【集萃網(wǎng)觀察】【摘要】泡沫整理是一種節(jié)能效果十分顯著的染整加工方法，在當(dāng)前以綠色環(huán)保、生態(tài)染整為工業(yè)生產(chǎn)主題和國家節(jié)能、降耗、減排政策的推動下，重新受到人們的重視和青睞。文章闡述了泡沫的形成及其穩(wěn)定機(jī)理，介紹了發(fā)泡劑和穩(wěn)定劑的選擇、泡沫整理設(shè)備系統(tǒng)的組成、國內(nèi)外泡沫整理技術(shù)的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀及最新進(jìn)展情況，并對泡沫整理的應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。

    【關(guān)鍵詞】泡沫整理；發(fā)泡劑；穩(wěn)泡劑；動態(tài)發(fā)泡器；泡沫施加器

    【中圖分類號】TSl90.5文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B文章編號：1005-9350(2008)ll-0011-05

    泡沫整理工藝是受20世紀(jì)70年代能源危機(jī)的影響，在國外迅速發(fā)展起來的一種低給液、高節(jié)能的染整加工技術(shù)。它是將氣體通入含有表面活性劑的工作液中，通過混合剪切后生成眾多微小氣泡組成的體積龐大的泡沫，替代染整浴中的水，然后被施加到織物上，使織物的帶液率由傳統(tǒng)的60％～80％下降到15％～30％，從而可節(jié)約烘燥能耗50％以上。此外，它還具有降低蒸發(fā)過程中染化料泳移、提高生產(chǎn)車速、節(jié)約染化料和減少廢水排放等諸多優(yōu)點(diǎn)，因此引起了人們的普遍關(guān)注。我國曾在上世紀(jì)80年代掀起了一波研究開發(fā)的高潮，其相關(guān)技術(shù)成果先后被國內(nèi)許多印染企業(yè)應(yīng)用，生產(chǎn)加工了各種織物近億米，產(chǎn)品經(jīng)質(zhì)量檢驗(yàn)合格后被投放到國內(nèi)外市場。但限于當(dāng)時的生產(chǎn)設(shè)備自動化程度不高、操作繁瑣和人們環(huán)保意識薄弱，此項節(jié)能技術(shù)沒有得到應(yīng)有的發(fā)展[1-2]。

    近年來，隨著能源緊張和水資源缺乏，人們的環(huán)保意識大大增強(qiáng)：國家加大了對自然環(huán)境的保護(hù)力度，嚴(yán)格實(shí)行節(jié)能、降耗、減排的政策；各印染企業(yè)在降低生產(chǎn)成本、減少能源消耗和廢水排放方面的壓力倍增，這些因素使得泡沫整理這項節(jié)能效果非常顯著的染整加工技術(shù)重新受到人們的重視和青睞。據(jù)悉，國內(nèi)外一些科研單位和企業(yè)正在積極研發(fā)新的泡沫整理設(shè)備和相關(guān)工藝，采用先進(jìn)的計算機(jī)控制技術(shù)，大大提高了機(jī)器的自動化程度，降低了操作難度，提高了生產(chǎn)效率。

    l  基本原理

    1.1  泡沫的穩(wěn)定機(jī)理

    泡沫是熱力學(xué)不穩(wěn)定體系，根據(jù)Gibbs原理，體系總是趨向于表面能較低的狀態(tài)，因此泡沫有自發(fā)破裂的傾向。泡沫的穩(wěn)定性及流動性是決定其在實(shí)際生產(chǎn)中可行性的兩個重要因素。泡沫穩(wěn)定性是指泡沫保持其所含液體及維持自身存在的能力，主要取決于排液的快慢和液膜的強(qiáng)度。氣泡間的液體在壓力和重力的作用下總在不斷地被排出，液膜逐漸變薄，這是由于氣、液相對密度和界面兩側(cè)之間的壓差引起的。體相粘度大的液體，排液速度慢，因而泡沫較穩(wěn)定。當(dāng)排液至一定程度。即氣泡液膜薄至一定程度時，氣泡是否還穩(wěn)定，主要取決于界面保護(hù)膜的粘度、膜強(qiáng)度、氣體透過能力、界面上的分子密度及電荷密度等因素。泡沫的穩(wěn)定性用泡沫半衰期表示，半衰期越長，泡沫越穩(wěn)定。另外，相同條件下的發(fā)泡原液其發(fā)泡倍率越大，泡沫越均勻，也就越穩(wěn)定，這是因?yàn)楫a(chǎn)生的泡沫中含空氣量越多，液膜含液量少，排液較慢，半衰期較長。

