控制泡沫染整工藝中溶液對(duì)面料滲透程度的工藝方案的研究

陳艷珍 , 張仁海

(蘇州棠華納米科技有限公司，江蘇，蘇州 215228)

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控制泡沫染整工藝中溶液對(duì)面料滲透程度的工藝方案的研究

陳艷珍 , 張仁海

(蘇州棠華納米科技有限公司，江蘇，蘇州 215228)

摘要：泡沫染整技術(shù)具有帶液量低、節(jié)約染整助劑、節(jié)能節(jié)水、提高生產(chǎn)效率、提高紡織品附加值等優(yōu)點(diǎn)，但泡沫染整技術(shù)在應(yīng)用于雙面不同效果的面料整理時(shí)還存在溶液對(duì)面料滲透程度不好控制的問題。通過對(duì)涂層機(jī)涂覆系統(tǒng)、烘箱、導(dǎo)布輥的改造，可以達(dá)到精確控制整理劑在面料上滲透程度的目的，并分別測(cè)試了不同涂覆速度、滲透時(shí)間、烘干溫度下面料的拒水性、拒油性、吸濕性和耐水洗性能，最終得出了一套高效、實(shí)用的技術(shù)參數(shù)。

關(guān)鍵詞:紡織;泡沫染整；涂層機(jī)；單面防污

泡沫整理工藝(也稱泡沫涂層技術(shù))是20世紀(jì)70年代末受能源危機(jī)的影響在國外迅速發(fā)展起來的，它具有帶液量低、節(jié)約染化漿料、節(jié)能節(jié)水、降低成本、提高紡織品附加值等優(yōu)點(diǎn)，因此一度成為紡織品后整理行業(yè)研究的熱點(diǎn)[1]。后來人們將泡沫整理工藝用于紡織品的單面染整，比如單面防污效果，使紡織品接觸泡沫的一面形成拒水拒油的防污性能，而未接觸泡沫的一面保持原有的吸水性，但是這種工藝只能用于較厚的面料，對(duì)于單位面積質(zhì)量在150g以下的面料，防污劑總會(huì)滲透到面料的對(duì)面，使面料另一面失去原有的吸水性，要改善這種缺陷，除了需要通過研發(fā)表面活性更好的發(fā)泡劑和泡沫穩(wěn)定劑，控制泡沫的帶液量之外，還需要從設(shè)備改造的角度來控制整理劑對(duì)面料的滲透程度[2]。

現(xiàn)有的涂層機(jī)中，影響整理劑滲透程度的主要是三個(gè)問題：(1)現(xiàn)有的泡沫涂層工藝中的泡沫施加系統(tǒng)都是通過壓力控制的噴涂系統(tǒng)，在壓力的推動(dòng)下，整理劑對(duì)面料產(chǎn)生沖擊力，就會(huì)容易滲透進(jìn)面料的對(duì)面[3]；(2)現(xiàn)有的涂層機(jī)從開始涂覆到烘干過程中，面料行進(jìn)的距離不能調(diào)整，也就是涂覆后整理劑在面料上滲透的時(shí)間無法根據(jù)整理劑和面料的性質(zhì)，以及對(duì)產(chǎn)品成品的要求來調(diào)節(jié)，如果行進(jìn)過程時(shí)間較長，行進(jìn)過程中部分泡沫首先破裂，泡沫破裂不同步，會(huì)造成泳移現(xiàn)象，導(dǎo)致涂層的厚度不均勻，滲透程度不均勻，成品面料正面防污和反面吸水的性能也會(huì)不均勻[4]，如果行進(jìn)過程較短，則會(huì)造成滲透不夠，面料成品的耐水洗性能較差；(3)面料在從涂層到破泡的過程中經(jīng)過的導(dǎo)布輥較多，導(dǎo)布輥的擠壓力促使含有漿料的泡沫破裂，并促使?jié){料向面料纖維內(nèi)部滲透[5]。為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，控制整理劑對(duì)面料的滲透程度，需要對(duì)現(xiàn)有的涂層機(jī)進(jìn)行改進(jìn)，并進(jìn)行工藝參數(shù)的實(shí)驗(yàn)，以便于確定出一套具備實(shí)用性的工藝方案。

