【集萃网观察】【摘要】泡沫整理是一种节能效果十分显著的染整加工方法，在当前以绿色环保、生态染整为工业生产主题和国家节能、降耗、减排政策的推动下，重新受到人们的重视和青睐。文章阐述了泡沫的形成及其稳定机理，介绍了发泡剂和稳定剂的选择、泡沫整理设备系统的组成、国内外泡沫整理技术的研究和应用现状及最新进展情况，并对泡沫整理的应用前景进行了展望。

    【关键词】泡沫整理；发泡剂；稳泡剂；动态发泡器；泡沫施加器

    【中图分类号】TSl90.5文献标识码：B文章编号：1005-9350(2008)ll-0011-05

    泡沫整理工艺是受20世纪70年代能源危机的影响，在国外迅速发展起来的一种低给液、高节能的染整加工技术。它是将气体通入含有表面活性剂的工作液中，通过混合剪切后生成众多微小气泡组成的体积庞大的泡沫，替代染整浴中的水，然后被施加到织物上，使织物的带液率由传统的60％～80％下降到15％～30％，从而可节约烘燥能耗50％以上。此外，它还具有降低蒸发过程中染化料泳移、提高生产车速、节约染化料和减少废水排放等诸多优点，因此引起了人们的普遍关注。我国曾在上世纪80年代掀起了一波研究开发的高潮，其相关技术成果先后被国内许多印染企业应用，生产加工了各种织物近亿米，产品经质量检验合格后被投放到国内外市场。但限于当时的生产设备自动化程度不高、操作繁琐和人们环保意识薄弱，此项节能技术没有得到应有的发展[1-2]。

    近年来，随着能源紧张和水资源缺乏，人们的环保意识大大增强：国家加大了对自然环境的保护力度，严格实行节能、降耗、减排的政策；各印染企业在降低生产成本、减少能源消耗和废水排放方面的压力倍增，这些因素使得泡沫整理这项节能效果非常显著的染整加工技术重新受到人们的重视和青睐。据悉，国内外一些科研单位和企业正在积极研发新的泡沫整理设备和相关工艺，采用先进的计算机控制技术，大大提高了机器的自动化程度，降低了操作难度，提高了生产效率。

    l  基本原理

    1.1  泡沫的稳定机理

    泡沫是热力学不稳定体系，根据Gibbs原理，体系总是趋向于表面能较低的状态，因此泡沫有自发破裂的倾向。泡沫的稳定性及流动性是决定其在实际生产中可行性的两个重要因素。泡沫稳定性是指泡沫保持其所含液体及维持自身存在的能力，主要取决于排液的快慢和液膜的强度。气泡间的液体在压力和重力的作用下总在不断地被排出，液膜逐渐变薄，这是由于气、液相对密度和界面两侧之间的压差引起的。体相粘度大的液体，排液速度慢，因而泡沫较稳定。当排液至一定程度。即气泡液膜薄至一定程度时，气泡是否还稳定，主要取决于界面保护膜的粘度、膜强度、气体透过能力、界面上的分子密度及电荷密度等因素。泡沫的稳定性用泡沫半衰期表示，半衰期越长，泡沫越稳定。另外，相同条件下的发泡原液其发泡倍率越大，泡沫越均匀，也就越稳定，这是因为产生的泡沫中含空气量越多，液膜含液量少，排液较慢，半衰期较长。

    1.2   发泡剂和稳定剂的选择

    常用发泡剂有阴离子型的十六烷基磺酸钠(AS)，十二烷基硫酸钠(SDS)，十二烷基苯磺酸钠(ABS)等；非离子型的有烷基醇聚氧乙烯醚，烷基酚聚氧乙烯醚，椰油酰二乙醇胺(洗涤剂6501)等。近年来，为了满足生态环保需要，开发出一些新型绿色表面活性剂，如烷基糖苷(APG)、烷基葡萄糖酰胺(APA)、天然茶皂素、松香聚氧乙烯酯(RPGC)和某些Gemini型表面活性剂均具有良好的发泡性能，是比较理想的环保型发泡剂。一般阳离子型表面活性剂发泡能力差且价格较贵，故很少使用；阴离子型发泡剂起泡速度快，但形成泡沫的稳定性较差；而非离子型发泡剂起泡性能稍差，但泡沫稳定性较好，且相容性好，能与各种离子型表面活性剂复配，不受树脂整理液中金属盐的影响。对于不同泡沫整理工艺，应采用相应类型的发泡剂，需防止发泡剂与整理剂不相容，影响整理效果。

