（紡織化學與染整工程專業(yè)論文）活性染料棉織物的泡沫染色工藝優(yōu)化研究.pdf

1 本文從泡 較為深入的研究，研究了泡沫的起泡性、穩(wěn)定性及氣泡均與性等 相關性能，同時結(jié)合紡織品染色工藝，研究了棉織物活性染料泡 沫染色的工藝條件，并給出了相關的最優(yōu)工藝。 2 論文采用較為先進的統(tǒng)計方法響應面曲面法設計活性染料泡沫 染色實驗。首先，利用p l a c k e t t - b u r m a n 實驗設計法從諸多影響 因素中篩選出影響k s 值和勻染性的主要因素，其次利用中心組 合設計分別對篩選出的因素水平及其交互作用進行優(yōu)化與評價， 進而得出優(yōu)化工藝。最后，以勻染性為重點，兼顧較高的k s 值， 得出了兩者綜合的優(yōu)化工藝。 摘要 本課題探求了泡沫染色工藝中的各項參數(shù)，以便為泡沫染色工藝的進一步研 究提供理論基礎與實驗經(jīng)驗。本論文的研究內(nèi)容分為兩部分：第一部分主要研究 泡沫的表觀性能，第二部分主要研究了泡沫技術在染色中的應用。 泡沫是由大量氣體分散在少量液體中形成的微泡聚集體，它具有多種性能， 其中起泡性和穩(wěn)定性是最為重要的兩種。本文在泡沫的產(chǎn)生和衰變機理等理論基 礎之上，參照w a r i n gb l e n d e r 法對泡沫液的起泡性、穩(wěn)定性進行了研究，同時借 助于生物顯微鏡對氣泡的均勻性進行了研究，考察了表面活性劑濃度、表面活性 劑結(jié)構(gòu)類型、表面活性劑復配、穩(wěn)定劑的加入、溫度、攪拌速度、鹽的加入等因 素對泡沫表觀性能的影響，探討了泡沫的表觀性能、微觀機制和實際應用三者之 間的內(nèi)在聯(lián)系。 泡沫染色作為一種新型的染色加工技術，節(jié)能減排，符合綠色生產(chǎn)的需要。 本文對棉織物的活性染料泡沫染色工藝進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 實驗設計法篩選出了影響染色k s 值與勻染性的主要因素，實驗 得出影響k s 值的主要因素是氯化鈉、焙烘溫度、焙烘時間；影響勻染性的主要 因素為羧甲基纖維素鈉、海藻酸鈉、氯化鈉。其次利用中心組合設計( c e n t r a l c o m p o s i t ed e s i g n ) ，分別對k s 和勻染性響應實驗進行優(yōu)化，得出了各自的優(yōu)化 工藝條件。其中，k s 值的優(yōu)化工藝為活性染料紅( d b l 5 0 ) 、十二烷基硫酸鈉 5 9 l ，羧甲基纖維素鈉l g l ，海藻酸鈉0 2 9 l ，尿素2 0 9 l ，碳酸鈉3 9 l ，氯化 鈉濃度5 7 4 l ，攪拌速度2 7 0 0 r m i n ，焙烘溫度1 6 0 。c ，焙烘時間2 m i r a 勻染性 的優(yōu)化工藝為十二烷基硫酸鈉3 9 l ，羧甲基纖維素鈉濃度o 5 l ，海藻酸鈉濃度 l g l ，尿素3 0 ，碳酸鈉8 9 l ，氯化鈉7 7 5 9 l ，攪拌速度2 7 0 0 r m i n ，焙烘溫 度1 6 0 ，焙烘時間3 m i n 。 以勻染性為關鍵點，參照勻染性優(yōu)化工藝，得出了勻染性和k s 值的綜合優(yōu) 化工藝：活性紅( d b l 5 0 ) 2 9 l ，十二烷基硫酸鈉4 9 l ，羧甲基纖維素鈉濃度 o 5 9 l ，海藻酸鈉濃度o 8 9 l ，尿素3 0 l ，碳酸鈉6 9 l ，氯化鈉7 9 l ，攪拌速 度2 7 0 0 r m i n ，焙烘溫度1 6 00 c ，焙烘時間3 m i n 。重復性實驗發(fā)現(xiàn)該工藝效果好， 重演性很好。 