【集萃網(wǎng)觀察】摘要:消除泡沫的最佳辦法是有針對(duì)性地應(yīng)用消泡劑。經(jīng)紗上漿時(shí)漿液常會(huì)產(chǎn)生泡沫,影響調(diào)漿操作的準(zhǔn)確性,最終影響漿紗質(zhì)量。對(duì)常見的上漿起泡情況進(jìn)行了歸納,分析了起泡與消泡的機(jī)理,總結(jié)了消泡劑應(yīng)具備的性質(zhì)和常用品種,指出:消泡劑種類繁多,且具有專用性,在使用時(shí),應(yīng)掌握各種類型消泡劑的特性合理選用,從而達(dá)到抑制泡沫的產(chǎn)生,提高漿紗品質(zhì)的目的。
起泡與消泡是相互對(duì)立的。凈洗液、滅火機(jī)、啤酒、飲料以及泡沫塑料等行業(yè)都離不開泡沫來制造各種泡沫制品,而紡織、食品、醫(yī)藥、涂料等行業(yè)都要想方設(shè)法在生產(chǎn)過程中來消除泡沫。泡沫是指空氣、二氧化碳等氣體分散在水、油、漿液、染色液等液體中的分散體,氣體是分散相,液體是分散介質(zhì)的氣2液相分散體系。泡沫有兩種聚集態(tài),一種是稀泡,氣泡間的相互作用力弱,不會(huì)聚集成泡沫;另一種是濃泡,濃泡的泡沫是密集的,濃泡才是真正的泡沫。通常向漿液、染液等分散體中加入少量的某種物質(zhì),以達(dá)到抑制泡沫的產(chǎn)生,這種物質(zhì)稱做為“消泡劑”。以下對(duì)起泡和消泡的機(jī)理及其在紡織行業(yè)中的應(yīng)用,進(jìn)行全面的介紹。
1、泡沫產(chǎn)生機(jī)理
氣泡和泡沫是日常生活中常見的現(xiàn)象。氣泡與泡沫是由于表面作用而生成的。泡沫的產(chǎn)生是由于氣體分散于液體中形成氣2液的分散體,在泡沫形成的過程中,氣2液界面會(huì)急劇地增加,因而體系的能量增加,其增加值為液體表面張力γ與體系增加后的氣2液界面的面積A的乘積,為γ×A,應(yīng)等于外界對(duì)體系所作的功。若液體的表面張力γ越低則氣2液界面的面積A就越大,泡沫的體積也就越大,這說明此液體很容易起泡。水因其表面張力高(72.8mN/m)而不易產(chǎn)生泡沫,而表面活性劑就具有明顯降低水的表面張力的能力。如把十二烷基硫酸鈉C12H25SO4Na加入水中,能把水的表面張力從72.8mN/m降至39.5mN/m,因此洗滌劑中常加有C12H25SO4Na以增加泡沫的穩(wěn)定性。所以,氣泡與泡沫是由表面作用形成的,當(dāng)不溶性氣體被液體所包圍時(shí),形成一種極薄的吸附膜,由于表面張力的作用,膜收縮為球狀形成泡沫,在液體的浮力作用下氣泡上升到液面,當(dāng)大量的氣泡聚集在表面時(shí),就形成了泡沫層。
在經(jīng)紗上漿過程中調(diào)漿桶或漿槽中之所以產(chǎn)生泡沫,是因?yàn)闈{液中的氣體與漿液連續(xù)充分地接觸,由于氣體是分散相(不連續(xù)相),漿液是分散介質(zhì)(連續(xù)相),氣體與漿液的密度相差很大,所以在漿液中,泡沫很快上升到漿液表面,此時(shí)如漿液的表面張力小,漿液中的氣體就沖破液面聚集成泡沫。由此可見,泡沫的產(chǎn)生必須具備三個(gè)條件:只有氣體與液體連續(xù)又充分地接觸時(shí),才能產(chǎn)生泡沫;當(dāng)氣體與液體的密度相差非常大時(shí),才能使液體中的泡沫能很快上升到液面,久而久之就形成泡沫;表面張力愈小的液體愈易起泡。
