型高質量的產品等角度來考慮，超聲波在紡織品加工中以其方便、迅速、有效、安全的特點將引起更多的科研工作者和企業(yè)的關注，理論不斷創(chuàng)新，用到生產實踐中去，綠色生產、精益生產將是企業(yè)未來的主流生產路線，其中超聲波扮演著越來越重要的角色。因此超聲波在紡織品加工中的應用將有良好的發(fā)展前途和廣闊的應用前景。

    來源: 印染在線  作者：東華大學化學化工與生物工程學院 朱鈞雨 張記翔 王杰歐