新型泡沫染色技術(shù)

費(fèi) 良，殷允杰，王潮霞

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

1 泡沫染色特點(diǎn)

泡沫染色是一種將帶有染液的泡沫通過施加設(shè)備均勻作用到織物上，以泡沫代替水作為載體完成上染的染色方式，如應(yīng)用于懸浮體染色工藝中，可進(jìn)一步增強(qiáng)染色均勻性［1］。而泡沫與染液形成的這種不穩(wěn)定體系直接影響泡沫染色的效果，包括泡沫密度、半衰期、均勻性、發(fā)泡比、泡沫直徑、黏度等。隨著新型泡沫助劑的發(fā)展，一些研究者在常規(guī)泡沫染色的基礎(chǔ)上提出了循環(huán)泡沫染色技術(shù)，有望實(shí)現(xiàn)泡沫染色零污染、零排放［2］。泡沫染色具有減少水資源和能源消耗，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化染色控制，賦予織物優(yōu)良的染色效果等特點(diǎn)［3-5］。對于泡沫染色來說，由于其自身的帶液率低（約30%），在很大程度上減少了泳移現(xiàn)象的產(chǎn)生［6］。在泡沫染色過程中，基于染色滲透深度可控的特性，對織物正反面實(shí)施不同工藝的染色，可以實(shí)現(xiàn)雙面異色效果，這是傳統(tǒng)浸軋染色技術(shù)無法達(dá)到的［7］。紡織品在經(jīng)過泡沫染色后一般得色率略高于軋染工藝，這是由于其帶液率低，表觀顏色深度較深。研究泡沫染整設(shè)備以及泡沫染色理論對工業(yè)化生產(chǎn)具有重大的指導(dǎo)意義與實(shí)踐意義。

相較于泡沫前處理以及后整理，泡沫染色對于勻染性的要求較高，在泡沫染色過程中，織物著色的均勻性與發(fā)泡比、泡沫粒徑分布和泡沫穩(wěn)定性有關(guān)［8-10］。另一方面，泡沫染色織物的表觀顏色深度受到限制，原因是泡沫染色帶液率較低，泡沫原液中各種染化料的濃度較高，在染深色時(shí)需要更高的染液濃度，體系穩(wěn)定性下降，從而影響泡沫的均勻性。

2 泡沫染色工藝

不同織物需要不同的染料實(shí)現(xiàn)上染，泡沫染色技術(shù)可應(yīng)用于活性染料、酸性染料、分散染料以及還原染料等的染色。目前應(yīng)用最多的是棉、羊毛等織物的活性染料泡沫染色。

2.1 活性染料泡沫染色

活性染料泡沫染色是以泡沫技術(shù)為手段，活性染料染色原理為基礎(chǔ)的一種新型染色方式?；钚匀玖吓菽旧饕譃閮蓚€(gè)方面：（1）棉等纖維素纖維染色［11］；（2）羊毛等蛋白質(zhì)纖維染色。在對不同纖維織物進(jìn)行染色時(shí)，需要選用適合的活性染料。常用一步法實(shí)施染色，即工作液中含有所有染色用的染化料，包括鹽、堿、染料等，同時(shí)泡沫染色的帶液率低，整個(gè)染液體系中染化料的濃度都很高，體系不穩(wěn)定，因此對染料以及發(fā)泡劑的要求高［12］。帶有染料的工作液通過發(fā)泡產(chǎn)生彩色的泡沫，經(jīng)由泡沫施加器施加到織物上，在這一瞬間泡沫必須及時(shí)破滅，進(jìn)而上染織物。因此，在泡沫染色過程中，既要保證泡沫產(chǎn)生后具有穩(wěn)定性，又要能夠在施加過程中及時(shí)消泡，選擇合適的泡沫助劑能夠有效調(diào)控整個(gè)過程，常用的泡沫助劑有十二烷基硫酸銨（SDS）、十二醇、海藻酸鈉等。

以活性染料上染棉織物為例［13］，染色工藝配方：活性染料12.0 g/L（紅M-3BF、黃M-3RF、藍(lán)M-2GE質(zhì)量比為3.5∶3.5∶3.0），SDS 2.0 g/L，Na2CO310～30 g/L，穩(wěn)泡劑0～2.1 g/L；泡沫染色工藝流程：產(chǎn)生泡沫（工作液形成泡沫）→施加泡沫→飽和蒸汽汽蒸（102～105 ℃，相對濕度100%）→皂煮（皂片2 g/L，Na2CO32 g/L，95 ℃，10 min）→水洗。在這個(gè)染色溶液中，考慮到堿性和高鹽環(huán)境，選用SDS 作為發(fā)泡劑，而穩(wěn)泡劑是十二醇和瓜爾膠的復(fù)配物（前者是增強(qiáng)型穩(wěn)泡劑，后者是增黏型穩(wěn)泡劑）。發(fā)泡比控制在6 左右，泡沫半衰期為150～200 s。

