發泡劑XY-105在水溶性非織造布生產中的應用

滕莉莉 徐艷艷 劉俊龍 鞠福生

1.大連工業大學紡織與材料工程學院，遼寧 大連 116034；2.大連新元化工技術有限公司，遼寧 大連 116034

發泡劑XY-105在水溶性非織造布生產中的應用

滕莉莉1徐艷艷1劉俊龍1鞠福生2

1.大連工業大學紡織與材料工程學院，遼寧 大連 116034；2.大連新元化工技術有限公司，遼寧 大連 116034

選用一種具有抗黃變性能的新型發泡劑XY-105，考察其在不同質量濃度、不同溫度下配制的水溶液及其與PVA配成工作液時的泡沫性能和潤濕力，并對其抗黃變性能與目前水溶性非織造布生產中常用的發泡劑十二烷基硫酸鈉(K12)進行對比。結果表明，不論在水溶液或工作液中，XY-105的泡沫性能均表現良好，潤濕力較強；經過1 h、 120 ℃和10 min、 190 ℃的抗黃變測試后，XY-105的顏色不變，而K12已炭化發黑；將XY-105用于水溶布大生產，從實踐上證明了其優異的抗黃變性能。

發泡滲透劑， 抗黃變， 水溶性非織造布

本文所述水溶性非織造布(簡稱水溶布)是以水溶性聚乙烯醇(PVA)纖維為原料，經浸漬、水刺等工藝加工而成的薄型非織造布，主要用作機制繡花底布[1]。在國內，水溶布采用黏合法生產，包括纖維開松、成網、浸漬加固、干燥成卷、分卷檢驗及包裝5個工序。根據浸漬方式的不同，浸漬工藝可分為飽和浸漬工藝(飽和法)和泡沫浸漬工藝(泡沫法)，前者生產的產品手感較硬且薄，后者生產的產品手感較好[2]。目前，國內大多數生產廠家采用泡沫浸膠的方式——在膠液中加入一定量的發泡劑，經泡沫發生器形成泡沫，再經軟管供應到浸膠機上涂覆[3]。此工藝優點是上膠量小，生產速度高，黏合劑施加均勻(即使在施加量很小的情況下)，易干燥，制品手感柔軟、組織較蓬松，用水量節約，后道焙烘工序中能耗降低。相同的上膠量，泡沫法生產的水溶布強力較高且耐穿刺[4]。

在泡沫法水溶布生產中，經高溫焙烘而導致布面炭化發黃是整個行業中普遍存在的問題，尤其在用作機制繡花底布時須經二次高溫定型，黃變問題更加突出，嚴重影響產品外觀品質[5]。筆者在對水溶布中的PVA纖維、PVA膠、發泡劑等材料的抗黃變試驗研究中發現，導致水溶布黃變的主要影響因素來自發泡滲透劑。因此，本文選擇了一種抗黃變的發泡劑XY-105，以期解決水溶布黃變問題。

1 試驗部分

1.1 試驗材料與儀器

材料：棉布圓片(d=35 mm)。

試劑：發泡劑XY-105，大連新元化工技術有限公司；PVA(聚合度1 788)，安徽皖維高新材料股份有限公司；發泡劑十二烷基硫酸鈉(K12)，大連新元化工技術有限公司。

儀器：HH6數顯恒溫水浴鍋，北京醫療設備廠有限責任公司；JJ-1精密增力電動攪拌器，常州國華電器有限公司；DHG-91電熱恒溫鼓風干燥箱，上海精宏實驗設備有限公司；自制簡易羅氏發泡儀，大連新元化工技術有限公司；501BS超級恒溫水浴鍋，江蘇省金壇市大地自動化儀器廠。

1.2 表征

將XY-105配制成質量濃度為2.0、 4.0、 6.0、 8.0 g/L的水溶液和工作液(其由XY-105與PVA共同配置而成，其中PVA的質量濃度為30.0 g/L)。

