新型泡沫染整前處理技術(shù)

張金菊，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)實驗室，江蘇無錫 214122）

前處理是染整過程中的一道基礎(chǔ)工序，能夠為染色、印花、后整理等后道工序提供有效的質(zhì)量保證。常見的泡沫前處理工藝包括泡沫上漿、泡沫絲光和泡沫增白［1］等。傳統(tǒng)上漿法的經(jīng)紗上漿率高，但退漿負(fù)荷重，且殘留的漿料導(dǎo)致織物發(fā)硬，影響手感和穿著舒適度。而泡沫上漿織物退漿后漿料殘留少，有助于提高印染加工質(zhì)量，同時織物的手感好、穿著舒適，有助于提高產(chǎn)品檔次。泡沫上漿能降低漿料、蒸汽、退漿助劑、退漿水用量，減少廢水和COD 排放，節(jié)能減排效果顯著［2-3］。傳統(tǒng)絲光工藝中，NaOH 以液態(tài)形式進(jìn)行絲光，堿劑用量多，織物易卷邊拉破。而泡沫絲光工藝中，堿劑用量僅為常規(guī)絲光的30%，且可對厚重織物進(jìn)行單面絲光處理，因此可以減少堿劑用量。泡沫絲光工藝中，泡沫破裂后堿液在毛細(xì)管效應(yīng)的作用下更易滲透，降低了耗水量和污水排放量，可有效地降低加工成本，節(jié)約能源［4］。由于泡沫絲光在強(qiáng)堿條件下進(jìn)行，要求用于泡沫絲光的發(fā)泡劑有良好的耐強(qiáng)堿穩(wěn)定性和滲透性。傳統(tǒng)增白工藝采用浸軋法使織物完全浸透在含增白劑的溶液中，需要使用大量的水作為加工介質(zhì)，處理完后，織物中的水通過烘干而蒸發(fā)，導(dǎo)致水和能源的浪費(fèi)，且產(chǎn)生大量危害環(huán)境的廢水。泡沫增白使用空氣代替部分水，使工作液轉(zhuǎn)變?yōu)榕菽螒B(tài)，降低了織物的帶液率，不僅節(jié)約用水，減少烘燥過程中所需熱能，還能減少化學(xué)品在織物上的泳移，提高產(chǎn)品質(zhì)量［5-6］。

1 泡沫上漿

泡沫上漿具有低上漿、易退漿和降低烘燥能量的特點(diǎn)，織造效率和漿紗質(zhì)量可以達(dá)到常規(guī)浸軋工藝的效果，并且可以降低蒸汽、退漿助劑、退漿水用量，減少COD 排放量，節(jié)能減排效果顯著。

1.1 泡沫上漿原理

泡沫上漿是將適宜的漿液與發(fā)泡劑均勻混合后，通過機(jī)械攪拌形成穩(wěn)定的泡沫，再均勻地施加到經(jīng)紗上，經(jīng)壓漿輥擠壓后附著在紗線上，從而提高紗線的可織性［7］。泡沫上漿裝置如圖1所示，經(jīng)紗被導(dǎo)紗管引入預(yù)壓漿輥和上漿輥之間的預(yù)壓區(qū)，發(fā)泡后的漿料由施泡器噴出，泡沫隨著上漿輥的轉(zhuǎn)動均勻地附著在紗線表面，接著經(jīng)紗進(jìn)入上漿輥和主壓漿輥之間的擠壓區(qū)，紗線表面的泡沫經(jīng)擠壓后破裂，使?jié){液附著在經(jīng)紗表面，于是經(jīng)紗上的毛羽貼伏于經(jīng)紗表面，降低了有害毛羽數(shù)量。

