（纺织化学与染整工程专业论文）活性染料棉织物的泡沫染色工艺优化研究.pdf

1 本文从泡 较为深入的研究，研究了泡沫的起泡性、稳定性及气泡均与性等 相关性能，同时结合纺织品染色工艺，研究了棉织物活性染料泡 沫染色的工艺条件，并给出了相关的最优工艺。 2 论文采用较为先进的统计方法响应面曲面法设计活性染料泡沫 染色实验。首先，利用p l a c k e t t - b u r m a n 实验设计法从诸多影响 因素中筛选出影响k s 值和匀染性的主要因素，其次利用中心组 合设计分别对筛选出的因素水平及其交互作用进行优化与评价， 进而得出优化工艺。最后，以匀染性为重点，兼顾较高的k s 值， 得出了两者综合的优化工艺。 摘要 本课题探求了泡沫染色工艺中的各项参数，以便为泡沫染色工艺的进一步研 究提供理论基础与实验经验。本论文的研究内容分为两部分：第一部分主要研究 泡沫的表观性能，第二部分主要研究了泡沫技术在染色中的应用。 泡沫是由大量气体分散在少量液体中形成的微泡聚集体，它具有多种性能， 其中起泡性和稳定性是最为重要的两种。本文在泡沫的产生和衰变机理等理论基 础之上，参照w a r i n gb l e n d e r 法对泡沫液的起泡性、稳定性进行了研究，同时借 助于生物显微镜对气泡的均匀性进行了研究，考察了表面活性剂浓度、表面活性 剂结构类型、表面活性剂复配、稳定剂的加入、温度、搅拌速度、盐的加入等因 素对泡沫表观性能的影响，探讨了泡沫的表观性能、微观机制和实际应用三者之 间的内在联系。 泡沫染色作为一种新型的染色加工技术，节能减排，符合绿色生产的需要。 本文对棉织物的活性染料泡沫染色工艺进行了初步探索和研究，首先用 p l a c k e t t b u r m a 实验设计法筛选出了影响染色k s 值与匀染性的主要因素，实验 得出影响k s 值的主要因素是氯化钠、焙烘温度、焙烘时间；影响匀染性的主要 因素为羧甲基纤维素钠、海藻酸钠、氯化钠。其次利用中心组合设计( c e n t r a l c o m p o s i t ed e s i g n ) ，分别对k s 和匀染性响应实验进行优化，得出了各自的优化 工艺条件。其中，k s 值的优化工艺为活性染料红( d b l 5 0 ) 、十二烷基硫酸钠 5 9 l ，羧甲基纤维素钠l g l ，海藻酸钠0 2 9 l ，尿素2 0 9 l ，碳酸钠3 9 l ，氯化 钠浓度5 7 4 l ，搅拌速度2 7 0 0 r m i n ，焙烘温度1 6 0 。c ，焙烘时间2 m i r a 匀染性 的优化工艺为十二烷基硫酸钠3 9 l ，羧甲基纤维素钠浓度o 5 l ，海藻酸钠浓度 l g l ，尿素3 0 ，碳酸钠8 9 l ，氯化钠7 7 5 9 l ，搅拌速度2 7 0 0 r m i n ，焙烘温 度1 6 0 ，焙烘时间3 m i n 。 以匀染性为关键点，参照匀染性优化工艺，得出了匀染性和k s 值的综合优 化工艺：活性红( d b l 5 0 ) 2 9 l ，十二烷基硫酸钠4 9 l ，羧甲基纤维素钠浓度 o 5 9 l ，海藻酸钠浓度o 8 9 l ，尿素3 0 l ，碳酸钠6 9 l ，氯化钠7 9 l ，搅拌速 度2 7 0 0 r m i n ，焙烘温度1 6 00 c ，焙烘时间3 m i n 。重复性实验发现该工艺效果好， 重演性很好。 关键词：泡沫；起泡性；稳定性：均匀性；响应面实验设计；活性染料 a b s t r a c t t h i ss u b j e c te x p l o r e st h ep a r a m e t e r si nt h ep r o c e s so ff o a md y e i n gi no r d e rt o p r o v i d et h e o r ya n dp r a c t i c ee x p e r i e n c ef o rt h e f u r t h e rs t u d yo ft e c h n i c a lo nf o a m d y e i n g t h ep a p e r c a nb ed i v i d e di n t ot w os e c t i o n s ；o n es t u d i e st h ea p p a r e n t p e r f o r m a n c eo ff o a m ，a n dt h eo t h e rs e c t i o ni sm a i n l ya b o u tt h ea p p l i c a t i o no ff o a m t e c h n i c a lt ot h ef i e l do ft e x t i l ed y e i n g i nf a c t ，t h ef o a mi st h i nf r o t hc o n g e r i e