杨義　周蓉　王祥　何权辉　黄丹

（江南大学生态纺织科学与技术教育部重点实验室　无锡　214122）

超声波在棉织物退煮漂一浴法中的应用∗

杨義周蓉王祥何权辉黄丹†

（江南大学生态纺织科学与技术教育部重点实验室无锡214122）

利用超声波技术对棉织物进行退煮漂，可以有效的降低传统工艺中对能源的消耗。采用正交试验法研究了超声波退煮漂一浴法的工艺，最佳的工艺条件为：超声波功率50 W，超声波退煮漂一浴时间30 min，温度70°C，表面活性剂（DLEO9）浓度6 g/L，NaOH浓度20 g/L。在此条件下，棉织物的退浆率、毛细管效应能达到常规一浴退煮漂较长时间（60 min）和高温（90°C）的效果，且织物的强力损失小。超声波的使用能显著地缩短退煮漂时间和降低退煮漂温度。

超声波，纯棉织物，退煮漂一浴法，毛细管效应，退浆率

1　引言

目前，纺织印染企业在生产过程中，对棉织物的前处理方式，大多采取连续退煮漂前处理工艺，即退浆—煮练—漂白三步合一的前处理工艺，但工艺流程长，处理温度高，单米成本较高，尤其水电汽成本高［1］。研究短时、低温、高效的棉织物退煮漂新工艺显得尤为重要。

超声波技术以其方便、快速、安全、有效的特点而引人注目。超声波在传播的过程中，弹性介质中的粒子产生摆动，沿传播方向传递能量，从而产生热效应、机械效应和声空化［2-3］。声空化在液体介质中能形成局部热点，瞬间达到5000 K以上的高温和5×107Pa的高压，并伴有强大的冲击波和高速射流，这种特殊的能量形式不仅能加速反应，而且能启动新的反应通道［4］。超声波的这种特点受到了国内外纺织领域研究人员的广泛关注，并将其应用到纺织品前处理［2-5］染色［6-7］、后整理及水洗加工［8-9］等方面。超声波声空化能促进分散、乳化、洗涤以及解聚等作用，可以使大分子之间产生分离、浆料与纤维的粘着变松，并使脱落的浆料由凝胶状态转化为溶胶状态，提高溶解性能，达到较好的退浆效果；可以使纤维各个表面和低凹处的污物和油垢得以乳化，协助清除油垢和污物［10］。超声波的空化作用还可促进漂白剂对天然色素的发色体系的破坏，从而起到消色的作用。同时超声波作用于纤维可加大纤维内部的比表面积，从而增大纤维与化药剂的接触面积，提高反应速率，有助于染料或其它化学药品向纤维内部的传输和扩散［5］。因此，预计超声波应用于棉织物的一浴退煮漂，能有效缩短加工时间，降低处理浴温度，节省能源。

本文在我们前期研究的高效精炼剂［11］和超声波预处理后退煮漂一浴法（后文简称超声波预处理法）［12］的基础上，将超声技术引入到退煮漂一浴法的全过程，详细探讨了超声波退煮漂一浴法工艺。通过实验，发现棉织物超声波退煮漂一浴法的效果更优，在棉织物退煮漂的主要指标毛效和退浆率等相近时，超声波一浴退煮漂时间为传统方法的二分之一，为超声预处理方法的四分之三，且退煮漂温度降低15°C以上。

2　实验部分

2.1材料、试剂和仪器

材料：全棉坯布，40 s×40 s，118×89，张家港市华芳集团生产。

试剂：氢氧化钠、30%双氧水、硅酸钠、高氯酸、碘化钾、乙酸、无水乙醇、碘酸钾、酚酞，以上均为分析纯；DLEO9退煮漂助剂，自制。

仪器：XO-900D型超声波细胞破碎仪，南京先欧仪器制造有限公司；WSD-3型白度仪，北京康光仪器有限公司；YG026C型电子织物强力机，常州第二纺织机械有限公司；YG（B）871型毛细管效应测定仪，温州大荣纺织标准仪器厂；α-1101型可见分光光度计，上海谱光仪器有限公司；Motic B1-223型显微镜，麦克迪奥实业集团有限公司。

2.2棉布的退煮漂一浴法工艺

取重约2.0 g棉坯布若干块，在50°C电热恒温鼓风干燥箱中烘3 h后放入干燥器中待用。取上述烘干的棉坯布，准确称量干重后放入置于恒温水浴锅中的烧杯中，将超声探头固定于烧杯上方，并插入退煮漂液中。然后按下述工艺条件进行退煮漂，处理后的棉织物用热水清洗三次后用冷水充分冲洗、烘干。退煮漂一浴法工艺如下：

