絹紡原料超聲波精練研究

黃婷婷，勞繼紅

(東華大學 紡織學院，上海 201620)

絹紡原料超聲波精練研究

黃婷婷，勞繼紅

(東華大學 紡織學院，上海 201620)

研究了絹紡原料超聲波精練工藝，探討精練過程中溫度、時間和堿用量對殘油率和殘膠率的影響，得到超聲波精練的較優(yōu)工藝：在超聲頻率23 kHz的條件下，預浸溫度、時間和堿用量分別為40 ℃、40 min、0.2 g/L，精練溫度、時間和堿用量分別為80 ℃、20 min、0 g/L。此工藝下，精練溫度降低，精練時間縮短，藥品使用量減少。

絹紡原料；精練；超聲波技術

蠶絲作為天然的蛋白質纖維，是一種優(yōu)良的紡織材料，其纖維細而柔軟、平滑、富有彈性、光澤好、強伸度好。而在養(yǎng)蠶、制絲和絲織業(yè)剔出的疵繭和廢絲可作為絹紡原料[1]。絹紡原料的精練是除去部分絲膠、油脂和雜質，使絲纖維柔軟、蓬松、光潔、有彈性。精練效果的好壞直接關系到絹紡的產量、質量和成本，影響企業(yè)的經濟效益。因此，精練要求：不損傷或盡量少損傷纖維原有的機械物理性能；工藝簡單，流程短，便于實現(xiàn)工藝的自動化和連續(xù)化；化學藥品用量要少，能耗低[2]。目前常用的精練方法有化學精練和腐化練，但這兩類精練方法在化學藥品使用量或生產環(huán)境等方面都存在一定不足[3]。

本研究采用超聲波技術對絹紡原料進行精練，探討超聲波精練的可行性。根據超聲波的特性可知，超聲波的空化作用在精練工藝中可引發(fā)彌散、乳化、洗滌及解聚等作用，進而降低黏附在纖維上的污物表面張力，使污物和油脂得以乳化、清除[4]。研究還嘗試對影響精練效果的超聲波頻率、堿質量濃度、精練時間和精練溫度進行試驗討論，得出以超聲波精練代替?zhèn)鹘y(tǒng)精練的依據。

1 試 驗

1.1 試驗材料

原料為重油滯頭，含油率8.87 %左右，含膠率10.31 %左右，其特點是纖維細，強力較差，含膠率較低。這類原料的工藝重點是保膠除油。

1.2 精練工藝流程

原料→預浸→水洗→脫水→精練→溫水洗→脫水→烘干。

1.3 試驗方法

1.3.1 超聲波精練可行性試驗

分別在23、40 kHz的超聲波儀器中精練，精練溫度40 ℃，精練時間40 min，檢測殘膠率、殘油率。

1.3.2 超聲波預浸工藝

對絹紡原料進行超聲波預浸，采用單因子試驗，探討預浸工藝中的超聲波頻率、堿(Na2CO3)質量濃度和預浸時間對精練效果的影響。預浸工藝：浴比1∶20，滲透劑JFC 1 g/L，105洗滌劑1 g/L，預浸溫度40 ℃，超聲波頻率23、40 kHz，預浸堿(Na2CO3)質量濃度0、0.1、0.2、0.3、0.4 g/L，預浸時間10、20、30、40 min。

完成預浸后采用傳統(tǒng)精練工藝精練，檢測殘膠率、殘油率。

傳統(tǒng)精練工藝：精練溫度90 ℃，精練時間30 min，浴比1∶55，精練堿質量濃度2 g/L，105洗滌劑2 g/L，滲透劑JFC 2 g/L。

1.3.3 超聲波精練工藝

原料預浸后，采用單因子試驗，探討精練堿質量濃度、精練溫度和精練時間對精練效果的影響。精練工藝：超聲波頻率23 kHz，浴比1∶20，滲透劑JFC 2 g/L，105洗滌劑1 g/L，精練堿質量濃度0、0.1、0.2、0.3、0.4 g/L，精練溫度60、70、80 ℃，精練時間10、15、20、25、30 min。

