【摘要】泡沫整理是一種節能效果十分顯著的染整加工方法，在當前以綠色環保、生態染整為工業生產主題和國家節能、降耗、減排政策的推動下，重新受到人們的重視和青睞。文章闡述了泡沫的形成及其穩定機理，介紹了發泡劑和穩定劑的選擇、泡沫整理設備系統的組成、國內外泡沫整理技術的研究和應用現狀及最新進展情況，并對泡沫整理的應用前景進行了展望。
【關鍵詞】泡沫整理；發泡劑；穩泡劑；動態發泡器；泡沫施加器
【中圖分類號】TSl90.5文獻標識碼：B文章編號：1005-9350(2008)ll-0011-05
泡沫整理工藝是受20世紀70年代能源危機的影響，在國外迅速發展起來的一種低給液、高節能的染整加工技術。它是將氣體通入含有表面活性劑的工作液中，通過混合剪切后生成眾多微小氣泡組成的體積龐大的泡沫，替代染整浴中的水，然后被施加到織物上，使織物的帶液率由傳統的60％～80％下降到15％～30％，從而可節約烘燥能耗50％以上。此外，它還具有降低蒸發過程中染化料泳移、提高生產車速、節約染化料和減少廢水排放等諸多優點，因此引起了人們的普遍關注。我國曾在上世紀80年代掀起了一波研究開發的高潮，其相關技術成果先后被國內許多印染企業應用，生產加工了各種織物近億米，產品經質量檢驗合格后被投放到國內外市場。但限于當時的生產設備自動化程度不高、操作繁瑣和人們環保意識薄弱，此項節能技術沒有得到應有的發展[1-2]。
近年來，隨著能源緊張和水資源缺乏，人們的環保意識大大增強：國家加大了對自然環境的保護力度，嚴格實行節能、降耗、減排的政策；各印染企業在降低生產成本、減少能源消耗和廢水排放方面的壓力倍增，這些因素使得泡沫整理這項節能效果非常顯著的染整加工技術重新受到人們的重視和青睞。據悉，國內外一些科研單位和企業正在積極研發新的泡沫整理設備和相關工藝，采用先進的計算機控制技術，大大提高了機器的自動化程度，降低了操作難度，提高了生產
l基本原理
1.1泡沫的穩定機理
泡沫是熱力學不穩定體系，根據Gibbs原理，體系總是趨向于表面能較低的狀態，因此泡沫有自發破裂的傾向。泡沫的穩定性及流動性是決定其在實際生產中可行性的兩個重要因素。泡沫穩定性是指泡沫保持其所含液體及維持自身存在的能力，主要取決于排液的快慢和液膜的強度。氣泡間的液體在壓力和重力的作用下總在不斷地被排出，液膜逐漸變薄，這是由于氣、液相對密度和界面兩側之間的壓差引起的。體相粘度大的液體，排液速度慢，因而泡沫較穩定。當排液至一定程度。即氣泡液膜薄至一定程度時，氣泡是否還穩定，主要取決于界面保護膜的粘度、膜強度、氣體透過能力、界面上的分子密度及電荷密度等因素。泡沫的穩定性用泡沫半衰期表示，半衰期越長，泡沫越穩定。另外，相同條件下的發泡原液其發泡倍率越大，泡沫越均勻，也就越穩定，這是因為產生的泡沫中含空氣量越多，液膜含液量少，排液較慢，半衰期較長。
1.2發泡劑和穩定劑的選擇
常用發泡劑有陰離子型的十六烷基磺酸鈉(AS)，十二烷基硫酸鈉(SDS)，十二烷基苯磺酸鈉(ABS)等；非離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(洗滌劑6501)等。近年來，為了滿足生態環保需要，開發出一些新型綠色表面活性劑，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型表面活性劑均具有良好的發泡性能，是比較理想的環保型發泡劑。一般陽離子型表面活性劑發泡能力差且價格較貴，故很少使用；陰離子型發泡劑起泡速度快，但形成泡沫的穩定性較差；而非離子型發泡劑起泡性能稍差，但泡沫穩定性較好，且相容性好，能與各種離子型表面活性劑復配，不受樹脂整理液中金屬鹽的影響。對于不同泡沫整理工藝，應采用相應類型的發泡劑，需防止發泡劑與整理劑不相容，影響整理效果。
泡沫穩定劑主要有兩類。第一類是增粘型穩定劑，主要是通過提高發泡液的粘
1.3泡沫整理設備
