1 本文從泡 較為深入的研究，研究了泡沫的起泡性、穩(wěn)定性及氣泡均與性等 相關(guān)性能，同時(shí)結(jié)合紡織品染色工藝，研究了棉織物活性染料泡 沫染色的工藝條件，并給出了相關(guān)的最優(yōu)工藝。 2 論文采用較為先進(jìn)的統(tǒng)計(jì)方法響應(yīng)面曲面法設(shè)計(jì)活性染料泡沫 染色實(shí)驗(yàn)。首先，利用p l a c k e t t - b u r m a n 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)法從諸多影響 因素中篩選出影響k s 值和勻染性的主要因素，其次利用中心組 合設(shè)計(jì)分別對(duì)篩選出的因素水平及其交互作用進(jìn)行優(yōu)化與評(píng)價(jià)， 進(jìn)而得出優(yōu)化工藝。最后，以勻染性為重點(diǎn)，兼顧較高的k s 值， 得出了兩者綜合的優(yōu)化工藝。 摘要 本課題探求了泡沫染色工藝中的各項(xiàng)參數(shù)，以便為泡沫染色工藝的進(jìn)一步研 究提供理論基礎(chǔ)與實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)。本論文的研究?jī)?nèi)容分為兩部分：第一部分主要研究 泡沫的表觀性能，第二部分主要研究了泡沫技術(shù)在染色中的應(yīng)用。 泡沫是由大量氣體分散在少量液體中形成的微泡聚集體，它具有多種性能， 其中起泡性和穩(wěn)定性是最為重要的兩種。本文在泡沫的產(chǎn)生和衰變機(jī)理等理論基 礎(chǔ)之上，參照w a r i n gb l e n d e r 法對(duì)泡沫液的起泡性、穩(wěn)定性進(jìn)行了研究，同時(shí)借 助于生物顯微鏡對(duì)氣泡的均勻性進(jìn)行了研究，考察了表面活性劑濃度、表面活性 劑結(jié)構(gòu)類型、表面活性劑復(fù)配、穩(wěn)定劑的加入、溫度、攪拌速度、鹽的加入等因 素對(duì)泡沫表觀性能的影響，探討了泡沫的表觀性能、微觀機(jī)制和實(shí)際應(yīng)用三者之 間的內(nèi)在聯(lián)系。 泡沫染色作為一種新型的染色加工技術(shù)，節(jié)能減排，符合綠色生產(chǎn)的需要。 本文對(duì)棉織物的活性染料泡沫染色工藝進(jìn)行了初步探索和研究，首先用 p l a c k e t t b u r m a 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)法篩選出了影響染色k s 值與勻染性的主要因素，實(shí)驗(yàn) 得出影響k s 值的主要因素是氯化鈉、焙烘溫度、焙烘時(shí)間；影響勻染性的主要 因素為羧甲基纖維素鈉、海藻酸鈉、氯化鈉。其次利用中心組合設(shè)計(jì)( c e n t r a l c o m p o s i t ed e s i g n ) ，分別對(duì)k s 和勻染性響應(yīng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行優(yōu)化，得出了各自的優(yōu)化 工藝條件。其中，k s 值的優(yōu)化工藝為活性染料紅( d b l 5 0 ) 、十二烷基硫酸鈉 5 9 l ，羧甲基纖維素鈉l g l ，海藻酸鈉0 2 9 l ，尿素2 0 9 l ，碳酸鈉3 9 l ，氯化 鈉濃度5 7 4 l ，攪拌速度2 7 0 0 r m i n ，焙烘溫度1 6 0 。c ，焙烘時(shí)間2 m i r a 勻染性 的優(yōu)化工藝為十二烷基硫酸鈉3 9 l ，羧甲基纖維素鈉濃度o 5 l ，海藻酸鈉濃度 l g l ，尿素3 0 ，碳酸鈉8 9 l ，氯化鈉7 7 5 9 l ，攪拌速度2 7 0 0 r m i n ，焙烘溫 度1 6 0 ，焙烘時(shí)間3 m i n 。 以勻染性為關(guān)鍵點(diǎn)，參照勻染性優(yōu)化工藝，得出了勻染性和k s 值的綜合優(yōu) 化工藝：活性紅( d b l 5 0 ) 2 9 l ，十二烷基硫酸鈉4 9 l ，羧甲基纖維素鈉濃度 o 5 9 l ，海藻酸鈉濃度o 8 9 l ，尿素3 0 l ，碳酸鈉6 9 l ，氯化鈉7 9 l ，攪拌速 度2 7 0 0 r m i n ，焙烘溫度1 6 00 c ，焙烘時(shí)間3 m i n 。重復(fù)性實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)該工藝效果好， 重演性很好。 關(guān)鍵詞：泡沫；起泡性；穩(wěn)定性：均勻性；響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)；活性染料 a b s t r a c t t h i ss u b j e c te x p l o r e st h ep a r a m e t e r si nt h ep r o c e s so ff o a md y e i n gi no r d e rt o p r o v i d et h e o r ya n dp r a c t i c ee x p e r i e n c ef o rt h e f u r t h e rs t u d yo ft e c h n i c a lo nf o a m d y e i n g t h ep a p e r c a nb ed i v i d e di n t ot w os e c t i o n s ；o n es t u d i e st h ea p p a r e n t p e r f o r m a n c eo ff o a m ，a n dt h eo t h e rs e c t i o ni sm a i n l ya b o u tt h ea p p l i c a t i o no ff o a m t e c h n i c a lt ot h ef