饰品之家讯：1泡沫染整的概述20世纪70年代的石油危机使得许多纺织染整工作者开始致力于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，并应用到印染行业的诸多领域中，达到了与常规工艺相当的效果，有些方面甚至超过常规工艺。但是由于这项技术在大生产过程中的难控制性而没有被工业化推广，造成了泡沫染整技术在20世纪70—80年代一度处于研究的热潮之后就被冷却下来的局面。
近年来随着人们的环保意识的不断提升，绿色生产、清洁生产的呼声日益高涨，再加上石油价格上升，能源大量消耗，原料成本急剧上涨以及全球竞争日益激烈，人们要求通过改进和创新加工技术以降低成本，来赢得市场。但必须强调在减少能耗、提高效率的同时，对环境的影响要降到最低，而泡沫加工技术已证明是有助于达到上述目的的一种方法，这样泡沫染整工艺有望成为湿加工的发展方向之一，将会越来越被人们所重视。
泡沫染整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整工艺。在泡沫加工过程中，工作液中的部分水被空气替代，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，减少化学品的消耗以及控制染料和化学品在纤维或织物内部的渗透。泡沫染整的诸多优点使织物湿加工总体成本大大降低。目前较成熟的泡沫工艺有泡沫整理、泡沫印花、泡沫染色等。
2泡沫的形成及其类型
2.1泡沫的形成
“泡”是由液膜包围着气体所形成，泡沫是由大量气体分散在少量液体之中形成微泡聚集体，并以液体薄膜相互隔离，且具有一定的集合形状，是一种微小多相、黏状且不稳定的体系。绝对的液体不会产生泡沫，在绝对纯的液体的液面以下形成的气泡，当它们相互接触或从液体中逸出时，就会立即破裂。能形成稳定泡沫的液体，至少必须含有两个以上的组分。在纺织工业中使用的是水中冲入空气的含水泡沫。泡沫的形成如图1所示。
如图1可见，首先，一个气泡在含有表面活性剂的水溶液中，被一层表面活性剂的单分子膜包围，当该气泡冲破了表面活性溶液面-空气的界面时，第二层表面活性剂包围着第一层表面活性剂膜而形成一种含有中间液层的泡沫薄膜层，在这种泡沫薄膜层中含有纺织整理中必须的化学品液体，当各个相邻的气泡聚集在一起时，就成为泡沫。
泡沫形状主要有球形和多面体2大类。球形泡沫是气泡在水中一个接一个地分布，是液体分散剂内成堆的独立气泡；当气泡超过最致密的球形分布（气体的体积分数高于74%）时，就变成多面体泡沫。因此，多面体泡沫是气体聚集群体，见图2［1］。
2.2泡沫的类型
从能量观点来看，泡沫是不稳定的，由于空气和水具有相反的特性，因此它们最终是要分离的，一般球形泡沫不稳定，排液很快，寿命很短；多面体泡沫，从气泡间通道和三叉槽中排液速度较慢，属于亚稳态泡沫。泡沫大致分为3大类：稳定性泡沫、半稳定性泡沫、不稳定性泡沫。
2.2.1稳定性泡沫
稳定性泡沫即使在烘干后也不会破裂而且能保持其结构。它们通常能稳定保持在纺织品底层的表面上，因为其渗透力很弱，而且手感光滑柔软。由于这层泡沫结构，织物透气性好，同时防水性也好。
稳定泡沫涂层厚度为0.3～1.mm，并且在烘干后必须压碎。在许多场合下，还另外需要使用轧光机。高压压碎、普通压碎和使用轧光机压碎的区别仅仅是压力程度的不同。压碎后，一层聚合物就附着在纺织品底层上，纺织品就具有了耐牢性。稳定性泡沫应用于各种类型窗帘的涂层整理，以及多孔渗水、可透气的户外服装的整理。通过泡沫整理，纺织品膜具有很强的水蒸气渗透性及防水性，且经过高达50次的水洗后这层整理剂膜仍不会出现分层现象。
2.2.2半稳定性泡沫