1.2.1 發泡力測試

發泡劑的發泡力用泡沫高度衡量。參照GB/T 7462—1994《表面活性劑 發泡力的測定 改進Ross-Miles法》，水溶液分別在常溫、65 ℃條件下進行測試，工作液的測試溫度為65 ℃。取100 mL試液緩慢加入羅氏發泡儀上端的分液漏斗中，避免起泡；另取50 mL同種試液加入羅氏發泡儀下端的計量管中。然后打開活塞，分液漏斗中的試液垂直向下降落，產生泡沫，待其流盡時開始計時并測量泡沫高度，每分鐘記錄1次，共測5 min。在同一條件下測試5次，取平均值。

1.2.2 泡沫穩定性測試

泡沫的穩定性通常用泡沫半衰期衡量。泡沫半衰期即泡沫破裂至析出1/2液體所需要的時間(min)，用t1/2表示。

1.2.3 潤濕力測試

發泡劑的潤濕力用滲透時間表征。參照GB/T 11983—2008《表面活性劑 潤濕力的測定 浸沒法》，水溶液分別在常溫、65 ℃條件下進行測試，工作液的測試溫度為65 ℃。取800 mL試液慢慢倒于1 000 mL燒杯中，避免產生泡沫；將棉布圓片平穩地放于試液表面，記錄其從試液表面開始下沉至燒杯底部所需的時間，即滲透時間(min)。在同一條件下測試5次，取平均值。

1.2.4 抗黃變測試

按工作條件(水溶布5 g，PVA質量分數5.0%， XY-105質量分數 0.7%)稱量藥品于燒杯中，在90 ℃下攪拌1 h，制成工作液。取2 g左右的工作液于稱量瓶中，放置于125 ℃ DHG-91電熱恒溫鼓風干燥箱中1 h，取出并觀察工作液顏色變化；然后，將上述稱量瓶置于190 ℃ DHG-91電熱恒溫鼓風干燥箱中10 min，取出并觀察工作液顏色變化。

2 結果與討論

2.1 XY-105泡沫高度

由圖1可知，隨著發泡劑質量濃度的增加，溶液表面張力減小，泡沫高度增大；溫度升高，泡沫高度下降；配成工作液后的泡沫高度與水溶液中相差不大。

產生這些現象的原因是發泡劑質量濃度較低時，其在溶液表面的吸附量小，溶液表面張力的降低幅度較大，泡沫高度較小[6]；隨著發泡劑質量濃度增加，其在溶液表面的吸附量提高，溶液表面張力的降低幅度增大，起泡能力增強，泡沫高度增大。溫度升高，會使表面活性劑分子的熱運動加快，但液膜強度降低，泡沫破裂速度大于其生成速度，導致泡沫高度稍有下降；發泡劑與PVA配成工作液后，溶液黏度增大，氣體在液膜中的溶解度降低[7]，使得氣體和液體不能最大程度地接觸混合，起泡能力減弱，泡沫高度減小。

2.2 XY-105泡沫穩定性

如圖2所示，隨著XY-105質量濃度的提高，泡沫半衰期表現出先增長、后下降、再增長的趨勢；溫度對泡沫半衰期有顯著影響。這是因為XY-105質量濃度低時其在溶液表面的吸附量小，溶液表面張力大，泡沫易破裂；提高XY-105質量濃度，則其在溶液表面的吸附量提高，溶液表面張力降低，泡沫不易破裂，泡沫半衰期延長，泡沫穩定性增強；當XY-105在溶液表面的吸附達到飽和后，繼續提高XY-105質量濃度會減弱Marangoni效應，泡沫穩定性降低[8]；之后，進一步提高XY-105質量濃度，起泡數量大大增多，導致泡沫半衰期又增長。隨著溫度的升高，XY-105在溶液表面的吸附量減少，XY-105分子占據面積增大，溶液黏度降低，溶液表面張力的自修復作用減弱，溶液表面彈性降低，泡沫半衰期縮短[9]。另外，溫度升高，溶液黏度降低，排液速率加快，泡沫穩定性也會下降。工作液與水溶液相比，前者的泡沫半衰期有所提高。其原因在于，XY-105與PVA配成工作液后，溶液黏度增大，泡沫表面的黏彈性增強，泡沫內的液體不易流失，泡沫穩定性加強[10]。從圖2也可看出，對于發泡劑XY-105，其質量濃度為4.0 g/L時泡沫穩定性最佳。

