Perché applicare gli ultrasuoni nella tintura?

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1 PROVE DI TINTURA

2 Perché applicare gli ultrasuoni nella tintura? Vantaggi legati all utilizzo degli ultrasuoni: Bagno di tintura: Aumento della micro-miscelazione nel bagno di tintura Facilitazione nella disgregazione degli aggregati di colorante Fibra: Aumento della mobilità delle regioni amorfe della fibra con conseguente aumento della velocità di diffusione del colorante nella fibra Eliminazione dell aria intrappolata nella fibra (aumento della superficie di contatto fibra-colorante) Sistema interfase: Riduzione dello strato limite all interfaccia tra tessuto e bagno di tintura Aumento del trasporto di materia Pratica industriale: Riduzione delle temperature operative di tintura Riduzione dei tempi di tintura 2

3 Apparecchiature prototipali I fase sperimentale Apparecchiatura prototipale Politecnico II fase sperimentale Apparecchiature prototipali OBEM e FLAINOX 3

4 Apparecchiatura prototipale Politecnico 1 CILINDRO MOTORE 2 APRI PEZZE 3 TRASDUTTORE US Caratteristiche operative del prototipo: Trasduttore piano Frequenza: 40, 80, 120 khz Potenza: W Velocità di rotazione del cilindro motore variabile Distanza della pezza dal trasduttore: 45 o 105 mm 4

5 Apparecchiatura prototipale Politecnico: Lana Tintura tessuto: lana Parametri di tintura: Materiale: pezza in pura lana (grammatura180 g/m 2 ) Velocità della pezza: 3 m/min Esposizione effettiva agli US: 12 min (media) Tempo di tintura complessivo: 180 min (medio) Distanza della pezza dall emettitore: 45 o 105 mm Rapporto bagno: 1:70 o 1:115 ph del bagno: 5 (acido acetico) Temperatura operativa: 85 C (isoterma) Colorante: acido 5

6 Esaurimento [%] Apparecchiatura prototipale Politecnico: Lana Parametri di tintura: tintura tradizionale e tinture coadiuvate da Ultrasuoni con rapporto bagno 1:70, distanza pezza - piano emettitore 45mm, temperatura 85 C al variare della potenza e della frequenza 100,0 90,0 80,0 70,0 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0, Tempo [min] NO US US: 40 khz, 500 W US: 40 khz, 250W US: 80 khz, 500 W US: 80 khz, 250W 6

7 Esaurimento [%] Apparecchiatura prototipale Politecnico: Lana Parametri di tintura: tinture coadiuvate da Ultrasuoni con temperatura 85 C, potenza 500 W, frequenza 40 khz al variare della distanza pezza piano emettitore, del rapporto bagno 100,0 90,0 80,0 70,0 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0, Tempo [min] NO US 1:115, 45 mm 1:115, 105 mm 1:70, 45 mm 7

8 Esaurimento [%] Apparecchiatura prototipale Politecnico: Lana Parametri di tintura: tinture coadiuvate da Ultrasuoni con temperatura 85 C, potenza 500 W, frequenza 80 khz al variare della distanza pezza piano emettitore, del rapporto bagno 100,0 90,0 80,0 70,0 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0, Tempo [min] NO US 1:115, 45 mm 1:115, 105 mm 1:70, 45 mm 8

9 Apparecchiatura prototipale Politecnico: Lana Proprietà meccaniche del tessuto dopo intenso trattamento US (40 khz, 500 W, 6 h trattamento) Determinazione della resistenza alla perforazione con il metodo della sfera (UNI 5421) Tessuto non trattato Tessuto trattato per 6 ore agli US Test Strength (dan) Distension (mm) Test Strength (dan) Distension (mm) Valori medi delle prove dimostrano che non si notano danni meccanici sulle proprietà del tessuto 9

10 Apparecchiatura prototipale Politecnico: Lana Conclusioni e commenti: L applicazione degli ultrasuoni nella tintura incrementa la cinetica di tintura, specialmente a basse frequenze, aumentando il trasporto di materia del colorante sulla fibra Influenza del rapporto bagno: migliori risultati si ottengono con bassi rapporti bagno Influenza della frequenza: migliori risultati si ottengono con basse frequenze Influenza della potenza: potenze elevate migliorano il trasporto di materia del colorante Influenza della distanza pezza - trasduttore: l aumento della distanza causa leggera riduzione dell effetto ultrasonico Assenza di danni meccanici sul tessuto dopo trattamento di 6 ore con US 10