半稳定性泡沫施加在纺织品上后也会破裂，但在烘干后，仍能看出织物上的泡沫整理液，与其说是整理液还不如说是涂层增稠剂。对家用纺织品来说，只需要一步就可以在织物的正面和反面施加两种不同的化学品而获得优良的性能。例如，在织物上面施加阻燃整理剂，同时从下面利用泡沫封闭体系施加柔软剂或碳氟化合物整理剂。这种方式既节省成本又节约能量，相对典型的双面施加，其优点是显而易见的。
2.2.3不稳定性泡沫
不稳定性泡沫用于泡沫整理时，当施加于纺织品上后就会立即破裂，也就是说，所用整理剂无论是通过浸轧还是泡沫整理的方式，当施加在纺织品上烘干后，这种整理剂就看不到了。不稳定的泡沫整理通常所用的整理剂有柔软剂、碳氟化合物等。
不稳定性泡沫能应用于许多封闭体系，通过泡沫搅拌器产生泡沫，然后被传输到给液器上，通过给液器上的裂缝持续、均匀分布在织物上。在开放体系使用泡沫整理时，与上述规则不同，比如给无纺布进行泡沫整理时，水平轧车将泡沫从两面压在无纺布上，要特别注意不稳定泡沫的稳定性［2］。
3泡沫的性能
泡沫的性能有泡沫密度、泡沫稳定性、泡沫均匀度、泡沫润湿性泡沫内气泡大小、泡沫流变性等。
3.1泡沫密度
是指单位体积的泡沫质量或发泡率。其计算公式如下:泡沫密度=（泡沫质量，g）/（泡沫容量，cm3）
发泡率定义如下：发泡率表示1kg的液体可以产生的泡沫体积，L。如密度0.05g/cm3相当于50g/L，即发泡率为1∶20。发泡率越低，则泡沫含液量越高；发泡率越高，则泡沫含液量越低。发泡率的大小应视被加工织物种类、车速等因素而确定。
3.2泡沫的稳定性泡沫是亚稳系统。稳定时间过短，由泡沫发生器形成的泡沫未输送到织物表面就已中途破裂，造成色差；若稳定时间太长，印花到织物上的泡沫又不能很快均匀破裂，也会造成色差。
3.3泡沫均匀度
只有泡沫达到均匀，才能使整理达到均匀。
3.4泡沫的润湿性
由泡沫或者由泡沫破裂以后释放的液体所产生的良好润湿性对于那些尚未经充分前处理的或者是组织很紧密的织物尤为重要。
3.5泡沫的大小
泡沫要尽量地小。一般地说，泡沫越小，越接近多面体结构，也就越稳定。泡沫起着载体的作用，泡沫壁的厚度以及泡沫的大小直接影响着泡沫携载染化料的能力，一般要求泡沫的直径在8μm左右。
3.6泡沫流变性
如同泡沫的稳定性一样，它也是重要的参数。但是要确定泡沫的流变性至今仍无适当的办法［3-4］。
4泡沫整理的设备
泡沫整理设备由发泡装置和泡沫施加装置2大部分组成。
4.1发泡装置
发泡装置主要分为3大类:填料式静态发泡器、多级网式静态发泡器和动态泡沫发生器，见图3～图5。
4.2施泡装置
经过对国内外有关设备的调研，泡沫施加装置大致可以归纳为6种:刮刀式、辊筒式、橡毯真空抽吸式、网带式、圆网式和狭缝式［5］，见图6～图11。
5泡沫加工技术在纺织品染整中的应用
5.1泡沫上浆
泡沫上浆是以泡沫为介质对经纱进行上浆的一种新工艺。黏附于经纱的泡沫浆经过压浆辊时，泡沫在轧点处破裂，浆料均匀地分布在经纱上。泡沫上浆与普通上浆的主要区别是：普通浆料上浆时，浆料溶解或分散在水中，以水为介质将浆料传送到纱线上；而泡沫上浆工艺中，泡沫（空气和水）是传送介质。
泡沫上浆较普通上浆的优点：
a.节水，因纱线上浆后含水量较少；
b.节能，因烘燥时所需能源相应减少；
c.节约化工浆料，因为泡沫整理工艺能更好地控制浆料中的含固量，并采用较低的加重率d.易于退浆，由于浆料较少地渗透到纱线内部，比较容易去除；
e.不需煮浆，不用浆槽，免除了煮浆桶和浆槽的蒸汽消耗；
f.降低经纱含液率，有利于提高车速，节约烘燥能量；
g.纱线毛羽少，摩浆少，开口清晰，织造率较高。泡沫上浆浆料需具备以下条
件：
a.浆料在添加少量表面活性剂后，应具备发泡性能；
b.高浓度浆液必须能发泡，高浓低黏泡沫应能包覆纱线；
c.泡沫在与经纱接触时必须立即破裂或在压浆时破裂，使上浆均匀；
d.短暂停车时，泡沫应保持稳定不破裂。
5.2泡沫丝光