關鍵詞：泡沫；起泡性；穩(wěn)定性：均勻性；響應面實驗設計；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 泡沫絲光l2 1 2 5 泡沫上漿12 1 3 泡沫起泡性能評價方法1 4 1 3 1 氣流法1 4 1 3 2 攪拌法1 4 1 3 3r o s s m i l l e s 法15 1 4 泡沫穩(wěn)定性的評價方法1 5 1 4 1 近紅外掃描儀法1 6 1 4 2電導率法1 6 1 4 3光學法17 1 4 4 共聚顯微鏡法17 1 5統(tǒng)計學方法在優(yōu)化中的應用17 1 5 1p l a c k e t t b u r m a n 實驗設計17 1 5 2 響應面方法( 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 本課題研究的內(nèi)容及意義1 8 第二章實驗材料及方法2 1 2 1實驗材料21 2 1 1 實驗藥品試劑2 1 2 1 2實驗儀器2 2 2 2實驗方法2 2 2 2 1泡沫的起泡性能研究2 2 2 2 2 泡沫的穩(wěn)定性能研究2 2 2 2 3 泡沫的均勻性研究2 3 2 2 4 棉織物活性染料泡沫染色2 3 2 2 5 織物染色深度的測定2 3 2 2 6 勻染性測定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 實驗設計法2 3 2 2 7 2 響應面分析法2 4 第三章結(jié)果與討論2 5 3 1泡沫起泡性能的研究2 5 3 1 1 表面活性劑的類型與濃度對起泡性的影響2 5 3 1 2 攪拌速度對起泡性的影響2 7 3 1 3 溫度對起泡性的影響2 9 3 1 4 穩(wěn)定劑對起泡性的影響2 9 3 1 5 增稠劑對起泡性的影響3l 3 1 6 堿劑對起泡性的影響3 1 3 1 7 鹽對起泡性能的影響3 2 3 1 8 表面活性劑復配對起泡性的影響3 3 3 1 9 本節(jié)小結(jié)3 4 3 2 泡沫穩(wěn)定性能的研究3 4 3 2 1 表面活性劑類型及濃度的變化對泡沫穩(wěn)定性的影響3 4 3 2 2 溫度對穩(wěn)定性的影響3 7 3 2 3 穩(wěn)定劑泡沫穩(wěn)定性的影響3 8 3 2 4 增稠劑對泡沫穩(wěn)定性的影響3 9 3 2 5 鹽對泡沫穩(wěn)定性的影響4 0 3 2 6 堿劑對泡沫穩(wěn)定性的影響4 0 3 2 7 表面活性劑的復合對泡沫穩(wěn)定性的影響4 1 3 2 8 本節(jié)小結(jié)4 2 3 3 氣泡的均勻性4 3 3 3 1 攪拌速度對氣泡均勻性的影響4 3 3 3 2 增稠劑對氣泡均勻性的影響4 4 3 3 3鹽對氣泡均勻性的影響4 6 3 3 4 起泡劑濃度對氣泡均勻性的影響4 7 3 3 5 本節(jié)小結(jié)4 8 3 4 棉織物活性染料泡沫染色優(yōu)化4 9 3 4 1p l a c k e t t - b u r m a n 實驗設計法篩選重要因素4 9 h 第 參 攻 致 i i i 泡 源，并在某種程度上提高) j n - r 成品的質(zhì)量。它的誕生和發(fā)展，是以節(jié)水和節(jié)能為 歷史背景的。 紡織品印染產(chǎn)業(yè)是用水量最多的工業(yè)之一。長期以來，水被看作是價錢最便 宜的染色和化學整理的介質(zhì)?？墒请S著工業(yè)的發(fā)展，一些國家如日本已經(jīng)有工業(yè) 用水枯竭的憂患；而我國的華北地區(qū)，也有工業(yè)用水緊張的情況。另外，在印染 過程中，用水量越多，排水量也越多，勢必增加印染污水處理的成本。因此，紡 織印染工業(yè)中研究減少用水和減少排水的手段已經(jīng)成為當務之急。 印染工業(yè)又是消耗能源較多的工業(yè)之一。