微波技术在染整加工中的应用

六、微波技术在染整加工过程中的应用

微波是一种频率为3×10⁸～3×10¹¹Hz的超短波电磁波，具有许多独特的优点。近年来在工农业生产及医疗卫生部门，以及食品加工业中用做加热、干燥、灭菌、烘烤、理疗手段。

众所周知，染整加工过程大多都是水溶性极性分子对纤维织物的吸附、扩散甚至发生化学反应的过程。一般材料的相对介电常数εr都在2左右，损耗角正切一般都很小，而水的约80，tgδ约0.3，都很大，因此在微波辐射下，水分子的介电损耗极大，能强烈地吸收微波的能量，在微波的染整加工过程中，存在于织物及溶液中的水分子吸收了微波的能量，使水分子运动加剧，从而大大地促进染料分子及整理剂分子在织物内部的扩散，有效地推动了染料分子及整理剂分子与纤维分子的结合，可能会极大地增大染料及整理剂分子的扩散系数，从而使人们想到了用微波进行染色及染整加工过程。

微波技术在染色中的应用

（1）微波的性能测试。

我国在1991年就出现了活性染料对纯棉织物的微波染色，所采用的微波仪是在NE-6790微波炉。常规染色采取的是染、固液同浴；微波染色采用的染、固液分开，而且中间的烘干是在烘箱中的，常规和微波都采用的染固液同浴，其测试的结果比较如下：

采用微波进行染色较之常规染色具有许多突出的优点，不仅极大地缩短染、固色时间，而且染色深度和上染百分率都有所提高，同时，为了揭示微波的染色实质，实验中还对下列性能进行了测试。

①X射线衍射　本试验的仪器采用的是（日本）理学3015X射线仪，对经微波辐射2min（内）和未经微波辐射的棉纤维都作了X射线衍射试验。

我们采用了Weidinger方法计算它们的结晶度其结果如下。

经微波辐射的结晶度，虽然呈起伏状变化，但染色时间最终稍有下降。

②红外光谱　用测量棉纤维中晶带和非晶带的吸光度比的方法，考察受微波辐射的棉纤维的变化。而且用仪器WFD-B型分光光度计用KBr压片法进行光谱测量，试样与KBr之比为1:100，采用基线法量度光强，受微波辐射后Al437/A895的变化，亦即结晶度的变化，其情况与X射线衍射结果一样，这里要说明的是棉纤维红外光谱中1437cm-1和895cm-1处谱带主要来源于CH，的面外摇摆和OH的平面弯曲振动，分别为晶带和非晶带。

③扫描电镜　用的仪器为（国产）DXS-10和（英国）CamsScanSerier4型扫描电镜，将微波辐射前后的棉纤维置于真空镀膜机上镀膜，然后放在扫描电镜中观察可知，经微波辐射后纤维束变得蓬松，纤维径向变得略粗，表明略呈粗糙。

④X光电子能谱可用于了解纤维表面的状态，用的仪器为（国产）NP-1型X光子能谱仪，以C1S结合能285eV作为内标，测定其他元素有关电子峰的结合能，由X光电子能谱求得的棉纤维中O和C的相对含量可知，在经微波辐射后的能谱中，发现ClS峰的高的结合能部分略有增强，而C1S峰的低的结合能部分略有减小。因X光电子峰强度与化合物中各元素的原子数或浓度成比例，即强度正比于浓度c。在实际工作中，用峰的面积比来表示相对含量比，误差较小，从实验测得的[0]/[C]可以看出在辐射下，纤维表面的[0]/[C]有所增加，它们可能是自由基和羧基。

（2）提高微波染色均匀性的措施。综上所述，微波有利于染色的进行是毋庸置疑的。微波之所以有利于染色的进行是由于微波对介质的特殊加热方式而使染浴和纤维物质受热匀透以及微波所引起的纤维表面及形态的变化所致。在微波染色应用到染色工艺时，是否会使所染产品的质量达到规定的要求，是否具有可观的经济效益和社会效益，是否能保证人们的身体安全，这是人们所关心的。因此必须采用相应的必要措施。尤其是染色均匀性的问题。国内的厂家在应用微波染色中存在的最大问题是染色不匀性，而日本市金的Apollotex由于在使电场的分布均匀方面采取许多措施，从而提高染色物的均匀性，市金所采取具体措施如下。

①波导的排列进行了调整，两组5kW的微波发生器，波导每组各有两套2.5kW的波导按A1-B1-A2-B2排列，A组与8组的两套波导交替排列。(www.xing528.com)

②在箱形加热器中，利用漫散射波，不使微波直接照射到织物上，先照到弧形金属顶上，再漫散反射到织物上，布在加热室内边打卷边照射微波，使整个织物幅面上均匀地照射到微波。

③加热室内充满2.99MPa的饱和蒸汽，既保证了织物内外部的温度均匀，有利于染料分子的扩散，又能使微波漫反射达到均匀照射的目的；还可以起到缩短加热时间，节约能源的目的。

总之，根据不同的织物采取适当的微波照射方式，尽量与间接加热方式结合起来，对于保证染色的均匀性是至关重要的。

至于染色深度和牢度，由于微波的加热，染料的分子向纤维内急速扩散，促使染料分子与纤维间发生物理化学反应，因此上染百分率高，染色深度深，染色牢度增大。

（3）微波染色的优点。

①采用微波加热可以大大缩短加热所用的时间，从而提高生产效率，因为采用微波加热，由于被加热的织物本身就是一个发热体，是直接加热，可以在较短时间内实现快速加热。

例如，把含水量从80%烘干到2%所需的时间，热空气加热的时间是微波加热的10倍，大大减小了热损耗，从而达到节能的目的，为挽救世界性的能源危机作出贡献。

②微波加热具有选择性，利用微波染色时，由于水的自身特性，对微波能选择吸收，这样一方面有利于染料分子向纤维内部扩散，另一方面又可避免被加工的纤维纺织物受到损伤和破坏，具有远大的发展前景。

③微波加热具有整体性，被加工织物是内外表面一起受热，加热均匀、生产效率高，同时微波加热有利于将新技术渗透到纺织行业中去，便于纺织行业实现自动化，以满足纺织工业走向国际市场所面临的科技的挑战，具有可观的社会效益。

微波技术在其他染整加工中的应用

微波除了应用于染色工业外，在退煮漂白的工艺中采用微波组合处理可以大大地缩短前处理的时间，而且对退浆与棉籽壳的软化都具有很好的效果，而且对织物的强力损伤也较小。

例如，经淀粉上浆的100%的棉平纹坯布进行退浆，煮练前处理，第一步经3min汽蒸处理，然后第二步用2min的微波和汽蒸同时处理，这种方法与常规两步汽蒸法即每步都是20min的汽蒸，对比如下。

工艺结果表明，第一步，棉籽壳去除成功；第二步，后退浆程度达8～9Tegewa，表明退浆达标；第三步所得的白度指数为84Stensby，取得非常好的结果，而且强度又没有差异。