i e l do ft e x t i l ed y e i n g i nf a c t ，t h ef o a mi st h i nf r o t hc o n g e r i e si nw h i c ht h e r ei sl o t so fa i ra n dal i t t l eo f l i q u i d ，a n di th a sm a n ys p e c i a lp e r f o r m a n c e s ，o fw h i c hf o a m a b i l i t ya n ds t a b i l i t yo f f o a ma r et h em o s ti m p o r t a n to n e s o nt h eb a s i so ft h e o r yo fp r o d u c t i o na n dr u i no n f o a m ，t h i sp a p e rs t u d i e st h ef o a m a b i l i t ya n ds t a b i l i t yo ft h ef o a ml i q u i dr e f e r r i n gt o t h ew a r r i n gb l e n d e rm e t h o d ，a tt h es a m et i m e ，i n v e s t i g a t e st h eu n i f o r m i t yo fb u b b l e b yt h eb i o m i c r o s c o p e ，r e v i e w st h ee f f e c to ft y p eo fs u r f a c t a n t ，s t r u c t u r eo fs u r f a c t a n t ， m i x t u r eo fs u r f a c t a n t ，a d d i t i o no fs t a b i l i z e ra n ds a l t ，s t i r r i n gs p e e d ，t e m p e r a t u r ee ta 1 o nt h ea p p a r e n tp e r f o r m a n c eo ff o a m ，a n de x p l o r e st h ei n t e r r e l a t i o no ff o a ma p p a r e n t p e r f o r m a n c e ，m i c r o c o s m i cm e c h a n i s m a n dp r a c t i c ea p p l i c a t i o n a san e wm e t h o do fd y e i n g ，f o a md y e i n gc a i ls a v ee n e r g y , r e d u c et h ea m o u n to f p o l l u t i o nw a t e r , s oi tc o n f o r m st ot h er e q u i r e m e n to fg r e e np r o d u c t i o n i nt h i sp a p e r , c o t t o nf a b r i co ff o a md y e i n g p r o c e s sw i t hr e a c t i v ed y e si sc o n d u c t e di nt h ep e r i o do f p r e l i m i n a r ye x p l o r a t i o na n dr e s e a r c h f i r s t l y , w ef i n do u tm a i nf a c t o r sw h i c hh a v e e f f e c to nt h ev a l u eo fk sa n du n i f o r m i t yb yt h ee x p e r i m e n t a ld e s i g n o f p l a c k e t t b u r m a ，a n dg e t st h er e s u l t st h a tm a i nf a c t o r sa f f e c t i n gt h ev a l u eo fk sa r e c o n c e n t r a t i o no fs o d i u mc h l o r i d e ，b a k i n gt e m p e r a t u r e ，b a k i n gt i m e ，a n dt h a tt h e s o d i u mc a r b o x y m e t h y lc e l l u l o s e ，s o d i u ma l g i n a t e ，s o d i u mc h l o r i d eh a v el a r g ee f f e c t o nt h eu n i f o r m i t yo fd y e i n gs a m p l e s e c o n d l y , t h r o u g ht h ec e n t r a lc o m p o s i t ed e s i g n ， w eo p t i m i z et h er e s p o n s ee x p e r i m e n t so fk sa n du n i f o r m i t yr e s p e c t i v e l y , a n do b t a i n t h e i rf o r m u l ao fp r o c e s so p t i m u m t h eo p t i m u mf o r m u l ao fk si sd y er e a c t i v er e d ( d b 15 0 ) o f2 9 l ，s o d i u ml a u r y ls u l f a t eo f5 9 l ，s o d i u mc a r b o x y m e t h y lc e l l u l o s eo f lg l ，s o d i u ma l g i n a t eo f0 2 9 l ，u r e ao f2 0 9 l ，s o d i u mc a r b o n a t eo f3g l ，s o d i u m c h l o r i d eo f5 7 4 9 l ，s t i r r i n gs p e e do f2 7 0 0 r m i n ，b a k i n gt e m p e r a t u r eo f15 9 6 9 。