尤其是在烘燥過程中，耗能特別多。 這是因為目前印染加工都是水系加工，烘燥時的總能耗等于提高織物及其多含水 分溫度達到烘房間所需的熱量，以及所含水分蒸發(fā)所需的潛熱。由于織物比熱很 小，織物本身升溫所耗熱量不大，主要是水分升溫和蒸發(fā)耗能很多。據(jù)國外報道， 烘燥用能一般占總能耗的6 0 左右。上海部分印染廠的熱平衡測定結(jié)果，也發(fā)現(xiàn) 烘燥所耗能耗，約占總能耗的4 0 以上。因此，設法減少待烘燥織物的含水率具 有重大的意義。 隨著染整技術的迅速發(fā)展，在研究高質(zhì)量加工技術的過程中，人們逐漸了解 到，在烘燥過程中，染化料的泳移對) j n t _ 質(zhì)量有影響。染料泳移的結(jié)果會造成色 差。在應用反應性樹脂進行耐久定形加工時，泳移對耐久定形級別和織物強度的 影響很大。根據(jù)實驗可以知道，在浸軋工序中，降低軋余率可減少在中間烘燥中 反應性樹脂的泳移作用，并使產(chǎn)品的耐久定形級別提高而強度下降較少。因此， 降低浸軋時的軋余率，即所謂低給液技術，已經(jīng)日益為人們所重視。 在染整加工中，水的作用之一在于將較少的染化料全面均勻地分布在織物 上。當采用低給液率時，被處理織物的表面積很大，而處理液的容積很小，要使 染化料分布均勻十分困難。在用水系) j n t 親水性纖維時，這一矛盾尤為明顯。舉 例來說【l 】，1 平方米織物的纖維表面積約為1 0 0 平方米。如果要將6 ( 按織物重) 濃度的整理劑，均勻地分布在纖維全部表面上，約需要1 0 m l 的溶液。要將少量 的液體均勻地分布在織物上，這本身就是一件很困難的事情，而要透過織物的厚 度，讓整理劑均勻地分布是在所有纖維上，則更為困難。 天津j ：業(yè)大學碩士學位論文 在紡織加工過程中降低帶液率有二種可能的方法，局部脫水或有限施加水 分。在第一種方法中，織物首先在液體中浸漬，然后用壓、吸或其他方法脫去過 多的液體。此法對降低帶液率是有限的，因為纖維內(nèi)和纖維間細小的毛細管通道 中的液體是難以用機械方法脫除的。此法不能使帶液率降低到4 0 4 5 以下，為 此已發(fā)展了數(shù)種機械裝置如羅伯托軋輥( 微孔彈性軋輥) 、吸水輥軋車、氣體噴 射器和自身轉(zhuǎn)移軋吸法。第二種有限施加法可使帶液率降低至1 0 。然而，對棉 織物來說，為了獲得充分的滲透和使化學品在織物上的均勻分布，帶液率不能 小于3 0 。有限施加工藝有刻紋輥、單面給液輥、噴射法、環(huán)圈移液法和泡沫施 加法。這些方法中，泡沫法似乎具有最大的潛力。 采用泡沫體系，即在溶液中吹入空氣，產(chǎn)生泡沫，使液體的表面積擴大到接 近于纖維表面積的程度，有利于解決上述矛盾?？諝獾募尤耄购腥净匣蛘?理劑的溶液的體積發(fā)生驚人的變化，泡沫象氈毯似地鋪在織物上。至于施加的染 化料或整理劑的數(shù)量，可通過改變泡沫氈毯的厚度來加以控制。 棉織物采用普通浸軋法時，吸液量一般為織物重量的6 0 以上，去除這些水 分需要可觀的熱量，而在采用泡沫加工時，空氣代替了高達6 5 - - - 7 5 的水分，從 而大約減少了烘燥過程中所需熱能的6 5 - 7 5 。因此，泡沫加工在低給液率技術 中占著重要的地位。它是現(xiàn)代染整加工技術的重大突破。它受到各國工作者的普 遍重視，絕不是偶然的。 2 0 世紀7 0 年代的石油危機使得許多紡織染整工作者開始致力于如何降低紡 織染整加工中能源消耗的研究，紡織品的泡沫加工作為一種節(jié)能、節(jié)水的新型加 工技術逐漸被人們所重視。泡沫加工以其獨特的特點，被應用到印染行業(yè)的諸多 領域中，并達到了與常規(guī)工藝相當?shù)男Ч?，有些甚至超過常規(guī)工藝。