11 Apparecchiatura prototipale OBEM Caratteristiche operative del prototipo: Trasduttore piano Frequenza: 25 khz Potenza: W Velocità di rotazione del cilindro motore variabile Distanza della pezza dal trasduttore variabile 11

12 Apparecchiatura prototipale OBEM Ingresso dell acqua Sistema di riscaldamento Uscita del bagno di tintura esausto Pompa per la circolazione del liquido Aspo Motore dotato di inverter e motoriduttore 12

13 Apparecchiatura prototipale OBEM Configurazioni possibili Tintura capo Tintura matasse Tintura tessuti Emettitore cilindrico Tamburo rotante Emettitore piano 13

14 Apparecchiatura prototipale OBEM Tintura tessuti Le prove sperimentali sono eseguite utilizzando fibre artificiali (PES, acrilico) fibre naturali (lana, cotone) e differenti confezioni di tessuto: capo pezza matassa matasse pezze 14

15 Apparecchiatura prototipale OBEM: PES Tintura tessuti fibra artificiale: PES Struttura altamente ordinata e compatta Difficoltà nella tintura (agenti rigonfianti oppure aumento della temperatura) Nei processi tradizionali di tintura T >Tg (Tg PES 70 C) Maggiore mobilità delle macromolecole 15

16 Temperatura [ C] Temperatuta [ C] Apparecchiatura prototipale OBEM: PES Tintura tessuti PES in pezza Parametri di tintura tradizionale con US Temperatura 130 C 80 C Rapporto bagno 1/10 1/20 1/400 Quantitativo colorante disperso 3% s.p.f. 3% s.p.f. Quantitativo disperdente 1,5 g/l 1,5 g/l Potenza Frequenza 600 W 25 khz Tempo di tintura min 30 min Tintura tradizionale colorante Tempo [min] Tintura con US Tempo [min] 16

17 Apparecchiatura prototipale OBEM: PES Tintura tessuti PES in pezza (tintura statica) Colorante: Rubino Farbospers Tintura tradizionale 130 C dopo lavaggio senza carrier Tintura 80 C senza US dopo lavaggio senza carrier 17

18 Apparecchiatura prototipale OBEM: PES Tintura tessuti PES in pezza Pretrattamento del colorante con US utilizzo di un carrier nel bagno di tintura tradizionale US con carrier US senza carrier senza US 18

19 Apparecchiatura prototipale OBEM: PES Conclusioni PES in pezza Non si raggiunge la tonalità di riferimento delle tinture tradizionali Temperatura di tintura con US (80 C): molto prossima alla Tg (70 C) già troppo alta per avere efficacia dagli US Scarsa mobilità delle macromolecole L utilizzo degli US nella tintura del PES (e in generale delle fibre sintetiche) non è applicabile (impossibilità di operare ad alta temperatura) 19

20 Apparecchiatura prototipale OBEM: Acrilico Conclusioni Acrilico in matassa Stesse conclusioni della tintura del PES coadiuvata da US Non si raggiunge la tonalità di riferimento delle tinture tradizionali a causa della scarsa mobilità delle catene macromolecolari tradizionale 80 C, US L utilizzo degli US nella tintura dell acrilico non è applicabile (impossibilità di operare ad alta temperatura) 20

21 Apparecchiatura prototipale OBEM: Lana Tintura tessuti Lana in matassa (tintura dinamica) Colorante: Verde Nylosan (2% Giallo Nylosan - 1% Blu Nylosan) Parametri di tintura tradizionale con US Temperatura 98 C 50 C Rapporto bagno 1/10 1/30 Quantitativo colorante 3% s.p.f. 3% s.p.f. Quantitativo ugualizzante 3% s.p.f. 0,3% s.p.f. Potenza 600 W Frequenza 25 khz Tempo di tintura 60 min 60 min Velocità dell aspo 6 giri/min parte esterna parte interna 21

22 Esaurimento [%] Apparecchiatura prototipale OBEM: Lana Tintura tessuti Lana in matassa (tintura dinamica) C 50 C+US 98 C C, US 50 C, no US 98 C, no US Tempo [min] 22