1實(shí)驗(yàn)部分

1.1設(shè)備結(jié)構(gòu)說明

設(shè)備改裝后如圖1所示，其中泡沫施加器示意圖見圖2。

導(dǎo)布機(jī)構(gòu)用于將其上卷繞的面料向支撐組件進(jìn)行傳送，它包括設(shè)置在地面上的第一支架、安裝在第一支架上的多根相互平行的第一張力調(diào)節(jié)輥和安裝在第一支架上的至少一個(gè)第一張力調(diào)節(jié)器。支撐組件頂部安裝有移布機(jī)構(gòu)和泡沫施加器。移布機(jī)構(gòu)用于帶動(dòng)面料向前移動(dòng)；泡沫施加器位于移布機(jī)構(gòu)的左側(cè)，用于向面料擠送整理劑。移布機(jī)構(gòu)采用相配合的針板和運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌，運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌安裝支撐組件的頂部，針板對(duì)應(yīng)安裝在運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的上，這樣避免使用導(dǎo)布輥(或者叫張力調(diào)節(jié)輥)，可減少對(duì)面料的擠壓，降低整理劑在面料上的滲透程度。而泡沫施加器則主要包括儲(chǔ)液槽、漿料入口、轉(zhuǎn)動(dòng)螺桿、整理劑出口等部分。整理劑出口設(shè)置在儲(chǔ)液槽的底部，整理劑入口設(shè)置在儲(chǔ)液槽的頂部；轉(zhuǎn)動(dòng)螺桿安裝在儲(chǔ)液槽內(nèi)，用于將整理劑從儲(chǔ)液槽內(nèi)經(jīng)出口擠出，利用轉(zhuǎn)動(dòng)螺桿的轉(zhuǎn)動(dòng)速度能夠調(diào)節(jié)整理劑的擠出速度，從而配合面料的移動(dòng)速度；刮板固定在儲(chǔ)液槽的外壁上且向下延伸，由于面料是由左向右運(yùn)動(dòng)，因此它需要位于整理劑出口的右側(cè)；這樣采用泡沫施加器替代了壓力噴射法的出料方式，可以減少整理劑對(duì)面料的沖擊力，控制整理劑對(duì)面料的滲透程度。為了保證面料的平整并且移動(dòng)平穩(wěn)，在泡沫施加器的左側(cè)還固定有相配合的上平整器和下平整器。

1、導(dǎo)布機(jī)構(gòu)；11、第一支架；12、第一張力調(diào)節(jié)輥；13、第一張力調(diào)節(jié)器；2、支撐組件；21、移布機(jī)構(gòu)；211、針板；212、運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌；22、泡沫施加器； 23、下平整器；24、上平整器；3、出布機(jī)構(gòu)；31、第二支架；32、卷繞輥；33、第二張力調(diào)節(jié)輥；34、擺臂；4、烘箱；41、門；42、滑輪；43、調(diào)節(jié)螺栓；44、風(fēng)機(jī)。圖1　設(shè)備整體圖

221、儲(chǔ)液槽；222、漿料入口；223、轉(zhuǎn)動(dòng)螺桿；224、漿料出口；225、刮板；圖2　泡沫施加器示意圖

出布機(jī)構(gòu)用于將涂層機(jī)上的面料導(dǎo)出或者卷繞收集，它固定在支撐組件頂部的右端，包括整體大致呈倒L型的第二支架、安裝在第二支架豎桿上的一對(duì)卷繞輥、安裝在第二支架橫桿右端的擺臂和安裝在第二支架橫桿和擺臂上的多根第二張力調(diào)節(jié)輥。

烘箱罩設(shè)在移布機(jī)構(gòu)外，用于對(duì)涂覆泡沫整理劑的面料進(jìn)行烘干，它被設(shè)置成能夠左右移動(dòng)的機(jī)構(gòu)，即它與泡沫施加器的間距可調(diào)；這是因?yàn)樗牡撞吭O(shè)有多組滑輪，而側(cè)面安裝有使其在滑輪上能夠進(jìn)行左右移動(dòng)的調(diào)節(jié)螺栓。這種移動(dòng)通過調(diào)節(jié)螺栓和滑輪的相互配合來實(shí)現(xiàn)，本文中不再贅述。烘箱頂部安裝有與其相連通的風(fēng)機(jī)，從而可以將烘箱內(nèi)潮濕的空氣排出；它的側(cè)面設(shè)有至少一扇可開合的門，方便烘箱的檢修和維護(hù)。

