【集萃網(wǎng)觀察】微波技術(shù)用于染色前纖維預(yù)處理
微波技術(shù)在染色前纖維預(yù)處理中的應(yīng)用主要是改變纖維的形態(tài)、表面結(jié)構(gòu)、超分子結(jié)構(gòu)或者對(duì)纖維接枝改性以提高其染色效果。
微波輻射技術(shù)可以改變纖維的形態(tài)、表面結(jié)構(gòu)，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有許多學(xué)者在纖維染色前利用此技術(shù)對(duì)纖維進(jìn)行預(yù)處理以提高纖維染色的效果。
H.Sun，L.Lin用微波處理通過(guò)改變纖維表面的粗糙程度提高了亞麻纖維的可染性，同時(shí)通過(guò)電鏡掃描照片(經(jīng)過(guò)微波處理的和未經(jīng)微波處理的亞麻纖維)驗(yàn)證了這一事實(shí)，分析原因可能是，亞麻纖維的表面分子吸收微波能量后活性增加轉(zhuǎn)化成分子之間相互運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能造成亞麻纖維表面結(jié)構(gòu)的變化，因此提高了亞麻纖維對(duì)染料的吸收和滲透，并且增加了染料與纖維之間的反應(yīng)。觀察未經(jīng)過(guò)處理的、經(jīng)過(guò)微波處理的亞麻纖維表面結(jié)構(gòu)的掃描電鏡照片，顯示出經(jīng)微波處理的亞麻織物表面結(jié)構(gòu)變得粗糙了，因此經(jīng)過(guò)其處理后，染料可以很快地被纖維吸收并滲透進(jìn)入纖維內(nèi)部，提高染料對(duì)纖維的上染率。
微波輻射技術(shù)除了可以改變纖維的形態(tài)和表面結(jié)構(gòu)，還可以通過(guò)非熱效應(yīng)機(jī)理改變纖維的超分子結(jié)構(gòu)，減小纖維的結(jié)晶度或者使纖維分子間力的作用減弱以提高對(duì)染料上染的可及度。蘇州大學(xué)的鄒利云研究了微波輻照后的真絲纖維超分子結(jié)構(gòu)的變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)真絲纖維經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間微波處理后，纖維大分子主鏈有序度降低和部分鏈的斷裂導(dǎo)致絲纖維結(jié)晶度的下降，會(huì)使得纖維的結(jié)晶化趨向遭到破壞，無(wú)定形區(qū)含量提高[3]。同時(shí)纖維也遭到損傷，絲織物拉伸強(qiáng)度下降。無(wú)定型區(qū)含量的提高可以增加染料對(duì)纖維上染的可及度。
在有些情況下纖維經(jīng)過(guò)用微波輻射技術(shù)處理后結(jié)晶度是增加的，但是最后得到的上染率卻是增加的。在這種情況下主要利用了微波的以下幾個(gè)作用原理：首先在微波輻射過(guò)程中纖維分子中一定數(shù)量的氫鍵斷裂和分子鏈分離，因此增加了在纖維結(jié)構(gòu)里的空隙、體積和微孔，因此增加了上染率。其次，表面形態(tài)結(jié)構(gòu)被損壞，因此增加了纖維對(duì)染料的吸附性。最后，微波輻射后纖維直徑的增加有利于染料溶液滲透進(jìn)入纖維內(nèi)部。
微波輻射還可以對(duì)纖維進(jìn)行接枝改性，以增加纖維的活性基團(tuán)和親水性，因此提高染色效果。曹雪琴利用微波技術(shù)對(duì)真絲纖維用檸檬酸進(jìn)行接枝交聯(lián)改性，其反應(yīng)機(jī)理為在微波高溫輻照下，絲素分子中的羥基與檸檬酸中的羧基發(fā)生酯化反應(yīng)，使絲素的大分子主鏈接枝上小分子，從而使絲素分子間通過(guò)檸檬酸分子相互交聯(lián)。微波的熱效應(yīng)可使可逆的酯化反應(yīng)中生成的水分快速蒸干，促進(jìn)平衡向右移動(dòng)，提高接枝率。經(jīng)過(guò)微波輻射后真絲纖維分子中活性基團(tuán)和親水性基團(tuán)的數(shù)量增多，因此染色性有所提高[5]。
用微波技術(shù)在染色前對(duì)纖維進(jìn)行預(yù)處理，快速、方便、環(huán)保，且可以提高染色加工的效果。
微波技術(shù)在浸染中的應(yīng)用微波浸染時(shí)，先將織物浸漬染液，然后放入密閉的微波回?zé)崾?反應(yīng)箱)中，在微波的作用下，染料和助劑分子發(fā)生反復(fù)極化并改變排列方向，分子之間反復(fù)摩擦生熱，染料分子可快速獲得較大的動(dòng)能，纖維膨化更顯著，可望提高上染百分率達(dá)到快速均勻上染和固色的目的[6]。在浸染過(guò)程中微波可以作用在不同的染色階段。
微波先處理
先用微波輻射，使染浴從室溫迅速升溫至某一溫度，再改用常規(guī)水浴加熱法續(xù)染，這樣做的目的是利用微波可使染浴快速升溫，染料的上染速率也迅速提高，從而縮短染色時(shí)間。由于微波加熱具有體加熱的特點(diǎn)，內(nèi)外同熱，從理論上講這樣做可以實(shí)現(xiàn)快速勻染。再改用常規(guī)水浴加熱法續(xù)染，以鞏固快速染色的效果。
微波后處理
