超声波在活性染料羊毛低温染色中的作用研究

摘要

常规羊毛染色采用酸性染料高温沸染工艺，不仅影响产品质量，羊毛纤维易损伤泛黄，且能源消耗大。而超声波低温染色能有效改善这些缺点，可提高上染率和染色速率，减小羊毛纤维损伤，在很大程度上缩短染色时间，从而为工厂减少生产时间、提高染色质量及节约能源、减少污染提供有效的解决途径。
　　 本文选用活性染料在超声波作用下对羊毛纤维进行低温染色，通过单因素分析，考察超声波染色各项工艺参数对羊毛上染率的影响，设计正交实验，对工艺参数进行优化和最优工艺验证；同时对超声波作用条件下与无超声波条件下的染色动力学进行了研究，将两种染色工艺的动力学性能进行对比分析，并对超声波促染作用方式对染色效果影响进行探讨，此外也从羊毛纤维集合状态角度对超声波低温染色的效果进行初探。论文的主要工作及主要结论如下：
　　 (1)通过单因素分析得到：染色温度、pH值、染料浓度和助剂浓度对最终平衡上染率有显著影响，染色时间、浴比和元明粉用量对上染率的影响较小。通过正交实验优化工艺参数，综合分析染料上染百分率、固色率、K/S值、色差值、色牢度等级等指标，得到最佳的染色工艺条件为：染色温度60℃，染色时间150min，pH值4.0，染料浓度1.5％(o.w.f.)，助剂浓度1.5%(o.w.f.)，元明粉浓度0％(o.w.f.)。
　　 (2)绘制上染速率曲线来研究超声波低温条件下的活性染料上染羊毛纤维的染色过程。染色全过程中，超声波羊毛低温染色的上染百分率均高于无超声波染色，超声波染色在初始阶段染色速率大。超声波的空化作用能加速染料在纤维内的扩散速率，表现为超声波染色的扩散系数是无超声波作用的染料扩散系数的1.64倍。Ct/Coo～t1/2曲线说明超声波的存在具有消除纤维表面壁障的作用。在羊毛纤维活性染料低温染色过程中，应用超声波技术半染时间比无超声波染色缩短约1/2。超声波作用下的染色速率常数比无超声波染色的染色速率常数增大58.9%。
　　 (3)为实现超声波促染作用效果的最大化，探索得到较优的配置形式：a.染色前超声波预处理染液40min；b.染色时超声波作用上染吸附阶段150min；c.染色时超声波作用固色阶段15min。染色实验结果说明超声波作用的组合配置的染色效果比单独作用更为优越，促染效果显著。同时，若纤维集合状态越紧密，超声波的空化作用对于提高上染率、固色率以及表观深度的效果越好，匀染性得到较大程度改善。