新型泡沫印花技術(shù)

劉雯雯，殷允杰，王潮霞

（生態(tài)紡織教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江南大學(xué)紡織科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇無(wú)錫 214122）

1 泡沫印花技術(shù)

早在70年代就初步嘗試了使用泡沫代替水作為印染加工介質(zhì)的技術(shù)。1980年前后，印度孟買(mǎi)的一家紡織公司嘗試泡沫印花批量生產(chǎn)，是紡織生產(chǎn)中最早成功應(yīng)用的實(shí)例［1］。1983年在國(guó)際紡織機(jī)械展覽會(huì)上展出的圓網(wǎng)泡沫印花機(jī)，主要應(yīng)用于地毯泡沫印花［2-3］，后來(lái)逐漸推廣到一般紡織品印花。荷蘭Stork公司通過(guò)研究連續(xù)發(fā)泡工藝改造圓網(wǎng)印花機(jī)，附加電腦控制發(fā)泡裝置和專用刮刀，印制的花型面積占織物面積的80%，成功實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)［4-5］。因此，泡沫技術(shù)從早期耐久壓燙、防水、柔軟等后整理工藝逐漸被應(yīng)用到染色、印花工藝中［6］。

相比普通印花工藝，泡沫印花技術(shù)最大的特點(diǎn)是將空氣引入印花漿中，泡沫的膨脹增大了單位質(zhì)量色漿的覆蓋面積，在節(jié)約色漿、降低能耗的同時(shí)能達(dá)到較好的均勻性和輪廓清晰度［7］。黏度適宜的泡沫印花漿不易堵網(wǎng)，可大幅度減少水和增稠劑的用量，印制出來(lái)的紡織品手感柔軟，滲透性低，泡沫印花作為一種環(huán)境友好型的紡織品加工新技術(shù)逐漸受到人們的重視。從工藝角度來(lái)看，泡沫印花可用于涂料印花，也可用于染料印花。酸性染料、分散染料、活性染料等通過(guò)泡沫印花技術(shù)可成功印制到各種平紋織物和絨毛織物上［5］。泡沫涂料印花技術(shù)工藝簡(jiǎn)單，操作方便，適用于多種纖維的印制，避免了傳統(tǒng)涂料印花手感差和增稠劑中汽油含量高的難題［2］，在紡織企業(yè)生產(chǎn)中得到迅速發(fā)展［5］。

泡沫印花漿由涂料或染料及固色劑、發(fā)泡劑、穩(wěn)泡劑等組成，泡沫色漿通常借助空氣進(jìn)行發(fā)泡。目前，印花漿發(fā)泡的方法有空氣注入法、機(jī)械攪拌法和注入攪拌聯(lián)合法［8］?？諝庾⑷敕ㄊ菍⒖諝鈮嚎s至含有發(fā)泡劑和其他助劑的印花漿中從而產(chǎn)生泡沫，使用較為廣泛。機(jī)械攪拌法操作簡(jiǎn)單，通過(guò)機(jī)械攪拌使液相移動(dòng)，增加氣-液界面的摩擦產(chǎn)生氣泡，隨后氣泡膨脹形成泡沫。注入攪拌聯(lián)合法是將兩者結(jié)合迅速發(fā)泡，完成泡沫印花漿的制備。泡沫涂料印花漿借助機(jī)械外力把空氣引入涂料印花漿內(nèi)，通過(guò)少量表面活性劑形成以空氣為分散相、水為連續(xù)相的氣體乳液，增加涂料印花漿的體積以提高印花均勻性。由于乳化體系不穩(wěn)定，涂料印花漿的穩(wěn)定性至關(guān)重要，尤其在放置或傳輸過(guò)程中，需要調(diào)節(jié)泡沫的排液速率，以滿足實(shí)際應(yīng)用需求。泡沫印花技術(shù)在降低能耗、提高紡織品印花質(zhì)量上有較好的效果，但仍存在一定的應(yīng)用和技術(shù)局限。泡沫印花漿中的不溶性染料、化學(xué)品會(huì)增加色漿的發(fā)泡難度；泡沫印花漿在圓網(wǎng)印花機(jī)印制過(guò)程中易受到刮刀的剪切力作用增大泡沫體積，對(duì)印制出來(lái)的花型色澤產(chǎn)生不利影響［9-11］。

