滕莉莉 徐艷艷 劉俊龍 鞠福生

1.大連工業(yè)大學(xué)紡織與材料工程學(xué)院，遼寧 大連 116034；2.大連新元化工技術(shù)有限公司，遼寧 大連 116034

發(fā)泡劑XY-105在水溶性非織造布生產(chǎn)中的應(yīng)用

滕莉莉1徐艷艷1劉俊龍1鞠福生2

1.大連工業(yè)大學(xué)紡織與材料工程學(xué)院，遼寧 大連 116034；2.大連新元化工技術(shù)有限公司，遼寧 大連 116034

選用一種具有抗黃變性能的新型發(fā)泡劑XY-105，考察其在不同質(zhì)量濃度、不同溫度下配制的水溶液及其與PVA配成工作液時(shí)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(chǎn)中常用的發(fā)泡劑十二烷基硫酸鈉(K12)進(jìn)行對比。結(jié)果表明，不論在水溶液或工作液中，XY-105的泡沫性能均表現(xiàn)良好，潤濕力較強(qiáng)；經(jīng)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(fā)黑；將XY-105用于水溶布大生產(chǎn)，從實(shí)踐上證明了其優(yōu)異的抗黃變性能。

發(fā)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(jīng)浸漬、水刺等工藝加工而成的薄型非織造布，主要用作機(jī)制繡花底布[1]。在國內(nèi)，水溶布采用黏合法生產(chǎn)，包括纖維開松、成網(wǎng)、浸漬加固、干燥成卷、分卷檢驗(yàn)及包裝5個(gè)工序。根據(jù)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(chǎn)的產(chǎn)品手感較硬且薄，后者生產(chǎn)的產(chǎn)品手感較好[2]。目前，國內(nèi)大多數(shù)生產(chǎn)廠家采用泡沫浸膠的方式——在膠液中加入一定量的發(fā)泡劑，經(jīng)泡沫發(fā)生器形成泡沫，再經(jīng)軟管供應(yīng)到浸膠機(jī)上涂覆[3]。此工藝優(yōu)點(diǎn)是上膠量小，生產(chǎn)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(jié)約，后道焙烘工序中能耗降低。相同的上膠量，泡沫法生產(chǎn)的水溶布強(qiáng)力較高且耐穿刺[4]。

在泡沫法水溶布生產(chǎn)中，經(jīng)高溫焙烘而導(dǎo)致布面炭化發(fā)黃是整個(gè)行業(yè)中普遍存在的問題，尤其在用作機(jī)制繡花底布時(shí)須經(jīng)二次高溫定型，黃變問題更加突出，嚴(yán)重影響產(chǎn)品外觀品質(zhì)[5]。筆者在對水溶布中的PVA纖維、PVA膠、發(fā)泡劑等材料的抗黃變試驗(yàn)研究中發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致水溶布黃變的主要影響因素來自發(fā)泡滲透劑。因此，本文選擇了一種抗黃變的發(fā)泡劑XY-105，以期解決水溶布黃變問題。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)材料與儀器

材料：棉布圓片(d=35 mm)。

試劑：發(fā)泡劑XY-105，大連新元化工技術(shù)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(fā)泡劑十二烷基硫酸鈉(K12)，大連新元化工技術(shù)有限公司。

儀器：HH6數(shù)顯恒溫水浴鍋，北京醫(yī)療設(shè)備廠有限責(zé)任公司；JJ-1精密增力電動(dòng)攪拌器，常州國華電器有限公司；DHG-91電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；自制簡易羅氏發(fā)泡儀，大連新元化工技術(shù)有限公司；501BS超級恒溫水浴鍋，江蘇省金壇市大地自動(dòng)化儀器廠。

1.2 表征

將XY-105配制成質(zhì)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(zhì)量濃度為30.0 g/L)。

1.2.1 發(fā)泡力測試

發(fā)泡劑的發(fā)泡力用泡沫高度衡量。參照GB/T 7462—1994《表面活性劑 發(fā)泡力的測定 改進(jìn)Ross-Miles法》，水溶液分別在常溫、65 ℃條件下進(jìn)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(fā)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(fā)泡儀下端的計(jì)量管中。然后打開活塞，分液漏斗中的試液垂直向下降落，產(chǎn)生泡沫，待其流盡時(shí)開始計(jì)時(shí)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(wěn)定性測試

泡沫的穩(wěn)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(shí)間(min)，用t1/2表示。

1.2.3 潤濕力測試

發(fā)泡劑的潤濕力用滲透時(shí)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(jìn)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(chǎn)生泡沫；將棉布圓片平穩(wěn)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(shí)間，即滲透時(shí)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(zhì)量分?jǐn)?shù)5.0%， XY-105質(zhì)量分?jǐn)?shù) 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(fēng)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(fēng)干燥箱中10 min，取出并觀察工作液顏色變化。

2 結(jié)果與討論

2.1 XY-105泡沫高度

由圖1可知，隨著發(fā)泡劑質(zhì)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(chǎn)生這些現(xiàn)象的原因是發(fā)泡劑質(zhì)量濃度較低時(shí)，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(fā)泡劑質(zhì)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(qiáng)，泡沫高度增大。溫度升高，會(huì)使表面活性劑分子的熱運(yùn)動(dòng)加快，但液膜強(qiáng)度降低，泡沫破裂速度大于其生成速度，導(dǎo)致泡沫高度稍有下降；發(fā)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(wěn)定性