以活性染料上染羊絨織物為例［13］，染色工藝配方：活性染料（蘭納素紅CE）10.0 g/L，SDS 3.0 g/L，滲透劑JFC 3.0 g/L，羧甲基纖維素鈉1.0 g/L，聚丙烯酰胺0.5 g/L；泡沫染色工藝流程：配制染液→發(fā)泡→施加泡沫→軋輥軋壓（速度2 m/min，軋3 次）→汽蒸（120 ℃，30 min）→皂煮（皂片2 g/L，Na2CO32 g/L，95 ℃，10 min）→水洗。設(shè)備為MIX4885 染整發(fā)泡機(jī)（瑞士Mathis）。發(fā)泡比控制在6～7，泡沫半衰期為300 s。

目前已有一些商用染料可實(shí)現(xiàn)活性染料泡沫染色的配色，建立其基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫［14］。以雷馬素活性染料為例［14］，測試其三原色在不同濃度下的K/S值，線性擬合表明在泡沫染色工藝下3 種染料都有較好的顏色遞增性，這種規(guī)律性變化有利于配色。

2.2 酸性染料泡沫染色

酸性染料泡沫染色通常用于上染羊毛等蛋白質(zhì)纖維［11］，同時(shí)還能用于錦綸類合成纖維。強(qiáng)酸性染料的染浴pH 很低，許多泡沫體系不太穩(wěn)定，故用酸性染料進(jìn)行泡沫染色時(shí)，一般選用弱酸性染料。酸性染料的水溶性相對較差，而泡沫染色溶液中染料的濃度較高，因此酸性染料泡沫染色時(shí)應(yīng)選擇溶解度較好的染料、耐酸或受pH 影響小的發(fā)泡劑。因整個(gè)體系中的染化料以陰離子型為主，發(fā)泡劑和穩(wěn)泡劑一般不選用陽離子型。

酸性染料上染的錦綸織物顏色艷麗、手感柔軟，在日常生活中應(yīng)用廣泛，由于泡沫染色過程帶液率較低，在一定程度上避免了酸性染料染色后的泳移問題。以酸性染料上染錦綸織物為例［8］，染色工藝配方：酸性染料30～60 g/L，SDS（發(fā)泡劑）3.0 g/L，羧甲基纖維素鈉0.8 g/L，十二醇（穩(wěn)泡劑）1.2 g/L；泡沫染色工藝流程：根據(jù)染化料的濃度配制工作液→發(fā)泡→上染→預(yù)烘→汽蒸→皂洗（防沾色劑2 g/L，浴比1∶40，60 ℃，20 min）→水洗后處理→烘干。設(shè)備為泡沫染色機(jī)（United Kingdom）。選用SDS 和十二醇不會與陰離子染料產(chǎn)生不相容現(xiàn)象。隨著染料濃度的增加，發(fā)泡比變化不大，泡沫半衰期有所延長。這是由于染料使體系黏度增大，同時(shí)氣體擴(kuò)散，隨著溫度的升高，泡沫半衰期會急劇減小。

在泡沫染色過程中，發(fā)泡比對染色最終K/S值產(chǎn)生一定的影響，大的發(fā)泡比有利于加深織物顏色，發(fā)泡比越大，泡沫尺寸越小，泡沫越容易滲入織物內(nèi)部，從而增加織物的K/S值。此外，汽蒸溫度也會影響最終的K/S值，由于染料結(jié)構(gòu)不同，在不同溫度下吸附和解吸的速率不同，不同的染料染色應(yīng)選用不同的溫度［8］。

2.3 還原染料泡沫染色

還原染料泡沫染色通常選用懸浮體泡沫染色法，將分散染料研磨成細(xì)小的染料顆粒，再添加分散劑進(jìn)行分散，最后通過泡沫染色方式上染。在還原染料泡沫染色過程中，最主要考慮還原染料整個(gè)泡沫體系的穩(wěn)定性以及還原染料懸浮分散狀態(tài)的穩(wěn)定性。一般來說，還原染料泡沫染色技術(shù)可以對棉等纖維素纖維、絲/毛交織物進(jìn)行染色。

