控制泡沫染整工艺中溶液对面料渗透程度的工艺方案的研究

陈艳珍 , 张仁海

(苏州棠华纳米科技有限公司，江苏，苏州 215228)



控制泡沫染整工艺中溶液对面料渗透程度的工艺方案的研究

陈艳珍 , 张仁海

(苏州棠华纳米科技有限公司，江苏，苏州 215228)

摘要：泡沫染整技术具有带液量低、节约染整助剂、节能节水、提高生产效率、提高纺织品附加值等优点，但泡沫染整技术在应用于双面不同效果的面料整理时还存在溶液对面料渗透程度不好控制的问题。通过对涂层机涂覆系统、烘箱、导布辊的改造，可以达到精确控制整理剂在面料上渗透程度的目的，并分别测试了不同涂覆速度、渗透时间、烘干温度下面料的拒水性、拒油性、吸湿性和耐水洗性能，最终得出了一套高效、实用的技术参数。

关键词:纺织;泡沫染整；涂层机；单面防污

泡沫整理工艺(也称泡沫涂层技术)是20世纪70年代末受能源危机的影响在国外迅速发展起来的，它具有带液量低、节约染化浆料、节能节水、降低成本、提高纺织品附加值等优点，因此一度成为纺织品后整理行业研究的热点[1]。后来人们将泡沫整理工艺用于纺织品的单面染整，比如单面防污效果，使纺织品接触泡沫的一面形成拒水拒油的防污性能，而未接触泡沫的一面保持原有的吸水性，但是这种工艺只能用于较厚的面料，对于单位面积质量在150g以下的面料，防污剂总会渗透到面料的对面，使面料另一面失去原有的吸水性，要改善这种缺陷，除了需要通过研发表面活性更好的发泡剂和泡沫稳定剂，控制泡沫的带液量之外，还需要从设备改造的角度来控制整理剂对面料的渗透程度[2]。

现有的涂层机中，影响整理剂渗透程度的主要是三个问题：(1)现有的泡沫涂层工艺中的泡沫施加系统都是通过压力控制的喷涂系统，在压力的推动下，整理剂对面料产生冲击力，就会容易渗透进面料的对面[3]；(2)现有的涂层机从开始涂覆到烘干过程中，面料行进的距离不能调整，也就是涂覆后整理剂在面料上渗透的时间无法根据整理剂和面料的性质，以及对产品成品的要求来调节，如果行进过程时间较长，行进过程中部分泡沫首先破裂，泡沫破裂不同步，会造成泳移现象，导致涂层的厚度不均匀，渗透程度不均匀，成品面料正面防污和反面吸水的性能也会不均匀[4]，如果行进过程较短，则会造成渗透不够，面料成品的耐水洗性能较差；(3)面料在从涂层到破泡的过程中经过的导布辊较多，导布辊的挤压力促使含有浆料的泡沫破裂，并促使浆料向面料纤维内部渗透[5]。为了克服现有技术的不足，控制整理剂对面料的渗透程度，需要对现有的涂层机进行改进，并进行工艺参数的实验，以便于确定出一套具备实用性的工艺方案。

1实验部分

1.1设备结构说明

设备改装后如图1所示，其中泡沫施加器示意图见图2。

导布机构用于将其上卷绕的面料向支撑组件进行传送，它包括设置在地面上的第一支架、安装在第一支架上的多根相互平行的第一张力调节辊和安装在第一支架上的至少一个第一张力调节器。支撑组件顶部安装有移布机构和泡沫施加器。移布机构用于带动面料向前移动；泡沫施加器位于移布机构的左侧，用于向面料挤送整理剂。移布机构采用相配合的针板和运动导轨，运动导轨安装支撑组件的顶部，针板对应安装在运动导轨的上，这样避免使用导布辊(或者叫张力调节辊)，可减少对面料的挤压，降低整理剂在面料上的渗透程度。而泡沫施加器则主要包括储液槽、浆料入口、转动螺杆、整理剂出口等部分。整理剂出口设置在储液槽的底部，整理剂入口设置在储液槽的顶部；转动螺杆安装在储液槽内，用于将整理剂从储液槽内经出口挤出，利用转动螺杆的转动速度能够调节整理剂的挤出速度，从而配合面料的移动速度；刮板固定在储液槽的外壁上且向下延伸，由于面料是由左向右运动，因此它需要位于整理剂出口的右侧；这样采用泡沫施加器替代了压力喷射法的出料方式，可以减少整理剂对面料的冲击力，控制整理剂对面料的渗透程度。为了保证面料的平整并且移动平稳，在泡沫施加器的左侧还固定有相配合的上平整器和下平整器。