    泡沫稳定剂主要有两类。第一类是增粘型稳定剂，主要是通过提高发泡液的粘度来减缓泡沫的排液速率，延长泡沫半衰期，从而提高泡沫的稳定性，属于此类物质的有聚乙烯醇(PVA)、羧甲基纤维素(CMC)、羟乙基纤维素(HEC)等；第二类稳定剂其主要作用是提高泡沫薄膜的质量，增加薄膜的粘弹性，减少泡沫的透气性，从而提高泡沫的稳定性，如在SDS中加入正十二醇就是属于这种情况。在实际使用过程中，将羟乙基纤维素和十二醇混合使用，既提高了发泡液的本体粘度，又提高了泡沫液膜的表面粘度，大大增加了泡沫的稳定性。

    1.3   泡沫整理设备

    泡沫整理设备主要由控制系统、发泡装置和泡沫施加装置三大部份组成。发泡装置主要有静态式发泡器和动态式发泡器两大类。泡沫施加装置大致可以归纳为六种：刮刀式，辊筒式，橡毯真空抽吸式，网带式，圆网式和狭缝式[3]。以上海太平洋机电集团印染机械分公司生产的动态狭缝式泡沫整理系统为例，它主要包括控制系统、泡沫发生器和泡沫施加器三部分，其构成和加工流程如图l所示。该系统最大的特点是采用智能微机控制系统，可根据加工织物的品种和规格，通过触摸式操作界面设定和正确控制生产工艺参数，如发泡量、发泡比等。发泡器采用目前流行的动态式泡沫发生器(见图2)，通过转子与定子的相对转动将液体和气体剪切混合后形成泡沫，具有重演性好、可控性强和发泡倍率范围广等优点。泡沫施加器采用圆筒狭缝式泡沫施加装置(见图3)，其特点是泡沫依次通过狭缝涂敷到织物上，并在压力状态下迅速渗透到织物内部，不易产生空壳泡，而且泡沫在织物上的施加均匀性好。

    2   泡沫整理工艺及研究现状

    2.1  泡沫树脂整理

    棉和涤／棉混纺织物的防皱整理，最常用的整理剂主要是树脂整理剂。织物经树脂整理后，能达到满意的折皱回复角，但这种满意的折皱回复角是以牺牲织物的强力和耐磨性能为代价的。经大量试验发现[4]，树脂整理时整理剂施加不均匀是织物强力损失的主要原因之一，而产生不均匀施加的主要原因是织物在烘干过程中整理剂发生泳移所造成的。使用浸轧-预烘-焙烘的加工方式时，纯棉织物上会有约28％的溶液发生泳移，而使用泡沫整理工艺可大大降低泳移量或消除泳移现象，改善了织物上树脂分布的均匀性，从而提高了织物的强力。这是因为随着带液量的减小，织物烘干时水分蒸发减少，织物毛细管中的整理液也不会随着表面液体减少产生的液差而泳移到织物表面上来，从而减少了烘干过程中的泳移量。此外，在达到相同整理效果的同时，使用泡沫整理的方法比常规浸轧法节省树脂及助剂用量约10％左右，而且还可改善织物的手感。

    2.2泡沫柔软整理

    美国的Angel0 J，Sabia[5]等在利用各种有机硅整理剂对不同织物进行柔软整理时，采用的就是泡沫整理技术(FFT)。他们重点研究了几种典型有机硅柔软剂FFT泡沫整理配方，并且把这些配方的泡沫整理织物的各项性能与通常的浸轧法在同样织物和化学整理剂用量时作了比较。研究结果表明，用有机硅与耐久压烫树脂一起处理后的65／35涤／棉织物、83／17棉／涤灯芯绒和纯棉劳动布，在所测量织物的各项性能范围内，FFT法与浸轧法没有明显的实质性的差异，而且两种方法都能增加织物柔软度，并且还能改善物理性能。

