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【集萃网观察】摘要：从什么是泡沫及泡沫的形成、泡沫的稳定性论及到泡沫印花的机理。说明泡沫印花浆的制备、印花工艺及印花过程中应注意的事项。
关键词：泡沫形成;泡沫印花;工艺;注意事项
中图分类号：TS194.439文献标识码：B文章编号：1005-9350（2007）04-0024-03
1、泡沫的形成和破裂
泡沫是气体分散在液体中的一种现象,纯液体是很难形成泡沫的,只有加入表面活性剂或髙分子化合物之后的水,才能形成比较稳定的泡沫。因此,人们把能产生大量稳定泡沫的物质称为发泡剂。泡沫产生的条件一是气液连续充分地接触(即搅拌条件下);二是发泡速度高于破泡速度。若液体中存在表面活性剂,由于它能被吸附在气液界面上,在泡沫表面吸附着定向排列的一层表面活性剂分子达到一定浓度时,气泡壁就形成一层坚固的层膜,从而使气泡相对稳定。在液体的容积大于气体的容积时,泡沫基本是球状,相互作用不强烈。真正意义上的泡沫应是密集在一起,形状呈为多面体的泡沫集合体,是由于液体减少而成薄膜的多面体的界面。
造成泡沫破裂的主要原因是液膜的排液和泡内气体的扩散。气泡间液膜的排液主要是由受地心引力和气泡相互挤压两个原因引起的。气泡的挤压力来源于液体分子间的范德华力和曲面压力的影响,由于在液膜中有界面的曲率,在平面状液体(两泡交界处)内的压力大于弯曲面(三个泡交界处)内的液体压力,因此液体从压力大处向压力小处排液,使压力大处液膜变薄,最终将造成液膜破裂。泡内气体的扩散是因为小气泡内的压力大于大气泡内的压力,因此小气泡会通过液膜向大泡里排气,使小气泡变小以至于消失,大泡变大且会使液膜更加变薄,最后破裂。另外液面上的气泡也会因泡内压力比大气压大而通过液膜直接向大气排气,最后气泡破灭。
在泡沫印花加工中,由于刮刀和轧辊等对泡沫施加的压力及纤维和毛细管作用使泡沫破裂,染料由于没有“糊料”的载体,就立即停留在原处,这样就构成了其精细的印花效果,所以一旦泡沫染液触及织物,要求尽快破裂,对印花质量是有益的。
2、泡沫印花机理与特性
泡沫印花一般过程是在含有染料和助剂的浓溶液中,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,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。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。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,可以减轻后处理的洗涤负担。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。
如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,发泡比就是发泡后泡沫体积与发泡前液体体积之比,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1 g/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0.1 g/mL。发泡比越高,泡沫的密度越低,粘度越高。在印花时,发泡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,列在表1:
对泡沫的要求也和一般印花色浆一样,应具有假塑性流体的特性,即剪切应力越大,它的粘度就越小,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。一定大小的气泡,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、受压等外界因素的影响,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。
3、泡沫印花色浆的制备
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。使印花色浆发泡有两种方法: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,印花色浆放置或向印花机输送时,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。
4、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花生产中的应用很重视,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,TennantsTextile 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0.7 g/mL,其粘度范围为2~20 Pa·s,并认为这个印花方法采用圆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钠,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%的海藻酸钠,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,目前尚在研究采用易蒸发掉的发泡剂和稳定剂的课题,深受印花业的关注。
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,可用圆网印花机印于织物上(如棉织物),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Alco-print PTF用于涂料泡沫印花,可以产生极稳定的泡沫,可以在圆网印花机上使用。
此色浆混合后其粘度约为5 Pa·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(发泡比对涂料印花效果的影响可参见前述表1中的结果)。
5、泡沫印花工艺操作中的注意事项
(1)印花前应对印花设备如花筒、圆网、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。
(2)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。
(3)在圆网印花中,色浆输送管道应光滑,管道不宜过长。
(4)在滚筒印花中,花纹雕刻不宜太深,刮刀应十分锋利,给浆辊应是短硬毛的。
(5)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。
(6)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。
(7)涂料泡沫印花色浆如果控制相同发泡比。一般增加粘合剂用量,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。
(8)若长时间连续印花,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。
(9)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。
(10)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中,泡沫密度不发生变化,不然会由于密度的不一致性导致印花色泽深浅不一。
(11)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。