    1.2   發(fā)泡劑和穩(wěn)定劑的選擇

    常用發(fā)泡劑有陰離子型的十六烷基磺酸鈉(AS)，十二烷基硫酸鈉(SDS)，十二烷基苯磺酸鈉(ABS)等；非離子型的有烷基醇聚氧乙烯醚，烷基酚聚氧乙烯醚，椰油酰二乙醇胺(洗滌劑6501)等。近年來，為了滿足生態(tài)環(huán)保需要，開發(fā)出一些新型綠色表面活性劑，如烷基糖苷(APG)、烷基葡萄糖酰胺(APA)、天然茶皂素、松香聚氧乙烯酯(RPGC)和某些Gemini型表面活性劑均具有良好的發(fā)泡性能，是比較理想的環(huán)保型發(fā)泡劑。一般陽離子型表面活性劑發(fā)泡能力差且價格較貴，故很少使用；陰離子型發(fā)泡劑起泡速度快，但形成泡沫的穩(wěn)定性較差；而非離子型發(fā)泡劑起泡性能稍差，但泡沫穩(wěn)定性較好，且相容性好，能與各種離子型表面活性劑復(fù)配，不受樹脂整理液中金屬鹽的影響。對于不同泡沫整理工藝，應(yīng)采用相應(yīng)類型的發(fā)泡劑，需防止發(fā)泡劑與整理劑不相容，影響整理效果。

    泡沫穩(wěn)定劑主要有兩類。第一類是增粘型穩(wěn)定劑，主要是通過提高發(fā)泡液的粘度來減緩泡沫的排液速率，延長泡沫半衰期，從而提高泡沫的穩(wěn)定性，屬于此類物質(zhì)的有聚乙烯醇(PVA)、羧甲基纖維素(CMC)、羥乙基纖維素(HEC)等；第二類穩(wěn)定劑其主要作用是提高泡沫薄膜的質(zhì)量，增加薄膜的粘彈性，減少泡沫的透氣性，從而提高泡沫的穩(wěn)定性，如在SDS中加入正十二醇就是屬于這種情況。在實(shí)際使用過程中，將羥乙基纖維素和十二醇混合使用，既提高了發(fā)泡液的本體粘度，又提高了泡沫液膜的表面粘度，大大增加了泡沫的穩(wěn)定性。

    1.3   泡沫整理設(shè)備

    泡沫整理設(shè)備主要由控制系統(tǒng)、發(fā)泡裝置和泡沫施加裝置三大部份組成。發(fā)泡裝置主要有靜態(tài)式發(fā)泡器和動態(tài)式發(fā)泡器兩大類。泡沫施加裝置大致可以歸納為六種：刮刀式，輥筒式，橡毯真空抽吸式，網(wǎng)帶式，圓網(wǎng)式和狹縫式[3]。以上海太平洋機(jī)電集團(tuán)印染機(jī)械分公司生產(chǎn)的動態(tài)狹縫式泡沫整理系統(tǒng)為例，它主要包括控制系統(tǒng)、泡沫發(fā)生器和泡沫施加器三部分，其構(gòu)成和加工流程如圖l所示。該系統(tǒng)最大的特點(diǎn)是采用智能微機(jī)控制系統(tǒng)，可根據(jù)加工織物的品種和規(guī)格，通過觸摸式操作界面設(shè)定和正確控制生產(chǎn)工藝參數(shù)，如發(fā)泡量、發(fā)泡比等。發(fā)泡器采用目前流行的動態(tài)式泡沫發(fā)生器(見圖2)，通過轉(zhuǎn)子與定子的相對轉(zhuǎn)動將液體和氣體剪切混合后形成泡沫，具有重演性好、可控性強(qiáng)和發(fā)泡倍率范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。泡沫施加器采用圓筒狹縫式泡沫施加裝置(見圖3)，其特點(diǎn)是泡沫依次通過狹縫涂敷到織物上，并在壓力狀態(tài)下迅速滲透到織物內(nèi)部，不易產(chǎn)生空殼泡，而且泡沫在織物上的施加均勻性好。

