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泡沫加工技术在纺织印染行业中的应用

    一、泡沫染整加工技术的发展背景

  泡沫整理工艺是20世纪70年代末受能源危机的影响,在国外迅速发展起来的一种低给液、高节能的染整加工技术。我国曾在20世纪80年代掀起了一波对其研究开发的高潮,其相关技术成果先后被国内许多印染企业应用,生产加工了各种织物近亿米,产品经质量检验合格后投放到国内外市场。但受当时的设备条件和技术水平等限制,此项技术没能得到持续发展和进一步推广应用。

  近年来,随着能源紧张和环境问题加剧,人们环保意识逐渐增强。在国家节能、降耗、减排等政策推动下,清洁生产的呼声日益高涨,再加之原料成本急剧上涨,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,有效降低对环境的影响。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,并且被应用到印染行业的诸多领域中,达到了与常规染整工艺相当的效果,有些方面甚至超过常规工艺。

  因此泡沫染整工艺作为~种节能、节水的新型加工技术将会重新受到人们的重视和青睐。

  二、泡沫染整加工技术的原理

  所谓泡沫整理,就是采用尽可能多的空气来取代配制整理液时所需要的水,通过空气,将整理剂在水或其他溶液中的浓溶液或悬浮液膨胀转化成泡沫,然后强制泡沫扩散到被加工织物的表面并渗透到织物的内部,这样就能保证在最小给湿量条件下化学药剂的均匀分布。泡沫加工的实质是用空气来代替部分水,将整理剂、染料或涂料的工作液制成一定发泡比的泡沫,使其在半衰期内能稳定地到达织物表面,在施泡装置系统压力、织物毛细效应及泡沫润湿能力的作用下,迅速破裂排液并均匀地施加到织物上。

  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。泡沫加工可以节约用水量及烘燥织物上所含水分所需的能源,并在某种程度上提高加工成品的质量,提高生产效率,减少废水的排放量,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。

  泡沫染整加工属于低给液率加工技术。

  与浸轧法的最大的差别是:泡沫染整加工系统可以控制工作液在被加工织物中的渗透距离。既可以使工作液只停留在织物表面,也可以使工作液浸透织物。因此,应用泡沫染整加工系统,可以对织物两面进行不同的加工,如对一面防水、一面亲水的所谓单拨单吸面料的加工,也可以进行单面防水加阻燃的加工。甚至可以进行双拨单吸的加工,即正反两面都防水,而织物中间吸水,还可以把织物的两面染上不同的颜色等,这是浸轧法根本无法实现的。

  但是它又完全不同于涂层整理。涂层整理由于加工方式的要求,化学品通常只是在织物表面形成具有一定厚度的膜,分布于织物组织结构之间,很少有渗透到纤维内部的可能,因此耐洗性、手感相比之下都要差一些。而泡沫染整加工时,工作液中通常只需要增加起泡剂和稳泡剂,与浸轧法的工作液并没有大的差别,所以施加到织物上,破泡后可以迅速渗透到纤维内部,因此加工后的织物耐洗性和手感都比较好。

  三、泡沫染整加工技术的应用

  泡沫染整加工技术已在欧美发达国家取得了良好效果,在我国也得到了越来越多的关注。如应用于纺织品前处理的上浆、丝光和增白,还有人尝试使用泡沫加工的方法,对棉织物以及涤棉混纺织物进行漂白和煮练,获得较好的效果;此外在涂料染色、涂料印花、活性染料染色等方面,也取得了非常满意的效果,单面染色织物以其独特风格而被受人们关注;其它方面还有后整理的抗皱、拒水拒油、亲水、柔软、阻燃、防缩、抗菌、抗紫外整理等,在这些整理中使用泡沫技术可以得到很好的效果,还可对纺织品单面进行泡沫整理,或者实现纺织品双面不同功能的需求,并能减少能耗,同时降低对环境的污染。