23 Apparecchiatura prototipale OBEM: Lana Tintura tessuti Lana in pezza multistrato(tintura dinamica) Colorante: Blu Nylosan (2%) Parametri di tintura con US Temperatura 50 C Quantitativo colorante 3% s.p.f. Quantitativo ugualizzante 0,3% s.p.f. Potenza 600 W Frequenza 25 khz Tempo di tintura 50 min Velocità dell aspo 6 giri/min 23

24 Riflettanza [%] Apparecchiatura prototipale OBEM: Lana Tintura tessuti Lana in pezza multistrato(tintura dinamica) Risultati: riflettanza Posizione dello strato sup. rivolta agli ultrasuoni sup. opposta agli ultrasuoni 24

25 Apparecchiatura prototipale OBEM: Lana Conclusioni tintura ad US della lana Aumento dell esaurimento del bagno a parità di tempo Diminuzione della temperatura di tintura Diminuzione tempo di tintura a parità di esaurimento Gli US presentano un effetto limitato della tintura lungo lo spessore del manufatto Buona uniformità di colore sulla superficie di tutto il materiale Solidità paragonabili alle tinture tradizionali L utilizzo degli US nella tintura della lana è una tecnologia applicabile 25

26 Apparecchiatura prototipale OBEM: Cotone Tintura in capo Cotone Parametri di tintura tradizionale con US Temperatura 85 C 60 C Rapporto bagno 1/10 1/30 ph iniziale 6,5 6,5 Quantitativo colorante 2% s.p.f. 2% s.p.f. Quantitativo disperdente 1% s.p.f. 0,3% s.p.f. Potenza emettitore piano 600 W Frequenza emettitore piano Potenza emettitore cilindrico 1000W Frequenza emettitori 25 khz Tempo di tintura 380 min 100 min Velocità dell aspo 16 giri/min 26

27 Apparecchiatura prototipale OBEM: Cotone Conclusioni tintura ad US del cotone Aumento dell esaurimento del bagno rispetto alla tintura tradizionale (84% 93%) Diminuzione della temperatura di tintura (85 C 60 C) Diminuzione tempo di tintura (380min 100min) Buona unitezza della tinta con presenza di qualche disomogeneità (probabilmente dovuta all eccessivo impaccamento del materiale all interno del cestello) Solidità paragonabili alle tinture tradizionali L utilizzo degli US nella tintura del cotone è una tecnologia applicabile 27

28 Apparecchiatura prototipale FLAINOX Prototipo USLAB 1: macchina a cassetti Uniformità: insufficiente Solidità: paragonabili alle tinture tradizionali (senza US) Esaurimenti: paragonabili alle tinture senza US (contributo degli US scarso o assente) Materiale: microfibra (poliammide) 28

29 Apparecchiatura prototipale FLAINOX Prototipo USLAB 2: macchina Olandese Uniformità: accettabile Solidità: paragonabili alle tinture tradizionali (senza US) Esaurimenti: paragonabili alle tinture senza US (contributo degli US scarso o assente) Materiale: lana Materiale: cotone 29

30 Apparecchiatura prototipale FLAINOX Conclusioni USBLAB 1 ( a cassetti ) USBLAB 2 ( Olandese ) Elevata turbolenza Presenza dei cassetti riduce l azione degli US riduce l azione degli US dell 80% Immobilità del materiale nei cassetti disuniformità di tinta del campione (difficoltà di penetrazione degli US attraverso impaccati di materiale) Elevata turbolenza riduce l azione degli US Mobilità del materiale uniformità di tinta del campione 30

31 Conclusioni Tintura fibre artificiali (PES, acrilico) Gli US sembrano non influenzare la mobilità delle macromolecole nelle zone amorfe Le fibre richiedono temperature di tintura notevolmente superiori alla Tg Alle alte temperature l effetto ultrasonico è ridotto Tintura fibre naturali (lana, cotone) Ridotta temperatura di tintura Riduzione degli ausiliari di tintura Gli US non danneggiano meccanicamente le fibre US non applicabili US presentano un effetto benefico nella tintura US applicabili Gli US presentano un effetto limitato nello spessore del materiale 31

32 GRAZIE PER L ATTENZIONE