但是由于這 項技術在大生產(chǎn)過程中的難以控制，造成了泡沫染整技術在2 0 世紀7 0 到8 0 年 代處于研究熱潮，而隨后冷卻了下來的結(jié)局。近年來隨著人們環(huán)保意識的不斷提 升，綠色生產(chǎn)、清潔生產(chǎn)的呼聲日益高漲，加之石油價格上升，能源大量消耗， 原料成本急劇上漲以及全球競爭同趨激烈，迫切需要通過改進和創(chuàng)新加工技術以 降低成本并贏得市場，但更強調(diào)要減少能耗，提高效率，同時對環(huán)境的影響要降 到最低。而泡沫加工技術已被證明是有助于達到上述目的的一種方法。因此泡沫 染整工藝有望成為濕加工的發(fā)展方向之一，越來越被人們所重視。泡沫染色是將 染整工作液通過發(fā)泡，制成泡沫體系后施加于織物上的一種低給液染色工藝。在 泡沫加工過程中，工作液中的部分水被空氣替代，其替代程度愈高，水的消耗愈 少，節(jié)能愈多。泡沫加工可以提高生產(chǎn)效率，進行濕加工，減少廢水，降低染料 及化學品的泳移，能更有效地利用工作液中的化學品和染料，減少化學品的消耗 并控制染料和化學品在纖維或織物內(nèi)部的滲透。 2 課題就是基于泡沫加工的諸多優(yōu)勢，續(xù)接前人的工作，對泡沫染色# h i 方面 給與研究，希望在泡沫染色加工方面為未來的研究提供理論和實踐基礎。 1 2 國內(nèi)外紡織品泡沫加工技術現(xiàn)狀 1 2 1國內(nèi)外泡沫性能研究狀況 泡沫作為氣體和液體混合的多相分散體系，它自身有獨特的性能，它被廣泛 地應用到多個領域，比如：泡沫鉆井、泡沫驅(qū)油中、泡沫沖沙洗井、泡沫浮選、 泡沫滅火等等。所以，國內(nèi)外的研究人員都紛紛研究泡沫的性能，以求對其深入 了解，為實踐提供理論基礎與幫助。 劉德生【l 】等人研究了溫度對泡沫衰變過程、對泡沫表面膜性質(zhì)和對表面活性 劑溶液的影響，給出了它的具體影響規(guī)律。王克亮【2 】等人選擇羧甲基纖維素鈉作 為穩(wěn)泡劑，陰離子表活劑h y - 3 作為發(fā)泡劑，在實驗溫度為7 0 。c 時，采用氣流法 研究了不同氣液比條件下羧甲基纖維素鈉的加入對泡沫綜合指數(shù)的影響，實驗結(jié) 果表明，加入穩(wěn)泡劑后，泡沫的發(fā)泡高度略有降低，但是半衰期明顯增加。 b e n e v e n t i t 3 】等對含有不同碳原子數(shù)的烷基硫酸鈉c 。h 2 n + i s 0 3 n a 十( n = 1 2 ，1 4 ，1 6 ) 和烷基三甲基溴化銨c n n 2 n + 1 n ( c h 3 ) 3 b r ( n = 1 2 ，1 4 ，1 6 ，1 8 ) 的水溶液泡沫性能進 行了對比研究，發(fā)現(xiàn)較長的烷基鏈有助于增加泡沫的穩(wěn)定性。t a n 4 5 在研究聚丙 烯乙二醇的泡沫性質(zhì)時發(fā)現(xiàn)，隨著聚丙烯乙二醇分子量的增加，泡沫穩(wěn)定性隨之 增加，但是當分子量增加到一定程度后，抑制了m a r a n g o n i 效應，導致泡沫的穩(wěn) 定性降低。p a n d e y _ 【6 】等的研究表明，帶有不同反離子l i ，n a ，c s ，m g 的十二烷 基硫酸鹽對泡沫穩(wěn)定性有不同的影響，如圖1 1 、1 2 所示。 舅 置 、 攀 倒 繕 瓣 耀 r d l z 6 糊c 蝴m 鰳 圖卜l 十二烷基硫酸鹽濃度小于臨界膠束濃度時的泡沭穩(wěn)定性 豁弘簽掩-o 天津。i i 業(yè)人學碩十學僥論文 l2 i 善 象8 0 0 議 曩 耋4 0 0 o l i d s n i d sc l d s m s ( d s ) 2 圖卜2 十二烷基硫酸鹽濃度大于臨界膠束濃度時的泡沫穩(wěn)定性 m b a r i g o u n l 等人對傳統(tǒng)電阻測量泡沫析液的方法進行了改進，設計了一套 新的設備，如圖卜3 所示，該設備提高了測量的精準度，能夠測量未破滅泡沫的 暫時參數(shù)和縱向參數(shù)，同時彌補了傳統(tǒng)的電阻法測量泡沫析液時沒有考慮泡沫的 非同質(zhì)性問題。 