圖1 泡沫上漿裝置示意圖［8］

1.2 泡沫上漿工藝

泡沫上漿的漿液由漿料、發(fā)泡劑、助劑、水和空氣等組成。泡沫上漿用漿料要求為高濃低黏型漿料。因為壓漿輥壓出的經(jīng)紗回潮率低，要達(dá)到一定的上漿率，漿液的含固率不能低；而且漿液黏度大會加大阻力，機(jī)械攪拌難以帶動漿液使空氣進(jìn)入其中，造成發(fā)泡困難［9］；同時要求漿料在表面活性劑的作用下具有一定的發(fā)泡能力。由于泡沫上漿在低溫條件下進(jìn)行，黏度大的普通淀粉漿料不能用于泡沫上漿［10］。泡沫上漿用發(fā)泡劑不僅要求發(fā)泡能力強(qiáng)、泡沫穩(wěn)定性好，還要求與漿料有良好的相容性。目前，泡沫上漿用發(fā)泡劑主要有陰離子型、非離子型以及兩者的復(fù)配型。在相同條件下，陰離子型發(fā)泡劑的起泡速度快，而非離子型發(fā)泡劑的泡沫穩(wěn)定性好［11］。在選擇泡沫上漿用助劑時盡量不用油脂，因為油脂擴(kuò)散在泡沫表面使泡沫韌度下降，泡沫易破裂；油脂分散在液膜內(nèi)部使?jié){液分子間結(jié)合松弛，漿液的自黏性減弱，成膜性變差，嚴(yán)重破壞漿液的發(fā)泡性［12］。

由表1 可知，部分醇解的PVA 漿料（如PVA1788和PVA205）較其他漿料的發(fā)泡性能更好，主要是因為其水溶液不僅具有一定的表面活性，還具有一定的黏度，有效地提高了泡沫的穩(wěn)定性。在一定范圍內(nèi)，漿液濃度降低，發(fā)泡性能提高。漿液發(fā)泡后黏度一般比原液大，一方面是因為發(fā)泡后液相表面積擴(kuò)張，表面黏度大于液體黏度；另一方面是因為氣泡壁具有一定的彈性，增大了相對移動時的阻力。

表1 幾種漿料的發(fā)泡性［13］

由于帶液率低，泡沫上漿擁有節(jié)能環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)，更重要的是可以減輕壓漿輥的壓力，提高漿紗機(jī)的車速，減少經(jīng)紗粘著現(xiàn)象，降低被壓扁的程度，方便退漿，提高生產(chǎn)效率［14-15］。然而，發(fā)泡設(shè)備的研究和配方的開發(fā)是實現(xiàn)泡沫上漿的關(guān)鍵。陳維波等［16］在優(yōu)選單一發(fā)泡漿料的基礎(chǔ)上開發(fā)了優(yōu)質(zhì)的發(fā)泡漿料配方，使得漿出的紗線耐磨性能提高、毛羽貼伏效果變好，實現(xiàn)了泡沫上漿的連續(xù)化生產(chǎn)，達(dá)到了經(jīng)濟(jì)效益和服裝舒適度的共同增長［17］。

2 泡沫絲光

泡沫絲光是指使用泡沫代替工作液對織物進(jìn)行絲光。泡沫絲光是在濃堿溶液中加入發(fā)泡劑，經(jīng)機(jī)械攪拌后使溶液形成泡沫，可選用單面或雙面涂覆方式實現(xiàn)單面絲光或雙面絲光，主要用于牛仔布。傳統(tǒng)絲光是將織物用濃堿溶液浸軋，而泡沫絲光是將織物在泡沫層中處理后進(jìn)行軋壓。

2.1 泡沫絲光原理

泡沫絲光在強(qiáng)堿條件下進(jìn)行，要求發(fā)泡劑有良好的耐強(qiáng)堿穩(wěn)定性和滲透性。泡沫絲光是在含有強(qiáng)堿的溶液中加入發(fā)泡劑，采用機(jī)械攪拌的方法引入空氣使溶液發(fā)泡形成泡沫，再經(jīng)施泡機(jī)均勻地涂覆到織物上。絲光液泡沫和織物接觸后迅速破裂，在毛細(xì)管效應(yīng)的作用下堿液被織物吸收；同時，泡沫破裂產(chǎn)生的沖擊力也有助于堿液在織物內(nèi)部滲透。在濃堿條件下，纖維發(fā)生膨脹使得纖維素分子鏈之間的氫鍵斷裂、范德華力減弱，分子鏈重新排列并取向形成新鍵，提高織物的尺寸穩(wěn)定性，降低縮率，并獲得耐久的光澤，達(dá)到絲光效果［18］。

