超聲波霧化技術(shù)簡化棉表面處理

　　主持：梁楓
　　
　　嘉賓：武漢紡織大學(xué)副校長徐衛(wèi)林教授
　　
　　主持人：徐教授，作為天然纖維的代表，棉纖維給人的感覺是具有很好的吸濕透氣性能以及抗靜電性能。是否可以說，在棉纖維的后整理過程中，它們的表面與某些化學(xué)助劑具有很好的結(jié)合牢度？無需進行大的表面改性處理？
　　
　　徐衛(wèi)林：也不盡然。要想說明這個問題，我先簡單介紹一下棉纖維的構(gòu)造。棉纖維為多層狀帶中腔結(jié)構(gòu)，梢端尖而封閉，中段較粗，尾端稍細而敞口，呈扁平帶狀。棉纖維結(jié)構(gòu)可以分為三層。zui里層為次生層，這一層是由纖維素在初生層胞壁內(nèi)沉淀而成的原組織，占纖維總質(zhì)量的90%以上。中間層是初生層，是纖維的初生胞壁，由網(wǎng)狀原纖組成。初生層的厚度約為0.1μm~0.2μm，占纖維質(zhì)量的2.5%~2.7%。初生層和次生層均具有很好的吸濕性能，其公定回潮率為8.5%。zui外層是表皮層，這一層是初生層外的一層薄薄的外皮，由蠟質(zhì)、脂肪與果膠的混合物組成，具有潤滑防水作用。這一層的存在就像在海綿的外面包上一層聚乙烯薄膜，使吸濕性能很好的棉變成了拒水的織物。
　　
　　棉纖維zui外層含有的大量果膠、蠟質(zhì)和灰分，會嚴重影響沒有經(jīng)過煮練和漂白紗線的上漿性能。這種未經(jīng)過處理過的棉親水性并不太好，影響上漿效果。
　　
　　預(yù)濕上漿的弊端
　　
　　主持人：那如何提高棉纖維的上漿效果呢？
　　
　　徐衛(wèi)林：為提高棉纖維的上漿性能，在上世紀七八十年代，上曾提出預(yù)濕上漿的方法，并且針對預(yù)濕上漿工藝開發(fā)出相應(yīng)的漿紗設(shè)備。例如，前些年在預(yù)濕上漿研究方面，瑞士貝寧格公司研究了一種新的預(yù)濕基本工藝。這種設(shè)備有兩個洗滌區(qū)，進行兩次浸軋，然后再進行上漿，使預(yù)濕和上漿相結(jié)合。文獻報道表明，這種預(yù)濕上漿可以通過潤濕和洗滌使熱水充分滲入經(jīng)紗纖維內(nèi)部，兩個浸漬區(qū)優(yōu)化了洗滌作用。據(jù)稱該公司研究的這種預(yù)濕工藝主要用于高產(chǎn)量、長流程的上漿工藝，粗號紗線采用這種預(yù)濕方法可獲得較滿意的效果。
　　
　　國內(nèi)從事預(yù)濕上漿研究的學(xué)者和企業(yè)很多，zui后均因其弊端而放棄了使用。預(yù)濕上漿的弊端就是輕漿。紗線通過熱水之后，在浸軋輥的作用下將吸入的水分擠出，一般來講，采用100kN的壓力軋紗線可以將紗線的帶液量控制在10%~20%之間。但如此高壓，一般設(shè)備難以*承受。因此，預(yù)濕后的紗線必然會帶入部分水浸入漿液中。如果每米紗片帶入水0.001kg，在車速40米/分鐘的狀態(tài)下，每分鐘就會有0.4kg的水浸入漿槽，1小時就會有24kg的水浸入漿槽。這時漿槽的含固量就會明顯下降。當帶入的水每增加1g，1小時后進入漿槽的水的重量就會增加24kg。對于鄭州紡機生產(chǎn)的GA306漿紗機，其壓輥的壓力一般可調(diào)控在35kN~40kN，在這種壓力下，紗線的帶液量較高，紗線從壓輥出來后，用手摸明顯感覺上面帶水。在這種情況下，紗線帶入漿槽的水量很多，很容易造成漿槽中的固含量下降，造成輕漿現(xiàn)象。
　　
　　預(yù)濕上漿即快速表面改性處理。棉纖維表面的棉蠟在高于85℃的熱水中開始融化，溫度進一步提高可以去除其表面的棉蠟。預(yù)濕上漿的工藝就是為了改善紗線的吸漿條件，使其能夠快速吸漿，在壓輥的作用下更容易形成浸透層。但是這種處理方法僅是將漿料粘附到紗線上，對改善纖維粘附力的程度仍有待研究。在預(yù)濕上漿的基礎(chǔ)上，我們團隊經(jīng)過多年的摸索，發(fā)現(xiàn)一種全新的適用于棉及其混紡紗的快速表面改性整理方法——超聲波霧化技術(shù)，并申請了發(fā)明。