圖1 - 3 多管道電阻技術測量泡洙排液 劉謙m 1 等人研究了由胺一改性輝石作為穩(wěn)定劑的水基泡沫系統(tǒng)的穩(wěn)定性能， 表明輝石顆粒的加入可以增加泡沫表面膜的穩(wěn)定性，圖1 - 4 顯示了作為示蹤原子 的輝石在泡沫液膜中的分布情況，圖中的輝石和胺的濃度分別為2 ow t 和 1 5 0 2 m m 。 4 第一章文獻綜述 圖1 4 熒光標記的胺改性輝石顆粒作為穩(wěn)定助劑的泡沫共聚焦圖像 張水燕掃1 等人研究了輝石顆粒與非離子表面活性劑四甘醇十二烷基醚的協(xié) 同作用對泡沫體系的穩(wěn)定性的影響，也得到了同樣的結(jié)論。實驗表明，輝石可以 與四甘醇十二烷基醚協(xié)調(diào)可以增加泡沫的穩(wěn)定性。圖1 - 5 給出了對應的泡沫共焦 熒光圖像，該顆粒濃度固定為1 o w t ， 耐( b ) 。1 ，2 ，3 分別表示氣泡表面， 表面活性劑濃度3 0w t ( a ) 和5 0 邊界和泡沫間液體。 圖1 5 四甘醇十二烷基醚與輝石的分散液的泡沫共焦熒光圖像。 s e h e ra t a n 們等人通過設計的儀器研究了泡沫浮選柱中憎水顆粒對氣泡的大 小及其分布情況的影響，圖1 - 6 是他們用來測量氣泡大小的裝置。實驗結(jié)果表明， 體系的氣泡大小非常依賴憎水顆粒的多少，憎水顆粒存在的話，由于液膜中液體 的流失速度的降低從而導致了氣泡兼并速率的下降。 5 大津j i j 業(yè)大學碩+ 學位論文 e 圖1 - 6 測量泡沫中氣泡尺寸的浮選器 v i n c e n ts j c r a i g n 婦綜述了氣泡兼并過程中的一些特殊的離子效應，論述 了表面活性劑存在是氣泡間的合并及氣泡問膜的狀況、氣泡與固體顆粒問形成的 膜的情況以及特殊的離子效應與氣泡穩(wěn)定性的關系等方面，表1 - 1 顯示了一些離 子間的相互作用對氣泡聚集的影響。 表卜l 離子效麻對泡洙兼并的影響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：號表示該鹽可以阻止氣泡兼并。號表示對氣泡兼并沒有阻止作用。a 和b 是經(jīng)驗 值，它們結(jié)合起來預測陰障1 離子復配的氣泡兼并效果。a a 或b1 3 表示有阻止氣泡兼并的作 用，a 1 3 或ba 表示沒有氣泡兼并的作用。 6 1 9 0 7 年，美國就有人采用“肥皂泡沫”將蠶絲脫膠和增重，并申請了專利。 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 年初之間，聯(lián)邦德國赫斯脫、瑞士汽一嘉公司也著手于泡沫體系用于 染整加工的研究，取得了一定的進展。1 9 7 3 1 9 7 4 年之間，美國一些公司就著 手在連續(xù)化染整方面采用泡沫的研究。美國u m & m 公司主張，除了發(fā)泡設備外， 盡量將原有設備加以改造，使之適合于泡沫加工的需要，所介紹的輥筒上加刮刀、 浮動刮刀等，構(gòu)造較簡單，成本較低。美國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，設計了定名為f f t ( f o a mf i n i s h i n gt e c h n o l o g y ) 的泡沫施加裝置， 根據(jù)織物情況( 重量、厚度等) 和加工要求對織物施加泡沫。目前，在歐美不少 國家能生產(chǎn)和提供泡沫染整設備。 以具有高水平印染技術自居的日本，在泡沫加工方面落在歐美的后面，所以 他們正在采取辦法追趕歐美。