2.2 泡沫絲光工藝

與傳統(tǒng)絲光相比，泡沫絲光濃堿用量僅為常規(guī)絲光的30%，有效地緩解了常規(guī)絲光易卷邊拉破的問題。在實際生產(chǎn)中，泡沫絲光設(shè)備在傳統(tǒng)絲光設(shè)備的基礎(chǔ)上需要增加發(fā)泡機(jī)、施泡機(jī)、控制裝置等設(shè)備，發(fā)泡劑的耐強(qiáng)堿穩(wěn)定性和滲透性問題是泡沫絲光工藝的難點(diǎn)。文水平等［19］在牛仔布泡沫絲光工藝中篩選出高耐堿性和高穩(wěn)定性的發(fā)泡劑（表面活性劑，用量均為10 g/L），在絲光堿液條件下測試不同表面活性劑的發(fā)泡比、發(fā)泡高度和半衰期，結(jié)果如表2所示。仲烷基磺酸鈉（SAS60）和十二烷基二甲基甜菜堿（BS-12）在強(qiáng)堿條件下的起泡性稍差，而異辛醇硫酸鈉（PT808）和TO-9 磷酸酯（異構(gòu)十三碳醇聚氧乙烯醚磷酸單酯、雙酯的混合物）的起泡、穩(wěn)泡效果較好。因此，在泡沫絲光過程中可選擇PT808 和TO-9 磷酸酯作為發(fā)泡劑，大幅改善泡沫絲光工藝。將多種表面活性劑進(jìn)行復(fù)配，在復(fù)配過程中增加強(qiáng)堿條件下發(fā)泡性能好的發(fā)泡劑用量，由于協(xié)同效應(yīng)，配制的泡沫絲光液發(fā)泡指標(biāo)比單一發(fā)泡劑稍有提高。

表2 絲光堿液中各表面活性劑的發(fā)泡指標(biāo)

泡沫絲光與常規(guī)絲光相比，NaOH 以泡沫態(tài)而不是以液態(tài)進(jìn)行絲光，有效地降低了織物的帶液率，且對部分厚重織物可以選擇其中一面進(jìn)行單面絲光處理，具有特殊的風(fēng)格［20-21］。采用泡沫技術(shù)對織物進(jìn)行絲光，堿液滲透更好，降低耗水量和加工成本，節(jié)約能源，減少污水排放，但目前面臨的主要問題是耐堿發(fā)泡劑和耐堿滲透劑的選擇。由于泡沫絲光織物的帶液率較低，要達(dá)到與常規(guī)絲光相同的效果，必須加大堿液用量，一般大于250 g/L。在此條件下，常規(guī)發(fā)泡劑和滲透劑大多會沉淀，很難形成泡沫［22］。

3 泡沫增白

通常棉織物或滌棉混紡織物漂白后白度會有很大程度的提高，但成品織物還必須進(jìn)行增白處理。常規(guī)的增白工藝是采用浸軋法使織物浸漬在含增白劑的溶液中，讓增白劑在織物上均勻分布。由于織物往往只需表面增白，可采用泡沫增白法［23］。

3.1 泡沫增白原理

泡沫增白是將具有良好相容性的增白劑與發(fā)泡劑均勻混合后，通過發(fā)泡裝置發(fā)泡后施加到織物上。泡沫增白法可通過調(diào)節(jié)泡沫的潤濕性來控制增白劑對織物的滲透程度，使增白劑盡量停留在織物表面，進(jìn)而提高增白效果。這樣既可以通過減少增白劑和水用量來降低成本，又可以提高環(huán)保性。

3.2 泡沫增白工藝

常規(guī)增白工藝采用二浸二軋法，因織物帶液率高，所以處理后需要在高溫下焙烘。而泡沫增白使用空氣代替部分水作為稀釋劑，使工作液轉(zhuǎn)變?yōu)榕菽螒B(tài)，降低織物的帶液率，因此只需室溫晾干或短時間焙烘，可節(jié)約烘燥能量。兩者浸軋液配方對比如表3所示［24］。