c ， b a k i n gt i m eo f2 m i n t h eo p t i m u mf o r m u l ao fu n i f o r m i t yi sd y e r e a c t i v er e d ( d b15 0 ) o f2 9 l ，s o d i u ml a u r y ls u l f a t eo f3 9 l ，s o d i u mc a r b o x y m e t h y lc e l l u l o s eo f0 5 9 l ， s o d i u ma l g i n a t eo flg l ，u r e ao f3 o g l ，s o d i u mc a r b o n a t eo f8 9 l ，s o d i u mc h l o r i d eo f 7 7 5 l ，s t i r r i n gs p e e do f2 7 0 0 r m i n ，b a k i n gt e m p e r a t u r eo f1 6 0 ，b a k i n gt i m eo f 3 m i n p u t t i n ge m p h a s i so nt h eu n i f o r m i t y , b a s e do nt h eo p t i m u mf o r m u l ao fu n i f o r m i t y t h ee x p e r i m e n to b t a i n st h ec o m p l e xo p t i m u mf o r m u l ao fk sa n du n i f o r m i t y ：d y e r e a c t i v er e d ( d b15 0 ) o f2 9 l ，s o d i u ml a u r y ls u l f a t eo f4 9 l ，s o d i u mc a r b o x y m e t h y l c e l l u l o s eo fo 5 9 l ，s o d i u ma l g i n a t eo f0 8 9 l ，u r e ao f3 0 l g l ，s o d i u mc a r b o n a t eo f 6 9 l ，s o d i u mc h l o r i d eo f7 9 l ，s t i r r i n gs p e e do f2 7 0 0 r m i n ，b a k i n gt e m p e r a t u r et h e r e p e a t e de x p e r i m e n t ss h o w t h a tt h er e p e t i t i o no ft h eo p t i m i z e dp r o c e s si sv e r yg o o d k e y w o r d s ：f o a m ；f o a m a b i l i t y ；s t a b i l i t y ；u n i f o r m i t y ；r e s p o n s es u r f a c em e t h o d o l o g y ； r e a c t i v ed y e 第一章 1 2 4 泡沫絲光l2 1 2 5 泡沫上漿12 1 3 泡沫起泡性能評(píng)價(jià)方法1 4 1 3 1 氣流法1 4 1 3 2 攪拌法1 4 1 3 3r o s s m i l l e s 法15 1 4 泡沫穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)方法1 5 1 4 1 近紅外掃描儀法1 6 1 4 2電導(dǎo)率法1 6 1 4 3光學(xué)法17 1 4 4 共聚顯微鏡法17 1 5統(tǒng)計(jì)學(xué)方法在優(yōu)化中的應(yīng)用17 1 5 1p l a c k e t t b u r m a n 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)17 1 5 2 響應(yīng)面方法( r e s p o n s es u r f a c em e t h o d o l o g y , r s m ) 1 8 1 6 本課題研究的內(nèi)容及意義1 8 第二章實(shí)驗(yàn)材料及方法2 1 2 1實(shí)驗(yàn)材料21 2 1 1 實(shí)驗(yàn)藥品試劑2 1 2 1 2實(shí)驗(yàn)儀器2 2 2 2實(shí)驗(yàn)方法2 2 2 2 1泡沫的起泡性能研究2 2 2 2 2 泡沫的穩(wěn)定性能研究2 2 2 2 3 泡沫的均勻性研究2 3 2 2 4 棉織物活性染料泡沫染色2 3 2 2 5 織物染色深度的測(cè)定2 3 2 2 6 勻染性測(cè)定2 3 2 2 7 分析方法2 3 2 2 7 1 p l a c k e t t b u r m a n 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)法2 3 2 2 7 2 響應(yīng)面分析法2 4 第三章結(jié)果與討論2 5 3 1泡沫起泡性能的研究2 5 3 1 1 表面活性劑的類型與濃度對(duì)起泡性的影響2 5 3 1 2 攪拌速度對(duì)起泡性的影響2 7 3 1 3 溫度對(duì)起泡性的影響2 9 3 1 4 