新型泡沫染色技术

2020-12-18殷允杰王潮霞

印染助剂 2020年11期

费良，殷允杰，王潮霞

（江南大学纺织科学与工程学院生态纺织教育部重点实验室，江苏无锡 214122）

1 泡沫染色特点

泡沫染色是一种将带有染液的泡沫通过施加设备均匀作用到织物上，以泡沫代替水作为载体完成上染的染色方式，如应用于悬浮体染色工艺中，可进一步增强染色均匀性［1］。而泡沫与染液形成的这种不稳定体系直接影响泡沫染色的效果，包括泡沫密度、半衰期、均匀性、发泡比、泡沫直径、黏度等。随着新型泡沫助剂的发展，一些研究者在常规泡沫染色的基础上提出了循环泡沫染色技术，有望实现泡沫染色零污染、零排放［2］。泡沫染色具有减少水资源和能源消耗，实现精细化染色控制，赋予织物优良的染色效果等特点［3-5］。对于泡沫染色来说，由于其自身的带液率低（约30%），在很大程度上减少了泳移现象的产生［6］。在泡沫染色过程中，基于染色渗透深度可控的特性，对织物正反面实施不同工艺的染色，可以实现双面异色效果，这是传统浸轧染色技术无法达到的［7］。纺织品在经过泡沫染色后一般得色率略高于轧染工艺，这是由于其带液率低，表观颜色深度较深。研究泡沫染整设备以及泡沫染色理论对工业化生产具有重大的指导意义与实践意义。

相较于泡沫前处理以及后整理，泡沫染色对于匀染性的要求较高，在泡沫染色过程中，织物着色的均匀性与发泡比、泡沫粒径分布和泡沫稳定性有关［8-10］。另一方面，泡沫染色织物的表观颜色深度受到限制，原因是泡沫染色带液率较低，泡沫原液中各种染化料的浓度较高，在染深色时需要更高的染液浓度，体系稳定性下降，从而影响泡沫的均匀性。

2 泡沫染色工艺

不同织物需要不同的染料实现上染，泡沫染色技术可应用于活性染料、酸性染料、分散染料以及还原染料等的染色。目前应用最多的是棉、羊毛等织物的活性染料泡沫染色。

2.1 活性染料泡沫染色

活性染料泡沫染色是以泡沫技术为手段，活性染料染色原理为基础的一种新型染色方式。活性染料泡沫染色主要分为两个方面：（1）棉等纤维素纤维染色［11］；（2）羊毛等蛋白质纤维染色。在对不同纤维织物进行染色时，需要选用适合的活性染料。常用一步法实施染色，即工作液中含有所有染色用的染化料，包括盐、碱、染料等，同时泡沫染色的带液率低，整个染液体系中染化料的浓度都很高，体系不稳定，因此对染料以及发泡剂的要求高［12］。带有染料的工作液通过发泡产生彩色的泡沫，经由泡沫施加器施加到织物上，在这一瞬间泡沫必须及时破灭，进而上染织物。因此，在泡沫染色过程中，既要保证泡沫产生后具有稳定性，又要能够在施加过程中及时消泡，选择合适的泡沫助剂能够有效调控整个过程，常用的泡沫助剂有十二烷基硫酸铵（SDS）、十二醇、海藻酸钠等。

以活性染料上染棉织物为例［13］，染色工艺配方：活性染料12.0 g/L（红M-3BF、黄M-3RF、蓝M-2GE质量比为3.5∶3.5∶3.0），SDS 2.0 g/L，Na2CO310～30 g/L，稳泡剂0～2.1 g/L；泡沫染色工艺流程：产生泡沫（工作液形成泡沫）→施加泡沫→饱和蒸汽汽蒸（102～105 ℃，相对湿度100%）→皂煮（皂片2 g/L，Na2CO32 g/L，95 ℃，10 min）→水洗。在这个染色溶液中，考虑到碱性和高盐环境，选用SDS 作为发泡剂，而稳泡剂是十二醇和瓜尔胶的复配物（前者是增强型稳泡剂，后者是增黏型稳泡剂）。发泡比控制在6 左右，泡沫半衰期为150～200 s。

以活性染料上染羊绒织物为例［13］，染色工艺配方：活性染料（兰纳素红CE）10.0 g/L，SDS 3.0 g/L，渗透剂JFC 3.0 g/L，羧甲基纤维素钠1.0 g/L，聚丙烯酰胺0.5 g/L；泡沫染色工艺流程：配制染液→发泡→施加泡沫→轧辊轧压（速度2 m/min，轧3 次）→汽蒸（120 ℃，30 min）→皂煮（皂片2 g/L，Na2CO32 g/L，95 ℃，10 min）→水洗。设备为MIX4885 染整发泡机（瑞士Mathis）。发泡比控制在6～7，泡沫半衰期为300 s。

目前已有一些商用染料可实现活性染料泡沫染色的配色，建立其基础数据库［14］。以雷马素活性染料为例［14］，测试其三原色在不同浓度下的K/S值，线性拟合表明在泡沫染色工艺下3 种染料都有较好的颜色递增性，这种规律性变化有利于配色。

2.2 酸性染料泡沫染色

酸性染料泡沫染色通常用于上染羊毛等蛋白质纤维［11］，同时还能用于锦纶类合成纤维。强酸性染料的染浴pH 很低，许多泡沫体系不太稳定，故用酸性染料进行泡沫染色时，一般选用弱酸性染料。酸性染料的水溶性相对较差，而泡沫染色溶液中染料的浓度较高，因此酸性染料泡沫染色时应选择溶解度较好的染料、耐酸或受pH 影响小的发泡剂。因整个体系中的染化料以阴离子型为主，发泡剂和稳泡剂一般不选用阳离子型。