    2.3  泡沫阻燃涂层整理

    刘森[6]在研究涤／棉织物阻燃整理时，选用溴锑涂层阻燃剂(CFA)，采用泡沫背涂工艺进行阻燃整理，能够使涤棉织物获得良好的阻燃效果，达到国家GB5455—85标准，确保了作为装饰用途的需要。朱光林、魏征[7]等选择乙烯类聚合物作涂层粘合剂，溴类及氮磷类化合物作阻燃剂，对厚重棉织物进行泡沫阻燃整理，使厚重织物具有优良的阻燃效果，且不损伤织物强力和手感。整理织物阻燃效果达到BS5852等阻燃标准，且织物手感柔软、透气性好、安全性高。姜伟伟，施菊[8]等采用稳泡的阻燃涂层胶对丙纶织物进行泡沫阻燃涂层整理，研究了涂层的工艺条件(涂层机和发泡机的各项参数)，分析了涂层刀距、阻燃胶密度和上胶量对涂层织物阻燃性能的影响，以及泡沫密度、压泡压力与织物透气性和涂层膜的关系。与传统工艺相比，采用泡沫阻燃整理，既简化工艺流程，又降低了生产成本。

    此外，国外有报道[9]称，利用新型的聚硅氧烷泡沫，采用泡沫整理工艺(FFT)涂敷于地毯的背面，可以赋予地毯阻燃性能。这种新型的聚硅氧烷泡沫符合UL*94的要求，泡沫涂层量在3.2 mm时为V-0级，并具有ASTMD2863限氧指标30，对燃烧有自熄性和阻止性。还有该泡沫不含氰化物和卤素，因此燃烧产生的副产品毒性较低。

    2.4  泡沫防(拒)水、吸湿整理

    目前，对衬衫等织物使用常规的浸轧法作为拒水整理工艺，织物两面都有拒水性，就不能吸汗，穿着时会感到不舒适。据报道[10]，日本有研究者采用Gaston—county制的FFT泡沫整理机，试制了一种既有拒水效果又有吸汗和排汗功能的双面整理织物，拒水性为70(拒水性以0～100表示，100为最好)，织物反面的吸湿性也得到了提高，透湿效果也较理想。其整理方法是先用泡沫施加拒水剂，使拒水剂只浸透到织物的一半厚度，再在反面按同样方法施加吸湿剂，也渗透一半。双面泡沫整理在技术上的关键是在整理时不使整理剂渗透到反面。

    上海市印染技术研究所的顾丽华、姜兴华[11]采用泡沫涂层工艺，使用EA—BA—AN等水分散性乳液型泡沫涂层胶，对丝绸型面料(包括人造棉、仿真丝、真丝)进行了微孔防水透湿涂层产品的研制，成功研制了一种稳定的泡沫涂层系统，用于开发防水、透湿性服装面料，特别是将轻薄型面料开发成为秋冬季服装面料，赋予服装舒适性和功能性，并为高透湿、透气、防水涂层工艺开辟了一条途径。

    2.5  泡沫增白整理

    由于织物(特别是厚重织物)只需表面得到增白即可，使用泡沫法增白可以通过调节泡沫的施加量，以控制增白剂的渗透程度。使大部分增白剂停留在织物表面，以提高增白剂的有效用量。对于要求不高的织物来说，泡沫加工还可以对织物进行单面增白。由于泡沫施加不如轧车浸轧那样均匀，因此泡沫增白整理大多用于白底印花布。

    2.6   多功能泡沫整理

    美国羊毛局、Union-Carbide公司和Gaston-County印染机械制造公司曾共同协作，采用泡沫整理工艺(FFT)对纯毛和毛混纺织物进行了防缩、拒水／拒油整理的研究。在纤维的吸液率为15％～30％ 的条件下，用Farbenfabriken Bayer公司生产的津塔普雷特BAP、Impranil DLH防缩整理剂和泽泼尔RN拒水／油性整理剂，采用双面泡沫施加工艺处理试样，织物整理后拒水／拒油性能良好，缩水率有了很 大的改善[12]。

    外科手术服既要求具有一定的拒水性能，又要求具有一定的抗菌、透湿性能。医务人员穿着才能安全、舒服。美国有研究者将PEG(交联的聚乙二醇)采用泡沫整理工艺(FFT)施加到具有拒水性能的非织造外科手术服织物的背面，赋予其抗微生物性能，并且增加了轻薄的非织造物表面的可润湿 性，而并不损害织物正面的拒水性[13]。