超声波输出功率和频率0 W、50 W、100 W、200 W（24 kHz，超声辐射方式每4 s间歇2 s）；

NaOH的质量浓度为15 g/L、20 g/L、25 g/L；

Na2SiO3·9H2O的质量浓度为7 g/L；

30%H2O2的质量浓度为20 g/L；

DLEO9的质量浓度为1 g/L、2 g/L、4 g/L、6 g/L；

温度为65°C、70°C、75°C、80°C、85°C；

退煮漂时间为30 min、40 min、50 min、60 min；

浴比为1：30。

2.3退煮漂效果测试

失重率：取已退煮漂的布样，准确称量干重。失重率的计算公式如下：

式（1）中：G0——退煮漂前试样质量，g；G1——退煮漂后试样重质量，g。

白度：采用WSD-3型白度仪进行测定。

毛细管效应：采用YG（B）871型毛细管效应测定仪进行测定［13］。

退浆率：用高氯酸分别测出坯布和退浆后织物上的含浆量。退浆率计算公式如下［14］：

断裂强力：按国标GB/T3923—1997《纺织品织物拉伸性能第1部分：断裂强力和断裂伸长的测定条样法》进行测定。

2.4纤维形貌的测定

取棉纱线将其捻松，抽出单纤维并置于两片载玻片中，用Motic B1-223型显微镜在500倍放大倍数下观察棉纤维，拍摄照片由电脑记录。

3　结果与讨论

3.1超声退煮漂工艺的优化

3.1.1超声波退煮漂温度对棉织物退煮漂效果的影响

在超声处理的功率为50W， NaOH、Na2SiO3·9H2O、30%H2O2和DLEO9的质量浓度分别为15 g/L、7 g/L、20 g/L和1 g/L，浴比为1：30，考察水浴温度分别为65°C、70°C、75°C、80°C、85°C时退煮漂30 min后棉织物的失重率、退浆率、毛细管效应（简称毛效）、白度和强力，结果如表1所示。

表1　温度对棉织物退煮漂效果的影响Table 1 The influence of temperature on the desizing-scouring-bleaching of cotton fabric

从表1中数据可以看出超声波退煮漂时，随温度的升高退煮漂效果呈逐渐上升的趋势，但在70°C后上升非常缓慢，而织物的断裂则随温度的升高而逐渐降低。根据表面活性剂的临界胶束浓度（Critical micell concentration，CMC）和加溶作用与温度的关系，温度升高有利于降低DLEO9的CMC、促进胶团的形成及胶团和胶团内核的增大，提高了其对织物上脱落下来的果胶、石蜡等有机物的加溶作用［15-16］，使毛效和退浆率增大；织物的漂白效果是随双氧水在织物上分解率的增大而增高的，在一定浓度和时间的条件下，织物上双氧水的分解消耗随着温度的升高而增加，所以，白度随温度提高而增大。此外，超声波加强了上述作用，因此，在70°C时就能获得很好的退煮漂效果。同时，高温退煮漂液易使棉纤维受损，造成棉织物断裂强力的下降。综合考虑棉织物退煮漂效果和织物的强力相对最优的超声波退煮漂浴温为70°C。

3.1.2超声退煮漂一浴关键工艺参数的正交试验

在上述优化的超声退煮漂温度下，固定浴比为1：30，选择影响超声波退煮漂效果的关键因素超声波功率（A）、退煮漂时间（B）、DLEO9（C）和NaOH（D）的质量浓度为变量，进行四因素三水平的正交实验，其中超声波功率为50 W、100 W、200 W，退煮漂时间为30 min、40 min、50 min，DLEO9表面活性剂的质量浓度为2 g/L、4 g/L、6 g/L，NaOH的质量浓度为15 g/L、20 g/L、25 g/L，正交实验结果如表2所示。

由表2正交试验结果可知，退煮漂条件的改变对织物的白度影响很小，而退浆率、毛效和强力的差别较大，尤其是对织物强力的影响尤为显著。根据正交试验数据对毛效、强力和退浆率分析结果见表3。

表2　超声退煮漂一浴法正交实验Table 2 Orthogonal test of one-bath desizing-scouring-bleaching process with ultrasonic wave

