【集萃網(wǎng)觀察】1　前言

    在染整濕加工過(guò)程中,有兩種降低帶液率的方法:脫水和局部或有限施加水分。在第一種方法中,織物首先在液體中浸漬,然后用壓、吸或其它方法脫去過(guò)多的液體。用此法只能有限地降低帶液率,因?yàn)槔w維內(nèi)和纖維間細(xì)小的毛細(xì)管通道中的液體是難以用機(jī)械方法去除的。故此法不能使帶液率降低到40%以下。第二種方法則可使帶液率降低至10%。然而,棉織物為充分滲透,且使化學(xué)品在織物上均勻分布,因此工藝帶液量不能小于30%。有限施加工藝有輸液帶給液、照相凹版輥、配量刮刀輥、噴霧法、雷瑪燃燒法(Ｒｅｍａｆｌａｍｅ)和泡沫施加法。其中,泡沫染整工藝有望成為濕加工的發(fā)展方向之一。

    2　泡沫染整[1]

    泡沫染整是將染整工作液通過(guò)發(fā)泡,制成泡沫體系后施加于織物上的一種低給液染整工藝。在泡沫加工過(guò)程中,工作液中的部分水被空氣替代,替代程度愈高,水的消耗愈少,節(jié)能愈多泡沫加工可以提高生產(chǎn)效率,進(jìn)行濕 濕加工,減少?gòu)U水,降低染料及化學(xué)品的泳移,能更有效地利用工作液中的化學(xué)品和染料減少化學(xué)品的消耗以及控制染料和化學(xué)品在纖維或織物內(nèi)部的滲透。泡沫染整的諸多優(yōu)點(diǎn)使織物濕加工總體成本大大降低目前較成熟的泡沫工藝有泡沫整理、泡沫印花、泡沫染色等。

    2.1　染整用的泡沫

    泡沫是一種有大量氣泡、分散在液體連續(xù)相中的膠體體系。從外部向液體注入空氣并混合后,噴射制成泡沫,稱為分散型泡沫;利用化學(xué)反應(yīng)或物理變化(溫度及壓力),使氣體溶解在液體內(nèi)制成的泡沫,稱為濃縮型或壓縮型泡沫。純液體不能產(chǎn)生泡沫,當(dāng)在溶液中加入表面活性劑后,能在氣液界面上形成界面吸附,降低液體的表面張力,從而有利于發(fā)泡和提高泡沫的穩(wěn)定性。泡沫中氣相和液相的比例稱為發(fā)泡倍率,即一定體積未發(fā)泡液體質(zhì)量與同體積泡沫質(zhì)量之比。如發(fā)泡倍率為1∶5,即指1份液體被4份空氣所稀釋。

    成功的泡沫加工,很大程度上依賴于泡沫的穩(wěn)定性。如果泡沫不穩(wěn)定,它會(huì)迅速破裂排液,織物帶液率便難以控制;若泡沫太穩(wěn)定,會(huì)發(fā)生化學(xué)品與染料滲透不充分和織物帶液率偏低的現(xiàn)象。因此,泡沫穩(wěn)定性與均勻施加的加工參數(shù)有關(guān)。穩(wěn)定的泡沫雖然處于具有高表面能的熱力學(xué)不穩(wěn)定狀態(tài),但由于勢(shì)壘關(guān)系而處于一種亞穩(wěn)定狀態(tài)。

    2.2　發(fā)泡液的配制

    在制訂泡沫加工處方時(shí),可參考發(fā)泡效率、泡沫穩(wěn)定性、排液速率、發(fā)泡劑和泡沫穩(wěn)定劑與染料和其它紡織助劑相容性等參數(shù)。發(fā)泡過(guò)程的處方主要是從常規(guī)加工處方中去除所需減少的水分,加入選定的發(fā)泡劑和泡沫穩(wěn)定劑,然后混入規(guī)定發(fā)泡比所需的空氣而制訂的。與含有10份固體和90份水的常規(guī)處方相比,當(dāng)發(fā)泡倍率為1∶2時(shí),泡沫處方中含有10份固體,40份水和50份空氣。由此可見(jiàn),泡沫處方代替常規(guī)處方可節(jié)約55.5%的水和相應(yīng)的能耗�；钚匀玖�、分散染料和涂料的典型泡沫印花處方(發(fā)泡倍率為1∶3)與常規(guī)處方對(duì)比,分別見(jiàn)表1-3。