泡沫整理設備主要由控制系統、發泡裝置和泡沫施加裝置三大部份組成。發泡裝置主要有靜態式發泡器和動態式發泡器兩大類。泡沫施加裝置大致可以歸納為六種：刮刀式，輥筒式，橡毯真空抽吸式，網帶式，圓網式和狹縫式[3]。以上海太平洋機電集團印染機械分公司生產的動態狹縫式泡沫整理系統為例，它主要包括控制系統、泡沫發生器和泡沫施加器三部分，其構成和加工流程如圖l所示。該系統最大的特點是采用智能微機控制系統，可根據加工織物的品種和規格，通過觸摸式操作界面設定和正確控制生產工藝參數，如發泡量、發泡比等。發泡器采用目前流行的動態式泡沫發生器(見圖2)，通過轉子與定子的相對轉動將液體和氣體剪切混合后形成泡沫，具有重演性好、可控性強和發泡倍率范圍廣等優點。泡沫施加器采用圓筒狹縫式泡沫施加裝置(見圖3)，其特點是泡沫依次通過狹縫涂敷到織物上，并在壓力狀態下迅速滲透到織物內部，不易產生空殼泡，而且泡沫在織物上的施加均勻性好。
2泡沫整理工藝及研究現狀
2.1泡沫樹脂整理
棉和滌／棉混紡織物的防皺整理，最常用的整理劑主要是樹脂整理劑。織物經樹脂整理后，能達到滿意的折皺回復角，但這種滿意的折皺回復角是以犧牲織物的強力和耐磨性能為代價的。經大量試驗發現[4]，樹脂整理時整理劑施加不均勻是織物強力損失的主要原因之一，而產生不均勻施加的主要原因是織物在烘干過程中整理劑發生泳移所造成的。使用浸
2.2泡沫柔軟整理
美國的Angel0J，Sabia[5]等在利用各種有機硅整理劑對不同織物進行柔軟整理時，采用的就是泡沫整理技術(FFT)。他們重點研究了幾種典型有機硅柔軟劑FFT泡沫整理配方，并且把這些配方的泡沫整理織物的各項性能與通常的浸軋法在同樣織物和化學整理劑用量時作了比較。研究結果表明，用有機硅與耐久壓燙樹脂一起處理后的65／35滌／棉織物、83／17棉／滌燈芯絨和純棉勞動布，在所測量織物的各項性能范圍內，FFT法與浸軋法沒有明顯的實質性的差異，而且兩種方法都能增加織物柔軟度，并且還能改善物理性能。
2.3泡沫阻燃涂層整理
劉森[6]在研究滌／棉織物阻燃整理時，選用溴銻涂層阻燃劑(CFA)，采用泡沫背涂工藝進行阻燃整理，能夠使滌棉織物獲得良好的阻燃效果，達到國家GB5455—85標準，確保了作為裝飾用途的需要。朱光林、魏征[7]等選擇乙烯類聚合物作涂層粘合劑，溴類及氮磷類化合物作阻燃劑，對厚重棉織物進行泡沫阻燃整理，使厚重織物具有優良的阻燃效果，且不損傷織物強力和手感。整理織物阻燃效果達到BS5852等阻燃標準，且織物手感柔軟、透氣性好、安全性高。姜偉偉，施菊[8]等采用穩泡的阻燃涂層膠對丙綸織物進行泡沫阻燃涂層整理，研究了涂層的工藝條件(涂層機和發泡機的各項參數)，分析了涂層刀距、阻燃膠密度和上膠量對涂層織物阻燃性能的影響，以及泡沫密
此外，國外有報道[9]稱，利用新型的聚硅氧烷泡沫，采用泡沫整理工藝(FFT)涂敷于地毯的背面，可以賦予地毯阻燃性能。這種新型的聚硅氧烷泡沫符合UL*94的要求，泡沫涂層量在3.2mm時為V-0級，并具有ASTMD2863限氧指標30，對燃燒有自熄性和阻止性。還有該泡沫不含氰化物和鹵素，因此燃燒產生的副產品毒性較低。
2.4泡沫防(拒)水、吸濕整理
目前，對襯衫等織物使用常規的浸軋法作為拒水整理工藝，織物兩面都有拒水性，就不能吸汗，穿著時會感到不舒適。據報道[10]，日本有研究者采用Gaston—county制的FFT泡沫整理機，試制了一種既有拒水效果又有吸汗和排汗功能的雙面整理織物，拒水性為70(拒水性以0～100表示，100為最好)，織物反面的吸濕性也得到了提高，透濕效果也較理想。其整理方法是先用泡沫施加拒水劑，使拒水劑只浸透到織物的一半厚度，再在反面按同樣方法施加吸濕劑，也滲透一半。雙面泡沫整理在技術上的關鍵是在整理時不使整理劑滲透到反面。
上海市印染技術研究所的顧麗華、姜興華[11]采用泡沫涂層工藝，使用EA—BA—AN等水分散性乳液型泡沫涂層膠，對絲綢型面料(包括人造棉、仿真絲、真絲)進行了微孔防水透濕涂層產品的研制，成功研制了一種穩定的泡沫涂層系統，用于開發防水、透濕性服裝面料，特別是將輕薄型面料開發成為秋冬季服裝面料，賦予服裝舒適性和功能性，并為高透濕、透氣、防水涂層工藝開辟了一條途徑。
2.5泡沫增白整理
由于織物(特別是厚重織物)只需表面得到增白即可，使用泡沫法增白可以通過調節泡沫的施加量，以控制增白劑的滲透程度。使大部分增白劑停留在織物表面，以提高增白劑的有效用量。對于要求不高的織物來說，泡沫加工還可以對織物進行單面增白。由于泡沫施加不如軋車浸軋那樣均勻，因此