泡沫丝光是指使用泡沫的方法对织物进行丝光处理，它比常规丝光具有以下优点：
a.减少碱的用量
b.碱液可以更好地渗透到织物内部；
c.对部分厚重织物可以进行单面丝光处理，降低碱用量；
d.可以更好地控制织物尺寸；
e.可以覆盖“死棉”，而达到均匀染色；
f.对某些印花织物，可以对织物印花的一面进行丝光处理，这样不仅可以保证印花质量，同时碱的用量比常规方法低。
泡沫丝光存在的主要问题是耐碱起泡剂和耐碱渗透剂的选择。由于泡沫丝光时织物上的碱量较少，要达到与常规丝光相同的效果，必须加大碱液的浓度，一般应大于250g/L，而在如此高浓度碱中，常规起泡剂和增稠剂大多会沉淀，很难形成泡沫。
5.3泡沫印花
泡沫印花是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。以泡沫涂料印花工艺应用为例，配方：
增稠剂（聚丙烯酸类）5g
黏合剂（丙烯酸脂－丙烯腈－羟甲基丙烯酰胺共聚物乳）40g
海藻酸钠2g
十二烷基硫酸钠10g
十二烷醇10g
氨水5g
总溶液1kg
按上述配方制成1kg泡沫溶液以后再与涂料色浆混合，制备好的印花色浆，可用圆网印花机印于织物上，印花织物经烘干后在150℃热处理3min。在涂料印花时，因发泡剂会与涂料一起被黏合剂固着，影响印花色泽鲜艳度，目前尚在研究中的易蒸发掉的发泡剂和稳定剂倍受关注。
图12是斯托克FP-Ⅱ型泡沫印花系统。
该系统的泡沫发生器的泵能力300L/h，混合头功率1.1kW，转速0～900r/min；计量泵功率0.55kW；泡沫质量65～350g/L；系统压力19.5×104～53.9×104Pa；泡沫产生量0.200～4.999L/min。以印花面积50%的一套色花型印制5万m为例，对比泡沫印花与常规印花工艺，前者可以节省印花色浆55%，降低成本38%，且印制效果好，织物手感柔软［6］。
5.4泡沫染色
泡沫染色的优点：
a.浴比小，大大节约用水量；
b.显著降低各种助剂（如盐、碱和染料）的用量；
c.缩短加工时间；
d.提高织物表面得色量；
e.减少染料泳移；
f.减少染色废水处理量，降低对环境的污染。
地毯的连续泡沫染色中，每平方米地毯的耗水量低至0.5kg以下，不需要后洗涤。所有的水分蒸发去除，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21℃加热到100℃使染料固色的能量为连续泡沫染色法的7.5倍；另一方面由于在地毯上的吸液率只有20%～50%，因此在汽蒸箱中的固色时间更短［7］。
聚酰胺织物的泡沫染色工艺染液配方：
酸性蒽醌染料15g/L
发泡剂20g/L
羧甲基纤维素5g/L
一乙醇酰胺5g/L
元明粉10g/L
30%醋酸2～3g/L
在固色处理结束前用15min加入醋酸，用直接蒸汽固色20～25min，染色过程总的时间为54min。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染色牢度和丰满均匀的染色效果，在40℃下皂洗牢度达4.5～5级，干湿摩擦牢度达4～5级［8］。
泡沫染色目前主要存在着匀染性问题。其影响因素为：
a.染料本身的特性染料的直接性越高，匀染性越差，反之越好。
b.泡沫施加的均匀性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。该装置的缺点是会产生由于泡沫不均匀而引起的色差，但是当染液发泡后，泡沫通过窄小的狭缝，让大泡沫在此提前破裂，可以提高泡沫的均匀性。
c.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。泡沫稳定性差可以通过提高车速，使泡沫施加到织物上后以更短的时间经过轧辊，然而这样虽然可以增加均匀性，但也会降低带液量，会使着色变浅［9］。