  泡沫加工的一般过程为:发泡→施加泡沫→泡沫迅速破裂被织物吸收→烘干→(焙烘)→后处理。

  3.1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。经纱泡沫上浆是利用可以产生泡沫的浆液均匀地分布在经纱上,粘附于经纱的泡沫浆经过压浆辊时,泡沫在轧点处破裂,气体溢出,浆液附着在经纱上,使经纱获得可织性。泡沫上浆技术以低能耗、快速为主要特征,可节省大量加工用水,减轻污水排放量以及对污水的处理压力。泡沫上浆新工艺正以其吸液率低、节能好、车速高、毛羽少、缠结少和渗色少等优点,日益受到人们的重视。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织物上;而泡沫上浆工艺中,泡沫(空气和水)是传送介质。

  3.2泡沫染色

  泡沫染色作为一种节能、节水的新型加工技术逐渐被人们所重视。泡沫是由液膜包围着气体所形成的。它是由大量气体分散在少量液体之中形成的微泡聚集体,并以液体薄膜相互隔离,且具有一定的几何形状,是一种微小多相、粘状不稳定的体系。利用泡沫染色法进行还原染料悬浮体染色,可使悬浮体均匀地分布,提高悬浮体染色的匀染性能。发泡剂一般为表面活性剂,不仅可以发泡,同时还具有分散作用。将泡沫染色与常规染色比较可发现,前者赋予织物更好的匀染性。用这两种方法进行悬浮体染色对比发现,织物的摩擦牢度、汗渍牢度、水洗牢度以及日晒牢度基本相同。

  泡沫染色可降低水和各种助剂的用量,染色废水量也相应减少,可降低对环境的污染。同时可缩短加工时间,提高织物的表面得色量及减少染料的泳移。但是由于染料本身的特性、泡沫施加的均匀性以及泡沫的稳定性,泡沫染色工艺控制不佳会造成匀染性问题。

  3.3泡沫印花

  泡沫印花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。泡沫印花是借助于空气,使少量的液体形成泡沫,泡沫携载着染料或涂料及各种助剂,施加到足以均匀覆盖全部织物的程度,从而以较低的给湿量完成整个印花过程,形成表面印花效果,进而达到节省能源染化料,改善织物手感的目的。在泡沫印花加工中,由于刮刀和轧辊等对泡沫施加的压力及纤维和毛细管作用使泡沫破裂,染料由于没有“糊料”的载体,就立即停留在原处,这样就构成了其精细的印花效果,所以一旦泡沫色浆触及织物,要求尽快破裂,这对印花质量是有益的。

  泡沫印花色浆需要的泡沫应该是在印到织物上之前,泡沫应十分稳定;印到织物上以后,又要求迅速破裂。如泡沫不稳定在印花前便发生破裂,色浆粘度下降,就无法实现泡沫印花;若泡沫稳定性太高,印花后泡沫在织物上不能均匀地破裂,会给印花质量造成影响。与传统印花相比,泡沫印花质量更高,图案更清晰,手感更柔软。若通过控制染料的渗透量,可在浅色上叠印深色,还可使湿-湿加工工艺成为可能,如泡沫印花后织物无需中间烘干就可直接进行泡沫后整理。

  3.4泡沫整理

  3.4.1树脂整理

  棉织物防皱整理,目前最常用的整理剂主要是树脂整理剂。织物经树脂整理后,能达到满意的折皱回复角,但这种满意的折皱回复角是以牺牲织物的强力和耐磨性能为代价的。经大量试验发现,整理时整理剂施加不均匀是主要原因,而产生不均匀施加的主要原因是,在织物焙烘过程中整理剂发生泳移所造成的。

  使用浸轧→预烘→焙烘的处理方式时,纯棉织物会有约28%的溶液发生泳移。耐久压烫树脂烘干时的泳移,是棉织物传统整理过程中最为严重的问题之一,而采用泡沫整理,因带液率减小,泳移程度会大大降低,可以使泳移量降到10%以下,因而大大提高了织物的强力。这是因为带液量的减小,织物烘干时水分蒸发减少,织物毛细管中的整理液也不会随着表面液体减少产生的液差而泳移到织物表面上来,从而减少了烘干过程中的泳移量。此外,在达到相同整理效果的同时,使用泡沫整理的方法比常规浸轧的方法节省树脂及助剂用量约10%~30%,而且还可改善织物的手感。