以還原染料對棉進(jìn)行懸浮體泡沫染色為例［15］，染色工藝配方：還原染料（還原灰BG 100%、還原棕2G 100%、還原大紅R 100%）20～60 g/L，發(fā)泡劑4～6 g/L，增稠劑ACRACONC 2C 4～8 g/L，擴(kuò)散劑NNO 1～5 mL/L；泡沫染色工藝流程：配制染液→發(fā)泡→施加泡沫→烘干（80 ℃，1～3 min）→汽蒸（102 ℃，1.5 min）→水洗。發(fā)泡劑為十二烷基苯磺酸鈉，發(fā)泡比控制在4～7，泡沫直徑為19×10-3～90×10-3mm，泡沫半衰期大約為9 min。因?yàn)轶w系添加增稠劑后黏度增加，所以無需添加其他穩(wěn)泡劑來提高泡沫的穩(wěn)定性。

2.4 分散染料泡沫染色

分散染料泡沫染色技術(shù)可用于滌綸等合成纖維染色［16］。分散染料在上染過程中需要高溫焙烘才能完成染色，所以添加的助劑熱穩(wěn)定性能要好，避免在焙烘過程中發(fā)生熱分解，從而產(chǎn)生一些影響染色均勻性甚至對人體有害的物質(zhì)。

以分散染料對滌綸織物進(jìn)行泡沫染色為例［17］，染色工藝配方：分散染料20～60 g/L，發(fā)泡劑4～6 g/L，增稠劑ACRACONC 2C 4～8 g/L，擴(kuò)散劑NNO 1～5 mL/L；泡沫染色工藝流程：配制染液→發(fā)泡→施加泡沫→烘干（80 ℃，1～3 min）→焙烘（200 ℃，1.5 min）→水洗。

在分散染料泡沫染色工藝中，焙烘溫度達(dá)到200 ℃，一般的發(fā)泡劑在此溫度下不穩(wěn)定，如十二烷基硫酸鈉中含有酯基，分解溫度較低，在高溫焙烘下容易分解，而非離子型發(fā)泡劑在高溫下不穩(wěn)定、易析出，會造成染色不勻，有疵點(diǎn)，還可能會產(chǎn)生有毒有害物質(zhì)。所以在分散染料泡沫染色時(shí)選用十二烷基磺酸鈉作為發(fā)泡劑，在具有發(fā)泡能力的同時(shí)又有較高的分解溫度，通過加入增稠劑控制發(fā)泡過程中體系的黏度以提高泡沫穩(wěn)定性?？刂瓢l(fā)泡比在4～7，泡沫直徑為0.019～0.090 mm，泡沫半衰期小于6 min。

2.5 涂料泡沫染色

涂料泡沫染色是通過黏合劑將涂料粘附在纖維表面，泡沫染色溶液中需要加入涂料、黏合劑、交聯(lián)劑等。由于涂料本身的水溶性較差，必要時(shí)需加入一些分散劑、助溶劑等，形成均一穩(wěn)定的體系。常規(guī)涂料在使用過程中需要加入糊料以達(dá)到增稠的目的；在涂料泡沫染色過程中可以少用甚至不用糊料，對織物手感的影響較小。同時(shí)涂料泡沫染色適用的纖維種類比較多，應(yīng)用范圍比較廣［18］。

涂料泡沫染色配方如表1 所示，將原液配好后，通過發(fā)泡器發(fā)泡，然后施加到織物表面，最后進(jìn)行焙烘（170 ℃）。發(fā)泡比控制在5左右，泡沫半衰期控制在200 s 左右，不同涂料表現(xiàn)出不同的泡沫穩(wěn)定性。涂料的加入使得體系黏度升高，泡沫穩(wěn)定性增加。不同表觀顏色深度和不同類型的織物表現(xiàn)出不一樣的物理性能、透氣性以及色牢度。涂料泡沫染色的透氣性相較于常規(guī)涂層印花更好，這是由于在涂料泡沫染色過程中，涂料被施加到織物的雙面，同時(shí)黏合劑和交聯(lián)劑用量較少，進(jìn)一步增加了透氣性（如表2 所示），而涂層印花只作用在一面，所有的黏合劑、交聯(lián)劑都集中在一起，構(gòu)成一層不透氣的薄膜。

表1 涂料泡沫染色原液配方［19］

表2 涂料泡沫染色與涂層印花織物的透氣性［19］

3 結(jié)語

泡沫染色技術(shù)能夠在染色過程中降低能耗，提高生產(chǎn)效率。雖然泡沫染色技術(shù)還存在染色均勻性問題，但淺中色系已有技術(shù)突破。泡沫染色有利于提升活性染料的固色率、涂層的透氣性以及雙面異色的獨(dú)特風(fēng)格。作為一種清潔生產(chǎn)方式，泡沫染色仍具有巨大的潛力。