si nw h i c ht h e r ei sl o t so fa i ra n dal i t t l eo f l i q u i d ，a n di th a sm a n ys p e c i a lp e r f o r m a n c e s ，o fw h i c hf o a m a b i l i t ya n ds t a b i l i t yo f f o a ma r et h em o s ti m p o r t a n to n e s o nt h eb a s i so ft h e o r yo fp r o d u c t i o na n dr u i no n f o a m ，t h i sp a p e rs t u d i e st h ef o a m a b i l i t ya n ds t a b i l i t yo ft h ef o a ml i q u i dr e f e r r i n gt o t h ew a r r i n gb l e n d e rm e t h o d ，a tt h es a m et i m e ，i n v e s t i g a t e st h eu n i f o r m i t yo fb u b b l e b yt h eb i o m i c r o s c o p e ，r e v i e w st h ee f f e c to ft y p eo fs u r f a c t a n t ，s t r u c t u r eo fs u r f a c t a n t ， m i x t u r eo fs u r f a c t a n t ，a d d i t i o no fs t a b i l i z e ra n ds a l t ，s t i r r i n gs p e e d ，t e m p e r a t u r ee ta 1 o nt h ea p p a r e n tp e r f o r m a n c eo ff o a m ，a n de x p l o r e st h ei n t e r r e l a t i o no ff o a ma p p a r e n t p e r f o r m a n c e ，m i c r o c o s m i cm e c h a n i s m a n dp r a c t i c ea p p l i c a t i o n a san e wm e t h o do fd y e i n g ，f o a md y e i n gc a i ls a v ee n e r g y , r e d u c et h ea m o u n to f p o l l u t i o nw a t e r , s oi tc o n f o r m st ot h er e q u i r e m e n to fg r e e np r o d u c t i o n i nt h i sp a p e r , c o t t o nf a b r i co ff o a md y e i n g p r o c e s sw i t hr e a c t i v ed y e si sc o n d u c t e di nt h ep e r i o do f p r e l i m i n a r ye x p l o r a t i o na n dr e s e a r c h f i r s t l y , w ef i n do u tm a i nf a c t o r sw h i c hh a v e e f f e c to nt h ev a l u eo fk sa n du n i f o r m i t yb yt h ee x p e r i m e n t a ld e s i g n o f p l a c k e t t b u r m a ，a n dg e t st h er e s u l t st h a tm a i nf a c t o r sa f f e c t i n gt h ev a l u eo fk sa r e c o n c e n t r a t i o no fs o d i u mc h l o r i d e ，b a k i n gt e m p e r a t u r e ，b a k i n gt i m e ，a n dt h a tt h e s o d i u mc a r b o x y m e t h y lc e l l u l o s e ，s o d i u ma l g i n a t e ，s o d i u mc h l o r i d eh a v el a r g ee f f