    2   泡沫整理工藝及研究現(xiàn)狀

    2.1  泡沫樹脂整理

    棉和滌／棉混紡織物的防皺整理，最常用的整理劑主要是樹脂整理劑。織物經(jīng)樹脂整理后，能達(dá)到滿意的折皺回復(fù)角，但這種滿意的折皺回復(fù)角是以犧牲織物的強(qiáng)力和耐磨性能為代價的。經(jīng)大量試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)[4]，樹脂整理時整理劑施加不均勻是織物強(qiáng)力損失的主要原因之一，而產(chǎn)生不均勻施加的主要原因是織物在烘干過程中整理劑發(fā)生泳移所造成的。使用浸軋-預(yù)烘-焙烘的加工方式時，純棉織物上會有約28％的溶液發(fā)生泳移，而使用泡沫整理工藝可大大降低泳移量或消除泳移現(xiàn)象，改善了織物上樹脂分布的均勻性，從而提高了織物的強(qiáng)力。這是因?yàn)殡S著帶液量的減小，織物烘干時水分蒸發(fā)減少，織物毛細(xì)管中的整理液也不會隨著表面液體減少產(chǎn)生的液差而泳移到織物表面上來，從而減少了烘干過程中的泳移量。此外，在達(dá)到相同整理效果的同時，使用泡沫整理的方法比常規(guī)浸軋法節(jié)省樹脂及助劑用量約10％左右，而且還可改善織物的手感。

    2.2泡沫柔軟整理

    美國的Angel0 J，Sabia[5]等在利用各種有機(jī)硅整理劑對不同織物進(jìn)行柔軟整理時，采用的就是泡沫整理技術(shù)(FFT)。他們重點(diǎn)研究了幾種典型有機(jī)硅柔軟劑FFT泡沫整理配方，并且把這些配方的泡沫整理織物的各項性能與通常的浸軋法在同樣織物和化學(xué)整理劑用量時作了比較。研究結(jié)果表明，用有機(jī)硅與耐久壓燙樹脂一起處理后的65／35滌／棉織物、83／17棉／滌燈芯絨和純棉勞動布，在所測量織物的各項性能范圍內(nèi)，F(xiàn)FT法與浸軋法沒有明顯的實(shí)質(zhì)性的差異，而且兩種方法都能增加織物柔軟度，并且還能改善物理性能。

    2.3  泡沫阻燃涂層整理

    劉森[6]在研究滌／棉織物阻燃整理時，選用溴銻涂層阻燃劑(CFA)，采用泡沫背涂工藝進(jìn)行阻燃整理，能夠使滌棉織物獲得良好的阻燃效果，達(dá)到國家GB5455—85標(biāo)準(zhǔn)，確保了作為裝飾用途的需要。朱光林、魏征[7]等選擇乙烯類聚合物作涂層粘合劑，溴類及氮磷類化合物作阻燃劑，對厚重棉織物進(jìn)行泡沫阻燃整理，使厚重織物具有優(yōu)良的阻燃效果，且不損傷織物強(qiáng)力和手感。整理織物阻燃效果達(dá)到BS5852等阻燃標(biāo)準(zhǔn)，且織物手感柔軟、透氣性好、安全性高。姜偉偉，施菊[8]等采用穩(wěn)泡的阻燃涂層膠對丙綸織物進(jìn)行泡沫阻燃涂層整理，研究了涂層的工藝條件(涂層機(jī)和發(fā)泡機(jī)的各項參數(shù))，分析了涂層刀距、阻燃膠密度和上膠量對涂層織物阻燃性能的影響，以及泡沫密度、壓泡壓力與織物透氣性和涂層膜的關(guān)系。與傳統(tǒng)工藝相比，采用泡沫阻燃整理，既簡化工藝流程，又降低了生產(chǎn)成本。

    此外，國外有報道[9]稱，利用新型的聚硅氧烷泡沫，采用泡沫整理工藝(FFT)涂敷于地毯的背面，可以賦予地毯阻燃性能。這種新型的聚硅氧烷泡沫符合UL*94的要求，泡沫涂層量在3.2 mm時為V-0級，并具有ASTMD2863限氧指標(biāo)30，對燃燒有自熄性和阻止性。還有該泡沫不含氰化物和鹵素，因此燃燒產(chǎn)生的副產(chǎn)品毒性較低。

