新型泡沫染色技術

費 良，殷允杰，王潮霞

（江南大學紡織科學與工程學院生態紡織教育部重點實驗室，江蘇無錫 214122）

1 泡沫染色特點

泡沫染色是一種將帶有染液的泡沫通過施加設備均勻作用到織物上，以泡沫代替水作為載體完成上染的染色方式，如應用于懸浮體染色工藝中，可進一步增強染色均勻性［1］。而泡沫與染液形成的這種不穩定體系直接影響泡沫染色的效果，包括泡沫密度、半衰期、均勻性、發泡比、泡沫直徑、黏度等。隨著新型泡沫助劑的發展，一些研究者在常規泡沫染色的基礎上提出了循環泡沫染色技術，有望實現泡沫染色零污染、零排放［2］。泡沫染色具有減少水資源和能源消耗，實現精細化染色控制，賦予織物優良的染色效果等特點［3-5］。對于泡沫染色來說，由于其自身的帶液率低（約30%），在很大程度上減少了泳移現象的產生［6］。在泡沫染色過程中，基于染色滲透深度可控的特性，對織物正反面實施不同工藝的染色，可以實現雙面異色效果，這是傳統浸軋染色技術無法達到的［7］。紡織品在經過泡沫染色后一般得色率略高于軋染工藝，這是由于其帶液率低，表觀顏色深度較深。研究泡沫染整設備以及泡沫染色理論對工業化生產具有重大的指導意義與實踐意義。

相較于泡沫前處理以及后整理，泡沫染色對于勻染性的要求較高，在泡沫染色過程中，織物著色的均勻性與發泡比、泡沫粒徑分布和泡沫穩定性有關［8-10］。另一方面，泡沫染色織物的表觀顏色深度受到限制，原因是泡沫染色帶液率較低，泡沫原液中各種染化料的濃度較高，在染深色時需要更高的染液濃度，體系穩定性下降，從而影響泡沫的均勻性。

2 泡沫染色工藝

不同織物需要不同的染料實現上染，泡沫染色技術可應用于活性染料、酸性染料、分散染料以及還原染料等的染色。目前應用最多的是棉、羊毛等織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術為手段，活性染料染色原理為基礎的一種新型染色方式。活性染料泡沫染色主要分為兩個方面：（1）棉等纖維素纖維染色［11］；（2）羊毛等蛋白質纖維染色。在對不同纖維織物進行染色時，需要選用適合的活性染料。常用一步法實施染色，即工作液中含有所有染色用的染化料，包括鹽、堿、染料等，同時泡沫染色的帶液率低，整個染液體系中染化料的濃度都很高，體系不穩定，因此對染料以及發泡劑的要求高［12］。帶有染料的工作液通過發泡產生彩色的泡沫，經由泡沫施加器施加到織物上，在這一瞬間泡沫必須及時破滅，進而上染織物。因此，在泡沫染色過程中，既要保證泡沫產生后具有穩定性，又要能夠在施加過程中及時消泡，選擇合適的泡沫助劑能夠有效調控整個過程，常用的泡沫助劑有十二烷基硫酸銨（SDS）、十二醇、海藻酸鈉等。

以活性染料上染棉織物為例［13］，染色工藝配方：活性染料12.0 g/L（紅M-3BF、黃M-3RF、藍M-2GE質量比為3.5∶3.5∶3.0），SDS 2.0 g/L，Na2CO310～30 g/L，穩泡劑0～2.1 g/L；泡沫染色工藝流程：產生泡沫（工作液形成泡沫）→施加泡沫→飽和蒸汽汽蒸（102～105 ℃，相對濕度100%）→皂煮（皂片2 g/L，Na2CO32 g/L，95 ℃，10 min）→水洗。在這個染色溶液中，考慮到堿性和高鹽環境，選用SDS 作為發泡劑，而穩泡劑是十二醇和瓜爾膠的復配物（前者是增強型穩泡劑，后者是增黏型穩泡劑）。發泡比控制在6 左右，泡沫半衰期為150～200 s。

以活性染料上染羊絨織物為例［13］，染色工藝配方：活性染料（蘭納素紅CE）10.0 g/L，SDS 3.0 g/L，滲透劑JFC 3.0 g/L，羧甲基纖維素鈉1.0 g/L，聚丙烯酰胺0.5 g/L；泡沫染色工藝流程：配制染液→發泡→施加泡沫→軋輥軋壓（速度2 m/min，軋3 次）→汽蒸（120 ℃，30 min）→皂煮（皂片2 g/L，Na2CO32 g/L，95 ℃，10 min）→水洗。設備為MIX4885 染整發泡機（瑞士Mathis）。發泡比控制在6～7，泡沫半衰期為300 s。

目前已有一些商用染料可實現活性染料泡沫染色的配色，建立其基礎數據庫［14］。以雷馬素活性染料為例［14］，測試其三原色在不同濃度下的K/S值，線性擬合表明在泡沫染色工藝下3 種染料都有較好的顏色遞增性，這種規律性變化有利于配色。

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質纖維［11］，同時還能用于錦綸類合成纖維。強酸性染料的染浴pH 很低，許多泡沫體系不太穩定，故用酸性染料進行泡沫染色時，一般選用弱酸性染料。酸性染料的水溶性相對較差，而泡沫染色溶液中染料的濃度較高，因此酸性染料泡沫染色時應選擇溶解度較好的染料、耐酸或受pH 影響小的發泡劑。因整個體系中的染化料以陰離子型為主，發泡劑和穩泡劑一般不選用陽離子型。