表3 泡沫增白工藝和常規(guī)增白工藝配方對比

經(jīng)泡沫增白后，織物經(jīng)緯向的硬挺度均較常規(guī)增白工藝高，手感厚實；織物白度與常規(guī)增白工藝相當(dāng)，但泡沫增白處理后織物正反面白度稍有差異，通常正面白度比反面高約2%。這是由于泡沫增白技術(shù)帶液率低，在單面施加泡沫的情況下，增白劑不能完全滲透到織物反面。

在泡沫增白過程中，泡沫液多為中性，因此對增白劑的耐酸堿性要求不高，但需與纖維有非常好的結(jié)合力。不同纖維選擇不同的增白劑，為了使泡沫增白法中的發(fā)泡原液各組分保持良好的相容性，發(fā)泡劑需要根據(jù)增白劑的離子類型進(jìn)行選擇。天然纖維素纖維用增白劑一般為親水性的陰離子型。這類增白劑通常為三嗪基氨基二苯乙烯類［25-26］，含有磺酸基，能耐氯漂和氧漂。蛋白質(zhì)纖維增白在酸性浴中進(jìn)行，發(fā)泡劑需耐酸，熒光增白劑一般為香豆素衍生物和二苯乙烯聯(lián)苯類［27］。在合成纖維中，滌綸作為一種結(jié)晶度高的疏水性纖維，常用分子質(zhì)量較小的非離子型表面活性劑作為增白劑，目前使用的增白劑有二苯乙烯苯類和苯并唑類［28-29］；腈綸上的酸性基團(tuán)帶有負(fù)電荷，應(yīng)選用陽離子型增白劑；醋酸纖維表面帶負(fù)電，在水中的膨化度很低，需用非離子型熒光增白劑；聚酰胺纖維是親水性纖維，可使用疏水性的非離子型增白劑或者親水性的陰離子型增白劑［30］。

4 其他泡沫前處理

泡沫前處理技術(shù)應(yīng)用于染整前處理中的退漿、精練、漂白和濕熱定形。泡沫退漿應(yīng)根據(jù)織物品種和織物上的漿料組成等因素選擇退漿方法，進(jìn)而選擇合適的發(fā)泡劑。泡沫精練法中，精練液由精練劑、發(fā)泡劑、絡(luò)合劑、乳化劑和分散劑等組成，常用稀燒堿溶液作為精練劑，因此對發(fā)泡劑的耐強(qiáng)堿性要求不高。泡沫漂白應(yīng)用在濕織物加工時需要低發(fā)泡比。在泡沫濕熱定形處理中，李樺等［31］利用泡沫施加設(shè)備將整理液施加到軋水后的針織布上，經(jīng)過拉幅烘干得到成品面料。

5 結(jié)語

泡沫前處理技術(shù)作為一種環(huán)境友好型技術(shù)可以應(yīng)用到紡織品染整前處理加工中的諸多環(huán)節(jié)，在降低能耗、提高生產(chǎn)效率及提升產(chǎn)品質(zhì)量方面具有很好的效果。然而在實際生產(chǎn)中，泡沫前處理加工技術(shù)還存在一些缺點(diǎn)和局限性，比如與漿紗機(jī)速度相匹配的均勻施泡裝置研發(fā)，漿料黏度、配方的混溶性和發(fā)泡后泡沫穩(wěn)定性的改善，耐強(qiáng)堿穩(wěn)定性和滲透性的絲光用發(fā)泡劑選擇，與發(fā)泡原液組分相容的增白劑研發(fā)等。雖然泡沫前處理工藝有這些局限性，但并不妨礙其在未來生產(chǎn)加工中的應(yīng)用和推廣。在當(dāng)前節(jié)能減排的大背景下，泡沫前處理加工技術(shù)以其獨(dú)有的優(yōu)勢滿足了低上漿、易退漿、減少堿用量、單面增白等要求。