　  由表1～3知,泡沫工藝處方中大量的水被空氣取代,完全不用火油。此外,在活性和分散染料印花漿中糊料用量也大為減少。

    2.3　泡沫施加裝置國(guó)外已有三十多家公司開(kāi)發(fā)了泡沫染整設(shè)備,比較著名的有美國(guó)Ｇａｓｔｏｎｃｏｕｎｔｙ公司的ＦＦＴ體系,德國(guó)Ｋ櫣ｓｔｅｒｓ公司的單面、雙面泡沫染整設(shè)備,德國(guó)Ｍｏｎｆｏｒｔｓ公司的真空泡沫染整設(shè)備,荷蘭Ｓｔｏｒｋ、ＳｔｏｒｋＢｒａｂａｎｔ公司的圓網(wǎng)泡沫印花機(jī),奧地利Ｚｉｍｍｅｒ公司的磁棒泡沫印花系統(tǒng)等,以及國(guó)內(nèi)研制的ＳＰ、ＳＰ2型雙面施泡機(jī),ＹＪ 200 800型發(fā)泡機(jī)。

    2.3.1　泡沫滲入織物主要取決于裝置的壓力(發(fā)泡比)。另外,泡沫粘度、織物多孔性、織物可潤(rùn)濕性和化學(xué)品的潤(rùn)濕特性也有影響。液體和空氣輸入速率之間的發(fā)泡比關(guān)系特性愈高,裝置中壓力亦愈高,在施加點(diǎn)的壓力就愈大�；旌掀鞯乃俣葲Q定了氣泡的大小和均勻性,系統(tǒng)的化學(xué)性質(zhì)是可獲得最大發(fā)泡率的主要決定因素。Ｇａｓｔｏｎｃｏｕｎｔｙ的ＣＦＳ泡沫施加技術(shù)可以調(diào)整發(fā)泡比,而不影響施加速率。圖1是ＣＦＳ涂層系統(tǒng)設(shè)備組合示意圖。該系統(tǒng)特點(diǎn)為:

    (1)拋物線施加器適應(yīng)低半衰期施加,但所有的泡沫老化程度相等。

    (2)實(shí)施泡沫工藝,減少化學(xué)品廢料排放。該系統(tǒng)的對(duì)策之一,當(dāng)準(zhǔn)備或開(kāi)始起動(dòng)時(shí),通過(guò)泡沫分離器傳遞泡沫。該裝置從泡沫中去除空氣,且使溶液返回,以便利用;對(duì)策之二是吸收該裝置中所存排液,并傳輸?shù)绞占�槽�?以獲得“零排放”效果。沖淡的溶液可回到化學(xué)品混合器中進(jìn)行測(cè)定,亦可用于配制下一批的輸入液。

    (3)系統(tǒng)中的收集槽用以收集泡沫、洗滌水等,以改善操作清潔和安全程度。

    (4)許多發(fā)泡化學(xué)品系統(tǒng)干燥速度快。當(dāng)施加器頭部涂層狹縫正在沖洗時(shí),一個(gè)旁路系統(tǒng)使泡沫繞行到分離器。裝置中的泡沫并不暴露于空氣中,不會(huì)干燥。留在施加頭中的泡沫流到槽中,然后流入收集槽。

    (5)生產(chǎn)速度超過(guò)150ｍ/ｍｉｎ時(shí),需改進(jìn)施加器噴嘴設(shè)計(jì)。在高速生產(chǎn)時(shí),薄空氣層的存在妨礙了泡沫充分滲透到織物內(nèi)。Ｇａｓｔｏｎｃｏｕｎｔｙ在噴嘴設(shè)計(jì)中結(jié)合一種空氣翼片和出口葉片,使表面光滑、多孔的織物速度超過(guò)300ｍ/ｍｉｎ。2.3.2�。模幔簦幔悖铮欤铮蚬�司的Ａｕｔｏｆｏａｍ泡沫整理機(jī),可進(jìn)行滲透或涂層整理。其泡沫施加方式主要有三種[2]:

    (1)螺紋刮棒式　如圖2所示,將一定量的泡沫刮在織物上,并用控制器自動(dòng)監(jiān)測(cè)車速及控制化學(xué)溶液流,達(dá)到所要求的帶液率;監(jiān)測(cè)泡沫層的變化以控制發(fā)泡比,從而達(dá)到穩(wěn)定及均勻的泡沫施加。

    一般化學(xué)品整理采用定管輸送式,即泡沫從主管道到分支管,再到一緩沖槽,經(jīng)過(guò)一條狹縫溢出,送至螺紋刮棒前的泡沫層區(qū);用于高粘度或高固體含量的漿料,如地毯的背膠、ＰＵ或亞克力涂層、裝飾布的阻燃整理等,可采用導(dǎo)管往返式,它是由主管道直接連到泡沫層區(qū),通過(guò)導(dǎo)管左右往返的移動(dòng),將泡沫送至泡沫層區(qū)。

