【集萃網(wǎng)觀察】摘要：從什么是泡沫及泡沫的形成、泡沫的穩(wěn)定性論及到泡沫印花的機(jī)理。說(shuō)明泡沫印花漿的制備、印花工藝及印花過(guò)程中應(yīng)注意的事項(xiàng)。
關(guān)鍵詞：泡沫形成;泡沫印花;工藝;注意事項(xiàng)
中圖分類(lèi)號(hào)：TS194.439文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B文章編號(hào)：1005-9350（2007）04-0024-03
1、泡沫的形成和破裂
泡沫是氣體分散在液體中的一種現(xiàn)象,純液體是很難形成泡沫的,只有加入表面活性劑或髙分子化合物之后的水,才能形成比較穩(wěn)定的泡沫。因此,人們把能產(chǎn)生大量穩(wěn)定泡沫的物質(zhì)稱(chēng)為發(fā)泡劑。泡沫產(chǎn)生的條件一是氣液連續(xù)充分地接觸(即攪拌條件下);二是發(fā)泡速度高于破泡速度。若液體中存在表面活性劑,由于它能被吸附在氣液界面上,在泡沫表面吸附著定向排列的一層表面活性劑分子達(dá)到一定濃度時(shí),氣泡壁就形成一層堅(jiān)固的層膜,從而使氣泡相對(duì)穩(wěn)定。在液體的容積大于氣體的容積時(shí),泡沫基本是球狀,相互作用不強(qiáng)烈。真正意義上的泡沫應(yīng)是密集在一起,形狀呈為多面體的泡沫集合體,是由于液體減少而成薄膜的多面體的界面。
造成泡沫破裂的主要原因是液膜的排液和泡內(nèi)氣體的擴(kuò)散。氣泡間液膜的排液主要是由受地心引力和氣泡相互擠壓兩個(gè)原因引起的。氣泡的擠壓力來(lái)源于液體分子間的范德華力和曲面壓力的影響,由于在液膜中有界面的曲率,在平面狀液體(兩泡交界處)內(nèi)的壓力大于彎曲面(三個(gè)泡交界處)內(nèi)的液體壓力,因此液體從壓力大處向壓力小處排液,使壓力大處液膜變薄,最終將造成液膜破裂。泡內(nèi)氣體的擴(kuò)散是因?yàn)樾馀輧?nèi)的壓力大于大氣泡內(nèi)的壓力,因此小氣泡會(huì)通過(guò)液膜向大泡里排氣,使小氣泡變小以至于消失,大泡變大且會(huì)使液膜更加變薄,最后破裂。另外液面上的氣泡也會(huì)因泡內(nèi)壓力比大氣壓大而通過(guò)液膜直接向大氣排氣,最后氣泡破滅。
在泡沫印花加工中,由于刮刀和軋輥等對(duì)泡沫施加的壓力及纖維和毛細(xì)管作用使泡沫破裂,染料由于沒(méi)有“糊料”的載體,就立即停留在原處,這樣就構(gòu)成了其精細(xì)的印花效果,所以一旦泡沫染液觸及織物,要求盡快破裂,對(duì)印花質(zhì)量是有益的。
2、泡沫印花機(jī)理與特性
泡沫印花一般過(guò)程是在含有染料和助劑的濃溶液中,加入發(fā)泡劑,用機(jī)械的方法打入空氣,使其發(fā)泡形成泡沫,再使其達(dá)到一定的粘度,而制成泡沫印花色漿。泡沫色漿用印花機(jī)印到織物上以后,一旦和纖維表面接觸,泡內(nèi)液體通過(guò)毛細(xì)管效應(yīng),很快被纖維吸收。又由于泡沫內(nèi)的染料濃度高而水分少,不等深入纖維內(nèi)部,就被迫均勻涂布在織物表面,使表面給色量增高。印后同常規(guī)印花一樣進(jìn)行后處理,但由于印花漿中不含有膠類(lèi)和糊料之物,可以減輕后處理的洗滌負(fù)擔(dān)。泡沫印花色漿需要什么樣的泡沫呢應(yīng)該是在印到織物上之前,泡沫應(yīng)十分穩(wěn)定;印到織物上以后,又要求迅速破裂。
如泡沫不穩(wěn)定在印花前便發(fā)生破裂,色漿粘度下降,就無(wú)法實(shí)現(xiàn)泡沫印花;若泡沫穩(wěn)定性太高,印花后泡沫在織物上不能均勻地破裂,會(huì)給印花質(zhì)量造成影響。
