【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。說明泡沫印花漿的制備、印花工藝及印花過程中應(yīng)注意的事項。
關(guān)鍵詞：泡沫形成;泡沫印花;工藝;注意事項
中圖分類號：TS194.439文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B文章編號：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,氣泡壁就形成一層堅固的層膜,從而使氣泡相對穩(wěn)定。在液體的容積大于氣體的容積時,泡沫基本是球狀,相互作用不強烈。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原因引起的。氣泡的擠壓力來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)散是因為小氣泡內(nèi)的壓力大于大氣泡內(nèi)的壓力,因此小氣泡會通過液膜向大泡里排氣,使小氣泡變小以至于消失,大泡變大且會使液膜更加變薄,最后破裂。另外液面上的氣泡也會因泡內(nèi)壓力比大氣壓大而通過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,就無法實現(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,說明泡沫中含有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,發(fā)泡比對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和濃度的影響,發(fā)泡比對涂料印制效果的影響,列在表1:
對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泡沫印花色漿的應(yīng)用起著重要作用。一般來說氣泡越小,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,就要注意各種化學(xué)藥劑、助劑和染料對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,即攪拌的同時注入空氣,可達(dá)到有效而迅速地發(fā)泡,可以在較短時間內(nèi)制備各種類型的泡沫。
泡沫印花時,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,印花色漿的粘度必須相當(dāng)穩(wěn)定,也就是說發(fā)泡比的變化不太明顯,如果發(fā)泡比發(fā)生明顯變化,對印花顏色的深淺會帶來影響。為此,在采用泡沫體系進(jìn)行印花時,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,利用抑制泡沫成長劑是有效手段之一。這種抑制泡沫成長劑的實際應(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劑,添加量為0.01%～15%,具有能限制超過規(guī)定程度的發(fā)泡,使發(fā)泡比較穩(wěn)定。添加時間很重要,必須在達(dá)到預(yù)定發(fā)泡比的泡沫組成物中添加,這時抑制劑將膨脹著的泡沫全部表面包覆起來,具有有效地抑制泡沫成長的作用。
4、泡沫在涂料印花工藝中的使用
由于節(jié)能的需要,國外對泡沫技術(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公司在它的英國專利中介紹了一種涂料泡沫印花方法,該專利規(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)泡比對涂料印花效果的影響可參見前述表1中的結(jié)果)。
5、泡沫印花工藝操作中的注意事項
(1)印花前應(yīng)對印花設(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,以免在長時間的運轉(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,管道不宜過長。
(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)對未使用的泡沫色漿可貯存2～3天,在貯存前應(yīng)對保管的泡沫體積作出標(biāo)記,以便在用前經(jīng)過簡單攪拌即可重新恢復(fù)原來體積。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,印漿粘度會增大,泡沫穩(wěn)定性會提高,若增加增稠劑用量,也會提高泡沫穩(wěn)定性,它比使用穩(wěn)定劑效果還顯著,但用量不宜過多,否則會影響泡沫的排液速率。
(8)若長時間連續(xù)印花,只用一只漿桶供給泡沫色漿時,必須對泡沫色漿進(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,但工業(yè)中最大的研究課題是如何保證在整個印制操作中,泡沫密度不發(fā)生變化,不然會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,不然會帶來不良的印制效果,印制過程中不讓發(fā)泡比上升,否則會引起色淺或拖刀等不良后果。
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