第一，日本從美國引進樣機，進行染色和整理方面 的試驗，如日本原藤整染、大和髯公引進了g a s t o nc o u n t y 的f f t 裝置；第二， 吸收歐美泡沫加工技術之長，推陳出新，丌發(fā)自己的施加器，如日本山東鐵工所 開發(fā)了連續(xù)泡沫施加器。 國內(nèi)對泡沫加工技術的研究始于1 9 8 0 年，上海市第一紡織印染工業(yè)公司技 研室、上海第五印染廠和上海紡織科學研究院在溫州助劑廠和上海鼎新印染廠的 協(xié)作下，設計了y j d 2 0 0 - 8 0 0 型和s p 型輥筒式泡沫施加器華東紡織學院和上海 7 天滓t 業(yè)人學碩士學位論文 印染機械廠設計制造了p z 一1 6 0 型生產(chǎn)型大樣機( 包括靜態(tài)發(fā)泡器和狹縫式單面 涂敷器) ，與熱拉機組成泡沫整理生產(chǎn)線，投入生產(chǎn)。1 9 8 3 年4 月，紡織工業(yè)部 科技司在上海召開“泡沫整理新技術”鑒定會，就上述兩組設備及整理工藝，進 行了技術、經(jīng)濟指標鑒定【1 3 1 ，天津工業(yè)大學曾經(jīng)引進了一套泡沫染整小樣機，相 關的研究也曾取得過一定的成效。 上海紡織科學研究院的李大偉等【1 4 1 1 作人員對泡沫染色進行了研究，用于開發(fā) 絨類織物的泡沫多色染色工藝及產(chǎn)品，幾年的努力下來，他們獲得了一定的泡沫多 色染色的工藝參數(shù)，同時試制了一套適用于泡沫多色染色工藝用的發(fā)泡和施加聯(lián)合 裝置，裝置簡化，工藝簡單，花型新穎，為我國泡沫低給液技術開創(chuàng)了一條新的途 徑。李連舉l l5 j 等人通過對非織造布染色性能的分析，探討了水刺非織造布的泡沫染 色工藝，為水刺非織造布的在線染色效果獲得滿意的結(jié)果提供了參考價值。 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 ， 不需要后洗滌。所有的水分通過蒸發(fā)去除，大大地減少了污水量，降低了用水量 也就相應地降低了能量消耗。以錦綸地毯泡沫染色為例，用普通連續(xù)染色方法的 濕地毯在汽蒸箱中從2 1 加熱到1 0 0 使染料固色的能量需要量為連續(xù)泡沫染 色法的7 5 倍。泡沫染色的另一個優(yōu)點是，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時問更短。 表1 - 2 聚酰胺織物的泡沫染色配方 酸性蒽醌染料 1 5 l 發(fā)泡劑 羧甲基纖維素 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 】給出了聚酰胺織物的泡沫染色工藝配方，如表1 2 所示，并指出在 固色處理結(jié)束前用1 5 r a i n 緩慢加入醋酸，用直接蒸汽固色2 0 - - - 2 5 m i n ，染色過程 總的時間為5 4 r a i n 。經(jīng)這樣處理后的織物上可獲得具有較高的抗物理化學反應 的、豐滿均勻的染色度，在4 0 c 下皂洗牢度達4 5 - - 5 級，干濕摩擦牢度達4 - - - 5 級。 泡沫染色目前主要存在著勻染性問題。其影響因素有： 1 ) 染料本身的特性。染料的直接性越高，勻染性越差，反之越好。 2 ) 泡沫施加的均勻性。這也是主要因素，有的泡沫施加裝置是產(chǎn)生泡沫后直 接施加到織物上，然后再通過軋輥，使泡沫破裂，該裝置的缺點是，會發(fā)生由于 第一章文獻綜述 泡沫不均勻而引起的色差。但是當染液發(fā)泡后，泡沫通過一窄小的狹縫，讓大泡 沫在此提前破裂，可以提高泡沫的均勻性。 3 ) 泡沫的穩(wěn)定性。