1、导布机构；11、第一支架；12、第一张力调节辊；13、第一张力调节器；2、支撑组件；21、移布机构；211、针板；212、运动导轨；22、泡沫施加器； 23、下平整器；24、上平整器；3、出布机构；31、第二支架；32、卷绕辊；33、第二张力调节辊；34、摆臂；4、烘箱；41、门；42、滑轮；43、调节螺栓；44、风机。图1　设备整体图

221、储液槽；222、浆料入口；223、转动螺杆；224、浆料出口；225、刮板；图2　泡沫施加器示意图

出布机构用于将涂层机上的面料导出或者卷绕收集，它固定在支撑组件顶部的右端，包括整体大致呈倒L型的第二支架、安装在第二支架竖杆上的一对卷绕辊、安装在第二支架横杆右端的摆臂和安装在第二支架横杆和摆臂上的多根第二张力调节辊。

烘箱罩设在移布机构外，用于对涂覆泡沫整理剂的面料进行烘干，它被设置成能够左右移动的机构，即它与泡沫施加器的间距可调；这是因为它的底部设有多组滑轮，而侧面安装有使其在滑轮上能够进行左右移动的调节螺栓。这种移动通过调节螺栓和滑轮的相互配合来实现，本文中不再赘述。烘箱顶部安装有与其相连通的风机，从而可以将烘箱内潮湿的空气排出；它的侧面设有至少一扇可开合的门，方便烘箱的检修和维护。

1.2设备运行原理

将一定规格的面料依次穿设在导布机构、支撑组件和出布机构上。启动涂层机，使面料以一定的速度向前移动，此时第一张力调节辊、卷绕辊、第二张力调节辊等也以该速度匀速转动。面料移动时会接触针板并被其固定，接触针板在运动导轨的带动下也已相同的速度向前移动，门幅被拉开；此时，发泡机发泡形成的泡沫整理剂通过管道输送进入泡沫施加器的储液槽中，在转动螺杆的带动下，经整理剂出口挤出，整理剂出口距离面料一定距离，刮板距离面料一定的距离，整理剂首先接触面料，在面料上堆积，然后接触刮板而被涂覆均匀；调节烘箱的位置，以便于使泡沫施加器到烘箱的距离在一定范围内，面料在针板上运行一段距离后进入烘箱，在烘箱中被加热至一定温度而，运行一定时间后被烘干，最后出烘箱经出布机构进行收集或导出。

1.3原料及检测方法的选择

实验中的面料样品为：门幅1.6m，单位面积质量为115g/m2的白色缎面纯棉坯布。

实验中选用的化学试剂为：三防剂(混合物，日照尼西日化有限公司，NXNM3F-02)、交联剂(混合物，常州博寅晟化工助剂有限公司，MF-05)发泡剂(混合物，济南广全化工有限公司，6501-1)、泡沫稳定剂(混合物，济南广全化工有限公司，GQ28-2)。增稠剂(混合物，广东粤美化工有限公司,YM-2060)，本实验中所用到的水均为自来水。