圖2 XY-105質量濃度對泡沫半衰期的影響

2.3 XY-105潤濕力

如圖3所示，隨著XY-105質量濃度的增加，滲透時間縮短，潤濕力提高；溫度升高，XY-105的滲透時間縮短，縮短幅度呈現先增大后減小的趨勢。這是因為隨著XY-105質量濃度的增加，溶液表面張力減小，SL/S(即液體在基質上的鋪展系數)值增大[11]，潤濕力提高。當XY-105質量濃度較低時，溫度升高，XY-105的溶解度增加，溶液表面張力明顯減小，滲透時間縮短，潤濕力明顯提高；當XY-105質量濃度較大時，溫度升高對溶液表面張力的影響減弱，但潤濕力仍然增強。XY-105與PVA配成工作液后，其潤濕力低于水溶液。PVA的加入使體系黏度增大，表面張力提高，潤濕力下降。

圖3 XY-105質量濃度對滲透時間的影響

2.4 XY-105抗黃變性

2.4.1 配比的優化

根據表2確定的因素水平，選擇L9(33)正交表安排抗黃變試驗。

表2 抗黃變試驗因素水平表

按照表2中的水平，相應稱取定量的XY-105、 PVA和水溶布于燒杯中，配置成水溶布質量濃度為50.0 g/L的工作液，在90 ℃下攪拌至溶解完全。然后，取一稱量瓶，稱取2 g左右的工作液，放置于125 ℃ DHG-91電熱恒溫鼓風干燥箱中，1 h后取出，觀察工作液的顏色變化；再將上述盛有2 g左右工作液的稱量瓶置于190 ℃ DHG-91電熱恒溫鼓風干燥箱中，10 min后取出，觀察工作液的顏色變化。重復上述操作9次。

本次正交試驗的考察指標是顏色變化，直接量化比較困難，所以采用對主要指標(即透明度)進行評分的方法。將工作液的透明度分為5級，最好的記5.0分，最差的記1.0分。由5人參與評分，評分結果取平均值(表3)。

表3 抗黃變試驗結果

注：T為試驗結果之和，x為試驗結果的平均值

對試驗結果進行極差分析：首先從樣品顏色來看，1～9號的顏色評分雖有差異，但并未出現明顯

黃變現象，抗黃變表現均合格；其次，極差Ri的值反映了因素i的水平變化對試驗結果的影響程度。因此，可以判定，對樣品顏色的影響程度：XY-105質量分數>PVA質量分數>水溶布質量。同時，從表3可以看出5號的顏色評分最高，再根據極差Ri，確定最優試驗組合為A2B2C3。

2.4.2 對比試驗

分別取2 g左右的XY-105和K12于培養皿中，放置于125 ℃ DHG-91電熱恒溫鼓風干燥箱中1 h后取出，發現其顏色都不變，都為白色；然后，再將兩者置于190 ℃ DHG-91電熱恒溫鼓風干燥箱中10 min后取出，結果如圖3所示，XY-105的顏色不變，仍為白色；K12已炭化發黑。

圖4 抗黃變測試結果(左為K12，右為XY-105)

2.5 大生產應用

2.5.1 工藝流程及設備

水溶布生產工藝流程：配料機→開松機→儲料箱→定量給料機→梳理機→折疊鋪網機→K12氣流成網機→發泡機→輸膠泵→泡沫上膠機→箱式烘干機→圓網定型機→收卷機。

根據水溶布生產工藝流程，其設備組成大致可分為纖維成網、纖維加固和整理加工[12]，對應的生產設備如圖5所示。

圖5 水溶布生產設備示意

2.5.2 工藝條件

PVA質量：30.0～33.0 kg(1 t水中)；XY-105質量：2.5～3.5 kg(1 t水中)；發泡膠液溫度：70～75 ℃。

2.5.3 成品測試

大連天馬水溶布有限公司使用發泡劑XY-105生產水溶布，生產過程中可靠性高、重現性好、操作穩定，成品品質優良、無黃變現象，滿足了客戶較高的要求。與該公司的合作，對新元化工有限公司研發的發泡劑XY-105的推廣和應用起到了很好的示范作用。