泡沫穩(wěn)定性高，不易破裂，經(jīng)過軋輥后仍有部分泡沫沒有 破裂，再經(jīng)蒸箱后會產(chǎn)生泡沫圈，影響均勻性；泡沫穩(wěn)定性太差，在通過軋輥前， 就已經(jīng)破裂，不僅使帶液量增加，而且也會造成不均勻的帶液量。但泡沫穩(wěn)定性 差可以通過提高車速，使泡沫施加到織物上后，能夠以更短的時間經(jīng)過軋輥，這 樣雖然可以增加均勻性，但也會降低帶液量，會使著色變洌博j 。 1 2 2 泡沫整理 紡織品整理要使織物具有柔軟、硬挺、抗皺、防縮等特性，必須把織物浸在 特殊的整理液里整理，而一般織物上的吸液量達7 0 到8 0 ，在傳統(tǒng)的染整加 工中，水起了載體作用，整理劑溶解或分散于水，水將整理劑帶到織物上，并藉 機械作用均勻分布在織物上，然后就需要去除水分，以便降低織物的吸液率，而 去除水分的烘燥要耗用大量熱能。為了減少整理浴中的水分，采用濃溶液加工， 要使溶液均勻分布在織物表面，已經(jīng)是很困難，如再要求滲透到纖維中去，就更 加困難了。因為被加工織物的表面積很大，而加工溶液的容積不多，兩者發(fā)生矛 盾，要解決這個矛盾，必須增加加工溶液的表面積。人們設想在加工溶液中攪入 空氣產(chǎn)生泡沫，使溶液的容積擴大許多倍，提高了濃溶液與纖維的接觸面積，達 到均勻分布的目的。泡沫整理，正是有效解決這方面問題的一個更新技術。 泡沫整理就是在整理液中加入少量的發(fā)泡劑，再混入大量空氣，使整理液變 成無數(shù)微小的氣泡，以帶有高濃度整理液的泡沫代替含水量較高的常規(guī)浸軋整理 液，然后讓泡沫通過特殊的設備，均勻地涂敷在織物上，泡沫借助纖維毛細管效 應而破裂，從纖維表面向內(nèi)部進行一定程度的滲透，再通過擠壓或真空抽吸，使 殘留泡沫徹底破裂，則濃溶液就在纖維中滲透、擴散。 采用浸軋法織物經(jīng)過整理浴，吸液率約為2 0 0 ，纖維空間為整理液所充滿， 通過軋輥軋液率達6 0 - 7 0 ，整理液均勻地分布在纖維表面。而采用泡沫加工時， 實際上一般吸液率僅為3 0 ，經(jīng)泡沫整理后的織物不經(jīng)烘干就可直接進入下一道 工序，從而大大節(jié)約了能源。例如，經(jīng)泡沫整理后棉織物的帶液率從7 0 左右下 降到3 0 以下，滌棉織物的帶液率從6 0 左右降低到2 0 以下，織物經(jīng)過泡沫 整理后，產(chǎn)品質(zhì)量達到常規(guī)整理的質(zhì)量要求，其中彈性等性能有所提高，該工藝 可節(jié)約蒸汽5 0 - 6 0 ，合標準煤1 6 0 1 1 噸臺年，節(jié)電2 力度以上臺年，可節(jié) 約樹脂費用5 以上，還可提高機、臺產(chǎn)量【l 圳。 泡沫整理技術的應用范圍很寬，如在紡織品后整理中的拒水、拒油整理，親 水整理，柔軟整理，阻燃整理，抗皺整理，防縮整理，抗菌整理，抗紫外線整理。 9 天津i ：業(yè)人學碩十學位論文 在這些整理中使用泡沫技術可以得到很好的效果，并能減少能耗，同時降低對環(huán) 境的污染。表1 3 是泡沫整理與常規(guī)整理的實例比較： 表1 - 3 印花布的抗皺整理能耗比較( 1 0 0 純棉花布，9 2 9 m 2 ) 泡沫整理具有吸液率低，降低烘燥成本，生產(chǎn)速度高，濕一濕給液容易，改 善了遷移性，節(jié)省助劑，改進回彈角與抗拉強力損失間的比例，手感柔軟等優(yōu)點 【2 ，但是它的最大特點是可以對織物進行單面整理，或進行雙面不同的整理，從 而達到不同的需求，提高織物的身價。如紡織品一面做防水、防油、防沾污的整 理，另一面做親水整理，用通常的加工方法是很難做到的，這是泡沫染色整理最 大的亮點【2 1 】【2 2 1 。泡沫整理的設備基本上可以連續(xù)運轉(zhuǎn)，正常使用，但是施加器 和液、氣自控方面尚存在某些缺陷，有待進一步研究改進。 