如圖2所示，隨著XY-105質(zhì)量濃度的提高，泡沫半衰期表現(xiàn)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?yàn)閄Y-105質(zhì)量濃度低時(shí)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(zhì)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(wěn)定性增強(qiáng)；當(dāng)XY-105在溶液表面的吸附達(dá)到飽和后，繼續(xù)提高XY-105質(zhì)量濃度會(huì)減弱Marangoni效應(yīng)，泡沫穩(wěn)定性降低[8]；之后，進(jìn)一步提高XY-105質(zhì)量濃度，起泡數(shù)量大大增多，導(dǎo)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(jù)面積增大，溶液黏度降低，溶液表面張力的自修復(fù)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(wěn)定性也會(huì)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(qiáng)，泡沫內(nèi)的液體不易流失，泡沫穩(wěn)定性加強(qiáng)[10]。從圖2也可看出，對于發(fā)泡劑XY-105，其質(zhì)量濃度為4.0 g/L時(shí)泡沫穩(wěn)定性最佳。

圖2 XY-105質(zhì)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(zhì)量濃度的增加，滲透時(shí)間縮短，潤濕力提高；溫度升高，XY-105的滲透時(shí)間縮短，縮短幅度呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢。這是因?yàn)殡S著XY-105質(zhì)量濃度的增加，溶液表面張力減小，SL/S(即液體在基質(zhì)上的鋪展系數(shù))值增大[11]，潤濕力提高。當(dāng)XY-105質(zhì)量濃度較低時(shí)，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(shí)間縮短，潤濕力明顯提高；當(dāng)XY-105質(zhì)量濃度較大時(shí)，溫度升高對溶液表面張力的影響減弱，但潤濕力仍然增強(qiáng)。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(zhì)量濃度對滲透時(shí)間的影響

2.4 XY-105抗黃變性

2.4.1 配比的優(yōu)化

根據(jù)表2確定的因素水平，選擇L9(33)正交表安排抗黃變試驗(yàn)。

表2 抗黃變試驗(yàn)因素水平表

按照表2中的水平，相應(yīng)稱取定量的XY-105、 PVA和水溶布于燒杯中，配置成水溶布質(zhì)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(fēng)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(fēng)干燥箱中，10 min后取出，觀察工作液的顏色變化。重復(fù)上述操作9次。

本次正交試驗(yàn)的考察指標(biāo)是顏色變化，直接量化比較困難，所以采用對主要指標(biāo)(即透明度)進(jìn)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(jié)果取平均值(表3)。

表3 抗黃變試驗(yàn)結(jié)果

注：T為試驗(yàn)結(jié)果之和，x為試驗(yàn)結(jié)果的平均值

對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)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(xiàn)明顯

黃變現(xiàn)象，抗黃變表現(xiàn)均合格；其次，極差Ri的值反映了因素i的水平變化對試驗(yàn)結(jié)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(zhì)量分?jǐn)?shù)>PVA質(zhì)量分?jǐn)?shù)>水溶布質(zhì)量。同時(shí)，從表3可以看出5號的顏色評分最高，再根據(jù)極差Ri，確定最優(yōu)試驗(yàn)組合為A2B2C3。

2.4.2 對比試驗(yàn)

分別取2 g左右的XY-105和K12于培養(yǎng)皿中，放置于125 ℃ DHG-91電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱中1 h后取出，發(fā)現(xiàn)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(fēng)干燥箱中10 min后取出，結(jié)果如圖3所示，XY-105的顏色不變，仍為白色；K12已炭化發(fā)黑。

圖4 抗黃變測試結(jié)果(左為K12，右為XY-105)

2.5 大生產(chǎn)應(yīng)用

2.5.1 工藝流程及設(shè)備

水溶布生產(chǎn)工藝流程：配料機(jī)→開松機(jī)→儲料箱→定量給料機(jī)→梳理機(jī)→折疊鋪網(wǎng)機(jī)→K12氣流成網(wǎng)機(jī)→發(fā)泡機(jī)→輸膠泵→泡沫上膠機(jī)→箱式烘干機(jī)→圓網(wǎng)定型機(jī)→收卷機(jī)。

根據(jù)水溶布生產(chǎn)工藝流程，其設(shè)備組成大致可分為纖維成網(wǎng)、纖維加固和整理加工[12]，對應(yīng)的生產(chǎn)設(shè)備如圖5所示。

圖5 水溶布生產(chǎn)設(shè)備示意

2.5.2 工藝條件

PVA質(zhì)量：30.0～33.0 kg(1 t水中)；XY-105質(zhì)量：2.5～3.5 kg(1 t水中)；發(fā)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(fā)泡劑XY-105生產(chǎn)水溶布，生產(chǎn)過程中可靠性高、重現(xiàn)性好、操作穩(wěn)定，成品品質(zhì)優(yōu)良、無黃變現(xiàn)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(fā)的發(fā)泡劑XY-105的推廣和應(yīng)用起到了很好的示范作用。

3 結(jié)論

(1) 發(fā)泡劑XY-105的泡沫性能良好，潤濕力佳，當(dāng)其質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.5%～0.9%時(shí)，經(jīng)高溫焙烘均不黃變，可作為非織造布行業(yè)內(nèi)解決織布黃變問題的有效方法。

(2) 通過正交試驗(yàn)，可以得到最佳工藝配方：XY-105質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.7%，PVA質(zhì)量分?jǐn)?shù)5.0%，水溶布質(zhì)量5.5 g。

(3) 發(fā)泡劑XY-105在大生產(chǎn)應(yīng)用中效果良好，可投入更多應(yīng)用中。

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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?yàn)榧徔椘分鷦┑难兄?/p>

劉俊龍， Email：junlongliu@163.com

TS254.9

A

1004-7093(2017)06-0034-05