(2)泡沫施加设备可分为直接施加方式和间接施加方式。常见的有辊上刮刀涂层式、横轧辊式、双面涂层式、浮动刮刀式和圆网式等。以Dataco1or公司生产的Autofoam泡沫整理系统为例,它的结构主要分为控制装置、泡沫发生装置和泡沫施加装置三部分(见图4)。

Dataco1or公司的Autofoam泡沫整理机,可进行渗透或涂层整理。其泡沫施加方式主要有三种。

①螺纹刮棒式

见图5,将一定量的泡沫刮在织物上,并用控制器自动检测车速及控制化学溶液流,达到所要求的带液率;监测泡沫层的变化以控制发泡比,从而达到稳定及均匀的泡沫施加:

一般化学品整理采用定管输送式,即泡沫从主管到分支管,再到一缓冲槽,经过一条狭缝溢出,送至螺纹刮棒前的泡沫层区;用于高粘度或高固体含量的浆料,如地毯的背胶、PU或亚克力涂层、装饰布的阻燃整理等,可采用导管往返式,它是由主管道直接连到泡沫层区,通过导管左右往返的移动,将泡沫送至泡沫层区。

②高级地毯型

施泡系统属吹泡式(见图6)即泡沫直接由管道末端的狭缝中送出。当地毯绒毛向下通过背托滚筒时,地毯微弯而使绒毛层张开,此时施加泡沫,使其达至毛根,使整个绒毛层均匀沾上化学溶液,而且带液率可控制在8%-10%左右。

③无纺布型

直接将粘合剂发泡后吹在轧液辊上(见图7),借助其滚动将泡沫带至轧液点,代替了传统的溶液槽及刮液辊。传统方法的带液率是300%左右,而无纺布型施泡系统带液率减半,达150%,显著降低烘干的能耗。

Autofoam泡沫整理机设有全自动控制器,可记录500个程序,操作界面友好、简单。配有磁感应的液体流速计及气体质量流速计,可准确控制发泡比,化学溶液泵的转速可控。当输入布重、带液率及布速等参数后,可即时计算出化学溶液的消耗率,并准确控制。泡沫后整理机上还配有布边探测器、联动封边挡板,以控制加工宽度。

Autofoam泡沫发生装置的发泡原理与一般的泡沫发生装置有所不同。目前,国内大部分使用的是利用内外两个圆柱状同轴心鼓,内鼓链接转轴,外层镶有齿片丛,而外鼓则为不动的外壳，齿片丛则镶于内层。内鼓随转轴高速转动时,两鼓间交错相垒的齿片丛将输入的液气混合,但由于旋转时产生离心力的方向与化学品的路径相垂直,所以不同质量的泡沫会因离心力而分离,含水量大的泡沫会被摔到最外层,而内鼓的齿片伸展不到这一区域中,因此混合效果差,结果是不同质量的泡沫最后混在一起被输出。Autofoam的动态式双转盘发泡器,属于辐射式的设计,其齿片垂直轴心方向,以同心圆方式辐射排列。两个转盘有左右两面的齿片丛,再配合四个静止的齿片丛盘,合起来共形成四个混合加工区。由于化学品流经的路径与转盘旋转时所产生离心力方向一致,所以不同质量的泡沫不会因离心力而分层。

(3)上海太平洋机电集团印染机械分公司生产的动态狭缝式泡沫整理系统为例,它主要包括控制系统、泡沫发生器和泡沫施加器三部分,其构成和加工流程如图8所示。该系统最大的特点是采用智能微机控制系统,可根据加工织物的品种和规格,通过触摸式操作界面设定和正确控制生产工艺参数,如发泡量、发泡比等。发泡器采用目前流行的动态式泡沫发生器(见图9),通过转子与定子的相对转动将液体和气体剪切混合后形成泡沫,具有重演性好、可控性强和发泡倍率范围广等优点。泡沫施加器采用圆筒狭缝式泡沫施加装置(见图10),其特点是泡沫依次通过狭缝涂敷到织物上,并在压力状态下迅速渗透到织物内部,不易产生空壳泡,而且泡沫在织物上的施加均匀性好。