正交試驗采用3因素3水平表，3因素為單因素試驗調查的因素，3水平根據單因素試驗結果確定。

1.4 殘膠率、殘油率的測試方法及目標

殘膠率：根據中華人民共和國紡織行業(yè)標準FZ/T 40003－1997《桑蠶絹紡原料》中的測試標準進行測試。殘膠率要求為3 %～5 %。

殘油率：參照部標及《絹紡學》中的方法確定。殘油率要求小于0.55 %。

2 結果與討論

2.1 超聲波精練可行性試驗

在不加入藥劑的條件下，檢測超聲波對精練效果是否有影響。試驗結果見表1。

表1 超聲波對精練效果的影響Tab.1 Effects of ultrasonic technology on the waste silk bisu

由表1可見，在不加入任何藥劑的情況下進行超聲波精練，滯頭的殘膠率和殘油率都有所降低，表明超聲波工藝對重油滯頭精練效果有影響。

2.2 超聲波預浸工藝

采用先預浸后精練工藝，所得殘膠率、殘油率均為預浸后再進行傳統(tǒng)精練的結果。對在相同精練工藝條件下，達到標準的超聲波預浸工藝與傳統(tǒng)預浸工藝進行對比分析。

2.2.1 超聲波頻率對殘膠率和殘油率的影響

在預浸堿質量濃度0.4 g/L，預浸40 min的條件下，超聲波頻率對殘膠率和殘油率的影響結果見表2。

表2 超聲波頻率對殘膠率和殘油率的影響Tab.2 Effects of ultrasonic frequency on the amount of residual gum and residual oil

由表2可見，在23 kHz和40 kHz的超聲波頻率下，都能達到較好的除膠效果，殘油率在23 kHz時達到要求。這是由于超聲波頻率低時，產生的空化泡較大，破裂時反應劇烈，即超聲頻率低空化作用效果好。兩個頻率下的殘膠率都偏低，可通過改變其他工藝條件使其提高，下面的試驗均在23 kHz的頻率下完成。

2.2.2 預浸堿質量濃度對殘膠率和殘油率的影響

在超聲波頻率23 kHz，預浸時間40 min的條件下，預浸堿質量濃度對殘膠率和殘油率的影響結果見表3。

表3 預浸堿(Na2CO3)質量濃度對殘膠率和殘油率的影響Tab.3 Effects of Na2CO3 content on the amount of residual gum and residual oil

由表3可見，在超聲波條件下，原料殘膠率和殘油率隨著預浸工藝中的堿質量濃度的增大而下降，在預浸堿質量濃度為0.2 g/L時符合要求，較傳統(tǒng)預浸工藝所需的0.5 g/L要低。這是由于超聲波的分散作用加速絲膠與纖維分離，乳化作用使得污物和油脂乳化，再由解聚作用將膠質和油脂去除，進而幫助堿進行絲膠膨潤溶解和油脂乳化。

2.2.3 預浸時間對殘膠率和殘油率的影響

在超聲頻率23 kHz，預浸堿質量濃度0.2 g/L的條件下，預浸時間對殘膠率和殘油率的影響結果見表4。

表4 預浸時間對殘油率和殘膠率的影響Tab.4 Effects of treatment time on the amount of residual gum and residual oil

由表4可見，在超聲波條件下，殘膠率和殘油率隨著精練時間的延長而下降，在預浸時間為40 min時符合要求。而傳統(tǒng)預浸工藝中，預浸時間為2 h。這是由于超聲波的空化作用使纖維產生微隙，導致纖維的比表面積加大，從而增大了纖維和堿的接觸面積，進而提高反應速率，縮短預浸時間。

通過以上試驗，可以得出較優(yōu)的預浸工藝：超聲頻率23 kHz，預浸堿質量濃度0.2 g/L，預浸溫度40 ℃，預浸時間40 min。

2.3 超聲波精練工藝

在下述預浸工藝條件下探索超聲波精練工藝。

預浸工藝：超聲頻率23 kHz，浴比1∶20，預浸溫度40 ℃，預浸時間40 min，預浸堿質量濃度0.2 g/L，滲透劑JFC 1 g/L，105洗滌劑1 g/L。

2.3.1 堿質量濃度對殘膠率和殘油率的影響

在精練溫度80 ℃，精練30 min的條件下，精練堿(Na2CO3)質量濃度對殘膠率和殘油率的影響結果見表5。

表5 精練堿(Na2CO3)質量濃度對殘膠率和殘油率的影響Tab.5 Effects of Na2CO3 content on the amount of residual gum and residual oil

由表5可見，在超聲波條件下，殘膠率和殘油率隨著精練堿質量濃度的提高而下降，在不加堿時已符合要求。而傳統(tǒng)精練工藝所需堿質量濃度為2 g/L，可見使用超聲波技術后大大降低了化學藥品使用量。這是由于超聲波的分散作用幫助絲膠與纖維分離，乳化作用加速油脂乳化，解聚作用促進絲膠和油脂去除，因此在不加精練堿的條件下即可達到要求。

