Page 71 - 《精细化工》2023年第3期

第 3 期 张文博，等: 皮革染色性能提升的方法与技术研究进展 ·527·

3 清洁型染色技术 革加工容器的放大设计和开发是非常必要的，其作
为一种清洁、环保的辅助染色技术具有广阔的应用
3.1 超声波技术和微波技术 前景。
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4
超声波是指频率在 2×10 ~2×10 Hz 的弹性机械
声波。超声波在液体中的空化效应是超声波发生作
用的基础。在传统皮革染色过程中，染料在皮革上
的扩散与渗透是通过转鼓引起的机械搅动来实现
的，染料在短时间内的渗透性与匀染性不强。而超
声波的空化效应有助于皮革对染料的吸收 [44] 。
何有节等 [45] 将超声波技术用于皮革染色，研究 [48]
图 7 皮革纤维束的 SEM 照片：超声（a）和无超声（b）
超声波频率对皮革染色性能的影响。发现频率为 Fig. 7 SEM images of fiber bundles of the leathers with
23.7 kHz 的超声波对皮革染色有促染作用，在较低 ultrasound (a) and without ultrasound (b) [48]

温度下，染料溶液经超声波预处理 20~30 min，染料
的上染率可达到 99.24%~99.75%。染料的扩散系数为
–16
2
6.77×10 m /s，比不施加超声波时提高 10.8% [46] 。
SIVAKUMAR 等 [47] 在 150 W、33 kHz 的超声波
设备中进行皮革染色，与未用超声波的染色革相比，
皮革具有更高的色值和染料渗透性，皮革耐干湿摩
擦色牢度均在 4~5 级。如表 1 所示，在该工艺条件
下超声波处理对皮革的力学强度的影响不大。

表 1 用质量分数为 4%的酸性红染料对皮革进行 100 min
的超声和不超声染色后的力学性能对比 [47]
Table 1 Comparison of mechanical properties of leathers
after 100 min ultrasonic and non-ultrasonic dyeing
with 4% (mass fraction) acid red dye [47]
未经超声波处理的
性能 超声波处理的皮革
皮革
抗张强度/MPa 21.1 20.7
撕裂强度/(N/m) 4.5 4.1
断裂伸长率/% 45.0 42.0

图 7 表明，超声波处理后的皮革纤维完整 [48] 。
因此适当的超声波处理对皮革的结构及力学性能不
会造成负面影响。如图 8 所示，对超声波辅助皮革
染色动力学研究发现，皮革可吸收 60%的空化效应，
促进了染料分子在皮革内部流动。超声波增大了染
料的平均团聚粒径，染料有明显的团聚现象，该现
象有助于更多的染料扩散到皮革上，提高染料的上
染率。然而，团聚体尺寸的增大通常会对扩散过程
产生负面影响，但皮革纤维孔隙尺寸的变化在本质

上是可逆的，经超声处理的皮革孔隙尺寸也会变化， 图 8 皮革染色过程中超声波槽的空化能量（a）；酸性红
因此，较大的团聚体可以进入皮革 [49] 。SIVAKUMAR IGN 染料的消耗百分比（b）；超声波处理酸性红
等 [50] 对该技术投入使用的生产成本及所获得的经济 IGN 染料平均团聚体粒径的影响（c） [49]
Fig. 8 Acoustic cavitation energy in the ultrasonic tank in
效益分析表明，除去电能成本、超声波设备成本回 leather dyeing process (a); Percentage exhaustion
收期，由超声波技术而节省的染料产生了可观的利 of acid red dye (b); Effect of sonication on mean
aggregate size of acid red IGN dye (c) [49]
润。此外，超声波技术还可辅助提取天然染料，提
高天然染料的提取率，可将提取的染料作为无毒和 微波是指频率在 300 MHz~300 GHz 之间的电
环保染料用于皮革染色 [51-52] 。因此，超声波辅助皮 磁波。微波通过分子摩擦产生能量从内部加热物质。