2.6多功能泡沫整理
美國羊毛局、Union-Carbide公司和Gaston-County印染機械制造公司曾共同協作，采用泡沫整理工藝(FFT)對純毛和毛混紡織物進行了防縮、拒水／拒油整理的研究。在纖維的吸液率為15％～30％的條件下，用FarbenfabrikenBayer公司生產的津塔普雷特BAP、ImpranilDLH防縮整理劑和澤潑爾RN拒水／油性整理劑，采用雙面泡沫施加工藝處理試樣，織物整理后拒水／拒油性能良好，縮水率有了很大的改善[12]。
外科手術服既要求具有一定的拒水性能，又要求具有一定的抗菌、透濕性能。醫務人員穿著才能安全、舒服。美國有研究者將PEG(交聯的聚乙二醇)采用泡沫整理工藝(FFT)施加到具有拒水性能的非織造外科手術服織物的背面，賦予其抗微生物性能，并且增加了輕薄的非織造物表面的可潤濕性，而并不損害織物正面的拒水性[13]。
紫外線一般能夠穿透窗簾，在房間的朝陽面，屋內長期處在紫外線的照射下，對人體以及室內紡織品都不利，因此窗簾還應該具有阻燃、遮光等功能，對一些特殊的窗簾還需進行抗菌、芳香、抗靜電等整理。如果用常規的浸軋方法進行整理，會消耗大量的化學品，增加生產成本，而且有些整理劑之間可能會相互作用，影響整理效果。使用泡沫涂層的方法，對窗簾接觸陽光的一面進行遮光和防紫外線整理，而另一面進行阻燃、抗菌、芳香、抗靜電等整理，就可以大量節省化學品，還可減少整理劑之間的相互影響。
另外，泡沫整理還可應用于非織造布的背面處理(地毯防落絨、粘合)及表面處理(防污、防水、抗菌防臭)，可節省原料、節能、降低成本和烘干設備小型化。
3最新研究進展
國家“十一五”規劃提出要以生態觀念和符合綠色環保的要求開發新技術和新設備。近年來我國印染設備正朝著生態環保、節能降耗、省時高效等方面發展。要實現生態染整，首先要從能耗大、環境污染嚴重的傳統印染機械和
上海太平洋機電集團印染機械分公司與東華大學合作研制了新型動態圓筒狹縫式泡沫整理設備，該項目在浙江紹興某印染廠進行了生產應用試驗，并取得了成功。該泡沫整理機是典型的低給液、高節能型設備，主要用于純棉、化纖及其混紡織物的柔軟、樹脂、防水、上漿、增白等各類泡沫整理。該機型節能降耗顯著，能使配液耗水量下降50％～70％，化學藥劑耗量降低5％～10％，節省烘燥熱能55％以上。經樹脂整理后織物含濕量低，可避免織物在烘干時產生”泳移”，減少了表面樹脂，彈性指標高于常規浸軋整理。而且，該設備可與熱定形機、松式烘干機、預縮機配合使用。
香港DTC(Datacolor)科技有限公司生產的Autofoam泡沫整理系統[14]目前在歐洲表現出色。該系統采用獨特的雙轉盤動態式發泡器和全自動的控制器，并開發了四種不同的施泡機，分別適用于一般布料的化學品整理、地毯的背膠、PU或聚丙烯酸酯涂層、裝飾布的阻燃整理、長毛地毯的防污、防水、防蟲和抗菌整理和無紡布的纖維粘結加工等。用戶可根據自身的實際情況，對加工織物的品種、加工要求和質量、經濟性能等因素合理選擇所需施泡機類型。我國江蘇、廣東等地有些印染企業也購置和使用了該泡沫整理系統，主要用來進行各種織物的給濕拉幅和某些織物的后整理加工。杭州永和紡織品涂層有限公司生產的智能發泡機RH-FD系列用于遮光窗簾、遮光卷簾、沙發布、植絨裝飾布和服裝面料的防水、阻燃等泡沫涂層整理，產品質量指標達到英國BS5852標準。
美國GastonSystems&Unichem公司推出的CFS泡沫整理系統是一種高效、節能、環保型設備體系，用于在低濕度環境下將泡沫化的化合物準確地施加于基布上(或基布)，如紡織品、地毯、無紡布等。該系統適合于不同品種織物的加工，不受織物組織結構及其
荷蘭斯托克(STORK)公司CFT涂層和整理系統利用泡沫發生器把后整理劑做成泡沫狀，施加于織物上，使織物的帶水率由傳統的65％降低到30％，減少了烘干機的負擔，節省能源50％以上。
原載：染整技術
李永庚，許海育東華大學化學化工與生物工程學院，上海201620
岳海峰上海太平洋機電集團印染機械分公司，上海200434
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