表3　正交试验结果Table 3 The orthogonal experimental results

由表3可知影响退浆率的因素的顺序为：时间＞超声功率＞NaOH用量＞DLEO9用量，最佳退浆率的工艺为A2B2C3D2；影响毛细管效应的因素的顺序为：DLEO9用量＞时间＞超声功率＞NaOH用量，最佳退浆率的工艺为A1B3C2D2；影响强力的因素的顺序为：超声功率＞时间＞DLEO9用量＞NaOH用量，最佳断裂强力的工艺为A1B1C3D2。各因素对棉织物退浆率和毛细管效应的影响差异较小，而对强力的影响差异较大。影响织物强力的主要因素是超声波功率和超声时间，超声波空化效应引起的分散作用能使浆料大分子分离，促进浆料与纤维的粘着力变松，有利于浆料的去除。同时，超声波空化效应也使退煮漂药剂（双氧水、碱和表面活性剂等）更好地作用于织物；从未退煮漂棉纤微、常规退煮漂和超声退煮漂棉纤维的显微镜图可以看出，未处理纤维呈卷曲状（图1（a）），而退煮漂后纤维的卷曲度降低（图1（b）、图1（c））。超声波的作用更易使棉纤维天然扭曲消失，排列更加规整，纤维变得较为圆润、饱满，棉纤维吸附化学药剂的比表面积增加，促进化学反应的进行，有利于棉织物表面的果胶和石蜡等杂质的消除、脱落和润湿性增强［2］。超声波功率越大，声化作用越显著，所以随着超声波功率的增加，退浆率增大，毛效提高和强力降低。对于织物强力减小的另一原因是根据力学理论，任何材料的损伤和破坏都起源于材料中的原始缺陷和裂缝，而纤维高分子无定形区的空隙正是提供了这种可能，当超声波作用于纤维材料时，必然在材料的原始缺陷处（无定形区的空隙）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，造成强力的下降［2］。

为获得良好的退煮漂效果，在毛效和退浆率都达到最佳的情况下，保持较好的断裂强力，综合考虑时间和试剂应用的高效、节约，选择相对最佳退煮漂主要条件为：A1B1C3D2，结合温度的优化结果，超声退煮漂工艺为：超声功率为50 W，时间为30 min，温度为70°C，DLEO9浓度为6 g/L，NaOH的浓度为20 g/L，浴比为1：30。在此工艺条件下，棉织物的失重率为12.1%，退浆率为98.3%，毛细管效应为11.6 cm，白度为93.6，强力为507 N，不仅符合棉织物退煮漂标准，且达到高效、节约的目的。

3.2常规退煮漂和超声波退煮漂一浴法对比

表4给出了常规和超声波退煮漂一浴法处理棉织物的失重率、白度、毛细管效应、退浆率和强力。

表4　常规和超声波一浴退煮漂效果对比Table 4 Comparison of traditional and ultrasonic process

在退煮漂试剂用量相同的条件下，超声退煮漂一浴法在失重率、白度、毛效和退浆率方面均优于常规退煮漂，特别是棉织物退煮漂效果的重要指标毛效和退浆率，超声退煮漂一浴法优势非常明显。超声退煮漂一浴法只需要30 min，就能达到常规退煮漂60 min的作用效果，此时由于超声波退煮漂时间短、温度低，织物的强力损失明显小于常规退煮漂，更适宜棉织物进一步加工。

4　结论

采用超声波退煮漂一浴法对棉织物进行前处理有很好的退煮漂效果，可以大幅度的减少退煮漂时间，降低退煮漂温度，特别是在退浆率和断裂强度方面，明显优于常规退煮漂。因此，在棉织物的前处理中，利用超声波的空化作用可以有效的减少能耗，降低污水的排放，在纺织领域应用将会越来越广泛。

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Application of ultrasonic wave in one-bath desizing-scouring-bleaching process of cotton fabric

YANG YiZHOU RongWANG XiangHE QuanhuiHUANG Dan
（Education Ministry Key Laboratory of Science&Technology for Eco-textiles，Jiangnan University，Wuxi 214122，China）

Ultrasonic technology was applied to one-bath desizing-scouring-bleaching process of cotton fabric，can effectively reduce the traditional process of energy consumed.The conditions of the process，such as ultrasonic power，desizing-scouring-bleaching time，dosage of NaOH and auxiliaries etc were studied by orthogonal test.Optimized process parameters are as follows：ultrasonic power is 50 w，the time is 30 min，the temperature is 70°C，concentration of NaOH and surfactant（DLEO9）is respectively 20 g/L and 6 g/L，and liquor ratio is 1：30.In the conditions，capillary effect，desizing percentage and breaking strength of treated cotton fabric are better than or the same as those with the traditional process which takes longer time（60 min）and high temperature（90°C），and the strength loss of treated cotton fabric becomes small.Reduction of the time and temperature can be achieved by ultrasonic one-bath desizing-scouring-bleaching process.

Ultrasonic wave，Cotton fabric，One-bath desizing-scouring-bleaching，Capillary effect，Desizing percentage

TS19

A

1000-310X（2015）06-0554-06

10.11684/j.issn.1000-310X.2015.06.012

2015-04-07收稿;2015-07-04定稿

∗南通苏州大学纺织研究院开放基金资助项目（NS1211）

杨義（1991-），男，安徽合肥人，硕士研究生，研究方向：超声微波技术在纺织染整中的应用。

E-mail：huangdan@jiangnan.edu.cn