5.5泡沫整理
泡沫整理技术的应用范围很广，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。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。浸渍轧液法由于受一些客观条件所限，不能完全符合最新发展的需要，采用泡沫整理法则能突破这些限制。它将气体通入含有表面活性剂的加工液中，生成众多微小气泡组成的体积庞大的泡沫，替代染整浴中的水，使织物带液率由传统的60%～70%下降到15%～30%，节约了烘燥能耗50%，减少了大量印染废水的排放，提高了生产车速达30%，节省了树脂和助剂用量达10%～30%。
泡沫整理的配方：
阴离子发泡剂10g
二羟甲基二羟基乙烯脲150g
氯化铁22.5g
阴离子柔软剂60g总溶液1kg
发泡比1∶135
半衰期336s
润湿性24.2cm
用上述工艺整理可节约热能10%～15%。由于车速加快，一年可增产5000km／台左右。表1是印花布的Autofoam泡沫整理和常规浸渍法的能耗比较。
泡沫整理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，提高织物的价值。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，而泡沫整理则可以，这是泡沫染色整理最大的亮点［10-11］。
6泡沫染整的发展前景
如上所述，纺织品的上浆、印花、染色、后整理等都可用泡沫加工的方法。但是，泡沫加工技术还是存在一些缺点和局限性，比如，需要相当量的设备；随着纺织物上吸液的减少，给液均匀的问题增加；泡沫液的制备要特别小心；含固量高的整理剂的增重率十分关键；泡沫稳定性取决于时间；控制好所需求的泡沫稳定性不容易。虽然它有这些局限性，但这并不阻碍泡沫加工技术在未来生产加工中的应用和推广。因为在当前能源危机及清洁生产的大背景之下，泡沫加工技术以它的独有优势满足了节约能源、降低生产污水等要求，下面是它的几个特有优点：
a.节省烘燥热能采用常规的浸轧方式，织物的含液率为50%～80%，而采用泡沫加工后，含液率可大大降低。通常棉织物的含液率为30%，涤棉织物的含液率为20%，合纤织物的含液率为10%，因而可最大限度地节省烘干时所需的能量。
b.降低水及化学药剂的耗量由于在泡沫整理过程中用大量的空气取代了配制整理液和染液所需的水和化学药剂，因此，水和化学药剂的耗量大大降低。据测试，织物的水耗可降低50%～80%，化学药剂的耗量可降低20%，相应减少了污水排放对环境造成的污染。
c.可推行“湿-湿”加工工艺采用泡沫涂敷与织物本身的含湿量关系不大，故完全可以实施“湿-湿”加工工艺，以减少工艺流程中的中间烘燥工序。
d.提高织物的加工质量由于织物的含湿量明显降低，完全有可能排除烘燥过程中所产生的泳移现象。以树脂整理为例，通过预先编制的程序，可以准确地控制整理液或染液的含固量，在做树脂整理时，树脂用量可比常规工艺减少12%，而弹性仍略高于常规工艺
e.实现污水的零排放在泡沫整理加工中，残留的仅仅是少量的泡沫，而且这些泡沫破泡以后得到的工作液浓度与配方浓度完全一样，没有任何变化，因此多数情况下可以回用，完全没有常规加工方法中存在的轧槽中的工作液必须放掉的问题。
基于以上优点，在纺织行业中，泡沫技术有着广泛的应用范围，考虑到全球纺织行业的竞争以及泡沫加工的优势和一些可能性因素，泡沫技术将很可能在纺织品整理中占有一个非常重要的地位。泡沫技术在纺织品染整加工中的广泛推广和应用将在不远的将来［12］。
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