    2.4  泡沫防(拒)水、吸濕整理

    目前，對襯衫等織物使用常規(guī)的浸軋法作為拒水整理工藝，織物兩面都有拒水性，就不能吸汗，穿著時會感到不舒適。據(jù)報道[10]，日本有研究者采用Gaston—county制的FFT泡沫整理機(jī)，試制了一種既有拒水效果又有吸汗和排汗功能的雙面整理織物，拒水性為70(拒水性以0～100表示，100為最好)，織物反面的吸濕性也得到了提高，透濕效果也較理想。其整理方法是先用泡沫施加拒水劑，使拒水劑只浸透到織物的一半厚度，再在反面按同樣方法施加吸濕劑，也滲透一半。雙面泡沫整理在技術(shù)上的關(guān)鍵是在整理時不使整理劑滲透到反面。

    上海市印染技術(shù)研究所的顧麗華、姜興華[11]采用泡沫涂層工藝，使用EA—BA—AN等水分散性乳液型泡沫涂層膠，對絲綢型面料(包括人造棉、仿真絲、真絲)進(jìn)行了微孔防水透濕涂層產(chǎn)品的研制，成功研制了一種穩(wěn)定的泡沫涂層系統(tǒng)，用于開發(fā)防水、透濕性服裝面料，特別是將輕薄型面料開發(fā)成為秋冬季服裝面料，賦予服裝舒適性和功能性，并為高透濕、透氣、防水涂層工藝開辟了一條途徑。

    2.5  泡沫增白整理

    由于織物(特別是厚重織物)只需表面得到增白即可，使用泡沫法增白可以通過調(diào)節(jié)泡沫的施加量，以控制增白劑的滲透程度。使大部分增白劑停留在織物表面，以提高增白劑的有效用量。對于要求不高的織物來說，泡沫加工還可以對織物進(jìn)行單面增白。由于泡沫施加不如軋車浸軋那樣均勻，因此泡沫增白整理大多用于白底印花布。

    2.6   多功能泡沫整理

    美國羊毛局、Union-Carbide公司和Gaston-County印染機(jī)械制造公司曾共同協(xié)作，采用泡沫整理工藝(FFT)對純毛和毛混紡織物進(jìn)行了防縮、拒水／拒油整理的研究。在纖維的吸液率為15％～30％ 的條件下，用Farbenfabriken Bayer公司生產(chǎn)的津塔普雷特BAP、Impranil DLH防縮整理劑和澤潑爾RN拒水／油性整理劑，采用雙面泡沫施加工藝處理試樣，織物整理后拒水／拒油性能良好，縮水率有了很 大的改善[12]。

    外科手術(shù)服既要求具有一定的拒水性能，又要求具有一定的抗菌、透濕性能。醫(yī)務(wù)人員穿著才能安全、舒服。美國有研究者將PEG(交聯(lián)的聚乙二醇)采用泡沫整理工藝(FFT)施加到具有拒水性能的非織造外科手術(shù)服織物的背面，賦予其抗微生物性能，并且增加了輕薄的非織造物表面的可潤濕 性，而并不損害織物正面的拒水性[13]。

    紫外線一般能夠穿透窗簾，在房間的朝陽面，屋內(nèi)長期處在紫外線的照射下，對人體以及室內(nèi)紡織品都不利，因此窗簾還應(yīng)該具有阻燃、遮光等功能，對一些特殊的窗簾還需進(jìn)行抗菌、芳香、抗靜電等整理。如果用常規(guī)的浸軋方法進(jìn)行整理，會消耗大量的化學(xué)品，增加生產(chǎn)成本，而且有些整理劑之間可能會相互作用，影響整理效果。使用泡沫涂層 的方法，對窗簾接觸陽光的一面進(jìn)行遮光和防紫外線整理，而另一面進(jìn)行阻燃、抗菌、芳香、抗靜電等整理，就可以大量節(jié)省化學(xué)品，還可減少整理劑之間的相互影響。

    另外，泡沫整理還可應(yīng)用于非織造布的背面處理(地毯防落絨、粘合)及表面處理(防污、防水、抗菌防臭)，可節(jié)省原料、節(jié)能、降低成本和烘干設(shè)備小型化。

