【集萃網(wǎng)觀察】泡沫印花機理與特性

    泡沫印花一般過程是在含有染料和固色染料的助劑濃溶液中，加入發(fā)泡劑，用機械的方法打入空氣，使其發(fā)泡形成泡沫，再使其達到一定的粘度，而制成泡沫印花色漿，泡沫色漿用印花機印到織物上以后，泡沫迅速全部破裂，染料滲透進入纖維，因其泡沫給液率低可以不用烘干。泡沫一旦和纖維表面接觸，泡內(nèi)液體通過毛細管效應，很快被纖維吸收，泡沫內(nèi)空氣立即外逸，又由于泡沫內(nèi)的染料濃度高而水分少，不等深入纖維內(nèi)部，就被迫均勻涂布在織物表面，使表面給色量增高�？上攵�知從泡沫和纖維的接觸到破裂，時間是短暫的，大約是百分之一秒。印后同常規(guī)印花一樣進行后處理，但由于印花漿中不含有膠類和糊料之物可以免去后處理中的洗滌工序。泡沫印花色漿需要什么樣的泡沫呢？應該是在印到織物上之前，泡沫應十分穩(wěn)定，印到織物上以后，又要求迅速破裂。泡沫不穩(wěn)定在印花前便發(fā)生破裂，色漿粘度下降，就無法實現(xiàn)泡沫印花，若泡沫穩(wěn)定性太高，印花后泡沫在織物上不能均勻地破裂，會給印花質(zhì)量造成過多的影響。

    泡沫印花色漿的粘度與發(fā)泡比有密切的關系，發(fā)泡比就是一定體積待發(fā)泡液體的重量對同體積泡沫重量之比，可用下式來表示：

    發(fā)泡比=發(fā)泡前一定體積液體的重量

    發(fā)泡后同體積泡沫的重量

    發(fā)泡比與泡沫的密度有關，泡沫的密度是泡沫單位體積的重量，用g/ml表示。比如：發(fā)泡前液體密度為1g/ml，則空氣含量為零，假設發(fā)泡比為10：1時，說明泡沫中含有9份的空氣和1份液體，其密度為0.1g/ml，發(fā)泡比越高，泡沫的密度越降低，粘度越增高。在印花時，發(fā)泡沫比對獲得滿意的印制效果具有很重要的作用，不同印花方式所需的發(fā)泡比也是不相同的，它還受到染料的種類和濃度的影響，發(fā)泡比對涂料印制效果的影響，列如下表Ⅰ：

    表Ⅰ 發(fā)泡比對涂料印制效果的影響

    對泡沫的要求也和一般印花色漿一樣應具有假性流體的特性，也就是說泡沫也應是它的粘度受剪切應力的影響，剪切應力越大，它的粘性就越小，粘度的減小是泡沫在剪切應力作用下改變了發(fā)泡比的關系。泡沫這種流變特性對泡沫印花色漿的應用起著重要作用。一般來說氣泡越小，泡沫越穩(wěn)定。在50-100㎝或更小的氣泡，會產(chǎn)生乳油狀泡沫，印花性能良好，且有良好的機械穩(wěn)定性和貯藏穩(wěn)定性。泡沫穩(wěn)定性除上述因素外，還會受到液體的蒸發(fā)、熱與對它施加的壓力作用等外界影響，在制備泡沫印花色漿時，就要注意各種化學藥劑、助劑和染料對泡沫體系的干涉影響。

    制備泡沫印花色漿

    泡沫印花色漿的組成，除了和常規(guī)印花一樣，含有染料和染料固色所需要的助劑以外，還必需加入一定量的發(fā)泡劑、泡沫穩(wěn)定劑等。使印花色漿進行發(fā)泡有兩種方法：有空氣注入法、機械攪拌法或兩者聯(lián)合的方法。空氣注入法是一種最重要、使用最廣泛的發(fā)泡方法，該法是將壓縮空氣通入含有發(fā)泡劑和其他助劑的色漿溶液中而產(chǎn)生泡沫。機械攪拌法也是一種最簡單的發(fā)泡方法，含有發(fā)泡劑的色漿溶液在機械攪拌下，造成液相移動使其氣—液界面急劇地增加而產(chǎn)生氣泡，氣泡移向該體系的上方并使之膨脹形成泡沫。也可采用以上兩種方法的聯(lián)合，即攪拌的同時注入空氣，可達到有效而迅速地發(fā)泡，可以在較短時間內(nèi)制備各種類型的泡沫。