當(dāng)前,在生產(chǎn)實(shí)踐中,泡沫有時(shí)發(fā)生在調(diào)漿過程中,有時(shí)在調(diào)漿時(shí)不起泡,而在漿紗過程中漿槽中產(chǎn)生泡沫。根據(jù)我們長(zhǎng)期以來深入生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的認(rèn)識(shí),發(fā)現(xiàn)在下述情況下漿液易產(chǎn)生泡沫。
。1)使用部分醇解PVA21788時(shí)調(diào)漿過程中會(huì)產(chǎn)生大量泡沫,稍不注意泡沫就會(huì)溢出調(diào)漿桶,造成定積不正,漿液成分變化,這個(gè)問題早已有成熟的解決辦法。目前常見的是使用完全醇解PVA21799與低聚合度(500)的部分醇解PVA(如0588,BP05A,UP05,PVA805等)混用,且在這些部分醇解PVA中有的也加了消泡劑,但時(shí)常仍有起泡現(xiàn)象,致使用戶敬而遠(yuǎn)之,不敢使用。而PVA2205MB無此情況出現(xiàn),這是因?yàn)槭褂玫氖且环N高效的、專一性的消泡劑,所以長(zhǎng)期使用以來用戶沒有反映過有起泡的問題。
。2)有的地區(qū)水質(zhì)不佳,水中含有各種無機(jī)鹽,煮漿時(shí)會(huì)分解出CO2氣體,聚集成濃泡形成泡沫。
。3)在使用某些漿料時(shí),遇有下列情況也易產(chǎn)生泡沫:①漿料配方中(包括組合漿料中)配有CMC(羧甲基纖維素鈉鹽),使用后漿液粘度增加,一旦形成泡沫,液膜就不易破壞。②目前較多的組合漿料中或所謂的固體漿料中為達(dá)到穩(wěn)定和降低粘度以適應(yīng)“兩高一低”工藝路線,普遍在這些固體漿料中加入尿素、白砂糖等物質(zhì),會(huì)增加漿料起泡的可能性。③淀粉漿中如蛋白質(zhì)含量高會(huì)產(chǎn)生泡沫,但目前有些企業(yè)使用的變性淀粉由于改性劑使用不當(dāng)也會(huì)出現(xiàn)漿液的起泡。
。4)某些新型漿紗機(jī)容積小,如SuckerS432型漿紗機(jī)的漿槽容積只有150L,漿槽與預(yù)熱漿箱連為一體,采用全幅瀑布式溢流,這樣易引起漿槽與預(yù)熱漿箱落差大,溫差大,造成在漿槽中產(chǎn)生泡沫。
。5)調(diào)制漿料時(shí)操作工投料快、升溫也快,調(diào)漿過程中常會(huì)產(chǎn)生起泡,有時(shí)甚至較嚴(yán)重。
(6)漿料配方中含有較多量的表面活性劑,低表面張力的陰離子表面活性劑起泡性很高,表面
活性高、起泡力又強(qiáng)的表面活性劑泡沫穩(wěn)定、不易消失,如某漿料廠生產(chǎn)的固體丙烯酸類漿料用戶使用后反映經(jīng)常起泡就是這個(gè)原因。
此外,回漿使用不當(dāng),漿液堿性過低,用漿時(shí)間過長(zhǎng),上漿溫度忽高忽低等均會(huì)造成漿液起泡,這些問題都有了相應(yīng)的解決辦法。當(dāng)今社會(huì)科技發(fā)展迅速,隨著科技的進(jìn)步,對(duì)漿液起泡現(xiàn)象的研究也會(huì)不斷深入下去。以上僅介紹了6種情況供業(yè)內(nèi)人士參考。
