纺织品泡沫染整的发展与应用现状

摘要：泡沫染整是一种低给液的纺织品染整加工工艺，具有节水、节能、节约染化料、可提高生产效率等优势 ，是节能减排、生态环保型染整技术之一。本文回顾了国内外泡沫染整技术发展情况；阐述了泡沫染整设备的工作原理，比较了几种发泡机、泡沫施加器的特点；介绍了泡沫技术在牛仔布丝光、织物增白、经纱上浆、织物和地毯染色、地毯印花、功能整理中的应用；预测了泡沫染整的应用前景。

关键词：泡沫染整；设备；工作原理；应用前景

中图分类号：TS190.8 文献标志码：A

Development and Application of Foam Dyeing and Finishing of Textiles

Development and Application of Foam Dyeing and Finishing of Textiles

Abstract： Foam dyeing and finishing is a kind of low wet pickup process， which has the benefits of saving water， energy and dyestuff， and improving the efficiency of production. It is one of the energy saving， emission reducing and eco-friendly dyeing and finishing technology. In this article， the development of foam dyeing and finishing technology was reviewed at home and abroad. The working principle of foam dyeing and finishing equipment was stated. The characteristics of several kinds of foaming machine and exerting foam machine were compared. Application of the technology in denim mercerizing， fabric whitening， warp sizing， fabric and carpet dyeing， carpet printing and functional finishing were introduced. The application prospect of foam dyeing and finishing was also predicted. Key words： foam dyeing and finishing； equipment； working principle； application prospect

进入21世纪以来，人们的节能环保意识大幅度提升。在这种背景下，针对印染行业耗水耗能的现状，国家提出了节能减排的发展目标。中国纺织工业联合会在《纺织工业“十二五”科技进步纲要》中明确重点任务是推进“节能环保、绿色低碳，以及创建完善的产学研创新体系”，提出重点研发短流程、少水及无水印染加工新技术，实现清洁生产、提高可持续发展水平，要求重点推广少水及无水印染加工技术到印染行业的20% ～ 30%，实现年节水、减少污水排放超5 000万t的目标。

泡沫染整技术采用尽可能多的空气来取代配制整理液或染液时所需的水，通过空气将整理液或染化剂在水或其他染液中的浓溶液或悬浮液膨胀转化成泡沫，然后强制泡沫扩散到被加工织物的表面并渗透进织物内部。由于泡沫染整加工采用低给液体系，因此相比传统浸轧方式，带液率下降40%以上，可降低能耗50%，节水40%，节约化学品20%，提高生产效率50%，可应用于纺织品的丝光、增白、染色、印花、整理等多个加工环节，还可以用于无纺布、地毯等的加工。在全球环境问题日益加剧的大背景下，泡沫染整这一绿色技术必将具有十分广阔的推广和应用前景。

1 泡沫染整技术的发展历程

20世纪初就有人开始研究泡沫在纺织工业中的应用，但直到70年代，世界能源危机的加剧促使人们考虑降低纺织品各个加工环节的能耗。泡沫技术具有节能、节水、节省染化料的特点，并能提高产品的产量和质量，因此受到世界各国的重视，由此，该技术才真正开始应用于实际生产中。70年代早期，Union Carbide发明了狭缝式泡沫整理技术（FFT），1977年美国的Gaston county（加斯顿）染色机公司开发了商业化设备，主要应用于地毯泡沫印花和织物泡沫整理，该设备在1979年国际纺织机械展览会（ITMA）上展出，并开始在全球范围销售。

上世纪80年代，我国出现过研究、应用泡沫染整技术的高潮，1983年纺织工业部（现中国纺织工业联合会）组织了一个泡沫染整技术考察团，对当时联邦德国的泡沫染整技术进行调研和分析，了解了发泡和施加设备及其应用情况，包括发泡剂、稳定剂等化学助剂方面的发展，并联合华东纺织工学院（现东华大学）、上海第一印染厂、上海印染机械厂等单位进行泡沫整理工艺及设备的研究，先后制造多台狭缝式泡沫整理设备，分别在上海第一印染厂、沙市东方印染厂等企业得到应用。由于当时技术水平的限制，设备的操作较之传统轧液轧车繁琐，操作工人一时不能很好适应，更重要的是由于当时人们的环保意识淡薄，因此该节能型技术在国内没有得到很好地推广。