   (2)高級(jí)地毯型　施泡系統(tǒng)屬吹泡式(見(jiàn)圖3),即泡沫直接由管道末端的狹縫中送出。當(dāng)?shù)靥航q毛向下通過(guò)背托滾筒時(shí),地毯微彎而使絨毛層張開(kāi),此時(shí)施加泡沫,使其達(dá)至毛根,使整個(gè)絨毛層均勻沾上化學(xué)溶液,而且?guī)б郝士煽刂圃?%～10%左右。

    (3)無(wú)紡布型　直接將粘合劑發(fā)泡后吹在軋液輥上(見(jiàn)圖4),借助其滾動(dòng)將泡沫帶至軋液點(diǎn),代替了傳統(tǒng)的溶液槽及刮液輥。傳統(tǒng)方法的帶液率是300%左右,而無(wú)紡布型施泡系統(tǒng)帶液率減半,達(dá)150%,顯著降低烘干的能耗。

    Ａｕｔｏｆｏａｍ泡沫整理機(jī)設(shè)有全自動(dòng)控制器,可記錄500個(gè)程序,操作界面友好、簡(jiǎn)單。配有磁感應(yīng)的液體流速計(jì)及氣體質(zhì)量流速計(jì),可準(zhǔn)確控制發(fā)泡比,化學(xué)溶液泵的轉(zhuǎn)速可控。當(dāng)輸入布重、帶液率及布速等參數(shù)后,可即時(shí)計(jì)算出化學(xué)溶液的消耗率,并準(zhǔn)確控制。泡沫后整理機(jī)上還配有布邊探測(cè)器、聯(lián)動(dòng)封邊擋板,以控制加工寬度。

    2.4　燈芯絨泡沫染色和整理的經(jīng)濟(jì)性[1]

    (1)ＦＦＴ泡沫施加機(jī),采用圓筒夾套式,上接狹縫式刀口(見(jiàn)圖1),在一定壓力下將泡沫均勻涂布于織物上。該系統(tǒng)具有應(yīng)用半穩(wěn)定或亞穩(wěn)定態(tài)特性,泡沫質(zhì)量容易控制;在壓力下施加泡沫,可控制織物的滲透性,瞬時(shí)滲透最快為0.01ｓ,而單面給液或輥筒、刮刀等施加系統(tǒng),則難以控制泡沫的滲透程度。(2)可進(jìn)行相同或不同的雙面泡沫染整,施加不同或相同的化學(xué)藥劑和染料,開(kāi)發(fā)新花色品種。(3)應(yīng)用快速分解泡沫體系,提高產(chǎn)品手感和施泡均勻性,有利于提高產(chǎn)品質(zhì)量。(4)施泡機(jī)采用氣動(dòng)探邊及液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu),加上端封機(jī)構(gòu),可保證施加的密封性和防止振動(dòng)引起的給泡不勻及泄漏,并可在低張力下整理張力敏感織物和低張力織物。這些都有助于提高產(chǎn)品質(zhì)量。(5)國(guó)內(nèi)引進(jìn)的ＦＦＴ系統(tǒng),采用活性染料泡沫染中條燈芯絨,既可用作印花地色,也可作服飾面料。由于是單面染色,其百米染化料成本從2.64元下降為1.32元,若以年產(chǎn)1000萬(wàn)ｍ計(jì),則可節(jié)支13.2萬(wàn)元,若該廠染色全部由ＦＦＴ機(jī)加工,年產(chǎn)量不少于3000萬(wàn)ｍ,節(jié)省的染化料費(fèi)用將十分可觀。(6)燈芯絨采用ＦＦＴ機(jī)加工,因不經(jīng)軋輥軋壓給液,有益于絨條豐滿直立,并可減少因烘筒烘燥產(chǎn)生的泳移現(xiàn)象。(7)采用ＦＦＴ機(jī)進(jìn)行燈芯絨泡沫染色和整理,由于給液率僅為20%～25%,大大低于普通浸軋法的軋余率,年節(jié)省烘燥用煤約188ｔ,節(jié)水1324.6ｔ,全年以3000工作時(shí)計(jì)算,則節(jié)約用電11100ｋＷ·ｈ。(8)由于泡沫施加系統(tǒng)比較完備,幾乎很少有污水排放,有利于清洗生產(chǎn)。

    2.5　斯托克ＦＰ-Ⅱ型泡沫印花系統(tǒng)[1]