先采用常規(guī)水浴加熱法染色至某一溫度，再改用微波輻射完成后期染色過(guò)程。這樣做的目的是讓織物上已有一定的染料上染，此時(shí)染料繼續(xù)上染將越來(lái)越受到已上染的染料分子的阻力影響，改用微波輻射以期讓更多的染料分子獲得足夠的能量上染，同時(shí)纖維分子吸收微波導(dǎo)致進(jìn)一步膨化，已上染的染料分子進(jìn)一步向織物纖維內(nèi)部擴(kuò)散，從而提高染料的上染百分率和織物的色牢度。
微波全處理
整個(gè)染色過(guò)程全部用微波輻射，這樣做的目的是選擇合適的微波輻射條件，控制升溫速度，希望達(dá)到在大大縮短染色過(guò)程所需要時(shí)間的同時(shí)，也能提高染料的上染百分率，并保證織物上染均勻。
微波上染除了高效快速以外，還有一個(gè)重要的特點(diǎn)就是上染的均勻性，上染的均勻性和微波的穿透深度有關(guān)。很顯然，愈深入材料內(nèi)部，滲透進(jìn)入的微波功率愈小，定義滲透深度Dp為當(dāng)功率從材料表面衰減至表面的1／e時(shí)的距離。
一般低耗材料，滲透深度近似為：Dp=λ0(ε’)1/2／2PAIε〃eff，式中λ0為入射電磁波波長(zhǎng)。對(duì)常用工業(yè)材料(染料、織物等)可進(jìn)一步近似估算出Dp≈λ0，在2450 MHz附近，Dp≈12.2 cm，可見(jiàn)當(dāng)材料不很厚的情況下，采用微波輻射，可穿透整個(gè)介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)材料的整體加熱，109Hz的頻率將導(dǎo)致很大升溫速率，達(dá)到快速均勻的加熱效果。當(dāng)微波輻射浸沒(méi)在染液中的織物時(shí)，雖然織物纖維自身及染料分子也會(huì)產(chǎn)生極化損耗，但南于其ε〃eff遠(yuǎn)小于染液中水的ε〃eff，因此吸收微波能造成染液迅速升溫的主要因素是水。
微波染色固色工藝與常規(guī)水浴加熱染色固色工藝相比，可提高織物上染料的上染率：織物的摩擦色牢度與皂洗色牢度均能達(dá)到或超過(guò)常規(guī)水浴加熱染色固色工藝，可能是由于用微波加熱比用傳統(tǒng)的加熱方式均勻，在微波加熱時(shí)又很少或者幾乎沒(méi)有染料的泳移，染料在纖維的內(nèi)部呈現(xiàn)好的固色率并且有比較好的摩擦色牢度：對(duì)比傳統(tǒng)的浸染工藝，微波染色可以節(jié)省30％～50％的能量，并且大大縮短染色時(shí)間，節(jié)能效果明顯。
微波技術(shù)在軋堆染色中的應(yīng)用
國(guó)外研制出的一種微波加工裝置叫Apollotex電反應(yīng)器，對(duì)織物進(jìn)行染色加工，被染色的織物經(jīng)過(guò)浸軋后，以平幅狀態(tài)進(jìn)入充滿蒸汽的反應(yīng)器中經(jīng)微波照射并打卷即可固色，這套裝置還可用于對(duì)滌綸織物堿減量加工，其工藝流程是：把滌綸織物以常溫浸軋含堿工作液，用微波照射15 min，再在pH=8的熱水中洗滌，然后水洗。據(jù)介紹用這套裝置對(duì)滌綸織物減量加工，不會(huì)產(chǎn)生減量不勻和強(qiáng)力降低過(guò)多，而手感比掛練法柔軟，助劑用量可減少一半，有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
M.j.Delaney研究了羊毛活性染料染色微波軋堆工藝。羊毛的微波軋堆染色，一般堆置時(shí)染液中要加入高濃度的尿素(尿素可以顯著吸收微波的能量)，因此在堆置時(shí)提高染色固色溫度，可以顯著加快活性染料在羊毛上的固色速率，由于微波加熱的高滲透性，可以顯著地減少羊毛固色所需要的時(shí)間。只要羊毛在微波的加熱區(qū)域放置均勻并且微波設(shè)備設(shè)計(jì)適當(dāng)，則羊毛就可以獲得均勻加熱固色[7]。在羊毛用微波活性染料軋堆染色時(shí)，添加亞硫酸氫鈉，活性染料固色率可以提高，原因如下：①羊毛二硫鍵的減少產(chǎn)生巰基，使得羊毛上有更多的活性基和染料發(fā)生反應(yīng)：②染料上鹵代雜環(huán)活性基在亞硫酸氫鈉存在下轉(zhuǎn)化為活性更高的磺酸鹽基團(tuán)，亞硫酸氫鈉不是對(duì)所有的活性染料的固色率都有提高，如包含α-溴代丙烯酰胺活性基團(tuán)的活性染料的固色率反而下降，產(chǎn)生負(fù)面影響的原因是由于染料的失活。α-溴代丙烯酰胺活性基團(tuán)可以與亞硫酸氫鈉反應(yīng)形成復(fù)合物，此復(fù)合物是不能和纖維發(fā)生反應(yīng)的。
微波軋-卷堆置系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)包括：
(1)簡(jiǎn)單性：織物在堆置前不需要加熱并且在堆置室內(nèi)不需要濕度控制。
(2)靈活性：堆置不一定必須在微波條件下進(jìn)行，如果必要的話也可以在室溫堆置后再用微波加熱。
(3)高效性：微波提供了一個(gè)非常有效的加熱過(guò)程，當(dāng)用900 MHz的頻率加熱時(shí)，電能轉(zhuǎn)化為熱能的效率可以超過(guò)～70%。
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