e c t o nt h eu n i f o r m i t yo fd y e i n gs a m p l e s e c o n d l y , t h r o u g ht h ec e n t r a lc o m p o s i t ed e s i g n ， w eo p t i m i z et h er e s p o n s ee x p e r i m e n t so fk sa n du n i f o r m i t yr e s p e c t i v e l y , a n do b t a i n t h e i rf o r m u l ao fp r o c e s so p t i m u m t h eo p t i m u mf o r m u l ao fk si sd y er e a c t i v er e d ( d b 15 0 ) o f2 9 l ，s o d i u ml a u r y ls u l f a t eo f5 9 l ，s o d i u mc a r b o x y m e t h y lc e l l u l o s eo f lg l ，s o d i u ma l g i n a t eo f0 2 9 l ，u r e ao f2 0 9 l ，s o d i u mc a r b o n a t eo f3g l ，s o d i u m c h l o r i d eo f5 7 4 9 l ，s t i r r i n gs p e e do f2 7 0 0 r m i n ，b a k i n gt e m p e r a t u r eo f15 9 6 9 。c ， b a k i n gt i m eo f2 m i n t h eo p t i m u mf o r m u l ao fu n i f o r m i t yi sd y e r e a c t i v er e d ( d b15 0 ) o f2 9 l ，s o d i u ml a u r y ls u l f a t eo f3 9 l ，s o d i u mc a r b o x y m e t h y lc e l l u l o s eo f0 5 9 l ， s o d i u ma l g i n a t eo flg l ，u r e ao f3 o g l ，s o d i u mc a r b o n a t eo f8 9 l ，s o d i u mc h l o r i d eo f 7 7 5 l ，s t i r r i n gs p e e do f2 7 0 0 r m i n ，b a k i n gt e m p e r a t u r eo f1 6 0 ，b a k i n gt i m eo f 3 m i n p u t t i n ge m p h a s i so nt h eu n i f o r m i t y , b a s e do nt h eo p t i m u mf o r m u l ao fu n i f o r m i t y t h ee x p e r i m e n to b t a i n st h ec o m p l e xo p t i m u mf o r m u l ao fk sa n du n i f o r m i t y ：d y e r e a c t i v er e d ( d b15 0 ) o f2 9 l ，s o d i u ml a u r y ls u l f a t eo f4 9 l ，s o d i u mc a r b o x y m e t h y l c e l l u l o s eo fo 5 9 l ，s o d i u ma l g i n a t eo f0 8 9 l ，u r e ao f3 0 l g l ，s o d i u mc a r b o n a t eo f 6 9 l ，s o d i u mc h l o r i d eo f7 9 l ，s t i r r i n gs p e e do f2 7 0 0 r m i n ，b a k i n gt e m p e r a t u r et h e r e p e a t e de x p e r i m e n t ss h o w t h a tt h er e p e t i t i o no ft h eo p t i m i z e dp r o c e s si sv e r yg o o d k e y w o r d s ：f o a m ；f o a m a b i l i t y ；s t a b i l i t y ；u n i f o r m i t y ；r e s p o n s