1.2設(shè)備運(yùn)行原理

將一定規(guī)格的面料依次穿設(shè)在導(dǎo)布機(jī)構(gòu)、支撐組件和出布機(jī)構(gòu)上。啟動(dòng)涂層機(jī)，使面料以一定的速度向前移動(dòng)，此時(shí)第一張力調(diào)節(jié)輥、卷繞輥、第二張力調(diào)節(jié)輥等也以該速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。面料移動(dòng)時(shí)會(huì)接觸針板并被其固定，接觸針板在運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的帶動(dòng)下也已相同的速度向前移動(dòng)，門幅被拉開；此時(shí)，發(fā)泡機(jī)發(fā)泡形成的泡沫整理劑通過管道輸送進(jìn)入泡沫施加器的儲(chǔ)液槽中，在轉(zhuǎn)動(dòng)螺桿的帶動(dòng)下，經(jīng)整理劑出口擠出，整理劑出口距離面料一定距離，刮板距離面料一定的距離，整理劑首先接觸面料，在面料上堆積，然后接觸刮板而被涂覆均勻；調(diào)節(jié)烘箱的位置，以便于使泡沫施加器到烘箱的距離在一定范圍內(nèi)，面料在針板上運(yùn)行一段距離后進(jìn)入烘箱，在烘箱中被加熱至一定溫度而，運(yùn)行一定時(shí)間后被烘干，最后出烘箱經(jīng)出布機(jī)構(gòu)進(jìn)行收集或?qū)С觥?/p>

1.3原料及檢測(cè)方法的選擇

實(shí)驗(yàn)中的面料樣品為：門幅1.6m，單位面積質(zhì)量為115g/m2的白色緞面純棉坯布。

實(shí)驗(yàn)中選用的化學(xué)試劑為：三防劑(混合物，日照尼西日化有限公司，NXNM3F-02)、交聯(lián)劑(混合物，常州博寅晟化工助劑有限公司，MF-05)發(fā)泡劑(混合物，濟(jì)南廣全化工有限公司，6501-1)、泡沫穩(wěn)定劑(混合物，濟(jì)南廣全化工有限公司，GQ28-2)。增稠劑(混合物，廣東粵美化工有限公司,YM-2060)，本實(shí)驗(yàn)中所用到的水均為自來水。

本實(shí)驗(yàn)用到的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)為：

樣品表面拒水性的測(cè)試根據(jù)國標(biāo)GB/T 4745-2012《紡織品 防水性能的檢測(cè)和評(píng)價(jià) 沾水法》進(jìn)行測(cè)試和判斷，測(cè)試樣品的正面；

樣品表面拒油性根據(jù)國標(biāo)GB/T 19977-2014 《紡織品 拒油性 抗碳?xì)浠衔镌囼?yàn)》進(jìn)行測(cè)試和判斷，測(cè)試樣品的正面；

樣品吸水率根據(jù)國標(biāo)GB/T 21655.1-2008《紡織品 吸濕速干性的評(píng)定 第1部分 單項(xiàng)組合試驗(yàn)法》進(jìn)行測(cè)試和判斷，測(cè)試樣品的反面；

樣品滴水?dāng)U散時(shí)間根據(jù)GB/T 21655.1-2009《紡織品 吸濕速干性的評(píng)定 第2部分：動(dòng)態(tài)水分傳遞法》進(jìn)行測(cè)試和判斷，測(cè)試樣品的反面；

樣品洗滌方法根據(jù)GB/T 8629-2001《紡織品 試驗(yàn)用家庭洗滌和干燥程序》進(jìn)行，洗滌程序5A，洗滌溫度40℃，加“ECE”合成洗滌劑，轉(zhuǎn)筒烘干。

1.4實(shí)驗(yàn)步驟

首先配制整理劑，按一定的比例，將三防劑、交聯(lián)劑、增稠劑、發(fā)泡劑、泡沫穩(wěn)定劑和水按照20∶1∶3∶5∶1∶70的比例混合，攪拌均勻后加入發(fā)泡機(jī)中。

取長度為10m的棉布樣品，前后兩端各縫接20m的牽引布，然后將牽引布前端加入涂層機(jī)中，分別調(diào)節(jié)涂覆速度、烘箱位置、烘干溫度對(duì)布樣進(jìn)行加工，開動(dòng)發(fā)泡劑，使整理劑形成泡沫后被涂覆到布料的一面，得到成品后檢測(cè)其性能。其中被涂覆的一面稱為正面，未涂覆的一面稱為反面。

2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析

2.1測(cè)試原始樣品性能參數(shù)

該緞面純棉面料適合制作襯衫，而白色襯衫最怕弄臟，所以本實(shí)驗(yàn)特選此面料，首先取未加工的原始坯布，測(cè)試其性能，以備跟面料加工后的性能參數(shù)進(jìn)行比對(duì)，數(shù)據(jù)見表1。