    ＦＰ-Ⅱ型泡沫印花系統(tǒng)如圖5所示。該系統(tǒng)由泡沫發(fā)生器以及裝有電子計(jì)算機(jī)的控制臺(tái)和泡沫刮刀三部分組成。電子計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)可根據(jù)輸入的各個(gè)參數(shù),即色漿重、泡沫色漿重、布幅寬度、每平方米織物上泡沫色漿的用量、印花面積和計(jì)算機(jī)采集到的印花機(jī)車速等,經(jīng)自動(dòng)計(jì)算后對(duì)泡沫發(fā)生器發(fā)出指令,泡沫發(fā)生器再根據(jù)指令工作。

    泡沫色漿進(jìn)入刮刀進(jìn)漿管后,沿著管道分成兩路,分別在刮刀的兩端進(jìn)入刮刀,使得在刮刀內(nèi)部沿長(zhǎng)度方向的各點(diǎn)上的泡沫分布均勻一致,然后分別從兩個(gè)狹縫中流出(兩狹縫的縫隙寬為0.12～0.65ｃｍ),方向相反。泡沫流經(jīng)刀口,受刀口的壓力,泡沫漿透過(guò)圓網(wǎng)轉(zhuǎn)移到織物上。泡沫印花的圓網(wǎng)目數(shù)應(yīng)選用80、100、125目,目數(shù)愈高,印制效果越好;網(wǎng)目數(shù)過(guò)低,如60目,則易在印花織物上產(chǎn)生干涉波條紋,而導(dǎo)致印花不勻。

    裝有電子計(jì)算機(jī)的控制臺(tái)能顯示印花車速(0～126ｍ/ｍｉｎ)、輸入的色漿量(0～500ｇ/ｍ2)、輸入的布幅寬度(65～320ｃｍ)、輸入的泡沫充滿刮刀的時(shí)間(55～100ｓ)、輸入的泡沫色漿重(65～350ｇ/Ｌ)、輸入的指令設(shè)定車速(0～127ｍ/ｍｉｎ)。例如工藝車速設(shè)定為40ｍ/ｍｉｎ,電子計(jì)算機(jī)計(jì)算后隨即指令印花機(jī)加速至該值,泡沫發(fā)生器產(chǎn)生相應(yīng)的泡沫量,使其在整個(gè)加速過(guò)程中,印制在織物上的泡沫色漿用量與輸入的泡沫色漿用量一致,以確�？椢锏蒙珴獾�一致。計(jì)算機(jī)在指令印花機(jī)加速的同時(shí),指令泡沫發(fā)生器定量生產(chǎn)泡沫,包括泡沫的提前量。因?yàn)閺呐菽�發(fā)生器混合頭生產(chǎn)的一定量的泡沫,經(jīng)軟管送入泡沫印花刮刀需要一定時(shí)間,一旦停車,此時(shí)泡沫發(fā)生器仍能保持7ｓ,以保持停車前的泡沫需要量,從而確保在慣性減速過(guò)程中,印花機(jī)內(nèi)織物色澤與正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)相同。

    以印花面積50%的一套色花型印制5萬(wàn)ｍ為例,比較泡沫印花與常規(guī)印花工藝,前者可以節(jié)省印花色漿55%,降低成本38%,且印制效果好,織物手感柔軟。

    2.6　毛巾織物平網(wǎng)泡沫印花

    泡沫工藝應(yīng)用于毛巾織物印花時(shí),隨著刮刀刮動(dòng),泡沫體系中氣泡的液膜很快脫水,泡沫壁的厚度降低,其粘度也隨著下降,直到泡沫破裂。色漿很容易透過(guò)篩網(wǎng)印到織物上,滲透到織物表面,并很快被吸收。

    從泡沫印花機(jī)理來(lái)看,巾被行業(yè)特別是用熱臺(tái)板平網(wǎng)印花,可改用冷臺(tái)板印花。由于泡沫漿的體積膨脹了3～4倍,給漿量只是常規(guī)的1/2或1/3,不會(huì)造成滲化糊色等疵點(diǎn),大大節(jié)約了能源。