穩(wěn)定劑對(duì)起泡性的影響2 9 3 1 5 增稠劑對(duì)起泡性的影響3l 3 1 6 堿劑對(duì)起泡性的影響3 1 3 1 7 鹽對(duì)起泡性能的影響3 2 3 1 8 表面活性劑復(fù)配對(duì)起泡性的影響3 3 3 1 9 本節(jié)小結(jié)3 4 3 2 泡沫穩(wěn)定性能的研究3 4 3 2 1 表面活性劑類型及濃度的變化對(duì)泡沫穩(wěn)定性的影響3 4 3 2 2 溫度對(duì)穩(wěn)定性的影響3 7 3 2 3 穩(wěn)定劑泡沫穩(wěn)定性的影響3 8 3 2 4 增稠劑對(duì)泡沫穩(wěn)定性的影響3 9 3 2 5 鹽對(duì)泡沫穩(wěn)定性的影響4 0 3 2 6 堿劑對(duì)泡沫穩(wěn)定性的影響4 0 3 2 7 表面活性劑的復(fù)合對(duì)泡沫穩(wěn)定性的影響4 1 3 2 8 本節(jié)小結(jié)4 2 3 3 氣泡的均勻性4 3 3 3 1 攪拌速度對(duì)氣泡均勻性的影響4 3 3 3 2 增稠劑對(duì)氣泡均勻性的影響4 4 3 3 3鹽對(duì)氣泡均勻性的影響4 6 3 3 4 起泡劑濃度對(duì)氣泡均勻性的影響4 7 3 3 5 本節(jié)小結(jié)4 8 3 4 棉織物活性染料泡沫染色優(yōu)化4 9 3 4 1p l a c k e t t - b u r m a n 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)法篩選重要因素4 9 h 第 參 攻 致 i i i 泡 源，并在某種程度上提高) j n - r 成品的質(zhì)量。它的誕生和發(fā)展，是以節(jié)水和節(jié)能為 歷史背景的。 紡織品印染產(chǎn)業(yè)是用水量最多的工業(yè)之一。長(zhǎng)期以來(lái)，水被看作是價(jià)錢最便 宜的染色和化學(xué)整理的介質(zhì)?？墒请S著工業(yè)的發(fā)展，一些國(guó)家如日本已經(jīng)有工業(yè) 用水枯竭的憂患；而我國(guó)的華北地區(qū)，也有工業(yè)用水緊張的情況。另外，在印染 過(guò)程中，用水量越多，排水量也越多，勢(shì)必增加印染污水處理的成本。因此，紡 織印染工業(yè)中研究減少用水和減少排水的手段已經(jīng)成為當(dāng)務(wù)之急。 印染工業(yè)又是消耗能源較多的工業(yè)之一。尤其是在烘燥過(guò)程中，耗能特別多。 這是因?yàn)槟壳坝∪炯庸ざ际撬导庸?，烘燥時(shí)的總能耗等于提高織物及其多含水 分溫度達(dá)到烘房間所需的熱量，以及所含水分蒸發(fā)所需的潛熱。由于織物比熱很 小，織物本身升溫所耗熱量不大，主要是水分升溫和蒸發(fā)耗能很多。據(jù)國(guó)外報(bào)道， 烘燥用能一般占總能耗的6 0 左右。上海部分印染廠的熱平衡測(cè)定結(jié)果，也發(fā)現(xiàn) 烘燥所耗能耗，約占總能耗的4 0 以上。因此，設(shè)法減少待烘燥織物的含水率具 有重大的意義。 隨著染整技術(shù)的迅速發(fā)展，在研究高質(zhì)量加工技術(shù)的過(guò)程中，人們逐漸了解 到，在烘燥過(guò)程中，染化料的泳移對(duì)) j n t _ 質(zhì)量有影響。染料泳移的結(jié)果會(huì)造成色 差。在應(yīng)用反應(yīng)性樹脂進(jìn)行耐久定形加工時(shí)，泳移對(duì)耐久定形級(jí)別和織物強(qiáng)度的 影響很大。根據(jù)實(shí)驗(yàn)可以知道，在浸軋工序中，降低軋余率可減少在中間烘燥中 反應(yīng)性樹脂的泳移作用，并使產(chǎn)品的耐久定形級(jí)別提高而強(qiáng)度下降較少。因此， 降低浸軋時(shí)的軋余率，即所謂低給液技術(shù)，已經(jīng)日益為人們所重視。 在染整加工中，水的作用之一在于將較少的染化料全面均勻地分布在織物 上。當(dāng)采用低給液率時(shí)，被處理織物的表面積很大，而處理液的容積很小，要使 染化料分布均勻十分困難。在用水系) j n t 親水性纖維時(shí)，這一矛盾尤為明顯。舉 例來(lái)說(shuō)【l 】，1 平方米織物的纖維表面積約為1 0 0 平方米。如果要將6 ( 按織物重) 濃度的整理劑，均勻地分布在纖維全部表面上，約需要1 0 m l 的溶液。要將少量 的液體均勻地分布在織物上，這本身就是一件很困難的事情，而要透過(guò)織物的厚 度，讓整理劑均勻地分布是在所有纖維上，則更為困難。 天津j ：業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 在紡織加工過(guò)程中降低帶液率有二種可能的方法，局部脫水或有限施加水 分。在第一種方法中，織物首先在液體中浸漬，然后用壓、吸或其他方法脫去過(guò) 多的液體。此法對(duì)降低帶液率是有限的，因?yàn)槔w維內(nèi)和纖維間細(xì)小的毛細(xì)管通道 中的液體是難以用機(jī)械方法脫除的。此法不能使帶液率降低到4 0 4 5 以下，為 此已發(fā)展了數(shù)種機(jī)械裝置如羅伯托軋輥( 微孔彈性軋輥) 、吸水輥軋車、氣體噴 射器和自身轉(zhuǎn)移軋吸法。第二種有限施加法可使帶液率降低至1 0 。然而，對(duì)棉 織物來(lái)說(shuō)，為了獲得充分的滲透和使化學(xué)品在織物上的均勻分布，帶液率不能 小于3 0 。有限施加工藝有刻紋輥、單面給液輥、噴射法、環(huán)圈移液法和泡沫施 加法。這些方法中，泡沫法似乎具有最大的潛力。 采用泡沫體系，即在溶液中吹入空氣，產(chǎn)生泡沫，使液體的表面積擴(kuò)大到接 近于纖維表面積的程度，有利于解決上述矛盾。空氣的加入，使含有染化料或整 理劑的溶液的體積發(fā)生驚人的變化，泡沫象氈毯似地鋪在織物上。至于施加的染 化料或整理劑的數(shù)量，可通過(guò)改變泡沫氈毯的厚度來(lái)加以控制。 