    紫外线一般能够穿透窗帘，在房间的朝阳面，屋内长期处在紫外线的照射下，对人体以及室内纺织品都不利，因此窗帘还应该具有阻燃、遮光等功能，对一些特殊的窗帘还需进行抗菌、芳香、抗静电等整理。如果用常规的浸轧方法进行整理，会消耗大量的化学品，增加生产成本，而且有些整理剂之间可能会相互作用，影响整理效果。使用泡沫涂层 的方法，对窗帘接触阳光的一面进行遮光和防紫外线整理，而另一面进行阻燃、抗菌、芳香、抗静电等整理，就可以大量节省化学品，还可减少整理剂之间的相互影响。

    另外，泡沫整理还可应用于非织造布的背面处理(地毯防落绒、粘合)及表面处理(防污、防水、抗菌防臭)，可节省原料、节能、降低成本和烘干设备小型化。

    3 最新研究进展

    国家“十一五”规划提出要以生态观念和符合绿色环保的要求开发新技术和新设备。近年来我国印染设备正朝着生态环保、节能降耗、省时高效等方面发展。要实现生态染整，首先要从能耗大、环境污染严重的传统印染机械和工艺入手。于是，国内外许多科研单位和印染企业开始研发新 的泡沫整理设备和工艺，并已取得了一定的进展和突破。   

    上海太平洋机电集团印染机械分公司与东华大学合作研制了新型动态圆筒狭缝式泡沫整理设备，该项目在浙江绍兴某印染厂进行了生产应用试验，并取得了成功。该泡沫整理机是典型的低给液、高节能型设备，主要用于纯棉、化纤及其混纺织物的柔软、树脂、防水、上浆、增白等各类泡沫整理。该机型节能降耗显著，能使配液耗水量下降50％～70％，化学药剂耗量降低5％～10％，节省烘燥热能55％以上。经树脂整理后织物含湿量低，可避免织物在烘干时产生”泳移”，减少了表面树脂，弹性指标高于常规浸轧整理。而且，该设备可与热定形机、松式烘干机、预缩机配合使用。

    香港DTC(Datacolor)科技有限公司生产的 Autofoam泡沫整理系统[14]目前在欧洲表现出色。该系统采用独特的双转盘动态式发泡器和全自动的控制器，并开发了四种不同的施泡机，分别适用于一般布料的化学品整理、地毯的背胶、PU或聚丙烯酸酯涂层、装饰布的阻燃整理、长毛地毯的防 污、防水、防虫和抗菌整理和无纺布的纤维粘结加工等。用户可根据自身的实际情况，对加工织物的品种、加工要求和质量、经济性能等因素合理选择所需施泡机类型。我国江苏、广东等地有些印染企业也购置和使用了该泡沫整理系统，主要用来进行各种织物的给湿拉幅和某些织物的后整理加工。 杭州永和纺织品涂层有限公司生产的智能发泡机RH-FD系列用于遮光窗帘、遮光卷帘、沙发布、植绒装饰布和服装面料的防水、阻燃等泡沫涂层整理，产品质量指标达到英国BS5852标准。

    美国Gaston Systems & Unichem公司推出的CFS泡沫整理系统是一种高效、节能、环保型设备体系，用于在低湿度环境下将泡沫化的化合物准确地施加于基布上(或基布)，如纺织品、地毯、无纺布等。该系统适合于不同品种织物的加工，不受织物组织结构及其组成的影响．可对织物进行单面或双面加工。由于该系统能使染化药剂在织物上正确定位，以致染化药剂用量减少、生产成本下降、产品质量提高、织物风格改善，而且节能环保。同时，该技术将不会仅限于对织物的整理与涂层．其应用将会拓展到对织物的染色加工。

    荷兰斯托克(STORK)公司CFT涂层和整理系统利用泡沫发生器把后整理剂做成泡沫状，施加于织物上，使织物的带水率由传统的65％降低到30％，减少了烘干机的负担，节省能源50％以上。

    原载：染整技术

    李永庚，许海育   东华大学化学化工与生物工程学院，上海201620

    岳海峰  上海太平洋机电集团印染机械分公司，上海200434