泡沫印花色漿的粘度與發(fā)泡比有密切的關(guān)系,發(fā)泡比就是發(fā)泡后泡沫體積與發(fā)泡前液體體積之比,發(fā)泡比與泡沫的密度有關(guān),泡沫的密度是泡沫單位體積的重量,用g/mL表示。比如:發(fā)泡前液體密度為1 g/mL,則空氣含量為零,假設(shè)發(fā)泡比為10∶1時(shí),說(shuō)明泡沫中含有9份的空氣和1份液體,其密度為0.1 g/mL。發(fā)泡比越高,泡沫的密度越低,粘度越高。在印花時(shí),發(fā)泡比對(duì)獲得滿意的印制效果具有很重要的作用,不同印花方式所需的發(fā)泡比也是不相同的,它還受到染料的種類(lèi)和濃度的影響,發(fā)泡比對(duì)涂料印制效果的影響,列在表1:
對(duì)泡沫的要求也和一般印花色漿一樣,應(yīng)具有假塑性流體的特性,即剪切應(yīng)力越大,它的粘度就越小,粘度的減小是泡沫在剪切應(yīng)力作用下改變了發(fā)泡比的關(guān)系。泡沫這種流變特性對(duì)泡沫印花色漿的應(yīng)用起著重要作用。一般來(lái)說(shuō)氣泡越小,泡沫越穩(wěn)定。一定大小的氣泡,印花性能良好,且有良好的機(jī)械穩(wěn)定性和貯藏穩(wěn)定性。泡沫穩(wěn)定性除上述因素外,還會(huì)受到液體的蒸發(fā)、熱、受壓等外界因素的影響,在制備泡沫印花色漿時(shí),就要注意各種化學(xué)藥劑、助劑和染料對(duì)泡沫體系的干涉影響。
3、泡沫印花色漿的制備
泡沫印花色漿的組成,除了和常規(guī)印花一樣,含有染料和染料固色所需要的助劑以外,還必需加入一定量的發(fā)泡劑、泡沫穩(wěn)定劑等。使印花色漿發(fā)泡有兩種方法:空氣注入法、機(jī)械攪拌法或兩者聯(lián)合的方法�？諝庾⑷敕ㄊ且环N最重要、使用最廣泛的發(fā)泡方法,該法是將壓縮空氣通入含有發(fā)泡劑和其他助劑的色漿溶液中而產(chǎn)生泡沫。機(jī)械攪拌法也是一種最簡(jiǎn)單的發(fā)泡方法,含有發(fā)泡劑的色漿溶液在機(jī)械攪拌下,造成液相移動(dòng)使其氣—液界面急劇地增加而產(chǎn)生氣泡,氣泡移向該體系的上方并使之膨脹形成泡沫。也可采用以上兩種方法的聯(lián)合,即攪拌的同時(shí)注入空氣,可達(dá)到有效而迅速地發(fā)泡,可以在較短時(shí)間內(nèi)制備各種類(lèi)型的泡沫。
泡沫印花時(shí),印花色漿的穩(wěn)定性是十分重要的,印花色漿放置或向印花機(jī)輸送時(shí),印花色漿的粘度必須相當(dāng)穩(wěn)定,也就是說(shuō)發(fā)泡比的變化不太明顯,如果發(fā)泡比發(fā)生明顯變化,對(duì)印花顏色的深淺會(huì)帶來(lái)影響。為此,在采用泡沫體系進(jìn)行印花時(shí),必須解決印花色漿的這種不穩(wěn)定性,在制備各種印花色漿時(shí),利用抑制泡沫成長(zhǎng)劑是有效手段之一。這種抑制泡沫成長(zhǎng)劑的實(shí)際應(yīng)用的商品有:Neodol-25(C8～C12脂族醇,殼牌石油制);Antifoam B(二甲基硅氧烷,道康寧制);Santiszer 141(亞磷酸鹽,孟由都制)。使用這種抑制泡沫成長(zhǎng)劑,添加量為0.01%～15%,具有能限制超過(guò)規(guī)定程度的發(fā)泡,使發(fā)泡比較穩(wěn)定。添加時(shí)間很重要,必須在達(dá)到預(yù)定發(fā)泡比的泡沫組成物中添加,這時(shí)抑制劑將膨脹著的泡沫全部表面包覆起來(lái),具有有效地抑制泡沫成長(zhǎng)的作用。
4、泡沫在涂料印花工藝中的使用
由于節(jié)能的需要,國(guó)外對(duì)泡沫技術(shù)在印花生產(chǎn)中的應(yīng)用很重視,泡沫印花已獲成功,泡沫印花除上述那種泡沫印花色漿中不用膠類(lèi)和糊料的染料泡沫印花外,還有一種涂料泡沫印花法,TennantsTextile colours公司在它的英國(guó)專(zhuān)利中介紹了一種涂料泡沫印花方法,該專(zhuān)利規(guī)定,印花漿泡沫密度不得大于0.7 g/mL,其粘度范圍為2~20 Pa·s,并認(rèn)為這個(gè)印花方法采用圓網(wǎng)印花技術(shù)特別奏效。