es u r f a c em e t h o d o l o g y ； r e a c t i v ed y e 第一章 1 2 4 泡沫丝光l2 1 2 5 泡沫上浆12 1 3 泡沫起泡性能评价方法1 4 1 3 1 气流法1 4 1 3 2 搅拌法1 4 1 3 3r o s s m i l l e s 法15 1 4 泡沫稳定性的评价方法1 5 1 4 1 近红外扫描仪法1 6 1 4 2电导率法1 6 1 4 3光学法17 1 4 4 共聚显微镜法17 1 5统计学方法在优化中的应用17 1 5 1p l a c k e t t b u r m a n 实验设计17 1 5 2 响应面方法( r e s p o n s es u r f a c em e t h o d o l o g y , r s m ) 1 8 1 6 本课题研究的内容及意义1 8 第二章实验材料及方法2 1 2 1实验材料21 2 1 1 实验药品试剂2 1 2 1 2实验仪器2 2 2 2实验方法2 2 2 2 1泡沫的起泡性能研究2 2 2 2 2 泡沫的稳定性能研究2 2 2 2 3 泡沫的均匀性研究2 3 2 2 4 棉织物活性染料泡沫染色2 3 2 2 5 织物染色深度的测定2 3 2 2 6 匀染性测定2 3 2 2 7 分析方法2 3 2 2 7 1 p l a c k e t t b u r m a n 实验设计法2 3 2 2 7 2 响应面分析法2 4 第三章结果与讨论2 5 3 1泡沫起泡性能的研究2 5 3 1 1 表面活性剂的类型与浓度对起泡性的影响2 5 3 1 2 搅拌速度对起泡性的影响2 7 3 1 3 温度对起泡性的影响2 9 3 1 4 稳定剂对起泡性的影响2 9 3 1 5 增稠剂对起泡性的影响3l 3 1 6 碱剂对起泡性的影响3 1 3 1 7 盐对起泡性能的影响3 2 3 1 8 表面活性剂复配对起泡性的影响3 3 3 1 9 本节小结3 4 3 2 泡沫稳定性能的研究3 4 3 2 1 表面活性剂类型及浓度的变化对泡沫稳定性的影响3 4 3 2 2 温度对稳定性的影响3 7 3 2 3 稳定剂泡沫稳定性的影响3 8 3 2 4 增稠剂对泡沫稳定性的影响3 9 3 2 5 盐对泡沫稳定性的影响4 0 3 2 6 碱剂对泡沫稳定性的影响4 0 3 2 7 表面活性剂的复合对泡沫稳定性的影响4 1 3 2 8 本节小结4 2 3 3 气泡的均匀性4 3 3 3 1 搅拌速度对气泡均匀性的影响4 3 3 3 2 增稠剂对气泡均匀性的影响4 4 3 3 3盐对气泡均匀性的影响4 6 3 3 4 起泡剂浓度对气泡均匀性的影响4 7 3 3 5 本节小结4 8 3 4 棉织物活性染料泡沫染色优化4 9 3 4 1p l a c k e t t - b u r m a n 实验设计法筛选重要因素4 9 h 第 参 攻 致 i i i 泡 源，并在某种程度上提高) j n - r 成品的质量。它的诞生和发展，是以节水和节能为 历史背景的。 纺织品印染产业是用水量最多的工业之一。长期以来，水被看作是价钱最便 宜的染色和化学整理的介质。可是随着工业的发展，一些国家如日本已经有工业 用水枯竭的忧患；而我国的华北地区，也有工业用水紧张的情况。另外，在印染 过程中，用水量越多，排水量也越多，势必增加印染污水处理的成本。因此，纺 织印染工业中研究减少用水和减少排水的手段已经成为当务之急。 印染工业又是消耗能源较多的工业之一。尤其是在烘燥过程中，耗能特别多。 这是因为目前印染加工都是水系加工，烘燥时的总能耗等于提高织物及其多含水 分温度达到烘房间所需的热量，以及所含水分蒸发所需的潜热。由于织物比热很 小，织物本身升温所耗热量不大，主要是水分升温和蒸发耗能很多。据国外报道， 烘燥用能一般占总能耗的6 0 左右。上海部分印染厂的热平衡测定结果，也发现 烘燥所耗能耗，约占总能耗的4 0 以上。因此，设法减少待烘燥织物的含水率具 有重大的意义。 随着染整技术的迅速发展，在研究高质量加工技术的过程中，人们逐渐了解 到，在烘燥过程中，染化料的泳移对) j n t _ 质量有影响。染料泳移的结果会造成色 差。在应用反应性树脂进行耐久定形加工时，泳移对耐久定形级别和织物强度的 影响很大。根据实验可以知道，在浸轧工序中，降低轧余率可减少在中间烘燥中 反应性树脂的泳移作用，并使产品的耐久定形级别提高而强度下降较少。因此， 降低浸轧时的轧余率，即所谓低给液技术，已经日益为人们所重视。 在染整加工中，水的作用之一在于将较少的染化料全面均匀地分布在织物 上。当采用低给液率时，被处理织物的表面积很大，而处理液的容积很小，要使 染化料分布均匀十分困难。在用水系) j n t 亲水性纤维时，这一矛盾尤为明显。举 例来说【l 】，1 平方米织物的纤维表面积约为1 0 0 平方米。