1987年，上海印染机械厂与郑州纺织机械厂共同承担了中国纺机总公司的“圆筒针织物泡沫整理设备”项目，研制了两辊泡沫施加轧车，并于1992年在山东潍坊针织厂成功试运行。

近年来，节能减排以及环保治理已成为纺织印染行业面临的主要问题，在这种背景下，低给液、低能耗、低排污的泡沫技术又开始重获关注，泡沫染整设备受到生产企业的欢迎。上海誉辉化工有限公司推出的爱沫（NEOVIFOAM）发泡染整设备，可用于单/双面染色、涂层整理等，目前已应用在华纺股份有限公司、青岛凤凰印染集团有限公司、常州市东霞纺织印染有限公司等企业；Datacolor的Autofoam泡沫染整加工系统可以应用于活性染料一浴一步无盐染色、泡沫丝光，还可用于牛仔布、灯芯绒等厚重织物及针织物、无纺布、地毯等，目前全球机台保有量近500台，分布于欧洲、日本、中国等地；江苏太仓宏大方圆电气有限公司研制的FP-1型发泡机与进口设备相比性价比高、维修方便、占地面积小，得到中小企业的青睐。

在泡沫设备的研发和应用过程中，配套的工艺技术研究在上世纪80年代和本世纪初有较多文献报道，对发泡剂性能、发泡工艺、施泡方法进行了较全面的研究，取得了一些成果，为泡沫技术的推广应用打下了基础。

2 泡沫染整设备的工作原理

泡沫是气体和液体完全混合的多孔膜状多相分散体系，其中液体是连续相，气体是非连续相。泡沫技术利用发泡原理，在常规的染液或整理液中加入适量的发泡剂，通过特定的机械设备，将空气和染液或整理剂混合并使之转化为具有一定稳定性和粒径分布的泡沫，再将泡沫施加到被加工织物表面，染料或整理剂均匀分布在织物表面或渗透到织物内部，实质上是以空气代替大部分水作为化学品施加的介质。

基于以上工作原理，泡沫染整设备由泡沫发生器、泡沫施加器和控制系统等 3 部分组成。2.1 泡沫发生器

泡沫发生器主要分为静态发泡器和动态发泡器两大类，其结构分别见图 1、图 2。

填料式静态发泡器通过填料形成的空隙将液体和气体混合后形成气泡，网式静态发泡器通过多层金属网将液体和气体混合后形成气泡，两者均无需外加动力，但发泡量受到限制、发泡倍率范围较窄，大批量生产应用困难。

轴心式动态泡沫发生器是由转子与定子间的相对转动将液体和气体剪切混合后形成泡沫，需要交流电机带动转子转动，可变频调速，发泡倍率范围广，工艺适应性强，但设备结构复杂，成本较高；辐射式动态泡沫发生器是双转盘结构，其齿片是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，配合 4 个静止的齿片丛盘，合起来共形成 4 个混合加工区，由于流体经过加工区的路径和转盘旋转时所产生的离心力方向一致，所以不同质量的泡沫不会被离心力分层，另外泡沫被加工的有效距离是转盘半径的 4 倍或直径 2 倍，比轴心式动态发泡器单一路径长很多。目前推出的生产型设备均为动态式发泡器。

2.2 泡沫施加器

泡沫施加或涂覆装置种类较多，根据不同用途分为：喷射式、刮刀式、刮刀加真空抽吸式、辊筒式、网带式、圆网式、狭缝式、螺纹刮棒。地毯印花、多色染色采用喷射式、刮刀加真空抽吸式、网带式、圆网式、螺纹刮棒；双面染色采用圆网式、狭缝式；泡沫整理和泡沫涂层一般采用狭缝式、刮刀式、辊筒式，可单面也可双面处理。

