【集萃网观察】泡沫印花机理与特性

    泡沫印花一般过程是在含有染料和固色染料的助剂浓溶液中，加入发泡剂，用机械的方法打入空气，使其发泡形成泡沫，再使其达到一定的粘度，而制成泡沫印花色浆，泡沫色浆用印花机印到织物上以后，泡沫迅速全部破裂，染料渗透进入纤维，因其泡沫给液率低可以不用烘干。泡沫一旦和纤维表面接触，泡内液体通过毛细管效应，很快被纤维吸收，泡沫内空气立即外逸，又由于泡沫内的染料浓度高而水分少，不等深入纤维内部，就被迫均匀涂布在织物表面，使表面给色量增高。可想而知从泡沫和纤维的接触到破裂，时间是短暂的，大约是百分之一秒。印后同常规印花一样进行后处理，但由于印花浆中不含有胶类和糊料之物可以免去后处理中的洗涤工序。泡沫印花色浆需要什么样的泡沫呢？应该是在印到织物上之前，泡沫应十分稳定，印到织物上以后，又要求迅速破裂。泡沫不稳定在印花前便发生破裂，色浆粘度下降，就无法实现泡沫印花，若泡沫稳定性太高，印花后泡沫在织物上不能均匀地破裂，会给印花质量造成过多的影响。

    泡沫印花色浆的粘度与发泡比有密切的关系，发泡比就是一定体积待发泡液体的重量对同体积泡沫重量之比，可用下式来表示：

    发泡比=发泡前一定体积液体的重量

    发泡后同体积泡沫的重量

    发泡比与泡沫的密度有关，泡沫的密度是泡沫单位体积的重量，用g/ml表示。比如：发泡前液体密度为1g/ml，则空气含量为零，假设发泡比为10：1时，说明泡沫中含有9份的空气和1份液体，其密度为0.1g/ml，发泡比越高，泡沫的密度越降低，粘度越增高。在印花时，发泡沫比对获得满意的印制效果具有很重要的作用，不同印花方式所需的发泡比也是不相同的，它还受到染料的种类和浓度的影响，发泡比对涂料印制效果的影响，列如下表Ⅰ：

    表Ⅰ 发泡比对涂料印制效果的影响

    对泡沫的要求也和一般印花色浆一样应具有假性流体的特性，也就是说泡沫也应是它的粘度受剪切应力的影响，剪切应力越大，它的粘性就越小，粘度的减小是泡沫在剪切应力作用下改变了发泡比的关系。泡沫这种流变特性对泡沫印花色浆的应用起着重要作用。一般来说气泡越小，泡沫越稳定。在50-100㎝或更小的气泡，会产生乳油状泡沫，印花性能良好，且有良好的机械稳定性和贮藏稳定性。泡沫稳定性除上述因素外，还会受到液体的蒸发、热与对它施加的压力作用等外界影响，在制备泡沫印花色浆时，就要注意各种化学药剂、助剂和染料对泡沫体系的干涉影响。

    制备泡沫印花色浆

    泡沫印花色浆的组成，除了和常规印花一样，含有染料和染料固色所需要的助剂以外，还必需加入一定量的发泡剂、泡沫稳定剂等。使印花色浆进行发泡有两种方法：有空气注入法、机械搅拌法或两者联合的方法。空气注入法是一种最重要、使用最广泛的发泡方法，该法是将压缩空气通入含有发泡剂和其他助剂的色浆溶液中而产生泡沫。机械搅拌法也是一种最简单的发泡方法，含有发泡剂的色浆溶液在机械搅拌下，造成液相移动使其气—液界面急剧地增加而产生气泡，气泡移向该体系的上方并使之膨胀形成泡沫。也可采用以上两种方法的联合，即搅拌的同时注入空气，可达到有效而迅速地发泡，可以在较短时间内制备各种类型的泡沫。

    泡沫印花时，印花色浆的稳定性是十分重要的，印花色浆放置时或向丝网印花机或滚筒印花机输送印花色浆的粘度必须相当稳定，也就是说发泡比的变化不太明显，如果发泡比发生明显变化，对印花颜色的深浅会带来影响，为此，在采用泡沫体系进行印花时，必须解决印花色浆的这种不稳定性，在制备各种印花色浆时，利用抑制泡沫成长剂是有效手段之一。这种抑制泡沫成长剂的实际应用的商品有：Neodol—25(C8-C12脂族醇、壳牌石油制)；Antifoam  B（二甲基硅氧烷、道康宁制）；Santiszer  141(亚磷酸盐、孟由都制)。使用这种抑制泡沫成长剂，添加量为0.01%-15%,具有能限制超过规定程度的发泡，使发泡比较稳定。添加时间很重要，必须在达到预定发泡比的泡沫组成物中添加，这时抑制剂将膨胀着的泡沫全部表面包覆起来，具有有效地抑制泡沫成长的作用。

    泡沫在涂料印花工艺中的使用

    由于节能的需要，国外对泡沫技术在印染印花工业中的应用很重视，泡沫印花已获成功，泡沫印花除上述那种泡沫印花色浆中不用胶类和糊料的染料泡沫印花外，还有一种涂料泡沫印花法，Tennants Textile colours公司在它的英国专利中介绍了一种涂料泡沫印花方法，该专利规定，印花浆泡沫密度不得大于0.7g/ml，其粘度范围为2-20Pa .s，并认为这个印花方法采用园网印花技术特别奏效。