(4)誉辉化工经过多年的研究与实践,创新性地突破了传统的泡沫低给液整理与涂层的理论并成功地制造出了能够将泡沫精确地控制并均匀地施加到织物上的设备。此设计将给液精度控制在1%以内,通过泡沫充气的程度来调节施加到织物上的深度,也就是调节染液或整理液深入织物深浅,专利的泡沫分配施加于泡沫同步技术可使织物在经向与纬向化学品施加均匀分布。

①Neovi Foam誉辉泡沫的发生控制与特点

泡沫的质量控制对染色、整理或者涂层等都起到至关重要的作用。泡沫的质量将极大地影响着泡沫与织物的相互作用的过程,一些重要的参数在应用的过程中需要极其精准的控制。誉辉所设计的泡沫发生装置,为泡沫在染整行业的应用起到切实的保证。

Neovi-Foam泡沫发生器主要的工作原理如下：采用了转子与定子同时具有咬合拌针,保证对化学品稳定剪切；双重气流控制包括精确气体质量流量计和多磁阀控制；累进式腔式泵几乎无脉动误差；蛇形转子在弹性定子中运动,转子的往复轴向运转。经过精密的设计和不断的实践,Novi-Foam泡沫发生器能够达到气体流量控制的大跨度反应和稳定的气体进出流量,可以发泡的化学品体系粘度高达20000cps,而且能够达到精确控制泡沫大小与均匀性。

②Neovi Foam誉辉泡沫的施加控制和特点

Neovi Foam泡沫施加器通过自有专利设计,保持了产品的独一无二性,其主要的原理包括：泡沫发生室到泡沫分配头以及分配头到泡沫施加点保持绝对的管路路径一致(如图11所示)；特有的挤入式泡沫施加刀口；自动探边装置来调节泡沫的施加幅宽。Novi-Foam泡沫施加装置的设计保证了泡沫从发生后到达织物表面或喷入织物内部横向施加均匀,没有左右偏差或条纹产生,能够沿着织物横向上均匀施加化学品,织物前处理满足要求的条件下,该施泡装置能够达到中边色差很小,能够达到△E=0.5,完全可以满足印染化学品均匀施加的需要。并保证泡沫均匀地渗透并在织物内部发生衰减,幅宽变化时泡沫施加位置可随之调整而泡沫施加均匀程度几乎无影响,可以根据客户的需要调整加工的幅宽范围,安装位置,或根据厂房设备进行量身定制。

5  泡沫整理的工艺效果与节能

5.1  灯芯绒泡沫染色和整理的经济性

(1)FFT泡沫施加机采用圆筒夹套式,上接狭缝式刀口(见图3),在一定压力下将泡沫均匀涂布于织物上。该系统具有应用半稳定或亚稳定态特征,泡沫质量容易控制;在压力下施加泡沫,可控制织物的渗透性,瞬时渗透最快为0.01s,而单面给液或辊筒、刮刀等施加系统,则难以控制泡沫的渗透程度。

(2)可进行相同或不同的双面泡沫染整,施加不同或相同的化学药剂和染料,开发新花色品种。

(3)应用快速分解泡沫体系,提高产品手感和施泡均匀性,有利于提高产品质量。

(4)施泡机采用气动探边及液压执行机构,加上端封机构,可保证施加的密封性和防止振动引起的给泡不匀及泄漏,并可在低张力下整理张力敏感织物和低张力织物。这些都有助于提高产品质量。

(5)国内引进的FFT系统,采用活性染料泡沫染中条灯芯绒,即可用作印花底色,也可作服饰面料。由于是单面染色,其百米染化料成本从2.64元下降为1.32元,若以年产1000万米计,则可节支13.2万元,若该厂染色全部由FFT机加工,年产量不少于3000万米,节省的染化料费用将十分可观。