2 消泡機(jī)理
消除泡沫大致有兩種方法:即物理方法和化學(xué)方法。用改變溫度、避免強(qiáng)沸、減小壓力和降低攪拌速度等這些物理方法都能抑制泡沫的產(chǎn)生,這里重點(diǎn)討論的是用消泡劑來消泡的化學(xué)方法。
簡(jiǎn)單地說,凡是加入少量物質(zhì)能使泡沫很快消失的此類物質(zhì)稱為“消泡劑”。消泡劑大多數(shù)屬于表面活性劑類型,美國(guó)膠體化學(xué)家羅斯對(duì)添加了各種表面活性劑的起泡體系進(jìn)行試驗(yàn)和觀察,發(fā)現(xiàn)了消泡劑在起泡液中溶解性與消泡效力的關(guān)系,提出了一種假說。
2.1 擴(kuò)展系數(shù)(S)與浸入系數(shù)(E)
判斷消泡劑能否在泡沫液膜上擴(kuò)展,哈金斯認(rèn)為,當(dāng)S>0時(shí),消泡劑能在泡沫液膜上擴(kuò)展,而當(dāng)S<0時(shí),則不能在泡沫液膜上擴(kuò)展。另一學(xué)者魯賓遜認(rèn)為,當(dāng)E>0時(shí),消泡劑能夠進(jìn)入泡沫液膜,而當(dāng)E<0時(shí),消泡劑則不能進(jìn)入泡沫液膜。于是羅斯提出一種假說:
(1)當(dāng)浸入系數(shù)E和擴(kuò)展系數(shù)S都大于零時(shí),即E>0,S>0時(shí),消泡劑才能進(jìn)入泡沫液膜,能起到消泡作用。因?yàn)橹挥性谌苜|(zhì)處于不溶解的狀態(tài)下,才能聚集為分子團(tuán)即一個(gè)微滴。羅斯認(rèn)為,當(dāng)消泡劑的分子團(tuán)即微滴與泡沫液膜接觸時(shí),首先應(yīng)該是浸入,浸入之后,在泡沫液膜上擴(kuò)展,使液膜局部變薄最終斷裂,導(dǎo)致氣泡合并或破滅(見圖1),因?yàn)榕菽ナ诺倪^程,是分散體的液膜由厚變薄、直到破裂的過程。
。2)當(dāng)E<0,S<0時(shí),微滴既不能浸入更不可能擴(kuò)展。
(3)當(dāng)E>0,S<0時(shí),微滴只能浸入泡沫液膜,但不能擴(kuò)展,微滴呈棱鏡狀。
4)當(dāng)E<0,S>0時(shí),微滴不能浸入泡沫液膜,就談不上擴(kuò)展。
由此可知,只有當(dāng)浸入系數(shù)E和擴(kuò)展系數(shù)S的表面張力都為正值時(shí),消泡劑的分子團(tuán)即微滴既能浸入泡沫液膜也能在泡沫液膜上擴(kuò)展,使液膜逐步變薄而破裂。
2.2 降低泡沫穩(wěn)定性
此外,消泡劑必須能夠降低泡沫的表面彈性和表面粘度,從而降低泡沫的穩(wěn)定性,也是消泡理論的另一重要論述。
。1)消泡劑使泡沫液膜局部表面張力降低而消泡。因消泡劑微滴的表面張力比泡沫液膜的表面張力低,當(dāng)消泡劑加入到泡沫體系中后,消泡劑微滴與泡沫液膜接觸,可使此處泡沫液膜的表面張力減低,其他泡沫周圍液膜的表面張力幾乎沒有發(fā)生變化。這樣,表面張力降低的部分,被強(qiáng)烈地向四周牽引、延展,最后使泡沫破裂而達(dá)到消泡的目的。