如果要将6 ( 按织物重) 浓度的整理剂，均匀地分布在纤维全部表面上，约需要1 0 m l 的溶液。要将少量 的液体均匀地分布在织物上，这本身就是一件很困难的事情，而要透过织物的厚 度，让整理剂均匀地分布是在所有纤维上，则更为困难。 天津j ：业大学硕士学位论文 在纺织加工过程中降低带液率有二种可能的方法，局部脱水或有限施加水 分。在第一种方法中，织物首先在液体中浸渍，然后用压、吸或其他方法脱去过 多的液体。此法对降低带液率是有限的，因为纤维内和纤维间细小的毛细管通道 中的液体是难以用机械方法脱除的。此法不能使带液率降低到4 0 4 5 以下，为 此已发展了数种机械装置如罗伯托轧辊( 微孔弹性轧辊) 、吸水辊轧车、气体喷 射器和自身转移轧吸法。第二种有限施加法可使带液率降低至1 0 。然而，对棉 织物来说，为了获得充分的渗透和使化学品在织物上的均匀分布，带液率不能 小于3 0 。有限施加工艺有刻纹辊、单面给液辊、喷射法、环圈移液法和泡沫施 加法。这些方法中，泡沫法似乎具有最大的潜力。 采用泡沫体系，即在溶液中吹入空气，产生泡沫，使液体的表面积扩大到接 近于纤维表面积的程度，有利于解决上述矛盾。空气的加入，使含有染化料或整 理剂的溶液的体积发生惊人的变化，泡沫象毡毯似地铺在织物上。至于施加的染 化料或整理剂的数量，可通过改变泡沫毡毯的厚度来加以控制。 棉织物采用普通浸轧法时，吸液量一般为织物重量的6 0 以上，去除这些水 分需要可观的热量，而在采用泡沫加工时，空气代替了高达6 5 - - - 7 5 的水分，从 而大约减少了烘燥过程中所需热能的6 5 - 7 5 。因此，泡沫加工在低给液率技术 中占着重要的地位。它是现代染整加工技术的重大突破。它受到各国工作者的普 遍重视，绝不是偶然的。 2 0 世纪7 0 年代的石油危机使得许多纺织染整工作者开始致力于如何降低纺 织染整加工中能源消耗的研究，纺织品的泡沫加工作为一种节能、节水的新型加 工技术逐渐被人们所重视。泡沫加工以其独特的特点，被应用到印染行业的诸多 领域中，并达到了与常规工艺相当的效果，有些甚至超过常规工艺。但是由于这 项技术在大生产过程中的难以控制，造成了泡沫染整技术在2 0 世纪7 0 到8 0 年 代处于研究热潮，而随后冷却了下来的结局。近年来随着人们环保意识的不断提 升，绿色生产、清洁生产的呼声日益高涨，加之石油价格上升，能源大量消耗， 原料成本急剧上涨以及全球竞争同趋激烈，迫切需要通过改进和创新加工技术以 降低成本并赢得市场，但更强调要减少能耗，提高效率，同时对环境的影响要降 到最低。而泡沫加工技术已被证明是有助于达到上述目的的一种方法。因此泡沫 染整工艺有望成为湿加工的发展方向之一，越来越被人们所重视。泡沫染色是将 染整工作液通过发泡，制成泡沫体系后施加于织物上的一种低给液染色工艺。在 泡沫加工过程中，工作液中的部分水被空气替代，其替代程度愈高，水的消耗愈 少，节能愈多。泡沫加工可以提高生产效率，进行湿加工，减少废水，降低染料 及化学品的泳移，能更有效地利用工作液中的化学品和染料，减少化学品的消耗 并控制染料和化学品在纤维或织物内部的渗透。 2 课题就是基于泡沫加工的诸多优势，续接前人的工作，对泡沫染色# h i 方面 给与研究，希望在泡沫染色加工方面为未来的研究提供理论和实践基础。 1 2 国内外纺织品泡沫加工技术现状 1 2 1国内外泡沫性能研究状况 泡沫作为气体和液体混合的多相分散体系，它自身有独特的性能，它被广泛 地应用到多个领域，比如：泡沫钻井、泡沫驱油中、泡沫冲沙洗井、泡沫浮选、 泡沫灭火等等。所以，国内外的研究人员都纷纷研究泡沫的性能，以求对其深入 了解，为实践提供理论基础与帮助。 刘德生【l 】等人研究了温度对泡沫衰变过程、对泡沫表面膜性质和对表面活性 剂溶液的影响，给出了它的具体影响规律。王克亮【2 】等人选择羧甲基纤维素钠作 为稳泡剂，阴离子表活剂h y - 3 作为发泡剂，在实验温度为7 0 。c 时，采用气流法 研究了不同气液比条件下羧甲基纤维素钠的加入对泡沫综合指数的影响，实验结 果表明，加入稳泡剂后，泡沫的发泡高度略有降低，但是半衰期明显增加。 b e n e v e n t i t 3 】等对含有不同碳原子数的烷基硫酸钠c 。h 2 n + i s 0 3 n a 十( n = 1 2 ，1 4 ，1 6 ) 和烷基三甲基溴化铵c n n 2 n + 1 n ( c h 3 ) 3 b r ( n = 1 2 ，1 4 ，1 6 ，1 8 ) 的水溶液泡沫性能进 行了对比研究，发现较长的烷基链有助于增加泡沫的稳定性。t a n 4 5 在研究聚丙 烯乙二醇的泡沫性质时发现，随着聚丙烯乙二醇分子量的增加，泡沫稳定性随之 增加，但是当分子量增加到一定程度后，抑制了m a r a n g o n i 效应，导致泡沫的稳 定性降低。p a n d e y _ 【6 】等的研究表明，带有不同反离子l i ，n a ，c s ，m g 的十二烷 基硫酸盐对泡沫稳定性有不同的影响，如图1 1 、1 2 所示。 