泡沫抗皺整理液AF-4的制備及其應用研究

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(1.浙江理工大學材料與紡織學院，杭州　310018；2.萊美科技股份有限公司，浙江湖州　313100)

隨著科學技術(shù)的發(fā)展，新型紡織纖維[1]層出不窮，紡織品整理技術(shù)也日新月異。棉織物浸軋抗皺常存在帶液率高、高耗能、抗皺效果不佳等問題[2]。泡沫整理技術(shù)具有低帶液率、高節(jié)能、少污染等優(yōu)點，在紡織品整理行業(yè)有很大的發(fā)展空間[3]。李永庚等[4]采用羅氏-邁爾斯(Ross-Miles)泡沫儀和攪拌法相結(jié)合的方法研究了柔軟、樹脂、防水等泡沫整理液的組成和性能，提出在生產(chǎn)中為確保系統(tǒng)相容性應根據(jù)整理劑的性質(zhì)合理選擇發(fā)泡劑類型。楊振等[5]通過對陰、陽離子表面活性劑進行復配，發(fā)現(xiàn)兩者復配反而會降低體系的起泡性。金國標等[6]研究發(fā)現(xiàn)，抗皺整理劑的加入會降低椰油基葡糖苷(APG-0814)的泡沫性能。

本文實驗采用DFA100動態(tài)泡沫分析儀，篩選出一款比椰油基葡糖苷(APG-0814)更高效的表面活性劑作為發(fā)泡劑，制備泡沫抗皺整理液AF-4。通過Autofoam發(fā)泡機發(fā)泡，可以對棉織物進行抗皺整理，達到抗皺、節(jié)水、節(jié)能的目的。

1　實　驗

1.1　材料與儀器

材料：精練純棉織物(110×110根/10 cm，市購)，抗皺劑TF-650、催化劑TF-651(工業(yè)級，浙江傳化股份有限公司)，十二烷基硫酸鈉(SDS)、十二烷基硫酸銨(ALSA)、椰油基葡糖苷(APG-0814)、癸基葡糖苷(APG-10)、十二烷基三甲基氯化銨(1231)、十二烷基二甲基氧化胺(OA-12)、十二烷基二甲基胺乙內(nèi)酯(BS-12)、月桂基醋酸鈉(LAD-50)(工業(yè)級，臨沂綠森化工有限公司)，冰乙酸(分析純，杭州高晶精細化工有限公司)。

儀器：DFA100動態(tài)泡沫分析儀(德國Kruss公司)，Autofoam發(fā)泡機(DTC科技(香港)有限公司)，RJ-350Ⅲ軋車(上海雙翼實業(yè)公司)，M-6型連續(xù)式焙烘機(杭州三錦紡織科技有限公司)，YG541E全自動激光織物折皺彈性測試儀(寧波紡織儀器廠)，YG065H電子式織物強力機(萊州市電子儀器有限公司)。

1.2　實驗方法

1.2.1泡沫性能測試方法

在25 ℃下，將40 mL發(fā)泡液置于DFA100動態(tài)泡沫分析儀的容杯中，控制轉(zhuǎn)速4 000 r/min，剪切發(fā)泡20 s后測定發(fā)泡液的泡沫性能。

1.2.2織物抗皺整理方法

a)泡沫抗皺整理工藝

工藝配方：發(fā)泡劑7 g/L，抗皺劑TF-650 140 g/L，催化劑TF-651 20 g/L。

工藝流程：制備泡沫抗皺整理液AF-4→Autofoam發(fā)泡機發(fā)泡→泡沫施加(帶液率40%左右)→焙烘(160 ℃，90 s)。

b)浸軋抗皺整理工藝

工藝配方：抗皺劑TF-650 80 g/L，催化劑TF-651 12 g/L。

工藝流程：制備浸軋抗皺整理液→浸軋(帶液率70%左右)→焙烘(160 ℃，180 s)。

1.3　測試方法

1.3.1泡沫性能測試

發(fā)泡比SV：發(fā)泡液質(zhì)量與發(fā)泡后同體積的泡

沫質(zhì)量之比。其數(shù)值達到5以上，可以認為起泡速度快，起泡性好。

泡沫半衰期D50%：剪切發(fā)泡20 s后析出泡沫中總含液量1/2所需時間。其數(shù)值越大，表示泡沫穩(wěn)定性越好。

1.3.2織物性能測試

折皺回復角：根據(jù)GB/T 3819—1997《紡織品 織物折痕回復性的測定》測定，經(jīng)、緯向各測5次，取各自平均值相加。

斷裂強力保留率R：根據(jù)GB/T 3923.1—2013《紡織品 織物拉伸性能 第1部分 斷裂強力和斷裂伸長率的測定(條樣法)》測定，經(jīng)、緯向各測3次，取各自平均值相加?？椢飻嗔褟娏ΡＡ袈蔙按下式計算：

式中：F為整理后織物的斷裂強力；F0為整理前織物的斷裂強力。

2　結(jié)果與討論

2.1　泡沫抗皺整理液AF-4的制備

根據(jù)文獻[7]可知，泡沫整理工藝所需發(fā)泡劑和泡沫應滿足一定的條件：a)用量少，起泡快；b)與整理劑有很好的相容性；c)較寬的pH值適應范圍；d)泡沫在輸送到織物的過程中足夠穩(wěn)定。

2.1.1發(fā)泡劑的篩選

表面活性劑是一類能在界面形成吸附、具有特殊雙親結(jié)構(gòu)的化合物。實驗分別對陰離子、非離子、陽離子、兩性型表面活性劑進行性能測試，比較各自的泡沫性能，從中篩選出適合泡沫抗皺整理用的發(fā)泡劑，結(jié)果如表1所示。