涂料泡沫印花漿的制備方法是將含有增粘劑、粘合劑與表面活性劑等的水溶液組成物,在不溶性惰性氣體存在下攪拌變稠,使其產(chǎn)生泡沫,泡沫體積為原水溶液體積的1.5~3倍。任何水溶性增稠劑均可使用,但最合適的是聚丙烯酸類(lèi)增稠劑;最適宜的粘合劑為丙烯酸脂與丙烯腈的半交聯(lián)乳化液聚合物。表面活性劑(發(fā)泡劑)最好用十二烷基硫酸鈉,為了幫助印花漿水溶液產(chǎn)生泡沫,最好要按溶液重量加入0.05%～0.5%的海藻酸鈉,它能夠改進(jìn)泡沫的結(jié)構(gòu),另外按水溶液重量的0.5%～50%加入十二烷醇,目前尚在研究采用易蒸發(fā)掉的發(fā)泡劑和穩(wěn)定劑的課題,深受印花業(yè)的關(guān)注。
上述配方制成泡沫溶液以后再與涂料色漿混合,制備好的印花色漿,可用圓網(wǎng)印花機(jī)印于織物上(如棉織物),印花織物經(jīng)烘干后在150℃熱處理3min。
英國(guó)Alliea colloias公司推薦使用增稠劑Alco-print PTF用于涂料泡沫印花,可以產(chǎn)生極穩(wěn)定的泡沫,可以在圓網(wǎng)印花機(jī)上使用。
此色漿混合后其粘度約為5 Pa·s,從印漿與倍于體積的空氣混合產(chǎn)生發(fā)泡比為5∶1的泡沫,印制效果特別柔軟而清晰(發(fā)泡比對(duì)涂料印花效果的影響可參見(jiàn)前述表1中的結(jié)果)。
5、泡沫印花工藝操作中的注意事項(xiàng)
(1)印花前應(yīng)對(duì)印花設(shè)備如花筒、圓網(wǎng)、平網(wǎng)徹底加以清洗,除去有消泡作用的火油,以防印制中引起不必要的麻煩。
(2)在平網(wǎng)印花中,色漿應(yīng)以少量而連續(xù)地加入為好,以免在長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)轉(zhuǎn)中產(chǎn)生表面干燥,阻塞篩網(wǎng)孔,刮刀壓力與常規(guī)印花相同或略大。
(3)在圓網(wǎng)印花中,色漿輸送管道應(yīng)光滑,管道不宜過(guò)長(zhǎng)。
(4)在滾筒印花中,花紋雕刻不宜太深,刮刀應(yīng)十分鋒利,給漿輥應(yīng)是短硬毛的。
(5)可使用發(fā)泡比相同的貯備漿進(jìn)行稀釋,但印花前要進(jìn)行均勻混合。
(6)對(duì)未使用的泡沫色漿可貯存2～3天,在貯存前應(yīng)對(duì)保管的泡沫體積作出標(biāo)記,以便在用前經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單攪拌即可重新恢復(fù)原來(lái)體積。貯存容器應(yīng)加蓋密封放于陰涼處,防止因環(huán)境溫度升高破壞泡沫體系。
(7)涂料泡沫印花色漿如果控制相同發(fā)泡比。一般增加粘合劑用量,印漿粘度會(huì)增大,泡沫穩(wěn)定性會(huì)提高,若增加增稠劑用量,也會(huì)提高泡沫穩(wěn)定性,它比使用穩(wěn)定劑效果還顯著,但用量不宜過(guò)多,否則會(huì)影響泡沫的排液速率。
(8)若長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)印花,只用一只漿桶供給泡沫色漿時(shí),必須對(duì)泡沫色漿進(jìn)行不斷緩慢攪拌。
(9)防止涂料泡沫色漿接觸酸、堿、酒精等化學(xué)物質(zhì),以免破壞泡沫體系。
(10)泡沫印花具有比常規(guī)印花手感柔軟和表面給色量高等優(yōu)點(diǎn),但工業(yè)中最大的研究課題是如何保證在整個(gè)印制操作中,泡沫密度不發(fā)生變化,不然會(huì)由于密度的不一致性導(dǎo)致印花色澤深淺不一。
(11)泡沫大小應(yīng)控制一致,不然會(huì)帶來(lái)不良的印制效果,印制過(guò)程中不讓發(fā)泡比上升,否則會(huì)引起色淺或拖刀等不良后果。
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