梵英超声(fanyingsonic)
超声波空化效应通过机械振动、高温高压及微射流等物理作用,显著提升了染色剂在纤维中的渗透性、分散性和上染效率,同时降低了染色温度并改善了匀染性。
提升染料渗透性,加速上染速率
空化效应的机械作用:超声波在液体中产生高频振动,形成微小气泡(空化核),气泡崩溃时产生局部高温高压(约3000K、5.05×10⁸Pa)和微射流(时速达400km)。这些极端条件可穿透纤维表面隔离层(如羊毛鳞片层或聚酯结晶区),破坏纤维与染料间的物理屏障,使染料分子更易进入纤维内部。
数据支持:研究表明,超声波染色可使染料扩散系数提高约30%,染色活化能显著下降,上染速率较常规染色提升明显。例如,直接染料对棉织物的染色中,平衡上染百分率提高8%;亚麻织物染色时,上染速率和得色量均显著改善。
改善染料分散性,减少聚集
解聚作用:染液中染料分子易形成聚集体或胶束,降低上染效率。超声波的空化效应通过微射流冲击和高温高压环境,将染料聚集体击碎为粒径小于1μm的高稳定性分散液,同时提高难溶性染料(如分散染料)的溶解度,增加单分子分散状态的染料数量。
应用案例:在分散染料对醋酯纤维的染色中,超声波处理使上染速度显著提高,而纤维得色量增加不明显,说明其更适用于疏水性纤维或分子量较高的染料体系。
降低染色温度,保护纤维
低温染色优势:空化效应产生的局部高温可部分替代传统染色中的热能输入,使染色温度降低至45-65℃(空化作用最佳温度为50℃)。低温染色可避免高温对蛋白质纤维(如羊毛、丝绸)和部分化学纤维(如氨纶)的损伤,同时减少能源消耗。
热效应机制:超声波与介质相互作用时,声能转化为热能,使染浴温度升高,但空化效应在低温下更显著,因此低温条件下染色效果更优。
增强匀染性,改善透染效果
纤维结构优化:空化效应可能使纤维内无定形区链段活性增强,高分子侧序度降低,结晶度和取向度下降,从而扩大纤维内部孔道,增加比表面积。这种结构变化使染料分子在纤维内的扩散阻力减小,透染和匀染效果显著改善。
实例验证:羊毛纤维经超声波处理后,鳞片层打开更充分,染料渗透更均匀;聚酯纤维结晶度下降,无定形区含量增加,上染率提高。