表1　不同表面活性劑的泡沫性能比較

由表1可知，同一條件下，陰離子型表面活性劑的發(fā)泡比、起泡速度和半衰期明顯優(yōu)于非離子、陽離子、兩性型表面活性劑。但由于AF-4中含有催化劑TF-651(主要為MgCl2·6H2O)，金屬Mg2+離子的存在，會在不同程度上影響離子型表面活性劑極性頭基之間的靜電斥力，影響AF-4的系統(tǒng)相容性，故需要選擇非離子型表面活性劑作為AF-4中的發(fā)泡劑。同一條件下，癸基葡糖苷(APG-10)的泡沫性能優(yōu)于椰油基葡糖苷(APG-0814)，故選擇癸基葡糖苷(APG-10)作為AF-4中的發(fā)泡劑。

為使泡沫整理與浸軋整理織物上整理劑用量相同，泡沫整理中整理劑的質(zhì)量濃度等于浸軋整理中整理劑的質(zhì)量濃度與兩者帶液率比值的乘積[8]。浸軋抗皺整理液中抗皺劑TF-650 80 g/L，故泡沫抗皺整理液AF-4中抗皺劑TF-650的質(zhì)量濃度為140 g/L，催化劑TF-651 20 g/L(一般為抗皺劑TF-650的10%～20%)。

2.1.2發(fā)泡劑質(zhì)量濃度對AF-4泡沫性能的影響

整理液的泡沫性能主要受發(fā)泡劑質(zhì)量濃度的影響，故實驗研究發(fā)泡劑質(zhì)量濃度對AF-4泡沫性能的影響，結(jié)果如圖1所示。

圖1　發(fā)泡劑質(zhì)量濃度對AF-4泡沫性能的影響

由圖1可知，隨著發(fā)泡劑質(zhì)量濃度的增大，AF-4的發(fā)泡比和半衰期均先增大后趨于穩(wěn)定。這是因為隨著AF-4中發(fā)泡劑質(zhì)量濃度的增大，更多的表面活性劑分子吸附于界面，降低表面張力，提高AF-4的泡沫性能。當發(fā)泡劑質(zhì)量濃度為6 g/L時，發(fā)泡比達到7.2，起泡速度快，半衰期達到200.5 s，泡沫細膩、穩(wěn)定，滿足泡沫整理工藝所需泡沫特性。當發(fā)泡劑質(zhì)量濃度為8 g/L后，AF-4的泡沫性能幾乎不變。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是整理液表面吸附達到飽和，表面性能趨于穩(wěn)定。故發(fā)泡劑的最佳質(zhì)量濃度為6～8 g/L。

2.2　酸度、溫度對AF-4泡沫性能的影響

泡沫抗皺整理液AF-4：發(fā)泡劑7 g/L，抗皺劑TF-650 140 g/L，催化劑TF-651 20 g/L。織物抗皺整理一般在酸性環(huán)境中進行，且生產(chǎn)過程中溫度會發(fā)生一定波動，故研究酸度和溫度對其性能的影響。

2.2.1酸度

酸度對AF-4泡沫性能的影響曲線如圖2所示。由圖2可知，泡沫抗皺整理液AF-4在酸性環(huán)境下(pH為2～7)，隨酸性增強，即pH值減小，發(fā)泡比和半衰期均減小，但整體受pH值變化影響不大，具有較寬的pH值適應范圍。

圖2　酸度對AF-4泡沫性能的影響

2.2.2溫度

溫度對泡沫穩(wěn)定性影響極大[9]，故實驗研究AF-4對溫度的敏感性。溫度對AF-4泡沫性能的影響曲線如圖3所示。由圖3可知，隨著溫度的升高，AF-4泡沫性能下降。當溫度在25～35 ℃時，AF-4的發(fā)泡比和半衰期波動不大，大致處于7.6、256.2 s。當溫度高于35 ℃后，發(fā)泡比尤其是半衰期迅速下降。這可能是因為溫度升高使發(fā)泡劑在氣液界面的吸附量減少，液膜表觀粘度減小，泡沫穩(wěn)定性下降；也可能是因為溫度升高使得AF-4本身粘度降低，即流體性增強，排液速度加快，泡沫易破裂，半衰期減小。故AF-4適合在25～35 ℃下使用。

2.3　棉織物抗皺整理效果比較

本文對不同抗皺整理工藝對棉織物整理效果的影響進行了比較，結(jié)果見表2。由表2可知，棉織物分別經(jīng)泡沫抗皺和浸軋抗皺整理后，折皺回復角提高，斷裂強力保留率減小。這是因為抗皺劑TF-650與棉纖維發(fā)生物理、化學反應，導致纖維微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，改變了織物的彎曲性能[10]，彈性回復性提高，拉伸斷裂強力減小。經(jīng)AF-4整理后的棉織物折皺回復角、斷裂強力保留率分別達到257°、68%，與浸軋抗皺相比具有一定的優(yōu)勢。說明泡沫整理技術(shù)較為先進，可為紡織品整理提供一個新的途徑。

表2　棉織物抗皺整理效果比較

3　結(jié)　論

采用DFA100動態(tài)泡沫分析儀制備的泡沫抗皺整理液AF-4，不僅有較佳的起泡性、泡沫穩(wěn)定性，而且有較寬的pH值適應范圍，適合在25～35 ℃環(huán)境下使用。泡沫整理的棉織物折皺回復角、斷裂強力保留率均優(yōu)于浸軋抗皺整理效果。泡沫整理過程中帶液率降低，焙烘時間縮短，因而可達到節(jié)能減排的目的。