酸性染料上染的錦綸織物顏色艷麗、手感柔軟，在日常生活中應用廣泛，由于泡沫染色過程帶液率較低，在一定程度上避免了酸性染料染色后的泳移問題。以酸性染料上染錦綸織物為例［8］，染色工藝配方：酸性染料30～60 g/L，SDS（發泡劑）3.0 g/L，羧甲基纖維素鈉0.8 g/L，十二醇（穩泡劑）1.2 g/L；泡沫染色工藝流程：根據染化料的濃度配制工作液→發泡→上染→預烘→汽蒸→皂洗（防沾色劑2 g/L，浴比1∶40，60 ℃，20 min）→水洗后處理→烘干。設備為泡沫染色機（United Kingdom）。選用SDS 和十二醇不會與陰離子染料產生不相容現象。隨著染料濃度的增加，發泡比變化不大，泡沫半衰期有所延長。這是由于染料使體系黏度增大，同時氣體擴散，隨著溫度的升高，泡沫半衰期會急劇減小。

在泡沫染色過程中，發泡比對染色最終K/S值產生一定的影響，大的發泡比有利于加深織物顏色，發泡比越大，泡沫尺寸越小，泡沫越容易滲入織物內部，從而增加織物的K/S值。此外，汽蒸溫度也會影響最終的K/S值，由于染料結構不同，在不同溫度下吸附和解吸的速率不同，不同的染料染色應選用不同的溫度［8］。

2.3 還原染料泡沫染色

還原染料泡沫染色通常選用懸浮體泡沫染色法，將分散染料研磨成細小的染料顆粒，再添加分散劑進行分散，最后通過泡沫染色方式上染。在還原染料泡沫染色過程中，最主要考慮還原染料整個泡沫體系的穩定性以及還原染料懸浮分散狀態的穩定性。一般來說，還原染料泡沫染色技術可以對棉等纖維素纖維、絲/毛交織物進行染色。

以還原染料對棉進行懸浮體泡沫染色為例［15］，染色工藝配方：還原染料（還原灰BG 100%、還原棕2G 100%、還原大紅R 100%）20～60 g/L，發泡劑4～6 g/L，增稠劑ACRACONC 2C 4～8 g/L，擴散劑NNO 1～5 mL/L；泡沫染色工藝流程：配制染液→發泡→施加泡沫→烘干（80 ℃，1～3 min）→汽蒸（102 ℃，1.5 min）→水洗。發泡劑為十二烷基苯磺酸鈉，發泡比控制在4～7，泡沫直徑為19×10-3～90×10-3mm，泡沫半衰期大約為9 min。因為體系添加增稠劑后黏度增加，所以無需添加其他穩泡劑來提高泡沫的穩定性。

2.4 分散染料泡沫染色

分散染料泡沫染色技術可用于滌綸等合成纖維染色［16］。分散染料在上染過程中需要高溫焙烘才能完成染色，所以添加的助劑熱穩定性能要好，避免在焙烘過程中發生熱分解，從而產生一些影響染色均勻性甚至對人體有害的物質。

以分散染料對滌綸織物進行泡沫染色為例［17］，染色工藝配方：分散染料20～60 g/L，發泡劑4～6 g/L，增稠劑ACRACONC 2C 4～8 g/L，擴散劑NNO 1～5 mL/L；泡沫染色工藝流程：配制染液→發泡→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藝中，焙烘溫度達到200 ℃，一般的發泡劑在此溫度下不穩定，如十二烷基硫酸鈉中含有酯基，分解溫度較低，在高溫焙烘下容易分解，而非離子型發泡劑在高溫下不穩定、易析出，會造成染色不勻，有疵點，還可能會產生有毒有害物質。所以在分散染料泡沫染色時選用十二烷基磺酸鈉作為發泡劑，在具有發泡能力的同時又有較高的分解溫度，通過加入增稠劑控制發泡過程中體系的黏度以提高泡沫穩定性。控制發泡比在4～7，泡沫直徑為0.019～0.090 mm，泡沫半衰期小于6 min。

2.5 涂料泡沫染色

涂料泡沫染色是通過黏合劑將涂料粘附在纖維表面，泡沫染色溶液中需要加入涂料、黏合劑、交聯劑等。由于涂料本身的水溶性較差，必要時需加入一些分散劑、助溶劑等，形成均一穩定的體系。常規涂料在使用過程中需要加入糊料以達到增稠的目的；在涂料泡沫染色過程中可以少用甚至不用糊料，對織物手感的影響較小。同時涂料泡沫染色適用的纖維種類比較多，應用范圍比較廣［18］。

涂料泡沫染色配方如表1 所示，將原液配好后，通過發泡器發泡，然后施加到織物表面，最后進行焙烘（170 ℃）。發泡比控制在5左右，泡沫半衰期控制在200 s 左右，不同涂料表現出不同的泡沫穩定性。涂料的加入使得體系黏度升高，泡沫穩定性增加。不同表觀顏色深度和不同類型的織物表現出不一樣的物理性能、透氣性以及色牢度。涂料泡沫染色的透氣性相較于常規涂層印花更好，這是由于在涂料泡沫染色過程中，涂料被施加到織物的雙面，同時黏合劑和交聯劑用量較少，進一步增加了透氣性（如表2 所示），而涂層印花只作用在一面，所有的黏合劑、交聯劑都集中在一起，構成一層不透氣的薄膜。

表1 涂料泡沫染色原液配方［19］

表2 涂料泡沫染色與涂層印花織物的透氣性［19］

3 結語

泡沫染色技術能夠在染色過程中降低能耗，提高生產效率。雖然泡沫染色技術還存在染色均勻性問題，但淺中色系已有技術突破。泡沫染色有利于提升活性染料的固色率、涂層的透氣性以及雙面異色的獨特風格。作為一種清潔生產方式，泡沫染色仍具有巨大的潛力。