刮刀式、辊筒式、网带式由于泡沫在无压力条件下施加，要求织物具有良好的渗透性，对厚织物，泡沫不能渗透到织物内部，涂覆质量不匀、有差异；喷射式施加泡沫时由泡沫分配器流入泡沫喷管后再施加到地毯上，使其获得足够的染液，又不会压倒地毯表面绒毛，相对于常规地毯染色带液率下降75%，大大节省了用水量和烘燥热能；刮刀加真空抽吸式用于地毯染色有利于染液的渗透，使绒毛尖部和根部得色一致均匀；刮刀式、辊筒式、圆网式和狭缝式可用于织物的单面染色、整理和双面染色、整理。

2.3 控制系统

新型泡沫设备（动态发泡）配有计量准确、操作方便的电器控制系统，发泡机配有磁感的液体流速计和气体质量流速计，对染化料溶液的泵给速度也可控制，以准确控制发泡比。按照车速，调整出泡速度，确保泡沫发生器出口到织物幅宽任意一点的距离保持一致，使施泡均匀，避免染色或整理不匀现象。当输入织物的克重、幅宽、带液率、发泡比、车速等参数，染化料的消耗量被实时计算及准确控制，并将所有控制参数记录。

目前，国内外有多家公司开发了泡沫染整设备，主要有美国加斯顿染色机公司、德国Monforts（门富士）、荷兰Stork（斯托克）公司、奥地利Zimmer（齐玛）公司、上海印染机械厂、上海誉辉化工有限公司和佛山市亚诺精密机械制造有限公司等，设备包括染整机、印花机等不同机型。

3 泡沫技术在染整中应用

3.1 泡沫丝光

泡沫丝光是在浓烧碱中加入发泡剂，用发泡机使溶液形成泡沫，然后选用单面或双面涂覆方式，实现单面丝光或双面丝光，主要用于牛仔布的丝光。

泡沫丝光时含碱泡沫接触织物，很快破裂变成强碱溶液，通过毛细管效应被纤维吸收，而泡沫破裂时产生的冲击力也有助于碱液对纤维的渗透，因此与常规丝光相比可以减少碱用量30%，碱液渗透更好，节约能源，减少耗水量，降低加工成本，减少污水排放。目前面临的问题是碱浓度达到250 g/L的条件下，发泡剂的耐碱稳定性和渗透性有待提高。有研究表明，PT808（异辛醇硫酸钠）和TO-9磷酸酯（异构十三碳醇聚氧乙烯醚磷酸单酯、双酯的混合物）在强碱条件下具有良好的起泡、稳泡效果。此外，为增强织物的渗透性，丝光前充分退浆是必须的。

3.2 泡沫增白

泡沫增白是将增白剂与发泡剂通过发泡机发泡后施加到织物上。有些织物（特别是厚重织物）只需表面增白即可，使用泡沫增白可以通过调节泡沫的施加量，控制增白剂的渗透程度，使大部分增白剂停留在织物表面，以提高增白剂的有效性，这样既可以减少增白剂和水的用量，降低成本，同时生产的环保性提高。对处理要求不高的织物，还可采用泡沫方法实现单面增白。

3.3 泡沫上浆

泡沫上浆是以泡沫为介质对经纱上浆的一种新工艺。粘附于纱线上的泡沫浆经过压浆辊时，泡沫在轧点处破裂，浆料均匀分布于纱线上。泡沫上浆与常规上浆相比：泡沫为传递介质，减少了用水量，节水；上浆后纱线上含水量较少，烘燥耗能降低，节能；浆料渗透到纱线内部较少，浆料容易去除，易于后序退浆，节约成本；大多数浆料本身具有一定发泡能力，添加少量发泡剂就可发泡，无需煮浆，节约蒸汽消耗；纱线带液率低，可提高烘干环节的车速，效率提高；上浆后经纱毛羽少、磨浆少、开口清晰、织造率提高。实现上述目标，泡沫浆料要具备以下条件：浆料在添加少量发泡剂后具有发泡能力；高浓度浆液必须能发泡，高浓低粘泡沫应能包覆纱线；泡沫与纱线接触时立即破裂或在压浆时破裂，使上浆均匀；临时停车时，泡沫应保持稳定不破裂。