2 泡沫印花機(jī)理

泡沫印花技術(shù)是借助空氣的作用，對(duì)含有染料或涂料的濃溶液進(jìn)行發(fā)泡，以泡沫形式降低帶液率，制備成具有一定黏度、穩(wěn)定的泡沫印花漿，再通過(guò)印花機(jī)印制到織物表面，以此獲得均勻的印花效果。泡沫印花漿在接觸到織物后，由于毛細(xì)管效應(yīng)，氣泡薄膜層中的液體很快被纖維吸收，同時(shí)泡沫在刮刀或軋輥的擠壓下快速破裂，將染料或涂料均勻地涂覆在織物表面。在這個(gè)過(guò)程中，印花漿的給漿量隨著泡沫體積的增加而減少，在不影響得色量的同時(shí)避免陰色、串色，保持印花輪廓清晰［8，12］。國(guó)外多采用泡沫發(fā)生器制備泡沫印花漿，在一定容量的密閉系統(tǒng)中可持續(xù)地將泡沫施加到織物上；而國(guó)內(nèi)多采用間歇性的施加方式，對(duì)泡沫存放、刮印的性能提出了更高的要求［13］。衡量泡沫印花漿性能的重要指標(biāo)有泡沫流變性、穩(wěn)定性、發(fā)泡比等。

泡沫印花漿的流變特性對(duì)其印制效果起著重要作用，主要以對(duì)織物的滲透性和滲化度來(lái)衡量。泡沫印花漿的黏度來(lái)源于液層的內(nèi)摩擦和氣泡間的碰撞擠壓［10］，取決于泡沫印花漿的固含量以及發(fā)泡倍率兩個(gè)因素。發(fā)泡倍率是泡沫體積與質(zhì)量之比。增加泡沫印花漿固含量便增大了泡沫體系中的內(nèi)摩擦，黏度也隨之增大。在一定范圍內(nèi)，發(fā)泡倍率增加，氣液間的摩擦?xí)S著氣泡的增多而增大，泡沫印花漿的黏度增大，對(duì)織物的滲化度減小，可有效提高印制花紋的清晰度。發(fā)泡倍率還可以調(diào)節(jié)泡沫印花漿的結(jié)構(gòu)黏度，從而控制織物印制的滲透性，結(jié)構(gòu)黏度越大，刮印時(shí)泡沫印花漿的滲透性越好，花紋的均勻性越高，正反兩面印制的織物色差就越?。?4］。泡沫印花漿屬于非牛頓流體，應(yīng)變速率是影響泡沫流變性的主要因素。隨著泡沫流動(dòng)，排列有序性增加，氣泡間的碰撞減少，表觀黏度隨著剪切速率的增加而減?。?0］；當(dāng)剪切力消失時(shí)，泡沫印花漿又恢復(fù)到原來(lái)的黏度，在沒(méi)有外力作用下也不會(huì)自動(dòng)透網(wǎng)，避免意外停車(chē)造成印制殘疵［15］?？諝怏w積分?jǐn)?shù)是影響泡沫流變性的另一個(gè)重要因素?？諝怏w積分?jǐn)?shù)對(duì)泡沫印花漿表觀黏度的影響呈正相關(guān)，增加的程度與切邊速率有關(guān)?？諝怏w積分?jǐn)?shù)增大，低切邊速率下的表觀黏度增加，增加程度大于高切邊速率［16］。

在泡沫印花系統(tǒng)中，泡沫在向刮刀輸送的過(guò)程中經(jīng)受一定的系統(tǒng)壓力［17］，此時(shí)要求泡沫印花漿的黏度穩(wěn)定；而在接觸織物后泡沫要迅速破裂，對(duì)泡沫印花漿的穩(wěn)定性要求較高。如果泡沫在接觸織物前就發(fā)生破裂，會(huì)導(dǎo)致印花顏色深淺不一致，甚至無(wú)法完成印花。因此，需要解決印制過(guò)程中的泡沫穩(wěn)定性難題。表面膜強(qiáng)度大小是影響泡沫穩(wěn)定性的因素之一。表面吸附分子排列越緊密，氣體透過(guò)性越低，穩(wěn)定性越高［13，18］。為提高印花效果，泡沫印花工藝中對(duì)泡沫尺寸也有一定要求，泡沫大小影響泡沫的穩(wěn)定性，尺寸較小的泡沫穩(wěn)定性較好。在泡沫印花工藝中，泡沫直徑通常在10～100 μm［19］，氣泡在50～100 μm或更小時(shí)有較好的機(jī)械穩(wěn)定性和貯藏穩(wěn)定性［6］。