本实验用到的检测标准为：

样品表面拒水性的测试根据国标GB/T 4745-2012《纺织品 防水性能的检测和评价 沾水法》进行测试和判断，测试样品的正面；

样品表面拒油性根据国标GB/T 19977-2014 《纺织品 拒油性 抗碳氢化合物试验》进行测试和判断，测试样品的正面；

样品吸水率根据国标GB/T 21655.1-2008《纺织品 吸湿速干性的评定 第1部分 单项组合试验法》进行测试和判断，测试样品的反面；

样品滴水扩散时间根据GB/T 21655.1-2009《纺织品 吸湿速干性的评定 第2部分：动态水分传递法》进行测试和判断，测试样品的反面；

样品洗涤方法根据GB/T 8629-2001《纺织品 试验用家庭洗涤和干燥程序》进行，洗涤程序5A，洗涤温度40℃，加“ECE”合成洗涤剂，转筒烘干。

1.4实验步骤

首先配制整理剂，按一定的比例，将三防剂、交联剂、增稠剂、发泡剂、泡沫稳定剂和水按照20∶1∶3∶5∶1∶70的比例混合，搅拌均匀后加入发泡机中。

取长度为10m的棉布样品，前后两端各缝接20m的牵引布，然后将牵引布前端加入涂层机中，分别调节涂覆速度、烘箱位置、烘干温度对布样进行加工，开动发泡剂，使整理剂形成泡沫后被涂覆到布料的一面，得到成品后检测其性能。其中被涂覆的一面称为正面，未涂覆的一面称为反面。

2实验数据及分析

2.1测试原始样品性能参数

该缎面纯棉面料适合制作衬衫，而白色衬衫最怕弄脏，所以本实验特选此面料，首先取未加工的原始坯布，测试其性能，以备跟面料加工后的性能参数进行比对，数据见表1。

表1　不同涂覆速度下样品的检测数据

2.2不同涂覆速度单面防污效果的影响

调节烘箱前端距离泡沫施加器的距离为0.5m,烘干温度设定为150℃，加工后将样品进行测试，实验数据见表2。

由表2数据可以看出，降低涂覆的速度能够增强面料正面的拒水性和拒油性，这是因为在同样的泡沫供应量的情况下，涂覆速度降低，能够增加涂覆量，整理剂剂在面料上渗透的较多[6]，更够更好的起到拒水拒油的效果。从三次水洗的数据可以看出，水洗后拒水性和拒油性有明显的降低，而且涂覆速度越快的样品，水洗后拒水性和拒油性降低的越多，按照国标的规定，拒水拒油性低于3级便不再具备实用性，但是为了保证正面有很好的吸水性，也不能将涂覆速度降的过低。实际操作过程中应该将涂覆速度定在1.0m/s左右，再通过其他工艺参数而的调整，来提高涂覆后面料的拒水性、拒油性和耐水洗性能。

表2　不同涂覆速度下样品的检测数据

2.3渗透时间对单面防污效果的影响

将涂覆速度设定为1.0m/s，烘干温度设定为150℃，然后在烘箱前端距离泡沫施加器的距离不同的情况下对样品进行加工，加工后将样品进行测试，实验数据见表3。

表3　不同渗透时间的情况下样品的检测数据

由表3可以看出，不同的实验条件下，渗透时间虽然相差很小，依然对面料的性能形成了一定的影响，不但拒水性和拒油性随着渗透时间的延长而增大，同时耐水洗性能也有所提高，三次水洗后拒油性和拒水性的降低的量有所减少。烘箱的位置决定了从面料接触涂覆剂开始到涂覆剂中的液体被蒸干的过程，涂覆剂中的水分越多，在面料上渗透的也就越快，如果面料从接触涂覆剂开始到进入烘箱的路程较长，费时间较多，那么涂覆剂在面料上渗透的也就越多，使涂层的厚度越厚，那么具有吸水能力的纤维也就越少，因而拒水性和拒油性会增强，吸水性会降低，耐水洗性能会增强[7]。

在具体加工情况下，为了达到一定的涂覆效果，需要根据面料的厚度和对成品的要求来确定一定的涂覆速度，也就是面料行进的速度，如果具体的涂覆速度确定后，如果泡沫施加器距离烘箱前段的距离是固定的，那么渗透的时间就是确定的，则很可能该渗透时间与生产工艺不适应，造成渗透过多或者渗透不够，而最终影响成品的性能，但是本次实验中的涂层机被改装为烘箱位置可移动的，可以根据生产时面料的具体性质和客户的要求来确定生产工艺参数。