3 結論

(1) 發泡劑XY-105的泡沫性能良好，潤濕力佳，當其質量分數在0.5%～0.9%時，經高溫焙烘均不黃變，可作為非織造布行業內解決織布黃變問題的有效方法。

(2) 通過正交試驗，可以得到最佳工藝配方：XY-105質量分數0.7%，PVA質量分數5.0%，水溶布質量5.5 g。

(3) 發泡劑XY-105在大生產應用中效果良好，可投入更多應用中。

[1] 王宏軍，薛飛燕.關于水溶性非織造布生產中一些問題的探討[J].非織造布，1998，6(1)：28-32.

[2] 尹哲.水溶性非織造布的生產工藝技術探討[J].非織造布，1998，6(2)：18-20.

[3] 李珂，張健飛，李秋瑾.泡沫性能及其染色工藝研究[J].印染技術，2010(5)：42-46.

[4] 趙曉東.泡沫穩定性綜述[J].鉆井液與完井液，1992，9(1)：7-14+23.

[5] REGISMOND S T A， WINNIK F M， GODDARD E D. Stabilization of aqueous foams by polymer/surfactant systems： Effect of surfactant chain length[J]. Colloids and Surfaces A： Physicochemical and Engineering Aspects， 1998， 141(2)：165-171.

[6] 張鎖兵，程月，田春友，等.脂肪醇聚氧乙烯醚系列磺酸鹽的泡沫性能研究[J].日用化學工業，2007，37(3)：172-175.

[7] 譚婷婷，郝姍姍，趙莉，等.表面活性劑的性能與應用(XIV)：表面活性劑的潤濕作用及其應用[J].日用化學工業，2015，45(2)：72-75.

[8] 辛長征，盛杰偵，楊秀琴，等.纖維素基水刺非織造布在線發泡體系的研究[J].紡織學報，2010，31(8)：26-31.

[9] 辛長征，王素玲.黏膠纖維水刺法非織造布發泡體系的研究[J].非織造布，2006，14(5)：19-22.

[10] 周光元，龔高觀，唐松喬.關于水溶性聚乙烯醇非織造布在繡花制品中難溶問題的探討[J].非織造布，2009，17(1)：6-10.

[11] 王全杰，譚小軍.發泡劑的種類、特點及應用[J].皮革工業與工程，2011，21(1)：38-42.

[12] 李洪昌，王春紅，岳鑫敏，等.敷料用海藻酸鈣纖維/聚乙烯醇纖維非織造布制備與性能研究[J].上海紡織科技，2016，44(1)：35-38.

The application of foaming agent XY-105 in water-soluble nonwovens production

TengLili1，XuYanyan1，LiuJunlong1，JuFusheng2

1.School of Textile and Material Engineering， Dalian Polytechnic University， Dalian 116034， China；2.Dalian Xinyuan Chemical Company Limited， Dalian 116034， China

A new kind of foaming agent XY-105 possessing resistance to yellowing was choosed， the foaming performance and wetting force were investigated when it was made into an aqueous solution and a working liquid with PVA under different mass concentrations and temperatures， and its resistance to yellowing was compared with a foaming agent sodium dodecyl sulfate(K12) commonly used in producing water-soluble nonwovens. The results showed that both in the aqueous solution or in the working liquid， the foaming performance of XY-105 was good， and the wetting force was strong. After the test of resistance to yellowing for 1 h at 120 ℃ and 10 min at 190 ℃， the color of XY-105 unchanged， while K12 was carbonized and blackening. The application of XY-105 in mass production of water-soluble cloth verified its excellent resistance to yellowing in the practice.

foaming penetranting agent， resistance to yellowing， water-soluble nonwoven

2016-10-18

滕莉莉，女，1990年生，在讀碩士研究生，主要研究方向為紡織品助劑的研制

劉俊龍， Email：junlongliu@163.com

TS254.9

A

1004-7093(2017)06-0034-05