(6)灯芯绒采用FFT机加工,因不经轧辊轧压给液,有益于绒条丰满直立,并可减少因烘筒烘燥产生的游移现象。

(7)采用FFT机进行灯芯绒泡沫染色和整理,由于给液率仅为20-25%,大大低于普通浸轧法的轧余率,年节省烘燥用煤188t,节水1324.6t,全年以3000工作时计算,则节约用电11100Kw・h。

(8)由于泡沫施加系统比较完备,几乎很少有污水排放,有利于清洗生产。

5.2  斯托克FP-Ⅱ型泡沫印花系统

    (1)FP-Ⅱ型泡沫印花系统如图12。该系统由泡沫发生器以及装有电子计算机的控制台和泡沫刮刀三部分组成。电子计算机控制系统可根据输入的各个参数,即色浆重、泡沫色浆重、布幅宽度、每m2织物上泡沫色浆的用量、印花面积和计算机采集到的印花机车速等,经自动计算后对泡沫发生器发出指令,泡沫发生器再根据指令工作。

(2)该系统的泡沫发生器的泵能力300L/h,混合头功率1.1kW,转速0-900r/min;计算泵功率0.55kW;泡沫重65-350g/L;系统压力(19.5-53.9)×10⁴Pa;泡沫产生量0.2-4,999L/min。泡沫色浆进入刮刀进浆管后,沿着管道分成两路,分别在刮刀的两端进入刮刀,使得在刮刀内部沿长度方向的各点上的泡沫分布均匀一致,然后分别从两个狭缝中流出(两狭缝的缝隙宽为0.12-0.65cm),方向相反。泡沫流经刀口,受刀口的压力,泡沫浆透过圆网转移到织物上。泡沫印花的圆网目数应选用80目、100目、125目。目数愈高印制效果越好;网目数过低,如60目,则易在印花织物上产生干涉波条纹,而导致印花不匀。

(3)装有电子计算机的控制台能显示印花车速(0-126m/min)、输入的色浆量(0-500g/m2)、输入的布幅宽度(65-320cm)、输入的泡沫充满刮刀的时间(55-100s)、输入的泡沫色浆重(65-350g/L)、输入的指令设定车速(0-127m/min)。例如工艺车速设定为40m/min,电子计算机计算后随即指令印花机加速至该值,泡沫发生器产生相应的泡沫量,使其在整个加速过程中,印制在织物上的泡沫色浆用量与输入的泡沫色浆用量一致,以确保织物得色浓淡一致。计算机在指令印花机加速的同时,指令泡沫发生器定量生产泡沫,包括泡沫的提前量。因为从泡沫发生器混合头生产的一定量的泡沫,经软管送入泡沫印花刮刀需要一定时间,一旦停车,此时泡沫发生器仍能保持7s,以保持停车前的泡沫需要量,从而确保在惯性减速过程中,印花机内织物色泽与正常运转时相同。

(4)以印花面积50%的一套花型,印制5万m为例,比较泡沫印花与常规花工艺,前者可以节省印花色浆55%,降低成本38%,且印制效果好,织物手感柔软。

5.3  毛巾织物平网泡沫印花

泡沫工艺应用于毛巾织物印花时,随着刮刀刮动,泡沫体系中气泡的液膜很快脱水,泡沫壁的厚度减低,其黏度也随着下降,直到泡沫破裂。色浆很容易透过筛网印到织物上,渗透到织物表面,并很快被吸收。

(1)从泡沫印花机理来看,巾被行业特别是用热台版平网印花,可改用冷台板印花。由于泡沫浆的体积膨胀了3-4倍,给浆量只是常规的1/2或1/3,不会造成渗化糊色等疵点,大大节约了能源。