舅 置 、 攀 倒 缮 瓣 耀 r d l z 6 糊c 蝴m 鳓 图卜l 十二烷基硫酸盐浓度小于临界胶束浓度时的泡沭稳定性 豁弘签掩-o 天津。i i 业人学硕十学侥论文 l2 i 善 象8 0 0 议 曩 耋4 0 0 o l i d s n i d sc l d s m s ( d s ) 2 图卜2 十二烷基硫酸盐浓度大于临界胶束浓度时的泡沫稳定性 m b a r i g o u n l 等人对传统电阻测量泡沫析液的方法进行了改进，设计了一套 新的设备，如图卜3 所示，该设备提高了测量的精准度，能够测量未破灭泡沫的 暂时参数和纵向参数，同时弥补了传统的电阻法测量泡沫析液时没有考虑泡沫的 非同质性问题。 图1 - 3 多管道电阻技术测量泡洙排液 刘谦m 1 等人研究了由胺一改性辉石作为稳定剂的水基泡沫系统的稳定性能， 表明辉石颗粒的加入可以增加泡沫表面膜的稳定性，图1 - 4 显示了作为示踪原子 的辉石在泡沫液膜中的分布情况，图中的辉石和胺的浓度分别为2 ow t 和 1 5 0 2 m m 。 4 第一章文献综述 图1 4 荧光标记的胺改性辉石颗粒作为稳定助剂的泡沫共聚焦图像 张水燕扫1 等人研究了辉石颗粒与非离子表面活性剂四甘醇十二烷基醚的协 同作用对泡沫体系的稳定性的影响，也得到了同样的结论。实验表明，辉石可以 与四甘醇十二烷基醚协调可以增加泡沫的稳定性。图1 - 5 给出了对应的泡沫共焦 荧光图像，该颗粒浓度固定为1 o w t ， 耐( b ) 。1 ，2 ，3 分别表示气泡表面， 表面活性剂浓度3 0w t ( a ) 和5 0 边界和泡沫间液体。 图1 5 四甘醇十二烷基醚与辉石的分散液的泡沫共焦荧光图像。 s e h e ra t a n 们等人通过设计的仪器研究了泡沫浮选柱中憎水颗粒对气泡的大 小及其分布情况的影响，图1 - 6 是他们用来测量气泡大小的装置。实验结果表明， 体系的气泡大小非常依赖憎水颗粒的多少，憎水颗粒存在的话，由于液膜中液体 的流失速度的降低从而导致了气泡兼并速率的下降。 5 大津j i j 业大学硕+ 学位论文 e 图1 - 6 测量泡沫中气泡尺寸的浮选器 v i n c e n ts j c r a i g n 妇综述了气泡兼并过程中的一些特殊的离子效应，论述 了表面活性剂存在是气泡间的合并及气泡问膜的状况、气泡与固体颗粒问形成的 膜的情况以及特殊的离子效应与气泡稳定性的关系等方面，表1 - 1 显示了一些离 子间的相互作用对气泡聚集的影响。 表卜l 离子效麻对泡洙兼并的影响1 1 c a t i o n s h + l i + n a + k + c s + m g + c a + n h 4 + ( c h 。) 4 n( c h 。) 。n h + a n i o n s t y p e 8aaaaaaa 1 31 3 o h a x_4 c i ax4x b r a44 4 n 0 3 一 a4x c 1 0 3 1 3 c 1 0 4 4 1 3x c h 。c o o b x4 s o 。2 。a ( c o o ) 2 2 -a x 4 注：号表示该盐可以阻止气泡兼并。号表示对气泡兼并没有阻止作用。a 和b 是经验 值，它们结合起来预测阴障1 离子复配的气泡兼并效果。a a 或b1 3 表示有阻止气泡兼并的作 用，a 1 3 或ba 表示没有气泡兼并的作用。 6 1 9 0 7 年，美国就有人采用“肥皂泡沫”将蚕丝脱胶和增重，并申请了专利。 七十年代初，瑞士山德士公司首先提出散科瓦德( s a n c o w a d ) 泡沫染色法。1 9 6 0 末到1 9 7 0 年初之间，联邦德国赫斯脱、瑞士汽一嘉公司也着手于泡沫体系用于 染整加工的研究，取得了一定的进展。1 9 7 3 1 9 7 4 年之间，美国一些公司就着 手在连续化染整方面采用泡沫的研究。美国u m & m 公司主张，除了发泡设备外， 尽量将原有设备加以改造，使之适合于泡沫加工的需要，所介绍的辊筒上加刮刀、 浮动刮刀等，构造较简单，成本较低。美国g a s t o nc o u n t y 公司和u n i o nc a r b i d e 公司合作，设计了定名为f f t ( f o a mf i n i s h i n gt e c h n o l o g y ) 的泡沫施加装置， 根据织物情况( 重量、厚度等) 和加工要求对织物施加泡沫。目前，在欧美不少 国家能生产和提供泡沫染整设备。 以具有高水平印染技术自居的日本，在泡沫加工方面落在欧美的后面，所以 他们正在采取办法追赶欧美。第一，日本从美国引进样机，进行染色和整理方面 的试验，如日本原藤整染、大和髯公引进了g a s t o nc o u n t y 的f f t 装置；第二， 吸收欧美泡沫加工技术之长，推陈出新，丌发自己的施加器，如日本山东铁工所 开发了连续泡沫施加器。 