發(fā)泡比對(duì)泡沫印花漿的黏度以及在織物上的吸液率有較大影響，其穩(wěn)定性與泡沫的形態(tài)結(jié)構(gòu)有關(guān)，多面體泡沫比球形泡沫排液率低，穩(wěn)定性好［5，10］。調(diào)節(jié)刮刀壓力、控制發(fā)泡劑用量、使用泡沫抑制劑均可以調(diào)節(jié)發(fā)泡比以滿足印花生產(chǎn)需求［15］。測(cè)試泡沫黏度、泡沫均勻性、泡沫半衰期和潤(rùn)濕性等，對(duì)比不同發(fā)泡比下泡沫的穩(wěn)定性可以看出，發(fā)泡比較低時(shí)，氣體占?xì)庖嚎傮w積的比值達(dá)不到最致密球形分布（74%），屬于球形泡沫，泡沫大小不均勻，潤(rùn)濕性高；當(dāng)發(fā)泡比提高到4時(shí)，形成多面體泡沫，黏度增大，印制的圖案清晰，印花效果較好［5］。不同的印花方式（如平網(wǎng)印花、輥筒印花）所需的發(fā)泡比也不相同［8］。發(fā)泡比過(guò)高時(shí)，在平網(wǎng)和輥筒上的印制效果差；隨著發(fā)泡比逐漸降低，泡沫穩(wěn)定性提高，可以取得較好的印制效果。發(fā)泡比還受到發(fā)泡液蒸發(fā)、溫度、壓力等外界因素的影響［5］，溫度升高加快了泡沫的排液速度，但是穩(wěn)定性降低。因此，在泡沫印花漿制備過(guò)程中要注意外界環(huán)境以及各種助劑對(duì)泡沫穩(wěn)定性的影響。

3 涂料泡沫印花

涂料泡沫印花技術(shù)是一種將空氣作為增稠劑，以較低的給濕量完成印制的泡沫印花方式［5］，具有成本低、生產(chǎn)設(shè)備簡(jiǎn)單、產(chǎn)品質(zhì)量高、工藝流程短等特點(diǎn)，近年來(lái)得到大力發(fā)展。用機(jī)械方式將空氣注入涂料色漿，在表面活性劑的作用下產(chǎn)生泡沫，泡沫體積擴(kuò)大為原溶液體積的1.5～3.0倍［8］，形成相對(duì)穩(wěn)定的涂料泡沫印花漿，再經(jīng)過(guò)平網(wǎng)、圓網(wǎng)或輥筒印花均勻地覆蓋在織物上，得到精細(xì)的印花織物。涂料泡沫印花的低帶液率提高了烘燥速率，膠類、糊料的低用量減輕了蒸化后的水洗壓力，各項(xiàng)色牢度均得到提高［20］。

3.1 涂料泡沫印花發(fā)泡劑、黏合劑的選擇

在涂料泡沫印花漿的制備過(guò)程中，發(fā)泡劑的添加需要綜合考慮與印花漿的相容性和經(jīng)濟(jì)方面的因素，通常選用陰離子或非離子型發(fā)泡劑，如十二烷基苯磺酸鈉、聚氧乙烯等［8］。發(fā)泡劑用量對(duì)印制效果也有較大的影響，用量較低時(shí)，花紋出現(xiàn)滲化現(xiàn)象，圖案印制模糊；用量過(guò)高會(huì)造成涂料印花漿的潤(rùn)濕性差。加入發(fā)泡劑后還需要控制攪拌時(shí)間，避免大量空氣進(jìn)入影響發(fā)泡比，降低印花質(zhì)量。通過(guò)調(diào)節(jié)發(fā)泡比，涂料泡沫印花漿可以應(yīng)用于不同厚度織物的印制［15］。在傳統(tǒng)涂料印花中，黏合劑種類及用量是影響印花織物手感以及色牢度的主要因素。對(duì)于涂料泡沫印花漿，涂料與黏合劑、發(fā)泡劑、穩(wěn)泡劑等助劑的相容性對(duì)泡沫性能以及印制效果有很大的影響。使用不同的黏合劑，體系的發(fā)泡能力不盡相同，可通過(guò)調(diào)整發(fā)泡劑、穩(wěn)泡劑等其他助劑的用量來(lái)靈活調(diào)節(jié)泡沫性能。低溫型或高溫型黏合劑應(yīng)根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要來(lái)選擇。對(duì)于設(shè)備齊全的印染廠，滌棉織物的印制要經(jīng)過(guò)190～200 ℃拉幅定形，低溫黏合劑會(huì)使印花部位手感發(fā)硬。而沒(méi)有印花后處理設(shè)備的企業(yè)則可以選用低溫黏合劑［5］。黏合劑用量對(duì)織物的耐皂洗、耐摩擦、耐刷洗色牢度的影響如表1所示［5］，黏合劑用量與色牢度之間不成正比關(guān)系，在印花過(guò)程中必須掌握好用量。