(2)产生具有一定特性的泡沫是泡沫技术的关键。某厂采用普通搅拌机以2000r/min搅拌8min,可获得良好的发泡效果。

(3)在普通的平网印花机上实施泡沫印花工艺,要求泡沫均匀、半衰期长、稳定性和流变性好。采用十二烷基酸钠与JFC拼混,用量以2%为佳。用量过低达不到一定的发泡比;用量在2-3%之间,无明显差别;用量4%以上,发泡液容易发泡大、黏度大或原浆液浑浊,这主要是由于超过临界胶束浓度所致，使之不能正常使用。泡沫稳定剂采用2%的十二醇为好,能增加泡沫中气泡壁的表面黏度,起保护膜的作用,并能显著地降低界面自由焓,从而提高泡沫的稳定性。泡沫印花所用增稠剂,应选择有利于泡沫活性、泡沫涂料印花性能的增稠剂,以海藻酸钠浆黏度4Pa・s计,用量10%最为理想,半衰期长达6h以上,流变性好,适合于直接印花。

(4)制备泡沫浆时,可先用一定温度的少量水溶解活性染料,然后加发泡剂及一定量的水调匀,加入增稠剂,以2000r/min高速搅拌4min,再加入稳定剂搅拌4min,得到具有一定发泡比的均匀泡沫浆。发泡剂不能用超过40℃的热水溶化,否则会出现原液浑浊和发泡比不一致的现象。制备时不宜将稳定剂与其它助剂一同加入,否则难以起泡,造成发泡比不一致。烘燥时间约为常规工艺的三分之一，活性染料印花后需要汽蒸、后处理,涂料印花烘干后则为成品。为了保持泡沫浆连续使用,可用搅拌机定期或连续不断地搅拌,此操作不影响其发泡比。

(5)泡沫印花印制浅、中色时,其发泡比、泡沫的稳定性和染料的溶解性一般较好,但印制深色(3%以上)时,由于泡沫印花的特点是给液量低,客观上造成染料浓度高,从而使染料溶解性能降低,特别是用活性蓝K-CR、蓝K-R、红K-2BR、黑K-R等染料。尿素在常规工艺中的作用是助溶,而在泡沫印花中却不能使用或尽量少用尿素。这是由于尿素本身含有氢键,能提高染液表面张力,有消泡作用。此外,尿素与十二醇发生化学反应,会导致泡沫无法形成。为此,应使用超细粉的活性染料,以解决溶解问题。高浓的染液密度大,导致在一定的发泡条件下难以起泡,可利用阴离子型发泡剂和非离子型发泡各自的特性,调节两者比例,分别制成相应于染料浓度的深、中、浅的不同比例的发泡剂。在普通平网印花机上,印制床单、毛巾织物的发泡比为1:(3.5-4)。

(6)发泡比为1:(3.5-4)时,可节约活性染料10%-15%,涂料40%左右。烘燥所需热能可节约5O%以上,大大改善环境污染。泡沫稳定性好,流变好,泡沫浆不沾刮刀、不拖刀、不易造成糊色等疵点。

5.4  泡沫印花后整理能耗

由于Autofoam泡沫整理系统与常规的加工方法相比,带液率明显低得多,所以能源的节省是显而易见的。表4、表5两个实际测试的例子如下。

表4  印花布的抗皱整理能耗比较(100%纯棉花布,92g/m2)

表5 针织布防缩整理能耗比较(100%纯棉针织布,136g/m2)

6 结束语

(1)减少单位质量织物烘干所需的能源;

(2)加工时间明显减少,提高生产效率;

(3)溶液的吸液率不受织物含量的影响,不需干燥,可直接加工织物;

(4)不受织物吸水性的影响,可均匀加工织物,自动控制给液量;

(5)因织物吸液率低,干燥工序中几乎无染料泳移现象;

(6)加工中不会使织物表面变形,可提高柔软性,绒类织物毋需轧染;

(7)变换工艺简便省时,灵活性和通用性高,在一次工艺过程中可进行双面涂层、给液、印花或组合使用;

(8)减少环境污染。

7 参考文献

[1]陈立秋.染整工业节能减排技术指南[M]北京，化学工业出版社2009.1

[2]泡沫整理相关公司产品资料.