    涂料泡沫印花浆的制备方法是将含有增粘剂、粘合剂与表面活性剂等的水溶液组成物，在不溶性惰性气体存在下搅拌变稠，使其产生泡沫，泡沫体积为原水溶液体积的1.5-3倍。任何水溶性增稠剂均可使用，但最合适的是聚丙烯酸类增稠剂；最适宜的粘合剂为丙烯酸脂与丙烯腈的半交联乳化液聚合物。表面活性剂（发泡剂）最好用十二烷基硫酸纳，为了帮助印花浆水溶液产生泡沫，最好要按溶液重量加入0.05%-0.5%的海藻酸纳，它能够改进泡沫的结构，另外按水溶液重量的0.5%-50%加入十二烷醇或刀害，目前尚在研究采用易蒸发掉的发泡剂和稳定剂深受印花业的关注。

    现对泡沫涂料印花浆处方举例如下：

    增稠剂（聚丙烯酸类）                                   5g

    粘合剂（丙烯酸脂—丙烯腈—羟甲基丙烯酰胺共聚物乳液）  40g

    海藻酸纳                                               2g

    十二烷基硫酸纳                                        10g

    十二烷醇                                              10g

    氨水                                                   5g

                                                           1kg

    上述配方制成泡沫溶液以后再与涂料色浆混合，制备好的印花色浆，可用园网印花机印于织物上（如绵织物），印花织物经烘干后在150℃热处理3min。

    英国Alliea  colloias 公司推荐使用增稠剂Alcoprint PTF     用于涂料泡沫印花，可以产生极稳定的泡沫，可以在园网印花机上使用。

    例举典型印花色浆配方：

    氨水                                      5g

    Alcoprint  PTF                           19g

    硬脂酸铵                                  6g

    十二烷基硫酸纳                           10g

    Alcoprint  PBA（粘合剂）                 22g

    涂料                                     X

                                             1 L

    此色浆混合后其粘度约为5Pa .s，从印浆与倍于体积的空气混合产生发泡比为5：1的泡沫，印制效果特别柔软而清晰（发泡比对涂料印制效果的影响可参见前述表1中的结果）。

    泡沫印花工艺操作中注意要点

    ⑴印花前应对印花设备如花筒、园网、平网彻底加以清洗，除去有消泡作用的火油，以防印制中引起不必要的麻烦。

    ⑵在平网印花中，色浆应以少量而连续地加入为好，以免在长时间的运转中产生表面干燥，阻塞筛网孔，刮刀压力与常规印花相同或略大。

    ⑶在园网印花中，色浆输送管道应光滑，管道不宜过长。

    ⑷在滚筒印花中，花纹雕刻不宜过深，刮刀应十分锋利，给浆辊应是短硬毛的。

    ⑸可使用发泡比相同的贮备浆进行稀释，但印花前要进行均匀混合。

    ⑹对未使用的泡沫色浆可贮存2-3天，在贮存前应对保管的泡沫体积作出标记，以便在用前经过简单搅拌即可重新恢复原来体积。贮存容器应加盖密封放于阴凉处，防止因环境温度升高破坏泡沫体系。

    ⑺涂料泡沫印花色浆如果控制相同发泡比，增加粘合剂用量，印浆粘度会增大，泡沫稳定性会提高，若增加增稠剂用量，也会提高泡沫稳定性，它比使用稳定剂效果还显著，但用量不宜过多，否则会影响泡沫的排液速率。

    ⑻若长时间连续印花时，若只用一只浆桶供给泡沫色浆时，必须对泡沫色浆进行不断缓慢搅拌。

    ⑼防止涂料泡沫色浆接触酸、碱、酒精等化学物质，以免破坏泡沫体系。

    ⑽泡沫印花具有比常规印花手感柔软和表面给色量高等优点，但工业中最大的研究课题是如何保证在整个印制操作，泡沫密度不发生变化，不然由于密度的不一致性导致印花色泽深浅不一。

    ⑾泡沫大小应控制一致，不然会带来不良的印制效果，印制过程中不让发泡比上升，否则会引起色浅或拖刀等不良后果。 

    泡沫印花的发展前景

    采用泡沫印花染整技术较早又获得成功的是瑞士的山可瓦德（Sancowad）印花染色法。随后各国竞相研究泡沫染整与印花技术，国外已有三十多家公司开发了泡沫染整设备，比较著名的有美国加斯顿染色机公司（Gaston county）的FFT体系，德国屈斯特尔（Kusters）的单面、双面泡沫染整机，荷兰的斯托克、布拉班特（Stork  Brabant）公司的园网泡沫印花机、奧地利的齐默（Zimmer）磁棒泡沫印花系统等。国内也研制出了SP、SP2型双面施泡机，YJ-200-800型发泡机。国内在泡沫整理研制成功的基础上，对泡沫印花也正在进行积极的研究开发工作，如：东华大学（原中国纺织大学）与无锡印染厂和常州第四印染厂合作运用直接、活性、分散等染料和涂料，采用直接印花工艺，在手工台板、平网、园网和輥筒印花机上，成功地进行了泡沫印花生产，印制了大量的织物。从大量的试验性生产中总结出的经验：是还必须从泡沫稳定性和印花清晰度等方面进行改进研究提高，并且应研究开发出简便易行的多功能的泡沫发生器和泡沫施加器，才能便于推广应用。产生具有一定特性的泡沫是泡沫印花技术的关键，有的工厂采用普通搅拌机以2000r/min，搅拌8min，可获得好的发泡效果。其中较成功的有两种方式：一种是利用现有常规设备，略加改进，并增添发泡专用设备即可，投资不大，易被接受，另一种是强调发泡剂的选用，只须调控流量即可达到泡沫施加参数，易控制，较精确，适应性及重视性较好。由于泡沫印花吸液率低，有时可省去红外线预烘装置并可加快车速等优点。

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