。2)消泡劑破壞液膜彈性,使液膜失去自修作用而消泡。液膜的彈性通常是影響泡沫穩(wěn)定性的重要因素之一。一般來說,氣泡的破裂都是由氣泡壁上最薄的那一點(diǎn)開始的,當(dāng)這一薄點(diǎn)伸縮時(shí),薄點(diǎn)上的表面活性劑濃度就降低,引起此處液膜的表面張力升高,這就產(chǎn)生了指向薄點(diǎn)的作用力而使得氣泡壁上薄點(diǎn)周圍的液體被拉向薄點(diǎn)受伸縮的區(qū)域,防止了該點(diǎn)進(jìn)一步變薄。這種現(xiàn)象被稱作為Marangoni效應(yīng)。如果泡壁上薄點(diǎn)的表面活性劑濃度的變化不是通過Marangoni效應(yīng),而是通過液相表面活性劑分子的遷移,則氣泡就會(huì)破裂。事實(shí)上,通常還是氣泡膜的彈性效應(yīng)在起主要作用,使膜失去彈性因而使液膜失去自修復(fù)能力而被破壞。
。3)消泡劑使液膜粘度降低,縮短泡沫壽命而消泡。泡沫液膜的表面粘度高會(huì)增加液膜的強(qiáng)
度,減緩液膜的排液速度,降低液膜的透氣性,阻止泡內(nèi)氣體擴(kuò)散等,延長(zhǎng)了泡沫的壽命而起到穩(wěn)定泡沫的作用。
聚醚型表面活性劑在低溫時(shí)醚鍵與水會(huì)形成氫鍵,這些氫鍵的產(chǎn)生使液膜的粘度增加。若用不會(huì)產(chǎn)生氫鍵的消泡劑,將能產(chǎn)生氫鍵的穩(wěn)泡劑從液膜表面取代下來,就會(huì)減小液膜的表面粘度,使泡沫液膜的排液速度和氣體擴(kuò)散速度加快,從而減少泡沫的壽命而消泡。
3 消泡劑應(yīng)具備的性質(zhì)和種類
消泡劑應(yīng)具有以下性質(zhì):消泡力強(qiáng),用量少;加到起泡體系中不能影響體系的基本性質(zhì);表面張力;擴(kuò)散性、滲透性好;化學(xué)性穩(wěn)定,耐氧化性強(qiáng),耐熱性好;無生理活性,安全性高。
必須指出,一種消泡劑只能對(duì)某一種體系或數(shù)種體系的泡沫有效,因此,在選用消泡劑時(shí),必須選用對(duì)自己行業(yè)適用的消泡劑。對(duì)紡織行業(yè)而言,能適用的消泡劑種類有醇類、醚類、胺類、金屬皂類和聚硅氧烷類等,常用的是聚硅氧烷類和有機(jī)類消泡劑兩大類。前者是最通用型消泡劑,后者是一組品種繁多的有機(jī)化合物,很難從化學(xué)結(jié)構(gòu)上予以分類,只能按用途進(jìn)行分類。紡織常用消泡劑見表1。
4 消泡劑在紡織行業(yè)中的應(yīng)用
如上所述,硅氧烷類消泡劑是公認(rèn)的通用型消泡劑,因?yàn)樗哂幸韵绿匦? 表面張力低,揮發(fā)性低;在一般情況下是化學(xué)惰性體;不溶于水和許多有機(jī)溶劑; 低毒或無毒。傳統(tǒng)的硅氧烷系消泡劑都是水包油型的乳劑,用于水基泡沫體系,一般都是聚二甲基硅氧烷與硅膠的復(fù)配物,如果不含硅膠則消泡劑的抗泡能力就非常低,尤其是對(duì)于那些水基泡沫體系效能就更差;诠柩跬轭愊輨┚哂袃(yōu)良的應(yīng)用性能,使它在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用面比其他消泡劑廣泛得多。特別是近20 年里, 一系列新型的硅氧烷類消泡劑已不斷被開發(fā)出來,如二甲基硅氧烷和烯烴環(huán)氧化合物的共聚物消泡劑,聚氧乙烯聚硅氧烷消泡劑和聚硅氧烷聚醚嵌段型共聚物消泡劑等,為解決起泡問題提供了新的武器。