表1　不同涂覆速度下樣品的檢測(cè)數(shù)據(jù)

2.2不同涂覆速度單面防污效果的影響

調(diào)節(jié)烘箱前端距離泡沫施加器的距離為0.5m,烘干溫度設(shè)定為150℃，加工后將樣品進(jìn)行測(cè)試，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2。

由表2數(shù)據(jù)可以看出，降低涂覆的速度能夠增強(qiáng)面料正面的拒水性和拒油性，這是因?yàn)樵谕瑯拥呐菽?yīng)量的情況下，涂覆速度降低，能夠增加涂覆量，整理劑劑在面料上滲透的較多[6]，更夠更好的起到拒水拒油的效果。從三次水洗的數(shù)據(jù)可以看出，水洗后拒水性和拒油性有明顯的降低，而且涂覆速度越快的樣品，水洗后拒水性和拒油性降低的越多，按照國標(biāo)的規(guī)定，拒水拒油性低于3級(jí)便不再具備實(shí)用性，但是為了保證正面有很好的吸水性，也不能將涂覆速度降的過低。實(shí)際操作過程中應(yīng)該將涂覆速度定在1.0m/s左右，再通過其他工藝參數(shù)而的調(diào)整，來提高涂覆后面料的拒水性、拒油性和耐水洗性能。

表2　不同涂覆速度下樣品的檢測(cè)數(shù)據(jù)

2.3滲透時(shí)間對(duì)單面防污效果的影響

將涂覆速度設(shè)定為1.0m/s，烘干溫度設(shè)定為150℃，然后在烘箱前端距離泡沫施加器的距離不同的情況下對(duì)樣品進(jìn)行加工，加工后將樣品進(jìn)行測(cè)試，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表3。

表3　不同滲透時(shí)間的情況下樣品的檢測(cè)數(shù)據(jù)

由表3可以看出，不同的實(shí)驗(yàn)條件下，滲透時(shí)間雖然相差很小，依然對(duì)面料的性能形成了一定的影響，不但拒水性和拒油性隨著滲透時(shí)間的延長而增大，同時(shí)耐水洗性能也有所提高，三次水洗后拒油性和拒水性的降低的量有所減少。烘箱的位置決定了從面料接觸涂覆劑開始到涂覆劑中的液體被蒸干的過程，涂覆劑中的水分越多，在面料上滲透的也就越快，如果面料從接觸涂覆劑開始到進(jìn)入烘箱的路程較長，費(fèi)時(shí)間較多，那么涂覆劑在面料上滲透的也就越多，使涂層的厚度越厚，那么具有吸水能力的纖維也就越少，因而拒水性和拒油性會(huì)增強(qiáng)，吸水性會(huì)降低，耐水洗性能會(huì)增強(qiáng)[7]。

在具體加工情況下，為了達(dá)到一定的涂覆效果，需要根據(jù)面料的厚度和對(duì)成品的要求來確定一定的涂覆速度，也就是面料行進(jìn)的速度，如果具體的涂覆速度確定后，如果泡沫施加器距離烘箱前段的距離是固定的，那么滲透的時(shí)間就是確定的，則很可能該滲透時(shí)間與生產(chǎn)工藝不適應(yīng)，造成滲透過多或者滲透不夠，而最終影響成品的性能，但是本次實(shí)驗(yàn)中的涂層機(jī)被改裝為烘箱位置可移動(dòng)的，可以根據(jù)生產(chǎn)時(shí)面料的具體性質(zhì)和客戶的要求來確定生產(chǎn)工藝參數(shù)。

2.4烘干溫度對(duì)單面防污效果的影響

將涂覆速度設(shè)定為1.0m/s，滲透時(shí)間設(shè)定為0.7s，然后在不同的烘干溫度下下對(duì)樣品進(jìn)行加工，每種樣品各加工100m，分別記錄消耗的電量，加工后將樣品進(jìn)行測(cè)試，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表4和圖3。