酸性染料上染的锦纶织物颜色艳丽、手感柔软，在日常生活中应用广泛，由于泡沫染色过程带液率较低，在一定程度上避免了酸性染料染色后的泳移问题。以酸性染料上染锦纶织物为例［8］，染色工艺配方：酸性染料30～60 g/L，SDS（发泡剂）3.0 g/L，羧甲基纤维素钠0.8 g/L，十二醇（稳泡剂）1.2 g/L；泡沫染色工艺流程：根据染化料的浓度配制工作液→发泡→上染→预烘→汽蒸→皂洗（防沾色剂2 g/L，浴比1∶40，60 ℃，20 min）→水洗后处理→烘干。设备为泡沫染色机（United Kingdom）。选用SDS 和十二醇不会与阴离子染料产生不相容现象。随着染料浓度的增加，发泡比变化不大，泡沫半衰期有所延长。这是由于染料使体系黏度增大，同时气体扩散，随着温度的升高，泡沫半衰期会急剧减小。

在泡沫染色过程中，发泡比对染色最终K/S值产生一定的影响，大的发泡比有利于加深织物颜色，发泡比越大，泡沫尺寸越小，泡沫越容易渗入织物内部，从而增加织物的K/S值。此外，汽蒸温度也会影响最终的K/S值，由于染料结构不同，在不同温度下吸附和解吸的速率不同，不同的染料染色应选用不同的温度［8］。

2.3 还原染料泡沫染色

还原染料泡沫染色通常选用悬浮体泡沫染色法，将分散染料研磨成细小的染料颗粒，再添加分散剂进行分散，最后通过泡沫染色方式上染。在还原染料泡沫染色过程中，最主要考虑还原染料整个泡沫体系的稳定性以及还原染料悬浮分散状态的稳定性。一般来说，还原染料泡沫染色技术可以对棉等纤维素纤维、丝/毛交织物进行染色。

以还原染料对棉进行悬浮体泡沫染色为例［15］，染色工艺配方：还原染料（还原灰BG 100%、还原棕2G 100%、还原大红R 100%）20～60 g/L，发泡剂4～6 g/L，增稠剂ACRACONC 2C 4～8 g/L，扩散剂NNO 1～5 mL/L；泡沫染色工艺流程：配制染液→发泡→施加泡沫→烘干（80 ℃，1～3 min）→汽蒸（102 ℃，1.5 min）→水洗。发泡剂为十二烷基苯磺酸钠，发泡比控制在4～7，泡沫直径为19×10-3～90×10-3mm，泡沫半衰期大约为9 min。因为体系添加增稠剂后黏度增加，所以无需添加其他稳泡剂来提高泡沫的稳定性。

2.4 分散染料泡沫染色

分散染料泡沫染色技术可用于涤纶等合成纤维染色［16］。分散染料在上染过程中需要高温焙烘才能完成染色，所以添加的助剂热稳定性能要好，避免在焙烘过程中发生热分解，从而产生一些影响染色均匀性甚至对人体有害的物质。

以分散染料对涤纶织物进行泡沫染色为例［17］，染色工艺配方：分散染料20～60 g/L，发泡剂4～6 g/L，增稠剂ACRACONC 2C 4～8 g/L，扩散剂NNO 1～5 mL/L；泡沫染色工艺流程：配制染液→发泡→施加泡沫→烘干（80 ℃，1～3 min）→焙烘（200 ℃，1.5 min）→水洗。

在分散染料泡沫染色工艺中，焙烘温度达到200 ℃，一般的发泡剂在此温度下不稳定，如十二烷基硫酸钠中含有酯基，分解温度较低，在高温焙烘下容易分解，而非离子型发泡剂在高温下不稳定、易析出，会造成染色不匀，有疵点，还可能会产生有毒有害物质。所以在分散染料泡沫染色时选用十二烷基磺酸钠作为发泡剂，在具有发泡能力的同时又有较高的分解温度，通过加入增稠剂控制发泡过程中体系的黏度以提高泡沫稳定性。控制发泡比在4～7，泡沫直径为0.019～0.090 mm，泡沫半衰期小于6 min。

2.5 涂料泡沫染色

涂料泡沫染色是通过黏合剂将涂料粘附在纤维表面，泡沫染色溶液中需要加入涂料、黏合剂、交联剂等。由于涂料本身的水溶性较差，必要时需加入一些分散剂、助溶剂等，形成均一稳定的体系。常规涂料在使用过程中需要加入糊料以达到增稠的目的；在涂料泡沫染色过程中可以少用甚至不用糊料，对织物手感的影响较小。同时涂料泡沫染色适用的纤维种类比较多，应用范围比较广［18］。

涂料泡沫染色配方如表1 所示，将原液配好后，通过发泡器发泡，然后施加到织物表面，最后进行焙烘（170 ℃）。发泡比控制在5左右，泡沫半衰期控制在200 s 左右，不同涂料表现出不同的泡沫稳定性。涂料的加入使得体系黏度升高，泡沫稳定性增加。不同表观颜色深度和不同类型的织物表现出不一样的物理性能、透气性以及色牢度。涂料泡沫染色的透气性相较于常规涂层印花更好，这是由于在涂料泡沫染色过程中，涂料被施加到织物的双面，同时黏合剂和交联剂用量较少，进一步增加了透气性（如表2 所示），而涂层印花只作用在一面，所有的黏合剂、交联剂都集中在一起，构成一层不透气的薄膜。