  3.4.2泡沫防水透湿整理

  目前,对衬衫等织物使用常规的浸轧法作为拒水整理工艺,织物两面都有拒水性,就不能吸汗,穿着时会感到不舒适。整理过程中先用泡沫施加拒水剂,使拒水剂只浸透到织物的一半厚度,再在反面按同样方法施加吸湿剂,也渗透一半就可以制出一种既有拒水效果又有吸汗和排汗功能的双面整理织物,织物反面的吸湿性得到了提高,透湿效果也较理想。双面泡沫整理的技术关键是在整理时控制泡沫的密度和施加量,不使整理剂渗透到反面。

  泡沫涂层是将聚氨酯和聚丙烯酸酯的混合物分散在水中,然后使其形成泡沫。通过添加稳定剂使泡沫稳定,然后用其涂织物的一面,干燥后就形成微孔涂层。重要的是,形成的微孔大小要可以使水蒸汽渗透,但防止液态水的渗透。织物最后在低压作用下压缩,以使涂层与织物很好地粘合。由于泡沫直径相对比较大,用含氟化合物后整理以改善其防水性能。这种涂层的生产过程不使用有机溶剂,生产方式比较环保。

  3.4.3泡沫阻燃涂层整理

  对面料进行阻燃的方式有多种,如浸轧阻燃液、直接背涂、发泡涂层等,目前国内通常使用的是前两种。浸轧阻燃液易造成色变、手感发硬、鸡爪印、产生盐析等;直接背涂也会影响手感,而且透气性差。国外英、美等少数国家在阻燃涂层方面采用比较先进的发泡涂层,在面料的背面涂一层阻燃泡沫胶层,利用该层阻燃层使织物难以着火。发泡涂层的优点是阻燃性好、手感柔软、透气性好、成本低,因此这种方法具有非常广阔的发展前景。

  朱光林等人采用新型泡沫工艺对厚重织物进行阻燃整理加工,以乙烯类聚合物为涂层粘合剂,加入溴类及氮磷类阻燃剂等充分搅拌,按一定发泡比发泡,使低粘液体发泡增稠,达到可涂布状态。涂层时经涂层刀的挤压,泡沫破碎成低粘液体,渗入织物内。结果表明:与传统工艺相比,采用泡沫阻燃整理.既简化工艺流程,又降低生产成本。整理织物阻燃效果较好,且织物手感柔软、透气性好、安全性高。该织物可广泛应用于帐篷、军用纺织品、家用纺织品及汽车、飞机等内装饰物。

  四、泡沫染整加工技术的前景展望

  如上所述,纺织品的上浆、染色、印花、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:如泡沫的不稳定性、泡沫染色的匀染性以及泡沫加工技术自身的局限性。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,泡沫加工技术以它独有的优势满足了节约能源、提高生产效率、减少污水排放等要求。泡沫染整具有如下优点:

  (1)减少单位质量织物烘干所需的能源。

  (2)加工时间明显减少,提高生产效率。

  (3)溶液的吸液率不受织物含湿量的影响,不需干燥,可直接加工织物。

  (4)不受织物吸水性的影响,可均匀加工织物,自动控制给液量。

  (5)因织物吸液率低,干燥工序中降低了染料等化学品的泳移现象。

  (6)加工中不会使织物表面变形,可提高柔软性,绒类织物毋需轧染。

  (7)变换工艺简便省时,灵活性和通用性高,在一次工艺过程中可进行双面涂层、给液、印花或组合使用。

  (8)减少环境污染。

  五、结语

  泡沫整理作为一种环境友好型技术,在降低能耗,提高企业生产效率及产品质量方面具有很好的效果。新一代泡沫整理技术发展,人们将更为关注和挖掘泡沫整理技术的节能减排的性能,泡沫整理设备的清洁生产的性能,以及所生产出来的产品是否适应社会的特殊需要。在能源紧张,保护环境任务繁重的今天,泡沫整理技术所带来的诸多优势,能为相关企业的产品染整工艺提供一个更为便捷的途径。

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