棉織物采用普通浸軋法時(shí)，吸液量一般為織物重量的6 0 以上，去除這些水 分需要可觀的熱量，而在采用泡沫加工時(shí)，空氣代替了高達(dá)6 5 - - - 7 5 的水分，從 而大約減少了烘燥過(guò)程中所需熱能的6 5 - 7 5 。因此，泡沫加工在低給液率技術(shù) 中占著重要的地位。它是現(xiàn)代染整加工技術(shù)的重大突破。它受到各國(guó)工作者的普 遍重視，絕不是偶然的。 2 0 世紀(jì)7 0 年代的石油危機(jī)使得許多紡織染整工作者開始致力于如何降低紡 織染整加工中能源消耗的研究，紡織品的泡沫加工作為一種節(jié)能、節(jié)水的新型加 工技術(shù)逐漸被人們所重視。泡沫加工以其獨(dú)特的特點(diǎn)，被應(yīng)用到印染行業(yè)的諸多 領(lǐng)域中，并達(dá)到了與常規(guī)工藝相當(dāng)?shù)男Ч行┥踔脸^(guò)常規(guī)工藝。但是由于這 項(xiàng)技術(shù)在大生產(chǎn)過(guò)程中的難以控制，造成了泡沫染整技術(shù)在2 0 世紀(jì)7 0 到8 0 年 代處于研究熱潮，而隨后冷卻了下來(lái)的結(jié)局。近年來(lái)隨著人們環(huán)保意識(shí)的不斷提 升，綠色生產(chǎn)、清潔生產(chǎn)的呼聲日益高漲，加之石油價(jià)格上升，能源大量消耗， 原料成本急劇上漲以及全球競(jìng)爭(zhēng)同趨激烈，迫切需要通過(guò)改進(jìn)和創(chuàng)新加工技術(shù)以 降低成本并贏得市場(chǎng)，但更強(qiáng)調(diào)要減少能耗，提高效率，同時(shí)對(duì)環(huán)境的影響要降 到最低。而泡沫加工技術(shù)已被證明是有助于達(dá)到上述目的的一種方法。因此泡沫 染整工藝有望成為濕加工的發(fā)展方向之一，越來(lái)越被人們所重視。泡沫染色是將 染整工作液通過(guò)發(fā)泡，制成泡沫體系后施加于織物上的一種低給液染色工藝。在 泡沫加工過(guò)程中，工作液中的部分水被空氣替代，其替代程度愈高，水的消耗愈 少，節(jié)能愈多。泡沫加工可以提高生產(chǎn)效率，進(jìn)行濕加工，減少?gòu)U水，降低染料 及化學(xué)品的泳移，能更有效地利用工作液中的化學(xué)品和染料，減少化學(xué)品的消耗 并控制染料和化學(xué)品在纖維或織物內(nèi)部的滲透。 2 課題就是基于泡沫加工的諸多優(yōu)勢(shì)，續(xù)接前人的工作，對(duì)泡沫染色# h i 方面 給與研究，希望在泡沫染色加工方面為未來(lái)的研究提供理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。 1 2 國(guó)內(nèi)外紡織品泡沫加工技術(shù)現(xiàn)狀 1 2 1國(guó)內(nèi)外泡沫性能研究狀況 泡沫作為氣體和液體混合的多相分散體系，它自身有獨(dú)特的性能，它被廣泛 地應(yīng)用到多個(gè)領(lǐng)域，比如：泡沫鉆井、泡沫驅(qū)油中、泡沫沖沙洗井、泡沫浮選、 泡沫滅火等等。所以，國(guó)內(nèi)外的研究人員都紛紛研究泡沫的性能，以求對(duì)其深入 了解，為實(shí)踐提供理論基礎(chǔ)與幫助。 劉德生【l 】等人研究了溫度對(duì)泡沫衰變過(guò)程、對(duì)泡沫表面膜性質(zhì)和對(duì)表面活性 劑溶液的影響，給出了它的具體影響規(guī)律。王克亮【2 】等人選擇羧甲基纖維素鈉作 為穩(wěn)泡劑，陰離子表活劑h y - 3 作為發(fā)泡劑，在實(shí)驗(yàn)溫度為7 0 。c 時(shí)，采用氣流法 研究了不同氣液比條件下羧甲基纖維素鈉的加入對(duì)泡沫綜合指數(shù)的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié) 果表明，加入穩(wěn)泡劑后，泡沫的發(fā)泡高度略有降低，但是半衰期明顯增加。 b e n e v e n t i t 3 】等對(duì)含有不同碳原子數(shù)的烷基硫酸鈉c 。h 2 n + i s 0 3 n a 十( n = 1 2 ，1 4 ，1 6 ) 和烷基三甲基溴化銨c n n 2 n + 1 n ( c h 3 ) 3 b r ( n = 1 2 ，1 4 ，1 6 ，1 8 ) 的水溶液泡沫性能進(jìn) 行了對(duì)比研究，發(fā)現(xiàn)較長(zhǎng)的烷基鏈有助于增加泡沫的穩(wěn)定性。t a n 4 5 在研究聚丙 烯乙二醇的泡沫性質(zhì)時(shí)發(fā)現(xiàn)，隨著聚丙烯乙二醇分子量的增加，泡沫穩(wěn)定性隨之 增加，但是當(dāng)分子量增加到一定程度后，抑制了m a r a n g o n i 效應(yīng)，導(dǎo)致泡沫的穩(wěn) 定性降低。p a n d e y _ 【6 】等的研究表明，帶有不同反離子l i ，n a ，c s ，m g 的十二烷 基硫酸鹽對(duì)泡沫穩(wěn)定性有不同的影響，如圖1 1 、1 2 所示。 舅 置 、 攀 倒 繕 瓣 耀 r d l z 6 糊c 蝴m 鰳 圖卜l 十二烷基硫酸鹽濃度小于臨界膠束濃度時(shí)的泡沭穩(wěn)定性 豁弘簽掩-o 天津。i i 業(yè)人學(xué)碩十學(xué)僥論文 l2 i 善 象8 0 0 議 曩 耋4 0 0 o l i d s n i d sc l d s m s ( d s ) 2 圖卜2 十二烷基硫酸鹽濃度大于臨界膠束濃度時(shí)的泡沫穩(wěn)定性 m b a r i g o u n l 等人對(duì)傳統(tǒng)電阻測(cè)量泡沫析液的方法進(jìn)行了改進(jìn)，設(shè)計(jì)了一套 新的設(shè)備，如圖卜3 所示，該設(shè)備提高了測(cè)量的精準(zhǔn)度，能夠測(cè)量未破滅泡沫的 暫時(shí)參數(shù)和縱向參數(shù)，同時(shí)彌補(bǔ)了傳統(tǒng)的電阻法測(cè)量泡沫析液時(shí)沒有考慮泡沫的 非同質(zhì)性問題。 