    產(chǎn)生具有一定特性的泡沫是泡沫技術(shù)的關(guān)鍵。某廠采用普通攪拌機(jī)以2000ｒ/ｍｉｎ攪拌8ｍｉｎ,可獲得良好的發(fā)泡效果。在普通的平網(wǎng)印花機(jī)上實(shí)施泡沫印花工藝,要求泡沫均勻、半衰期長(zhǎng)、穩(wěn)定性和流變性好。采用十二烷基硫酸鈉與ＪＦＣ拼混,用量以2%為佳。用量過(guò)低達(dá)不到一定的發(fā)泡比;用量在2%～3%之間,無(wú)明顯差別;用量4%以上,發(fā)泡液容易發(fā)泡大、粘度大或原漿液混濁,這主要是由于超過(guò)臨界膠束濃度所致,使之不能正常使用。泡沫穩(wěn)定劑采用2%的十二醇為好,能增加泡沫中氣泡壁的表面粘度,起保護(hù)膜的作用,并能顯著地降低界面自由焓,從而提高泡沫的穩(wěn)定性。泡沫印花所用增稠劑,應(yīng)選擇有利于泡沫活性、泡沫涂料印花性能的增稠劑,以海藻酸鈉漿粘度4Ｐａ·ｓ計(jì),用量10%最為理想,半衰期長(zhǎng)達(dá)6ｈ以上,流變性好,適合于直接印花。

    制備泡沫漿時(shí),可先用一定溫度的少量水溶解活性染料,然后加發(fā)泡劑及一定量的水調(diào)勻,加入增稠劑,以2000ｒ/ｍｉｎ高速攪拌4ｍｉｎ,再加入穩(wěn)定劑攪拌4ｍｉｎ,得到具有一定發(fā)泡比的均勻泡沫漿。發(fā)泡劑不能用超過(guò)40℃的熱水溶化,否則會(huì)出現(xiàn)原液混濁和發(fā)泡比不一致的現(xiàn)象。制備時(shí)不宜將穩(wěn)定劑與其它助劑一同加入,否則難以起泡,造成發(fā)泡比不一致。烘燥時(shí)間約為常規(guī)工藝的三分之一,活性染料印花后需要汽蒸、后處理,涂料印花烘干后則為成品。為了保持泡沫漿連續(xù)使用,可用攪拌機(jī)定期或連續(xù)不斷地?cái)嚢?此操作不影響其發(fā)泡比。

    泡沫印花印制淺、中色時(shí),其發(fā)泡比、泡沫的穩(wěn)定性和染料的溶解性一般較好;但印制深色(3%以上)時(shí),由于泡沫印花的特點(diǎn)是給液量低,客觀上造成染料濃度高,從而使染料溶解性能降低,特別是用活性藍(lán)Ｋ ＣＲ、藍(lán)Ｋ Ｒ、紅Ｋ 2ＢＰ、元Ｋ ＢＲ等染料。尿素在常規(guī)工藝中的作用是助溶,而在泡沫印花中卻不能使用或盡量少用尿素。這是由于尿素本身含有氫鍵,能提高染液表面張力,有消泡作用。此外,尿素與十二醇發(fā)生化學(xué)反應(yīng),會(huì)導(dǎo)致泡沫無(wú)法形成。為此,應(yīng)使用超細(xì)粉的活性染料,以解決溶解問(wèn)題。高濃的染液密度大,導(dǎo)致在一定的發(fā)泡條件下難以起泡,可利用陰離子型發(fā)泡劑和非離子型發(fā)泡劑各自的特性,調(diào)節(jié)兩者比例,分別制成相應(yīng)于染料濃度的深、中、淺的不同比例的發(fā)泡劑。在普通平網(wǎng)印花機(jī)上,印制床單、毛巾織物的發(fā)泡比為1∶3.5～4。

    發(fā)泡比為1∶(3.5～4)時(shí),可節(jié)約活性染料10%～15%,涂料40%左右。烘燥所需熱能可節(jié)約50%以上,大大改善環(huán)境污染。泡沫穩(wěn)定性好,流變性好,泡沫漿不沾刮刀、不拖刀、不易造成糊色等疵點(diǎn)。

    3　結(jié)束語(yǔ)

    綜上所述,泡沫染整具有如下優(yōu)點(diǎn):(1)減少單位質(zhì)量織物烘干所需的能源。(2)加工時(shí)間明顯減少,提高生產(chǎn)效率。(3)溶液的吸液率不受織物含濕量的影響,不需干燥,可直接加工織物。(4)不受織物吸水性的影響,可均勻加工織物,自動(dòng)控制給液量。(5)因織物吸液率低,干燥工序中幾乎無(wú)染料泳移現(xiàn)象。(6)加工中不會(huì)使織物表面變形,可提高柔軟性,絨類織物毋需軋染。(7)變換工藝簡(jiǎn)便省時(shí),靈活性和通用性高,在一次工藝過(guò)程中可進(jìn)行雙面涂層、給液、印花或組合使用。(8)減少環(huán)境污染。

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    來(lái)源: 印染在線