　　
　　超聲波霧化技術(shù)提高紗線強力
　　
　　主持人：什么是超聲波霧化技術(shù)？
　　
　　徐衛(wèi)林：超聲波霧化技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛，例如在制備納米無機顆粒工廠加濕及海水淡化等方面。超聲波是頻率高于20000赫茲的聲波。超聲霧化是在超聲波的作用下，液體在氣相中分散而形成微細霧滴過程。關(guān)于超聲霧化形成的機理，一直存在著兩種解釋——微激波理論和表面張力波理論。
　　
　　微激波理論是基于聲空化效應(yīng)的，聲空化效應(yīng)是指液體中微小氣泡的形成、生長、崩潰及其引起的物理和化學(xué)效應(yīng)。在氣泡閉合的過程中，液體的動能轉(zhuǎn)變?yōu)闊岷凸廨椛湟酝猓溆嗟哪芰烤鸵晕⒉ㄐ问捷椛洌串a(chǎn)生微激波。按照這種理論，空化泡閉合時產(chǎn)生很強的微激波，其強度達到一定值時引起霧化。
　　
　　而表面張力波理論認為，表面波在傳播過程中，由于能量的集中會形成不穩(wěn)定的張力波，當液體振動面的振幅達到一定值時，液滴即從波峰上飛出而形成霧。我們團隊采用超聲波霧化設(shè)備將快速改性整理液施加到紗線表面，再進行上漿，通過這種方式實現(xiàn)棉纖維表面快速改性整理。
　　
　　主持人：這種技術(shù)的工作原理是什么？如何能提高紗線強力？
　　
　　徐衛(wèi)林：由超聲波霧化設(shè)備生成的快速改性整理液是由滲透劑、偶聯(lián)劑和水組成。整理液通過霧化的手段施加到紗線上后，在其表層覆蓋了一層分子膜。這層膜是由偶聯(lián)劑和滲透劑組成的。*，滲透劑對增加漿膜和纖維之間的粘附力并沒有直接幫助。但是偶聯(lián)劑的存在改變了這一現(xiàn)狀。偶聯(lián)劑在滲透劑的幫助下在紗線表面形成分子膜，這層分子膜zui終存在于漿膜和纖維之間。當紗線進入烘房后，偶聯(lián)劑受熱后發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，反應(yīng)后的分子兩端可以將棉纖維的表皮層和漿膜連接，這樣就改變了傳統(tǒng)工藝中的漿膜與紗線之間的單一的粘合方式。
　　
　　超聲波霧化是用專門設(shè)計的實驗裝置對紗線進行噴霧，當紗線帶液量控制在10%左右時，半小時內(nèi)，漿紗在漿槽中的漿液粘度幾乎沒有明顯波動。實驗顯示，經(jīng)過快速改性的紗線在相同漿料配方條件下，漿紗上漿率減小，紗線強力比未經(jīng)表面快速改性的要高20%左右。
　　
　　究其原因，有以下兩種可能：*，霧化處理具有一定的預(yù)濕上漿作用，改善了漿液的浸透速度；第二，霧化整理液中的化學(xué)試劑增強了界面牢度。對于第二點原因，工廠曾提出疑義：通過化學(xué)鍵交聯(lián)反應(yīng)后退漿會不會褪不干凈？從理論上講，偶聯(lián)劑是和棉纖維表皮層的棉蠟進行交聯(lián)反應(yīng)，這種反應(yīng)將漿膜和棉蠟連接在一起。退漿工藝可以將棉蠟層*去除，而在外層的偶聯(lián)劑、滲透劑、漿料則像剝香蕉皮一樣被退漿劑去除。這種方法通過實驗室多次驗證，并在2009年湖北省和山東省的一些企業(yè)進行了生產(chǎn)線聯(lián)合實驗。
　　
　　通過對棉纖維紗線的上漿我們可以發(fā)現(xiàn)，并不是吸濕性能好的纖維就具有很好的反應(yīng)活性，與試劑結(jié)合得牢固與否還要取決于纖維表面的性能。因此，判斷一種纖維與整理試劑的反應(yīng)活性，首先要考察這兩種物質(zhì)接觸的界面特質(zhì)，然后再確定整理的試劑，這樣才能夠?qū)崿F(xiàn)更好的反應(yīng)，更好的界面牢度。這便是兵家常說的“知己知彼，百戰(zhàn)不殆”。
　　
　　（來源：中國紡織報）