圖1 - 3 多管道電阻技術(shù)測(cè)量泡洙排液 劉謙m 1 等人研究了由胺一改性輝石作為穩(wěn)定劑的水基泡沫系統(tǒng)的穩(wěn)定性能， 表明輝石顆粒的加入可以增加泡沫表面膜的穩(wěn)定性，圖1 - 4 顯示了作為示蹤原子 的輝石在泡沫液膜中的分布情況，圖中的輝石和胺的濃度分別為2 ow t 和 1 5 0 2 m m 。 4 第一章文獻(xiàn)綜述 圖1 4 熒光標(biāo)記的胺改性輝石顆粒作為穩(wěn)定助劑的泡沫共聚焦圖像 張水燕掃1 等人研究了輝石顆粒與非離子表面活性劑四甘醇十二烷基醚的協(xié) 同作用對(duì)泡沫體系的穩(wěn)定性的影響，也得到了同樣的結(jié)論。實(shí)驗(yàn)表明，輝石可以 與四甘醇十二烷基醚協(xié)調(diào)可以增加泡沫的穩(wěn)定性。圖1 - 5 給出了對(duì)應(yīng)的泡沫共焦 熒光圖像，該顆粒濃度固定為1 o w t ， 耐( b ) 。1 ，2 ，3 分別表示氣泡表面， 表面活性劑濃度3 0w t ( a ) 和5 0 邊界和泡沫間液體。 圖1 5 四甘醇十二烷基醚與輝石的分散液的泡沫共焦熒光圖像。 s e h e ra t a n 們等人通過(guò)設(shè)計(jì)的儀器研究了泡沫浮選柱中憎水顆粒對(duì)氣泡的大 小及其分布情況的影響，圖1 - 6 是他們用來(lái)測(cè)量氣泡大小的裝置。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明， 體系的氣泡大小非常依賴憎水顆粒的多少，憎水顆粒存在的話，由于液膜中液體 的流失速度的降低從而導(dǎo)致了氣泡兼并速率的下降。 5 大津j i j 業(yè)大學(xué)碩+ 學(xué)位論文 e 圖1 - 6 測(cè)量泡沫中氣泡尺寸的浮選器 v i n c e n ts j c r a i g n 婦綜述了氣泡兼并過(guò)程中的一些特殊的離子效應(yīng)，論述 了表面活性劑存在是氣泡間的合并及氣泡問膜的狀況、氣泡與固體顆粒問形成的 膜的情況以及特殊的離子效應(yīng)與氣泡穩(wěn)定性的關(guān)系等方面，表1 - 1 顯示了一些離 子間的相互作用對(duì)氣泡聚集的影響。 表卜l 離子效麻對(duì)泡洙兼并的影響1 1 c a t i o n s h + l i + n a + k + c s + m g + c a + n h 4 + ( c h 。) 4 n( c h 。) 。n h + a n i o n s t y p e 8aaaaaaa 1 31 3 o h a x_4 c i ax4x b r a44 4 n 0 3 一 a4x c 1 0 3 1 3 c 1 0 4 4 1 3x c h 。c o o b x4 s o 。2 。a ( c o o ) 2 2 -a x 4 注：號(hào)表示該鹽可以阻止氣泡兼并。號(hào)表示對(duì)氣泡兼并沒有阻止作用。a 和b 是經(jīng)驗(yàn) 值，它們結(jié)合起來(lái)預(yù)測(cè)陰障1 離子復(fù)配的氣泡兼并效果。a a 或b1 3 表示有阻止氣泡兼并的作 用，a 1 3 或ba 表示沒有氣泡兼并的作用。 6 1 9 0 7 年，美國(guó)就有人采用“肥皂泡沫”將蠶絲脫膠和增重，并申請(qǐng)了專利。 七十年代初，瑞士山德士公司首先提出散科瓦德( s a n c o w a d ) 泡沫染色法。1 9 6 0 末到1 9 7 0 年初之間，聯(lián)邦德國(guó)赫斯脫、瑞士汽一嘉公司也著手于泡沫體系用于 染整加工的研究，取得了一定的進(jìn)展。1 9 7 3 1 9 7 4 年之間，美國(guó)一些公司就著 手在連續(xù)化染整方面采用泡沫的研究。美國(guó)u m & m 公司主張，除了發(fā)泡設(shè)備外， 盡量將原有設(shè)備加以改造，使之適合于泡沫加工的需要，所介紹的輥筒上加刮刀、 浮動(dòng)刮刀等，構(gòu)造較簡(jiǎn)單，成本較低。美國(guó)g a s t o nc o u n t y 公司和u n i o nc a r b i d e 公司合作，設(shè)計(jì)了定名為f f t ( f o a mf i n i s h i n gt e c h n o l o g y ) 的泡沫施加裝置， 根據(jù)織物情況( 重量、厚度等) 和加工要求對(duì)織物施加泡沫。目前，在歐美不少 國(guó)家能生產(chǎn)和提供泡沫染整設(shè)備。 以具有高水平印染技術(shù)自居的日本，在泡沫加工方面落在歐美的后面，所以 他們正在采取辦法追趕歐美。第一，日本從美國(guó)引進(jìn)樣機(jī)，進(jìn)行染色和整理方面 的試驗(yàn)，如日本原藤整染、大和髯公引進(jìn)了g a s t o nc o u n t y 的f f t 裝置；第二， 吸收歐美泡沫加工技術(shù)之長(zhǎng)，推陳出新，丌發(fā)自己的施加器，如日本山東鐵工所 開發(fā)了連續(xù)泡沫施加器。 國(guó)內(nèi)對(duì)泡沫加工技術(shù)的研究始于1 9 8 0 年，上海市第一紡織印染工業(yè)公司技 研室、上海第五印染廠和上海紡織科學(xué)研究院在溫州助劑廠和上海鼎新印染廠的 協(xié)作下，設(shè)計(jì)了y j d 2 0 0 - 8 0 0 型和s p 型輥筒式泡沫施加器華東紡織學(xué)院和上海 7 天滓t 業(yè)人學(xué)碩士學(xué)位論文 印染機(jī)械廠設(shè)計(jì)制造了p z 一1 6 0 型生產(chǎn)型大樣機(jī)( 包括靜態(tài)發(fā)泡器和狹縫式單面 涂敷器) ，與熱拉機(jī)組成泡沫整理生產(chǎn)線，投入生產(chǎn)。