2.3.2 精練溫度對殘膠率和殘油率的影響

在精練30 min的條件下，精練溫度對殘膠率和殘油率的影響結果見表6。

表6 精練溫度對殘膠率和殘油率的影響Tab.6 Effects of treatment temperature on the amount of residual gum and residual oil

由表6可見，在超聲波條件下，隨著溫度的升高，殘膠率和殘油率都下降，且精練溫度80 ℃即可達到要求，低于傳統(tǒng)精練工藝所需的90 ℃。這是由于超聲波的機械作用和空化作用使得大量的振動能傳入練液，提高分子動能和碰撞沖量，使練液與纖維充分接觸，反應加劇，進而使精練溫度降低。

2.3.3 精練時間對殘膠率和殘油率的影響

在精練溫度80 ℃的條件下，精練時間對殘膠率和殘油率的影響結果見表7。

表7 精練時間對殘膠率和殘油率的影響Tab.7 Effects of treatment time on the amount of residual gum and residual oil

從表7可見，在超聲波條件下，隨著時間的增加，殘膠率呈下降趨勢，殘油率在精練20 min時達到最小然后逐漸升高。分析原因可能是在20 min后，增溶作用和乳化作用達到極限，油脂再沉積的結果。相較于傳統(tǒng)低溫練工藝中所需的6～8 h精練時間，超聲波精練只需20 min即可達到要求。這是由于超聲波傳播時產生的空化作用，增加了練液與纖維的接觸機會，也增加了單位時間內分子碰撞的個數及碰撞能量，從而提高反應速度，減少精練時間。

2.4 正交試驗分析

為了進一步研究探索精練堿質量濃度、精練時間、精練溫度對精練效果的影響，本研究設計了3因子3水平的正交試驗，因子水平見表8，精練試驗方案見表9，正交試驗直觀分析見表10。

表8 各因子水平表Tab.8 The factor level

表9 精練的試驗方案及結果Tab.9 Program and results of the scouring

由表10的正交試驗分析可見，在超聲波精練工藝中，各因子對殘膠率的影響由大到小依次為：精練溫度＞精練堿用量＞精練時間；對殘油率的影響由大到小依次為：精練溫度＞精練堿用量＞精練時間。

綜合考慮殘膠率和殘油率的優(yōu)劣，得出最佳的精練工藝為A3B2C1：精練溫度80 ℃，精練時間20 min，精練堿質量濃度0 g/L，此時殘膠率3.52 %，殘油率0.51 %。

表10 正交試驗直觀分析Tab.10 Analysis of orthogonal test results

3 結 論

1)在其他工藝條件相同的情況下，23 kHz的超聲波精練效果要優(yōu)于40 kHz。

2)超聲波技術精練的最佳工藝為：在超聲頻率23 kHz的條件下，預浸溫度、時間和堿用量分別為40 ℃、40 min、0.2 g/L，精練溫度、時間和堿用量分別為80 ℃、20 min、0 g/L。

3)相較于傳統(tǒng)工藝，超聲波精練時，精練溫度低，時間短，藥品使用量減少，是一種高效低耗的精練工藝。

[1] 中國紡織大學絹紡教研室.絹紡學(上)[M].北京：紡織工業(yè)出版社，1991.

[2] 崔運花.竺麻纖維化學初加工及超聲波在天然紡織纖維初加工中的應用研究[D].上海：中國紡織大學，1999.

[3] 李梓海，方明，搖伏連，等.絹紡原料高效除油和快速精練工藝的試驗[J].絲綢，2003(5)：38-40.

[4] 宋曉峰，唐淑娟，陳東生.超聲波在印染前處理中的應用現(xiàn)狀[J].國外紡織技術，2003(10)：18-19.

Study on the refining of waste silk bisu material with ultrasonic method

HUANG Ting-ting, LAO Ji-hong
(College of textile, Donghua University, Shanghai 201620, China)

This paper is about the refining technology of waste silk bisu material with ultrasonic method. To get the best process of the refining test, effects of different ultrasonic frequency, treatment temperature, treatment time, Na2CO3content on the amount of residual gum and residual oil were discussed. With the ultrasonic frequency of 23 kHz, the first step of refining: the ultrasonic treatment was performed for 40 min at 40 ℃,Na2CO3was 0.2 g/L; the second step of the refining: the ultrasonic treatment was performed for 20 min at 80 ℃, Na2CO3was 0 g/L. With this technology we will lower refining temperature, save time and will reduce chemical usage.

Waste silk bisu; Refining; Ultrasonic technology

TS143.32

A

1001-7003(2011)12-0012-04

2011-07-22；

2011-10-22

黃婷婷(1987－ )，女，碩士研究生，研究方向為超聲波在絹紡原料精練中的應用。