3.2 涂料泡沫印花特點(diǎn)

涂料泡沫印花的工藝特點(diǎn)決定了泡沫印花漿的滲透性比常規(guī)印花漿低，在印制前需要對(duì)坯布進(jìn)行前處理，使坯布有較好的毛效，避免出現(xiàn)印制白點(diǎn)，一般毛效在10 cm/30 min以上可以達(dá)到泡沫印花要求［7，13］。涂料印花利用增稠劑將涂料機(jī)械地覆蓋在織物表面，易造成織物手感粗硬、印制時(shí)堵塞網(wǎng)孔等問(wèn)題，尤其在大面積印花時(shí)更明顯。而泡沫涂料印花借助泡沫的膨脹性降低涂料密度，在刮刀的帶動(dòng)下涂料透過(guò)篩網(wǎng)滲透到纖維表面，減少紗線粘結(jié)，提升手感，提高輪廓清晰度。同時(shí)在印制過(guò)程中不堵網(wǎng)，減少平網(wǎng)印花過(guò)程中的濺色現(xiàn)象和輥筒印花時(shí)的拖刀、陰色串色現(xiàn)象，保持襯布清潔，減少清洗［15］。

增稠劑用量的降低有效地解決了印花及烘干過(guò)程中煤油揮發(fā)帶來(lái)的環(huán)境污染和生產(chǎn)安全問(wèn)題，極大地改善了勞動(dòng)生產(chǎn)條件。經(jīng)某毛巾印花廠生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)鑒定，使用泡沫印花技術(shù)的被單質(zhì)量比涂料印花提高約10%，面巾、枕巾成本比涂料印花降低54%以上［21］。在泡沫印花加工過(guò)程中通常不使用膠類和糊料，可以減輕后處理的洗滌負(fù)擔(dān)。在此基礎(chǔ)上，涂料泡沫印花的工藝流程較短，大大減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度。

4 結(jié)語(yǔ)

泡沫印花技術(shù)在不斷開(kāi)發(fā)實(shí)踐中逐步發(fā)展出一條新的道路，人們將更關(guān)注和挖掘泡沫印花技術(shù)在綠色生產(chǎn)方面帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益，提高紡織企業(yè)生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量以適應(yīng)社會(huì)需要。泡沫印花技術(shù)低帶液率的特點(diǎn)和工藝條件的限制，要求紡織印染企業(yè)選擇合適的助劑和泡沫施加方式，提高泡沫印花漿的均勻性和穩(wěn)定性，對(duì)印花紡織品的潤(rùn)濕性和滲透性提出了更高的要求，注重印花產(chǎn)品質(zhì)量的提升，泡沫印花設(shè)備的加工精確性也有待提高。開(kāi)發(fā)綠色環(huán)保且適應(yīng)泡沫印花加工要求的助劑、提高泡沫印花設(shè)備的清潔生產(chǎn)性能迫在眉睫。近年來(lái)，有關(guān)開(kāi)關(guān)表面活性劑的研究正逐步發(fā)展，為今后的研究工作帶來(lái)契機(jī)和思路。印花加工過(guò)程中泡沫的流變性、觸變性等理論研究還不太成熟，給工業(yè)化生產(chǎn)帶來(lái)困難，泡沫印花的生產(chǎn)研究還需不斷探索和改進(jìn)。