1 9 8 3 年4 月，紡織工業(yè)部 科技司在上海召開“泡沫整理新技術(shù)”鑒定會(huì)，就上述兩組設(shè)備及整理工藝，進(jìn) 行了技術(shù)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)鑒定【1 3 1 ，天津工業(yè)大學(xué)曾經(jīng)引進(jìn)了一套泡沫染整小樣機(jī)，相 關(guān)的研究也曾取得過(guò)一定的成效。 上海紡織科學(xué)研究院的李大偉等【1 4 1 1 作人員對(duì)泡沫染色進(jìn)行了研究，用于開發(fā) 絨類織物的泡沫多色染色工藝及產(chǎn)品，幾年的努力下來(lái)，他們獲得了一定的泡沫多 色染色的工藝參數(shù)，同時(shí)試制了一套適用于泡沫多色染色工藝用的發(fā)泡和施加聯(lián)合 裝置，裝置簡(jiǎn)化，工藝簡(jiǎn)單，花型新穎，為我國(guó)泡沫低給液技術(shù)開創(chuàng)了一條新的途 徑。李連舉l l5 j 等人通過(guò)對(duì)非織造布染色性能的分析，探討了水刺非織造布的泡沫染 色工藝，為水刺非織造布的在線染色效果獲得滿意的結(jié)果提供了參考價(jià)值。 王秀玲l l6 j 指出，地毯泡沫染色每平方米的耗水量低至0 5 k g 甚至少于o 5 k g ， 不需要后洗滌。所有的水分通過(guò)蒸發(fā)去除，大大地減少了污水量，降低了用水量 也就相應(yīng)地降低了能量消耗。以錦綸地毯泡沫染色為例，用普通連續(xù)染色方法的 濕地毯在汽蒸箱中從2 1 加熱到1 0 0 使染料固色的能量需要量為連續(xù)泡沫染 色法的7 5 倍。泡沫染色的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，由于在地毯上的吸液率只有2 0 5 0 ，因此在汽蒸箱中的固色時(shí)問更短。 表1 - 2 聚酰胺織物的泡沫染色配方 酸性蒽醌染料 1 5 l 發(fā)泡劑 羧甲基纖維素 一乙醇酰胺 元明粉 3 0 醋酸 2 0 l 5 9 l 5 9 t , l o l 2 3 l 王惠中【1 7 】給出了聚酰胺織物的泡沫染色工藝配方，如表1 2 所示，并指出在 固色處理結(jié)束前用1 5 r a i n 緩慢加入醋酸，用直接蒸汽固色2 0 - - - 2 5 m i n ，染色過(guò)程 總的時(shí)間為5 4 r a i n 。經(jīng)這樣處理后的織物上可獲得具有較高的抗物理化學(xué)反應(yīng) 的、豐滿均勻的染色度，在4 0 c 下皂洗牢度達(dá)4 5 - - 5 級(jí)，干濕摩擦牢度達(dá)4 - - - 5 級(jí)。 泡沫染色目前主要存在著勻染性問題。其影響因素有： 1 ) 染料本身的特性。染料的直接性越高，勻染性越差，反之越好。 2 ) 泡沫施加的均勻性。這也是主要因素，有的泡沫施加裝置是產(chǎn)生泡沫后直 接施加到織物上，然后再通過(guò)軋輥，使泡沫破裂，該裝置的缺點(diǎn)是，會(huì)發(fā)生由于 第一章文獻(xiàn)綜述 泡沫不均勻而引起的色差。但是當(dāng)染液發(fā)泡后，泡沫通過(guò)一窄小的狹縫，讓大泡 沫在此提前破裂，可以提高泡沫的均勻性。 3 ) 泡沫的穩(wěn)定性。泡沫穩(wěn)定性高，不易破裂，經(jīng)過(guò)軋輥后仍有部分泡沫沒有 破裂，再經(jīng)蒸箱后會(huì)產(chǎn)生泡沫圈，影響均勻性；泡沫穩(wěn)定性太差，在通過(guò)軋輥前， 就已經(jīng)破裂，不僅使帶液量增加，而且也會(huì)造成不均勻的帶液量。但泡沫穩(wěn)定性 差可以通過(guò)提高車速，使泡沫施加到織物上后，能夠以更短的時(shí)間經(jīng)過(guò)軋輥，這 樣雖然可以增加均勻性，但也會(huì)降低帶液量，會(huì)使著色變洌博j 。 1 2 2 泡沫整理 紡織品整理要使織物具有柔軟、硬挺、抗皺、防縮等特性，必須把織物浸在 特殊的整理液里整理，而一般織物上的吸液量達(dá)7 0 到8 0 ，在傳統(tǒng)的染整加 工中，水起了載體作用，整理劑溶解或分散于水，水將整理劑帶到織物上，并藉 機(jī)械作用均勻分布在織物上，然后就需要去除水分，以便降低織物的吸液率，而 去除水分的烘燥要耗用大量熱能。為了減少整理浴中的水分，采用濃溶液加工， 要使溶液均勻分布在織物表面，已經(jīng)是很困難，如再要求滲透到纖維中去，就更 加困難了。因?yàn)楸患庸た椢锏谋砻娣e很大，而加工溶液的容積不多，兩者發(fā)生矛 盾，要解決這個(gè)矛盾，必須增加加工溶液的表面積。人們?cè)O(shè)想在加工溶液中攪入 空氣產(chǎn)生泡沫，使溶液的容積擴(kuò)大許多倍，提高了濃溶液與纖維的接觸面積，達(dá) 到均勻分布的目的。泡沫整理，正是有效解決這方面問題的一個(gè)更新技術(shù)。 泡沫整理就是在整理液中加入少量的發(fā)泡劑，再混入大量空氣，使整理液變 成無(wú)數(shù)微小的氣泡，以帶有高濃度整理液的泡沫代替含水量較高的常規(guī)浸軋整理 液，然后讓泡沫通過(guò)特殊的設(shè)備，均勻地涂敷在織物上，泡沫借助纖維毛細(xì)管效 應(yīng)而破裂，從纖維表面向內(nèi)部進(jìn)行一定程度的滲透，再通過(guò)擠壓或真空抽吸，使 殘留泡沫徹底破裂，則濃溶液就在纖維中滲透、擴(kuò)散。 采用浸軋法織物經(jīng)過(guò)整理浴，吸液率約為2 0 0 ，纖維空間為整理液所充滿， 通過(guò)軋輥軋液率達(dá)6 0 - 7 0 ，整理液均勻地分布在纖維表面。而采用泡沫加工時(shí)， 實(shí)際上一般吸液率僅為3 0 ，經(jīng)泡沫整理后的織物不經(jīng)烘干就可直接進(jìn)入下一道 工序，從而大大節(jié)約了能源。例如，經(jīng)泡沫整理后棉織物的帶液率從7 0 左右下 降到3 0 以下，滌棉織物的帶液率從6 0 左右降低到2 0 以下，織物經(jīng)過(guò)泡沫 整理后，產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到常規(guī)整理的質(zhì)量要求，其中彈性等性能有所提高，該工藝 可節(jié)約蒸汽5 0 - 6 0 ，合標(biāo)準(zhǔn)煤1 6 0 1 1 噸臺(tái)年，節(jié)電2 力度以上臺(tái)年，可節(jié) 約樹脂費(fèi)用5 以上，還可提高機(jī)、臺(tái)產(chǎn)量【l 圳。 