3.4 泡沫染色

泡沫染色是将染液、发泡剂和水混合，经发泡机发泡后施加到织物上，然后烘干固色，完成上染的技术。有研究表明泡沫染色可应用于还原染料的悬浮体染色、活性染料染色和分散染料染色。

泡沫染色以泡沫为传递介质，浴比小，可减少染料、助剂用量和用水量，活性染料染色可以实现无盐染色。泡沫染色时，当泡沫接触织物后泡沫内的染料浓度高，水分少，来不及渗透到纤维内部就均匀破裂于纤维表面，导致织物表面得色量高，但一旦泡沫不均匀或破裂不一致均会导致表面得色不均匀。利用泡沫染色渗透性差的特点，可开发彩色牛仔布面料，通过环染和后道水洗，产生牛仔的仿旧效果。与常规轧染相比，泡沫染色时织物带液率降低50% ～70%，低带液可减少泳移产生的染色不匀问题，还可减少烘干能耗，提升车速，提高生产效率。总之，泡沫染色的低浴比使加工过程节水、节能、节约染化料，可减少污水排放，具有显著的生态环保优势。

泡沫染色可用于单面染色、双面染色，结合织造设计可以实现条格色织的效果，是一般染色方法难以实现的。如果将多个染料分别发泡，然后通过电磁阀控制泡沫喷口，多组喷头交错排列，泡沫自喷口喷出通过辊筒经挡板施加到地毯织物上可实现多色染色的目标，喷头的数量和排列方式不同，可以变化出各种色彩效果。

3.5 泡沫印花

泡沫印花是上世纪80年展起来的新技术，最早应用于地毯印花，然后推广到绒类织物印花及一般织物印花。泡沫印花是借助于空气，使少量液体形成泡沫携载染料或涂料及各种助剂局部、均匀地施加到织物表面，在较低给湿的情况下完成印花过程，可达到节约能源、染化料，改善织物手感的目的。

3.6 泡沫整理

泡沫整理可应用于树脂整理、拒水、吸湿、阻燃、抗紫外线、抗静电等各种整理，以及各类功能性涂层整理中。泡沫整理是将整理剂或涂层剂、发泡剂混合后发泡并施加到织物上，可单面也可双面处理，与常规轧烘焙整理相比，带液率低，减少了泳移，节省了烘干的能耗，并节省整理剂用量，改善了织物手感。通过控制单面涂覆的渗透性，可以实现双面整理或双面涂层的效果，如用于手术服的拒水、吸湿双面整理，用于窗帘的阻燃、遮光或抗静电、遮光等双面涂层整理，在达到双面效果的同时，大量节省化学品用量，还减少整理剂之间的相互影响，可用于各类功能面料的产品开发。

4 泡沫技术的发展前景

泡沫染整技术可以应用到纺织品染整加工的诸多环节，而且独有的特点使其能够达到甚至超过常规工艺的加工效果，因此，当然必需根据不同加工及所用化学品特点正确选择发泡剂，发泡方式和施加方式，使泡沫的密度、稳定性、均匀性、润湿能力，及泡沫的大小和流动性符合加工过程化学品的渗透性、均匀性等要求，泡沫加工设备的控制精确性也有待提高，这样才能真正使泡沫染整技术得到生产企业的认可。

随着全球能源危机的加剧以及环保呼声的高涨，“绿色生产”已成为纺织印染企业关注的重点，各类节能减排型技术得到重视并得以发展。泡沫染整技术具有节水、节能、节约化学品、少排放等优势，符合节能减排和生态环保的要求，必将会有十分广阔的应用前景。

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