国内对泡沫加工技术的研究始于1 9 8 0 年，上海市第一纺织印染工业公司技 研室、上海第五印染厂和上海纺织科学研究院在温州助剂厂和上海鼎新印染厂的 协作下，设计了y j d 2 0 0 - 8 0 0 型和s p 型辊筒式泡沫施加器华东纺织学院和上海 7 天滓t 业人学硕士学位论文 印染机械厂设计制造了p z 一1 6 0 型生产型大样机( 包括静态发泡器和狭缝式单面 涂敷器) ，与热拉机组成泡沫整理生产线，投入生产。1 9 8 3 年4 月，纺织工业部 科技司在上海召开“泡沫整理新技术”鉴定会，就上述两组设备及整理工艺，进 行了技术、经济指标鉴定【1 3 1 ，天津工业大学曾经引进了一套泡沫染整小样机，相 关的研究也曾取得过一定的成效。 上海纺织科学研究院的李大伟等【1 4 1 1 作人员对泡沫染色进行了研究，用于开发 绒类织物的泡沫多色染色工艺及产品，几年的努力下来，他们获得了一定的泡沫多 色染色的工艺参数，同时试制了一套适用于泡沫多色染色工艺用的发泡和施加联合 装置，装置简化，工艺简单，花型新颖，为我国泡沫低给液技术开创了一条新的途 径。李连举l l5 j 等人通过对非织造布染色性能的分析，探讨了水刺非织造布的泡沫染 色工艺，为水刺非织造布的在线染色效果获得满意的结果提供了参考价值。 王秀玲l l6 j 指出，地毯泡沫染色每平方米的耗水量低至0 5 k g 甚至少于o 5 k g ， 不需要后洗涤。所有的水分通过蒸发去除，大大地减少了污水量，降低了用水量 也就相应地降低了能量消耗。以锦纶地毯泡沫染色为例，用普通连续染色方法的 湿地毯在汽蒸箱中从2 1 加热到1 0 0 使染料固色的能量需要量为连续泡沫染 色法的7 5 倍。泡沫染色的另一个优点是，由于在地毯上的吸液率只有2 0 5 0 ，因此在汽蒸箱中的固色时问更短。 表1 - 2 聚酰胺织物的泡沫染色配方 酸性蒽醌染料 1 5 l 发泡剂 羧甲基纤维素 一乙醇酰胺 元明粉 3 0 醋酸 2 0 l 5 9 l 5 9 t , l o l 2 3 l 王惠中【1 7 】给出了聚酰胺织物的泡沫染色工艺配方，如表1 2 所示，并指出在 固色处理结束前用1 5 r a i n 缓慢加入醋酸，用直接蒸汽固色2 0 - - - 2 5 m i n ，染色过程 总的时间为5 4 r a i n 。经这样处理后的织物上可获得具有较高的抗物理化学反应 的、丰满均匀的染色度，在4 0 c 下皂洗牢度达4 5 - - 5 级，干湿摩擦牢度达4 - - - 5 级。 泡沫染色目前主要存在着匀染性问题。其影响因素有： 1 ) 染料本身的特性。染料的直接性越高，匀染性越差，反之越好。 2 ) 泡沫施加的均匀性。这也是主要因素，有的泡沫施加装置是产生泡沫后直 接施加到织物上，然后再通过轧辊，使泡沫破裂，该装置的缺点是，会发生由于 第一章文献综述 泡沫不均匀而引起的色差。但是当染液发泡后，泡沫通过一窄小的狭缝，让大泡 沫在此提前破裂，可以提高泡沫的均匀性。 3 ) 泡沫的稳定性。泡沫稳定性高，不易破裂，经过轧辊后仍有部分泡沫没有 破裂，再经蒸箱后会产生泡沫圈，影响均匀性；泡沫稳定性太差，在通过轧辊前， 就已经破裂，不仅使带液量增加，而且也会造成不均匀的带液量。但泡沫稳定性 差可以通过提高车速，使泡沫施加到织物上后，能够以更短的时间经过轧辊，这 样虽然可以增加均匀性，但也会降低带液量，会使着色变洌博j 。 1 2 2 泡沫整理 纺织品整理要使织物具有柔软、硬挺、抗皱、防缩等特性，必须把织物浸在 特殊的整理液里整理，而一般织物上的吸液量达7 0 到8 0 ，在传统的染整加 工中，水起了载体作用，整理剂溶解或分散于水，水将整理剂带到织物上，并藉 机械作用均匀分布在织物上，然后就需要去除水分，以便降低织物的吸液率，而 去除水分的烘燥要耗用大量热能。为了减少整理浴中的水分，采用浓溶液加工， 要使溶液均匀分布在织物表面，已经是很困难，如再要求渗透到纤维中去，就更 加困难了。因为被加工织物的表面积很大，而加工溶液的容积不多，两者发生矛 盾，要解决这个矛盾，必须增加加工溶液的表面积。人们设想在加工溶液中搅入 空气产生泡沫，使溶液的容积扩大许多倍，提高了浓溶液与纤维的接触面积，达 到均匀分布的目的。泡沫整理，正是有效解决这方面问题的一个更新技术。 泡沫整理就是在整理液中加入少量的发泡剂，再混入大量空气，使整理液变 成无数微小的气泡，以带有高浓度整理液的泡沫代替含水量较高的常规浸轧整理 液，然后让泡沫通过特殊的设备，均匀地涂敷在织物上，泡沫借助纤维毛细管效 应而破裂，从纤维表面向内部进行一定程度的渗透，再通过挤压或真空抽吸，使 残留泡沫彻底破裂，则浓溶液就在纤维中渗透、扩散。 采用浸轧法织物经过整理浴，吸液率约为2 0 0 ，纤维空间为整理液所充满， 通过轧辊轧液率达6 0 - 7 0 ，整理液均匀地分布在纤维表面。而采用泡沫加工时， 实际上一般吸液率仅为3 0 ，经泡沫整理后的织物不经烘干就可直接进入下一道 工序，从而大大节约了能源。