超声波染色：节能环保，效果提升

染色中应用超声波技术的研究很多，无论低频或高频超声波都可用于提高染料分散效果，改善染料溶解度和纺织材料对染料的吸收性能。20世纪40～50年代以来，人们几乎在所有纤维染色工艺中都进行了声化学的研究。

（一）超声波在染色体系中的作用

1.脱气作用

超声波的空穴效应可将纤维毛细管或织物经纬纱交织点中溶解或滞留的空气排除掉，改善染液对纤维表面的渗透和润湿性，有利于染料与纤维的接触，从而提高纤维对染料的吸收。因此，超声染色对提高厚密织物的染色效果显著。

2.扩散作用

在浴中超声波使极细的空化泡形成和破裂，因而在极小的范围内增加压力和温度，瞬间使分子动能增加，产生类似搅拌的作用，使染料的扩散边界层变薄破裂，加速染料与纤维表面的接触，有利于纤维内外染液的循环，加快染料上染速率，提高上染百分率。

另一方面，超声波的空穴效应可以穿透覆盖纤维的隔离层，促进染料向纤维内部的扩散。而且超声波的作用可能使纤维内无定形区分子链段的活动性增强或纤维内孔道增大，高分子的侧序度降低，纤维的结晶度和定向度下降，促使染料分子运动速度加快，显著改善透染和匀染效果。研究表明，超声染色与常规染色相比较，可提高扩散系数30%，染色活化能明显下降。

3.分散作用

常温染液中染料分子或离子会形成聚集体，以胶束状存在，借助于超声波类似搅拌的作用能使染浴中的胶体和分子的缔合体粉碎，形成均匀的分散体；更可将分散染料的晶体颗粒击碎，获得粒度为lμm以下高稳定性的分散液，同时提高水溶性和难溶性染料在染液中的溶解度，增加染料单分子分散状态的染料数目。由于染料分散性的提高，必然导致染料扩散能阻和活化能的下降。

4.超声波对纤维的作用

在染色过程中，凡是有利于纤维无定形区空隙增大或增多，纤维内外比表面积增大的因素，都有利于染色过程的顺利进行。研究发现，在超声波的作用下，纤维表面或纤维内部的微观结构发生了一定的变化，如棉纤维结晶的完整性受到了一定程度的破坏，纤维内部出现较多的孔洞，使得纤维的比表面积增大，无定形区含量增加。从而使原来不可及的分子变为可及，使染料分子的扩散能阻降低，扩散速率加快，活化能降低，染料平衡上染百分率提高。因此用超声波染色，完全可以采用较少的染料获得所需要的色泽深度。

5.超声波的热效应

超声波与介质的相互作用尤其是介质的吸热效应是超声波染色的一个重要基础。在这一过程中，声波必然要与其周围的其他分子发生黏滞性的相互作用，产生类摩擦的效应，结果介质必然吸收一部分声能，把它转化为热能，使其自身温度升高，造成对声波的附加吸收。同时在介质中还存在一些离子或自由基、自由电子，在外电场存在的条件下，形成离子导电，也会产生热效应。(www.xing528.com)

除了黏滞性的吸收之外，还需考虑介质热传导的贡献。当介质中有声波传播时，压缩区的温度将高于平均温度，稀疏区的温度将低于平均温度，因此有一部分热能将由压缩区转移到稀疏区，这导致压缩区在膨胀时所做的功小于压缩时声波对它所做的功，从而超声波可显著地使传播介质加热。

因此，采用超声波进行染色，利用染浴对之有较强的吸热效应，完全可以在较低的温度下就达到或超过所要求的染色效果，这正是超声波染色工艺的生态优势。

（二）超声波染色的主要工艺因素

1.超声波染色的频率

超声波染色的频率一般在20～50kHz之间，也是空穴效应发生最显著的波段。低于该频率的声波，不但不引起空穴效应，并且能量也较低，对染色作用效果不明显。频率过高，则声波膨胀时间相对短，空化核来不及增长至可产生空穴效应的空化泡，即使空化泡形成，声波的压缩相时间也短，空化泡可能来不及发生崩溃，因此频率变高将使空化效应变弱；另外，当频率超过100kHz以上时，有可能引起纤维聚合度下降，原纤化以至于熔融等物理化学过程。

2.超声波的强度

超声波的强度为0.8～1.0W/cm2（频率20～50kHz）的条件下，染料对纤维的上染百分率可达到最大，同时还可使纱线或织物蓬松、纤维柔软，但不会引起纤维永久性的松弛和纤维形态的变化。当声波的强度为0.2W/cm2时，超声波染色的上染百分率与常规染色接近。而当声强超过1.0W/cm2时没有空穴产生。

3.超声波染色的温度

由于超声波产生空穴效应的最佳温度为50℃，超声染色的温度一般选为45～65℃，因此超声染色属于低温染色，可以避免由于高温染色对蛋白质纤维和部分化学纤维造成的损伤，有利于工艺的改善和产品质量的提高。又由于在染色过程中部分声能转换为热能，因此采用超声波染色的染浴无须外加热能，成为目前节能染色的最佳工艺方法之一。

4.染料和纤维对超声波染色的影响

与常规染色不同，超声波染色对于不同纤维和不同染料的作用不同。一般来讲，超声波对于非水溶性的染料染疏水性纤维，相对分子质量较高的染料染色，以及对于达到平衡所需要时间长的染色作用较为明显。例如分散染料对醋酯纤维的超声波染色，与常规染色相比，上染速率提高很显著。染料种类对超声波染色的影响尤为显著，即或是同类染料，超声波染色的效果影响也不同，因此拼色使用时尤其应注意。