    3 最新研究進(jìn)展

    國家“十一五”規(guī)劃提出要以生態(tài)觀念和符合綠色環(huán)保的要求開發(fā)新技術(shù)和新設(shè)備。近年來我國印染設(shè)備正朝著生態(tài)環(huán)保、節(jié)能降耗、省時高效等方面發(fā)展。要實(shí)現(xiàn)生態(tài)染整，首先要從能耗大、環(huán)境污染嚴(yán)重的傳統(tǒng)印染機(jī)械和工藝入手。于是，國內(nèi)外許多科研單位和印染企業(yè)開始研發(fā)新 的泡沫整理設(shè)備和工藝，并已取得了一定的進(jìn)展和突破。   

    上海太平洋機(jī)電集團(tuán)印染機(jī)械分公司與東華大學(xué)合作研制了新型動態(tài)圓筒狹縫式泡沫整理設(shè)備，該項目在浙江紹興某印染廠進(jìn)行了生產(chǎn)應(yīng)用試驗(yàn)，并取得了成功。該泡沫整理機(jī)是典型的低給液、高節(jié)能型設(shè)備，主要用于純棉、化纖及其混紡織物的柔軟、樹脂、防水、上漿、增白等各類泡沫整理。該機(jī)型節(jié)能降耗顯著，能使配液耗水量下降50％～70％，化學(xué)藥劑耗量降低5％～10％，節(jié)省烘燥熱能55％以上。經(jīng)樹脂整理后織物含濕量低，可避免織物在烘干時產(chǎn)生”泳移”，減少了表面樹脂，彈性指標(biāo)高于常規(guī)浸軋整理。而且，該設(shè)備可與熱定形機(jī)、松式烘干機(jī)、預(yù)縮機(jī)配合使用。

    香港DTC(Datacolor)科技有限公司生產(chǎn)的 Autofoam泡沫整理系統(tǒng)[14]目前在歐洲表現(xiàn)出色。該系統(tǒng)采用獨(dú)特的雙轉(zhuǎn)盤動態(tài)式發(fā)泡器和全自動的控制器，并開發(fā)了四種不同的施泡機(jī)，分別適用于一般布料的化學(xué)品整理、地毯的背膠、PU或聚丙烯酸酯涂層、裝飾布的阻燃整理、長毛地毯的防 污、防水、防蟲和抗菌整理和無紡布的纖維粘結(jié)加工等。用戶可根據(jù)自身的實(shí)際情況，對加工織物的品種、加工要求和質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)性能等因素合理選擇所需施泡機(jī)類型。我國江蘇、廣東等地有些印染企業(yè)也購置和使用了該泡沫整理系統(tǒng)，主要用來進(jìn)行各種織物的給濕拉幅和某些織物的后整理加工。 杭州永和紡織品涂層有限公司生產(chǎn)的智能發(fā)泡機(jī)RH-FD系列用于遮光窗簾、遮光卷簾、沙發(fā)布、植絨裝飾布和服裝面料的防水、阻燃等泡沫涂層整理，產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)達(dá)到英國BS5852標(biāo)準(zhǔn)。

    美國Gaston Systems & Unichem公司推出的CFS泡沫整理系統(tǒng)是一種高效、節(jié)能、環(huán)保型設(shè)備體系，用于在低濕度環(huán)境下將泡沫化的化合物準(zhǔn)確地施加于基布上(或基布)，如紡織品、地毯、無紡布等。該系統(tǒng)適合于不同品種織物的加工，不受織物組織結(jié)構(gòu)及其組成的影響．可對織物進(jìn)行單面或雙面加工。由于該系統(tǒng)能使染化藥劑在織物上正確定位，以致染化藥劑用量減少、生產(chǎn)成本下降、產(chǎn)品質(zhì)量提高、織物風(fēng)格改善，而且節(jié)能環(huán)保。同時，該技術(shù)將不會僅限于對織物的整理與涂層．其應(yīng)用將會拓展到對織物的染色加工。

    荷蘭斯托克(STORK)公司CFT涂層和整理系統(tǒng)利用泡沫發(fā)生器把后整理劑做成泡沫狀，施加于織物上，使織物的帶水率由傳統(tǒng)的65％降低到30％，減少了烘干機(jī)的負(fù)擔(dān)，節(jié)省能源50％以上。

    原載：染整技術(shù)

    李永庚，許海育   東華大學(xué)化學(xué)化工與生物工程學(xué)院，上海201620

    岳海峰  上海太平洋機(jī)電集團(tuán)印染機(jī)械分公司，上海200434