例如，经泡沫整理后棉织物的带液率从7 0 左右下 降到3 0 以下，涤棉织物的带液率从6 0 左右降低到2 0 以下，织物经过泡沫 整理后，产品质量达到常规整理的质量要求，其中弹性等性能有所提高，该工艺 可节约蒸汽5 0 - 6 0 ，合标准煤1 6 0 1 1 吨台年，节电2 力度以上台年，可节 约树脂费用5 以上，还可提高机、台产量【l 圳。 泡沫整理技术的应用范围很宽，如在纺织品后整理中的拒水、拒油整理，亲 水整理，柔软整理，阻燃整理，抗皱整理，防缩整理，抗菌整理，抗紫外线整理。 9 天津i ：业人学硕十学位论文 在这些整理中使用泡沫技术可以得到很好的效果，并能减少能耗，同时降低对环 境的污染。表1 3 是泡沫整理与常规整理的实例比较： 表1 - 3 印花布的抗皱整理能耗比较( 1 0 0 纯棉花布，9 2 9 m 2 ) 泡沫整理具有吸液率低，降低烘燥成本，生产速度高，湿一湿给液容易，改 善了迁移性，节省助剂，改进回弹角与抗拉强力损失间的比例，手感柔软等优点 【2 ，但是它的最大特点是可以对织物进行单面整理，或进行双面不同的整理，从 而达到不同的需求，提高织物的身价。如纺织品一面做防水、防油、防沾污的整 理，另一面做亲水整理，用通常的加工方法是很难做到的，这是泡沫染色整理最 大的亮点【2 1 】【2 2 1 。泡沫整理的设备基本上可以连续运转，正常使用，但是施加器 和液、气自控方面尚存在某些缺陷，有待进一步研究改进。 1 2 3 泡沫印花 泡沫印花是2 0 世纪8 0 年代国际上继泡沫整理之后迅速发展起来的印染加工 新技术，最早应用在地毯印花中，进而推广到绒类织物印花及一般纺织品的印花 2 3 1 。常规印花中，印花糊料的消耗是以重量为基础计算的。当染料或涂料通过胺 类或糊料介质转移到纤维上去时，是靠着糊料的重量进入图案的。泡沫体系中， 由于混入的空气实际上不具有什么重量，所以在体系膨胀到一定的发泡比时，印 花糊料消耗必须以体积为基础计算。因而，泡沫糊料的重量要比常规印花糊料轻 得多。其次，泡沫印花中，是靠空气泡实现增厚的，泡沫的流变性质与常规印花 糊料相比略有不刚2 4 1 。泡沫印花几乎可以用在各种不同的印花技术上，象滚筒印 花，平板印花，台板印花，圆网印花等。 在常规印花中，糊料是用来控制印花浆的粘度和流变性质的，而在泡沫印 花中所需的粘度和流变性质，则是通过选择最佳的空气混入量发泡倍率，气泡 尺寸及其分布来实现的【2 5 j 。就特定发泡倍率来说，气泡尺寸较小且分布均匀的泡 l o 第一章文献综述 沫印花浆具有较高粘度和适用于印花的良好流变性能。 泡沫印花方法可在布上印制满地印花，效果比一般印花优良。纱支密度高或 由于纱节形成凹凸不平的布面，也能印出均匀的满地印花。另外泡沫印花的渗透 良好，前处理要求也较低。泡沫印花浆的含水量也比一般印花浆少，故烘燥速度 快，又可节约能源。同一般印花相比，可提高印花车速。举例来说【2 6 1 ，一次加工 批量为1 5 0 0 0 m 的印花布，如使用一般印花浆及按烘燥能力的上限印花速度计算， 需要1 2 小时才能完成。用泡沫印花浆时只要5 , - - , 5 5 小时便可完成；纯棉织物的 双面印花面积为8 0 ，使用一般印花浆时，其最大印花速度为2 0 m m i n ，如改用 泡沫印花浆，印花速度可提高到5 5 - - 6 0 m m i n 。图1 8 是斯托克f p i i 型泡沫印 花系统。 图1 8f p 一型泡沫印花系统 1 印花下速传感器；2 圆网；3 泡沭印花刮刀；4 织物；5 压缩空气入口；6 空气计量器；7 动态泡沫发生器；8 电子计算机控制台；9 液体计量泵；l o 印花色浆桶 该系统的泡沫发生器的泵能力3 0 0 l h ，混合头功率1 1 k w ，转速o , 9 0 0 r m i m 计量泵功率0 5 5 k w ；泡沫质量6 5 3 5 0 9 l ；系统压力1 9 5 1 0 4 - - 一5 3 9 1 0 4 p a ；泡沫 产生量0 2 - - 4 9 9 9 l m i n 。以印花面积5 0 的一套色花型印制5 万米为例，比较泡沫 印花与常规印花工艺，前者可以节省印花色浆5 5 降低成本3 8 ，且印制效果好， 织物手感柔软【2 7 】。泡沫印花对涂料印花的鲜艳度有不良影响，但与采用合成糊料印 花的鲜艳度类似。 活性染料印花时，经常可以发现，用硅酸浸轧间歇法迸行固色，往往可得到较 好的效果。活性染料的泡沫稳定度取决于染料和所加碳酸氢钠或碳酸盐的量。活性 染料印花时，必须要谨慎小心，防止发生沉淀作用，含饱和泡沫染料的特性阶段通 过加入更多的润湿剂( 如尿素) 来维持的。活性染料印花时，或用圆网或平板印花。 含各单一染料的泡沫不用碱就能制备，但最后和最终的筛网可加用碱泡沫，毫无问 题能得到较好的染料吸收及固色1 2 引。 泡沫印花基本浆耗用量比一般印花可