有機(jī)消泡劑品種繁多,并具有專用性,也就是說,為某一特定的泡沫現(xiàn)象所設(shè)計(jì)出的有機(jī)消泡劑不能應(yīng)用于其他情況。目前,工業(yè)上所用的有機(jī)消泡劑,有油脂類、脂肪酸酯類、聚醚類。
4 . 1 合成纖維上油工藝
合成纖維吸濕性小, 導(dǎo)電性能差, 摩擦因數(shù)大,上油的目的就是在纖維表面涂上一層油膜,以增加纖維的抱合力、抗靜電性和平滑性。油劑中含有大量的表面活性劑,起泡性很強(qiáng),泡沫狀的油劑是達(dá)不到上油的目的,易產(chǎn)生廢絲。若油劑中添加0 . 02 %~0 . 04 % ( 質(zhì)量百分比) 的二甲基硅油消泡乳液,可解決上述問題。
4 . 2 經(jīng)紗上漿
上漿漿液中若產(chǎn)生泡沫,會(huì)給操作工人帶來很大麻煩,漿紗質(zhì)量也將受到嚴(yán)重的影響,不利于織造生產(chǎn)。漿液的主要成分是粘著劑,有淀粉或變性淀粉、聚乙烯醇、聚丙烯酸酯、羧甲基纖維素鈉鹽等,它們都是長(zhǎng)鏈型的具有大分子結(jié)構(gòu)的水溶性物質(zhì),其水溶液一般具有較高的粘度。為使?jié){液易于浸透,常在配方中加入一些必要的添加劑等表面活性劑,這樣構(gòu)成的漿液成分極易產(chǎn)生穩(wěn)定的泡沫,當(dāng)漿液表面張力小,漿液中產(chǎn)生的氣泡隨著布朗運(yùn)動(dòng)及漿液的浮力上升到液面,當(dāng)產(chǎn)生的氣泡聚集在氣2液界面上形成密集的泡沫層就產(chǎn)生泡沫。如上漿過程中一旦產(chǎn)生泡沫則添加0 . 2 %~0 . 25 %消泡劑,就可顯著改善經(jīng)紗上漿的工藝性能。
4 . 3 染整工藝
染整是使染料和整理劑與織物的纖維發(fā)生物理或化學(xué)的結(jié)合。經(jīng)過退漿—精練—漂白—染色—整理等工序, 使織物達(dá)到規(guī)定的色澤和功能。在上述各道染整工序中都會(huì)有不同程度的活性物質(zhì), 所以都存在起泡的可能, 一旦起泡,纖維或織物就難以充分浸透,影響染整質(zhì)量。為了解決泡沫問題,一方面設(shè)計(jì)低泡性的配方,盡量不用或少用起泡性的助劑。退漿、煮練工序堿性強(qiáng),可選用聚醚型消泡劑,漂白工序酸性較強(qiáng), 可選用有機(jī)硅消泡劑等。
染整工段是大量使用消泡劑的工序,染色過程中用水量很大,水是主要媒介,因此,染色過程可看
作是水溶性或水分散性染料從水介質(zhì)中遷移到纖維上。為使纖維表面能均勻而又直接地接觸染色介質(zhì),通常需要加入適當(dāng)?shù)南輨┎拍苓_(dá)到要求。
5 結(jié)束語
泡沫是紡織生產(chǎn)中的一個(gè)難點(diǎn)問題。棉紡織行業(yè)在經(jīng)紗上漿中發(fā)生漿液起泡的情況屢見不鮮,造成的原因又是多方面的,只有了解泡沫產(chǎn)生的機(jī)理,掌握各種類型消泡劑的特性,有針對(duì)性地選用能減少經(jīng)紗上漿過程中漿液起泡的消泡劑, 才能抑制泡沫的產(chǎn)生,達(dá)到提高漿紗品質(zhì)的目的。
來源: 洪仲秋