泡沫整理技術(shù)的應(yīng)用范圍很寬，如在紡織品后整理中的拒水、拒油整理，親 水整理，柔軟整理，阻燃整理，抗皺整理，防縮整理，抗菌整理，抗紫外線整理。 9 天津i ：業(yè)人學(xué)碩十學(xué)位論文 在這些整理中使用泡沫技術(shù)可以得到很好的效果，并能減少能耗，同時(shí)降低對(duì)環(huán) 境的污染。表1 3 是泡沫整理與常規(guī)整理的實(shí)例比較： 表1 - 3 印花布的抗皺整理能耗比較( 1 0 0 純棉花布，9 2 9 m 2 ) 泡沫整理具有吸液率低，降低烘燥成本，生產(chǎn)速度高，濕一濕給液容易，改 善了遷移性，節(jié)省助劑，改進(jìn)回彈角與抗拉強(qiáng)力損失間的比例，手感柔軟等優(yōu)點(diǎn) 【2 ，但是它的最大特點(diǎn)是可以對(duì)織物進(jìn)行單面整理，或進(jìn)行雙面不同的整理，從 而達(dá)到不同的需求，提高織物的身價(jià)。如紡織品一面做防水、防油、防沾污的整 理，另一面做親水整理，用通常的加工方法是很難做到的，這是泡沫染色整理最 大的亮點(diǎn)【2 1 】【2 2 1 。泡沫整理的設(shè)備基本上可以連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，正常使用，但是施加器 和液、氣自控方面尚存在某些缺陷，有待進(jìn)一步研究改進(jìn)。 1 2 3 泡沫印花 泡沫印花是2 0 世紀(jì)8 0 年代國(guó)際上繼泡沫整理之后迅速發(fā)展起來(lái)的印染加工 新技術(shù)，最早應(yīng)用在地毯印花中，進(jìn)而推廣到絨類織物印花及一般紡織品的印花 2 3 1 。常規(guī)印花中，印花糊料的消耗是以重量為基礎(chǔ)計(jì)算的。當(dāng)染料或涂料通過(guò)胺 類或糊料介質(zhì)轉(zhuǎn)移到纖維上去時(shí)，是靠著糊料的重量進(jìn)入圖案的。泡沫體系中， 由于混入的空氣實(shí)際上不具有什么重量，所以在體系膨脹到一定的發(fā)泡比時(shí)，印 花糊料消耗必須以體積為基礎(chǔ)計(jì)算。因而，泡沫糊料的重量要比常規(guī)印花糊料輕 得多。其次，泡沫印花中，是靠空氣泡實(shí)現(xiàn)增厚的，泡沫的流變性質(zhì)與常規(guī)印花 糊料相比略有不剛2 4 1 。泡沫印花幾乎可以用在各種不同的印花技術(shù)上，象滾筒印 花，平板印花，臺(tái)板印花，圓網(wǎng)印花等。 在常規(guī)印花中，糊料是用來(lái)控制印花漿的粘度和流變性質(zhì)的，而在泡沫印 花中所需的粘度和流變性質(zhì)，則是通過(guò)選擇最佳的空氣混入量發(fā)泡倍率，氣泡 尺寸及其分布來(lái)實(shí)現(xiàn)的【2 5 j 。就特定發(fā)泡倍率來(lái)說(shuō)，氣泡尺寸較小且分布均勻的泡 l o 第一章文獻(xiàn)綜述 沫印花漿具有較高粘度和適用于印花的良好流變性能。 泡沫印花方法可在布上印制滿地印花，效果比一般印花優(yōu)良。紗支密度高或 由于紗節(jié)形成凹凸不平的布面，也能印出均勻的滿地印花。另外泡沫印花的滲透 良好，前處理要求也較低。泡沫印花漿的含水量也比一般印花漿少，故烘燥速度 快，又可節(jié)約能源。同一般印花相比，可提高印花車速。舉例來(lái)說(shuō)【2 6 1 ，一次加工 批量為1 5 0 0 0 m 的印花布，如使用一般印花漿及按烘燥能力的上限印花速度計(jì)算， 需要1 2 小時(shí)才能完成。用泡沫印花漿時(shí)只要5 , - - , 5 5 小時(shí)便可完成；純棉織物的 雙面印花面積為8 0 ，使用一般印花漿時(shí)，其最大印花速度為2 0 m m i n ，如改用 泡沫印花漿，印花速度可提高到5 5 - - 6 0 m m i n 。圖1 8 是斯托克f p i i 型泡沫印 花系統(tǒng)。 圖1 8f p 一型泡沫印花系統(tǒng) 1 印花下速傳感器；2 圓網(wǎng)；3 泡沭印花刮刀；4 織物；5 壓縮空氣入口；6 空氣計(jì)量器；7 動(dòng)態(tài)泡沫發(fā)生器；8 電子計(jì)算機(jī)控制臺(tái)；9 液體計(jì)量泵；l o 印花色漿桶 該系統(tǒng)的泡沫發(fā)生器的泵能力3 0 0 l h ，混合頭功率1 1 k w ，轉(zhuǎn)速o , 9 0 0 r m i m 計(jì)量泵功率0 5 5 k w ；泡沫質(zhì)量6 5 3 5 0 9 l ；系統(tǒng)壓力1 9 5 1 0 4 - - 一5 3 9 1 0 4 p a ；泡沫 產(chǎn)生量0 2 - - 4 9 9 9 l m i n 。以印花面積5 0 的一套色花型印制5 萬(wàn)米為例，比較泡沫 印花與常規(guī)印花工藝，前者可以節(jié)省印花色漿5 5 降低成本3 8 ，且印制效果好， 織物手感柔軟【2 7 】。泡沫印花對(duì)涂料印花的鮮艷度有不良影響，但與采用合成糊料印 花的鮮艷度類似。 活性染料印花時(shí)，經(jīng)?？梢园l(fā)現(xiàn)，用硅酸浸軋間歇法迸行固色，往往可得到較 好的效果。活性染料的泡沫穩(wěn)定度取決于染料和所加碳酸氫鈉或碳酸鹽的量?；钚?染料印花時(shí)，必須要謹(jǐn)慎小心，防止發(fā)生沉淀作用，含飽和泡沫染料的特性階段通 過(guò)加入更多的潤(rùn)濕劑( 如尿素) 來(lái)維持的?；钚匀玖嫌』〞r(shí)，或用圓網(wǎng)或平板印花。 含各單一染料的泡沫不用堿就能制備，但最后和最終的篩網(wǎng)可加用堿泡沫，毫無(wú)問 題能得到較好的染料吸收及固色1 2 引。 泡沫印花基本漿耗用量比一般印花可