2.4烘干温度对单面防污效果的影响

将涂覆速度设定为1.0m/s，渗透时间设定为0.7s，然后在不同的烘干温度下下对样品进行加工，每种样品各加工100m，分别记录消耗的电量，加工后将样品进行测试，实验数据见表4和图3。

从表4中数据可以看出，提高烘干温度能够明显增强面料的拒水性、拒油性和耐水洗的性能，而且在温度升高到180℃时变化非常明显，主要因为高温有助于三防剂分子排列更加整齐[8]，而且温度低时未能达到整理剂与织物交联反应的最佳温度，织物上的整理剂未能全部与织物发生反应，随着温度的升高，整理剂与织物之间的交联反应更加充分，成键结合的更加牢固，整理后织物的拒水拒油性能不断提高[9]，另外，高温也有助于起到黏结作用的交联剂与纤维结合的更紧密[10]。从表中数据还可以看出，随着温度升高，溶液中的水分在面料的表面被迅速的蒸干，减少了向内部的渗透，使未被三防剂改性的纤维厚度增加，所以面料反面的吸水率也有所增加，滴水扩散时间有所减低，也就是增强了面料的吸水性和吸水速率，而且高温也增强了三防剂与面料显微的结合牢度，随着温度的升高，水洗过后，拒水性和拒油性降低的数值逐渐减小，同样，水洗后吸水性的增加程度也逐渐减小。

表4　不同烘干温度下样品的检测数据

图3　烘干温度与电量消耗的关系

虽然较高的烘干温度有利于改善面料性能，但是经过实际运行测试，当加热温度由180℃增加到200℃的情况下，每米布的加工成本将增加0.025元，见图3，而且温度过高也会对三防剂造成破坏[9]，最好不要超过200℃。

2.5水洗次数对单面防污效果的影响

从样品15#中,以原门幅为宽度，裁剪出长度为1米的小样10块，分别按照表5中的洗涤次数进行编号后洗涤，需要多次水洗的样品的水洗时间按照单次水洗时间乘以水洗次数计算，洗涤完成后一次性烘干，全部样品水洗结束后检测其拒水性和拒油性。

表5　样品的不同洗涤次数

从图4可以看出，样品的拒水性和拒油性在前三次水洗后降低较大，到10次水洗后性能基本稳定，再增加水洗次数，拒水性和拒油性稳定在3～4级，达到3级以上可以很好的保护衣服不会被油污弄脏，一件衬衫按一年穿着时间6个月计算，每周清洗两次，则清洗次数是48次，从实验数据看，这种产品基本可满足一年内的穿着需求，所以这种加工工艺生产出来的产品具备实用性。

图4　水洗次数跟拒水性和拒油性的关系

3结论

本文研究了可控制整理剂渗透程度的涂层机加工单面防污面料的生产工艺参数选择，通过这种在支撑组件顶部安装泡沫施加器，替代了压力喷射法的出料方式，可以减少浆料对面料的冲击力，控制浆料对面料的渗透程度，更好的实现面料一面防污一面吸汗的效果，而且通过调节烘箱的位置，能够更为灵活的调节整理剂在面料上的渗透时间，更好的实现面料的双面不同性能的整理。拒水性、拒油性跟吸湿性本来就是互相矛盾的两个性能，为了在一种超薄面料上实现两种不同的功能，增强面料的功能性和舒适度，对涂覆速度、渗透时间、烘干温度三个工艺参数进行了实验。结果发现涂覆速度与拒水性和拒油性成反比，与吸水性成正比，渗透时间与拒水性和拒油性成成正比，与吸水性成反比，而烘干温度则与拒油性、拒油性和吸湿性均成正比，但烘干温度太高则会造成加工成本较大。因此，为了达到较好的拒水性、拒油性和吸湿性，需要综合考虑，将涂覆速度设定为1.0～1.2m/s，渗透时间调整为0.6～0.7s，烘干温度设定为180～190℃为宜。

参考文献

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收稿日期：2016-02-25