1 2 3 泡沫印花 泡沫印花是2 0 世紀8 0 年代國際上繼泡沫整理之后迅速發(fā)展起來的印染加工 新技術，最早應用在地毯印花中，進而推廣到絨類織物印花及一般紡織品的印花 2 3 1 。常規(guī)印花中，印花糊料的消耗是以重量為基礎計算的。當染料或涂料通過胺 類或糊料介質(zhì)轉(zhuǎn)移到纖維上去時，是靠著糊料的重量進入圖案的。泡沫體系中， 由于混入的空氣實際上不具有什么重量，所以在體系膨脹到一定的發(fā)泡比時，印 花糊料消耗必須以體積為基礎計算。因而，泡沫糊料的重量要比常規(guī)印花糊料輕 得多。其次，泡沫印花中，是靠空氣泡實現(xiàn)增厚的，泡沫的流變性質(zhì)與常規(guī)印花 糊料相比略有不剛2 4 1 。泡沫印花幾乎可以用在各種不同的印花技術上，象滾筒印 花，平板印花，臺板印花，圓網(wǎng)印花等。 在常規(guī)印花中，糊料是用來控制印花漿的粘度和流變性質(zhì)的，而在泡沫印 花中所需的粘度和流變性質(zhì)，則是通過選擇最佳的空氣混入量發(fā)泡倍率，氣泡 尺寸及其分布來實現(xiàn)的【2 5 j 。就特定發(fā)泡倍率來說，氣泡尺寸較小且分布均勻的泡 l o 第一章文獻綜述 沫印花漿具有較高粘度和適用于印花的良好流變性能。 泡沫印花方法可在布上印制滿地印花，效果比一般印花優(yōu)良。紗支密度高或 由于紗節(jié)形成凹凸不平的布面，也能印出均勻的滿地印花。另外泡沫印花的滲透 良好，前處理要求也較低。泡沫印花漿的含水量也比一般印花漿少，故烘燥速度 快，又可節(jié)約能源。同一般印花相比，可提高印花車速。舉例來說【2 6 1 ，一次加工 批量為1 5 0 0 0 m 的印花布，如使用一般印花漿及按烘燥能力的上限印花速度計算， 需要1 2 小時才能完成。用泡沫印花漿時只要5 , - - , 5 5 小時便可完成；純棉織物的 雙面印花面積為8 0 ，使用一般印花漿時，其最大印花速度為2 0 m m i n ，如改用 泡沫印花漿，印花速度可提高到5 5 - - 6 0 m m i n 。圖1 8 是斯托克f p i i 型泡沫印 花系統(tǒng)。 圖1 8f p 一型泡沫印花系統(tǒng) 1 印花下速傳感器；2 圓網(wǎng)；3 泡沭印花刮刀；4 織物；5 壓縮空氣入口；6 空氣計量器；7 動態(tài)泡沫發(fā)生器；8 電子計算機控制臺；9 液體計量泵；l o 印花色漿桶 該系統(tǒng)的泡沫發(fā)生器的泵能力3 0 0 l h ，混合頭功率1 1 k w ，轉(zhuǎn)速o , 9 0 0 r m i m 計量泵功率0 5 5 k w ；泡沫質(zhì)量6 5 3 5 0 9 l ；系統(tǒng)壓力1 9 5 1 0 4 - - 一5 3 9 1 0 4 p a ；泡沫 產(chǎn)生量0 2 - - 4 9 9 9 l m i n 。以印花面積5 0 的一套色花型印制5 萬米為例，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5 5 降低成本3 8 ，且印制效果好， 織物手感柔軟【2 7 】。泡沫印花對涂料印花的鮮艷度有不良影響，但與采用合成糊料印 花的鮮艷度類似。 活性染料印花時，經(jīng)?？梢园l(fā)現(xiàn)，用硅酸浸軋間歇法迸行固色，往往可得到較 好的效果?；钚匀玖系呐菽€(wěn)定度取決于染料和所加碳酸氫鈉或碳酸鹽的量?；钚?染料印花時，必須要謹慎小心，防止發(fā)生沉淀作用，含飽和泡沫染料的特性階段通 過加入更多的潤濕劑( 如尿素) 來維持的?；钚匀玖嫌』〞r，或用圓網(wǎng)或平板印花。 含各單一染料的泡沫不用堿就能制備，但最后和最終的篩網(wǎng)可加用堿泡沫，毫無問 題能得到較好的染料吸收及固色1 2 引。 泡沫印花基本漿耗用量比一般印花可