從表4中數(shù)據(jù)可以看出，提高烘干溫度能夠明顯增強(qiáng)面料的拒水性、拒油性和耐水洗的性能，而且在溫度升高到180℃時(shí)變化非常明顯，主要因?yàn)楦邷赜兄谌绖┓肿优帕懈诱R[8]，而且溫度低時(shí)未能達(dá)到整理劑與織物交聯(lián)反應(yīng)的最佳溫度，織物上的整理劑未能全部與織物發(fā)生反應(yīng)，隨著溫度的升高，整理劑與織物之間的交聯(lián)反應(yīng)更加充分，成鍵結(jié)合的更加牢固，整理后織物的拒水拒油性能不斷提高[9]，另外，高溫也有助于起到黏結(jié)作用的交聯(lián)劑與纖維結(jié)合的更緊密[10]。從表中數(shù)據(jù)還可以看出，隨著溫度升高，溶液中的水分在面料的表面被迅速的蒸干，減少了向內(nèi)部的滲透，使未被三防劑改性的纖維厚度增加，所以面料反面的吸水率也有所增加，滴水?dāng)U散時(shí)間有所減低，也就是增強(qiáng)了面料的吸水性和吸水速率，而且高溫也增強(qiáng)了三防劑與面料顯微的結(jié)合牢度，隨著溫度的升高，水洗過后，拒水性和拒油性降低的數(shù)值逐漸減小，同樣，水洗后吸水性的增加程度也逐漸減小。

表4　不同烘干溫度下樣品的檢測(cè)數(shù)據(jù)

圖3　烘干溫度與電量消耗的關(guān)系

雖然較高的烘干溫度有利于改善面料性能，但是經(jīng)過實(shí)際運(yùn)行測(cè)試，當(dāng)加熱溫度由180℃增加到200℃的情況下，每米布的加工成本將增加0.025元，見圖3，而且溫度過高也會(huì)對(duì)三防劑造成破壞[9]，最好不要超過200℃。

2.5水洗次數(shù)對(duì)單面防污效果的影響

從樣品15#中,以原門幅為寬度，裁剪出長度為1米的小樣10塊，分別按照表5中的洗滌次數(shù)進(jìn)行編號(hào)后洗滌，需要多次水洗的樣品的水洗時(shí)間按照單次水洗時(shí)間乘以水洗次數(shù)計(jì)算，洗滌完成后一次性烘干，全部樣品水洗結(jié)束后檢測(cè)其拒水性和拒油性。

表5　樣品的不同洗滌次數(shù)

從圖4可以看出，樣品的拒水性和拒油性在前三次水洗后降低較大，到10次水洗后性能基本穩(wěn)定，再增加水洗次數(shù)，拒水性和拒油性穩(wěn)定在3～4級(jí)，達(dá)到3級(jí)以上可以很好的保護(hù)衣服不會(huì)被油污弄臟，一件襯衫按一年穿著時(shí)間6個(gè)月計(jì)算，每周清洗兩次，則清洗次數(shù)是48次，從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)看，這種產(chǎn)品基本可滿足一年內(nèi)的穿著需求，所以這種加工工藝生產(chǎn)出來的產(chǎn)品具備實(shí)用性。

圖4　水洗次數(shù)跟拒水性和拒油性的關(guān)系

3結(jié)論

本文研究了可控制整理劑滲透程度的涂層機(jī)加工單面防污面料的生產(chǎn)工藝參數(shù)選擇，通過這種在支撐組件頂部安裝泡沫施加器，替代了壓力噴射法的出料方式，可以減少漿料對(duì)面料的沖擊力，控制漿料對(duì)面料的滲透程度，更好的實(shí)現(xiàn)面料一面防污一面吸汗的效果，而且通過調(diào)節(jié)烘箱的位置，能夠更為靈活的調(diào)節(jié)整理劑在面料上的滲透時(shí)間，更好的實(shí)現(xiàn)面料的雙面不同性能的整理。拒水性、拒油性跟吸濕性本來就是互相矛盾的兩個(gè)性能，為了在一種超薄面料上實(shí)現(xiàn)兩種不同的功能，增強(qiáng)面料的功能性和舒適度，對(duì)涂覆速度、滲透時(shí)間、烘干溫度三個(gè)工藝參數(shù)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)涂覆速度與拒水性和拒油性成反比，與吸水性成正比，滲透時(shí)間與拒水性和拒油性成成正比，與吸水性成反比，而烘干溫度則與拒油性、拒油性和吸濕性均成正比，但烘干溫度太高則會(huì)造成加工成本較大。因此，為了達(dá)到較好的拒水性、拒油性和吸濕性，需要綜合考慮，將涂覆速度設(shè)定為1.0～1.2m/s，滲透時(shí)間調(diào)整為0.6～0.7s，烘干溫度設(shè)定為180～190℃為宜。

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收稿日期：2016-02-25