    泡沫印花時，印花色漿的穩(wěn)定性是十分重要的，印花色漿放置時或向絲網(wǎng)印花機或滾筒印花機輸送印花色漿的粘度必須相當穩(wěn)定，也就是說發(fā)泡比的變化不太明顯，如果發(fā)泡比發(fā)生明顯變化，對印花顏色的深淺會帶來影響，為此，在采用泡沫體系進行印花時，必須解決印花色漿的這種不穩(wěn)定性，在制備各種印花色漿時，利用抑制泡沫成長劑是有效手段之一。這種抑制泡沫成長劑的實際應用的商品有：Neodol—25(C8-C12脂族醇、殼牌石油制)；Antifoam  B（二甲基硅氧烷、道康寧制）；Santiszer  141(亞磷酸鹽、孟由都制)。使用這種抑制泡沫成長劑，添加量為0.01%-15%,具有能限制超過規(guī)定程度的發(fā)泡，使發(fā)泡比較穩(wěn)定。添加時間很重要，必須在達到預定發(fā)泡比的泡沫組成物中添加，這時抑制劑將膨脹著的泡沫全部表面包覆起來，具有有效地抑制泡沫成長的作用。

    泡沫在涂料印花工藝中的使用

    由于節(jié)能的需要，國外對泡沫技術在印染印花工業(yè)中的應用很重視，泡沫印花已獲成功，泡沫印花除上述那種泡沫印花色漿中不用膠類和糊料的染料泡沫印花外，還有一種涂料泡沫印花法，Tennants Textile colours公司在它的英國專利中介紹了一種涂料泡沫印花方法，該專利規(guī)定，印花漿泡沫密度不得大于0.7g/ml，其粘度范圍為2-20Pa .s，并認為這個印花方法采用園網(wǎng)印花技術特別奏效。

    涂料泡沫印花漿的制備方法是將含有增粘劑、粘合劑與表面活性劑等的水溶液組成物，在不溶性惰性氣體存在下攪拌變稠，使其產(chǎn)生泡沫，泡沫體積為原水溶液體積的1.5-3倍。任何水溶性增稠劑均可使用，但最合適的是聚丙烯酸類增稠劑；最適宜的粘合劑為丙烯酸脂與丙烯腈的半交聯(lián)乳化液聚合物。表面活性劑（發(fā)泡劑）最好用十二烷基硫酸納，為了幫助印花漿水溶液產(chǎn)生泡沫，最好要按溶液重量加入0.05%-0.5%的海藻酸納，它能夠改進泡沫的結構，另外按水溶液重量的0.5%-50%加入十二烷醇或刀害，目前尚在研究采用易蒸發(fā)掉的發(fā)泡劑和穩(wěn)定劑深受印花業(yè)的關注。

    現(xiàn)對泡沫涂料印花漿處方舉例如下：

    增稠劑（聚丙烯酸類）                                   5g

    粘合劑（丙烯酸脂—丙烯腈—羥甲基丙烯酰胺共聚物乳液）  40g

    海藻酸納                                               2g

    十二烷基硫酸納                                        10g

    十二烷醇                                              10g

    氨水                                                   5g

                                                           1kg

    上述配方制成泡沫溶液以后再與涂料色漿混合，制備好的印花色漿，可用園網(wǎng)印花機印于織物上（如綿織物），印花織物經(jīng)烘干后在150℃熱處理3min。

    英國Alliea  colloias 公司推薦使用增稠劑Alcoprint PTF     用于涂料泡沫印花，可以產(chǎn)生極穩(wěn)定的泡沫，可以在園網(wǎng)印花機上使用。

    例舉典型印花色漿配方：

    氨水                                      5g

    Alcoprint  PTF                           19g

    硬脂酸銨                                  6g

    十二烷基硫酸納                           10g

    Alcoprint  PBA（粘合劑）                 22g

    涂料                                     X

                                             1 L

    此色漿混合后其粘度約為5Pa .s，從印漿與倍于體積的空氣混合產(chǎn)生發(fā)泡比為5：1的泡沫，印制效果特別柔軟而清晰（發(fā)泡比對涂料印制效果的影響可參見前述表1中的結果）。

    泡沫印花工藝操作中注意要點

    ⑴印花前應對印花設備如花筒、園網(wǎng)、平網(wǎng)徹底加以清洗，除去有消泡作用的火油，以防印制中引起不必要的麻煩。

    ⑵在平網(wǎng)印花中，色漿應以少量而連續(xù)地加入為好，以免在長時間的運轉(zhuǎn)中產(chǎn)生表面干燥，阻塞篩網(wǎng)孔，刮刀壓力與常規(guī)印花相同或略大。

    ⑶在園網(wǎng)印花中，色漿輸送管道應光滑，管道不宜過長。

    ⑷在滾筒印花中，花紋雕刻不宜過深，刮刀應十分鋒利，給漿輥應是短硬毛的。

    ⑸可使用發(fā)泡比相同的貯備漿進行稀釋，但印花前要進行均勻混合。

    ⑹對未使用的泡沫色漿可貯存2-3天，在貯存前應對保管的泡沫體積作出標記，以便在用前經(jīng)過簡單攪拌即可重新恢復原來體積。貯存容器應加蓋密封放于陰涼處，防止因環(huán)境溫度升高破壞泡沫體系。

    ⑺涂料泡沫印花色漿如果控制相同發(fā)泡比，增加粘合劑用量，印漿粘度會增大，泡沫穩(wěn)定性會提高，若增加增稠劑用量，也會提高泡沫穩(wěn)定性，它比使用穩(wěn)定劑效果還顯著，但用量不宜過多，否則會影響泡沫的排液速率。

    ⑻若長時間連續(xù)印花時，若只用一只漿桶供給泡沫色漿時，必須對泡沫色漿進行不斷緩慢攪拌。

    ⑼防止涂料泡沫色漿接觸酸、堿、酒精等化學物質(zhì)，以免破壞泡沫體系。

    ⑽泡沫印花具有比常規(guī)印花手感柔軟和表面給色量高等優(yōu)點，但工業(yè)中最大的研究課題是如何保證在整個印制操作，泡沫密度不發(fā)生變化，不然由于密度的不一致性導致印花色澤深淺不一。

    ⑾泡沫大小應控制一致，不然會帶來不良的印制效果，印制過程中不讓發(fā)泡比上升，否則會引起色淺或拖刀等不良后果。 

    泡沫印花的發(fā)展前景

    采用泡沫印花染整技術較早又獲得成功的是瑞士的山可瓦德（Sancowad）印花染色法。隨后各國競相研究泡沫染整與印花技術，國外已有三十多家公司開發(fā)了泡沫染整設備，比較著名的有美國加斯頓染色機公司（Gaston county）的FFT體系，德國屈斯特爾（Kusters）的單面、雙面泡沫染整機，荷蘭的斯托克、布拉班特（Stork  Brabant）公司的園網(wǎng)泡沫印花機、奧地利的齊默（Zimmer）磁棒泡沫印花系統(tǒng)等。國內(nèi)也研制出了SP、SP2型雙面施泡機，YJ-200-800型發(fā)泡機。國內(nèi)在泡沫整理研制成功的基礎上，對泡沫印花也正在進行積極的研究開發(fā)工作，如：東華大學（原中國紡織大學）與無錫印染廠和常州第四印染廠合作運用直接、活性、分散等染料和涂料，采用直接印花工藝，在手工臺板、平網(wǎng)、園網(wǎng)和輥筒印花機上，成功地進行了泡沫印花生產(chǎn)，印制了大量的織物。從大量的試驗性生產(chǎn)中總結出的經(jīng)驗：是還必須從泡沫穩(wěn)定性和印花清晰度等方面進行改進研究提高，并且應研究開發(fā)出簡便易行的多功能的泡沫發(fā)生器和泡沫施加器，才能便于推廣應用。產(chǎn)生具有一定特性的泡沫是泡沫印花技術的關鍵，有的工廠采用普通攪拌機以2000r/min，攪拌8min，可獲得好的發(fā)泡效果。其中較成功的有兩種方式：一種是利用現(xiàn)有常規(guī)設備，略加改進，并增添發(fā)泡專用設備即可，投資不大，易被接受，另一種是強調(diào)發(fā)泡劑的選用，只須調(diào)控流量即可達到泡沫施加參數(shù)，易控制，較精確，適應性及重視性較好。由于泡沫印花吸液率低，有時可省去紅外線預烘裝置并可加快車速等優(yōu)點。