一種優(yōu)化經(jīng)紗上漿用漿泡發(fā)泡參數(shù)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種經(jīng)紗上漿用漿泡制備與性能表征方法，屬于紡織漿紗技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 為提高經(jīng)紗承受反復(fù)多次拉伸和摩擦作用的能力，提高其織造性，需要對經(jīng)紗進 行上漿處理。泡沫上漿是以泡沫為介質(zhì)對經(jīng)紗進行上漿的一種新工藝，其良好的節(jié)能、環(huán)保 性能受到棉紡織企業(yè)的青睞。泡沫上漿不僅降低了漿料消耗，易于退漿。而且減少了對紗 線烘燥的負(fù)擔(dān)，節(jié)省了能源消耗；與普通上漿，經(jīng)過泡沫上漿的經(jīng)紗耐磨性與毛羽降低率都 得到了提升。泡沫上漿具體為選用一種添加有表面活性劑的混合漿料，調(diào)配成具有一定濃 度的溶液，發(fā)泡裝置將壓縮空氣導(dǎo)入漿料溶液中，再由機械攪拌作用而形成泡沫漿并由泡 沫施加器將泡沫均勻地噴淋到經(jīng)紗上。附著于經(jīng)紗的泡沫經(jīng)過壓漿輥時，泡沫在軋點處破 裂，漿液均勻地被覆在經(jīng)紗上。泡沫上漿用泡沫稱為漿泡，漿泡性能直接決定了漿紗質(zhì)量。 一種經(jīng)紗上漿用漿泡發(fā)泡參數(shù)的制定方法是泡沫上漿技術(shù)的基礎(chǔ)。但是目前泡沫上漿用漿 泡發(fā)泡參數(shù)的制定往往是通過經(jīng)驗法進行粗略估計，這種方法往往會由于物料的改變而改 變經(jīng)紗上漿的質(zhì)量，影響后續(xù)工藝。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的所要解決的技術(shù)問題是提供一種優(yōu)化經(jīng) 紗上漿用漿泡發(fā)泡參數(shù)的方法；本發(fā)明所要解決的另一個技術(shù)問題是提供一種能夠獲得良 好起泡能力的經(jīng)紗上漿用發(fā)泡原液以及相應(yīng)的發(fā)泡方法。
[0004] 就優(yōu)化經(jīng)紗上漿用漿泡發(fā)泡參數(shù)的方法，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：
[0005] 一種優(yōu)化經(jīng)紗上漿用漿泡發(fā)泡參數(shù)的方法，不分先后地分別通過下述實驗過程確 定最佳發(fā)泡溫度、最佳轉(zhuǎn)速、十二烷基硫酸鈉的最佳濃度以及最佳發(fā)泡漿液濃度：
[0006] ①將氧化淀粉與聚丙烯酸按（9-11) :1中任一比例混合，加入水?dāng)嚢杈鶆蛑翝{液 質(zhì)量濃度為1% -10%中任一濃度并加熱調(diào)漿，調(diào)漿后加入相對于漿液質(zhì)量0. 5% -5%中任 一質(zhì)量的十二烷基硫酸鈉形成發(fā)泡原液，將發(fā)泡原液在不同溫度下采用羅氏泡沫法發(fā)泡， 測試其泡沫初始高度，三分鐘泡沫高度與五分鐘泡沫高度，建立以泡沫初始高度與同一溫 度不同時間的泡沫高度的標(biāo)準(zhǔn)差為自變量、發(fā)泡能力為因變量的函數(shù)，然后通過目標(biāo)函數(shù) 分析法獲取最佳發(fā)泡溫度；所述的函數(shù)如下式（1)所示：
[0007] f=ah' 0-(l_a)D(1)
[0008] 式⑴中a分別（〇, 1)，心'為比重法無綱量化處理后的初始泡沫高度；
[0009] f取最大值fmax時則表明對應(yīng)的a在該溫度下發(fā)泡原液的起泡能力與穩(wěn)定性最 好；出現(xiàn)最多的溫度為最佳溫度；
[0010] ②將氧化淀粉與聚丙烯酸按（9-11) :1中任一比例混合，加入水?dāng)嚢杈鶆蛑翝{液 質(zhì)量濃度為1% -10%中任一濃度并加熱調(diào)漿，調(diào)漿后加入相對于漿液質(zhì)量〇. 5% -5%中任 一重量的十二烷基硫酸鈉形成發(fā)泡原液，得到的發(fā)泡原液利用機械攪拌法在200i r/min轉(zhuǎn) 速下對發(fā)泡原液進行發(fā)泡，測試泡沫發(fā)泡倍率、泡沫半衰期與泡沫粘度；所述i為1-10之間 的正整數(shù)；可以得到計算發(fā)泡倍率增幅g(a)、泡沫半衰期增幅g(b)、泡沫粘度增幅g(c)的 公式⑵：
[0011]
[0012] 式（2)中不同轉(zhuǎn)速200i r/min下發(fā)泡后得到的泡沫的發(fā)泡倍率為％、泡沫半衰期 為h、泡沫粘度為ci;
[0013] g(a)、g(b)、g(c)的值同時小于10%時的轉(zhuǎn)速即為最佳轉(zhuǎn)速；
[0014] ③將氧化淀粉與聚丙烯酸按（9-11) :1中任一比例混合，加入水?dāng)嚢杈鶆蛑翝{液 質(zhì)量濃度為1% -10%中任一濃度并加熱調(diào)漿，調(diào)漿后加入相當(dāng)于漿液質(zhì)量為〇.5j %的 十二烷基硫酸鈉形成發(fā)泡原液，利用機械攪拌法在200-2000r/min中任一轉(zhuǎn)速下對發(fā)泡原 液進行發(fā)泡，測試泡沫發(fā)泡倍率、泡沫半衰期與泡沫粘度；所述j為1-10之間的正整數(shù)；可 以得到計算發(fā)泡倍率增幅h (a)、泡沫半衰期增幅h(b)、泡沫粘度增幅h(c)的公式（3):
[0015]
[0016] 式（3)中不同十二烷基硫酸鈉濃度0. 5j%下發(fā)泡后得到的泡沫的發(fā)泡倍率為 泡沫半衰期為t^_、泡沫粘度為cj;
[0017] h(a)、h(b)、h(c)的值同時小于10%時的轉(zhuǎn)速即為十二烷基硫酸鈉的最佳濃度；
[0018] ④將氧化淀粉與聚丙烯酸按（9-11) :1中任一比例混合，加入水?dāng)嚢杈鶆蛑翝{液 濃度為x%并加熱調(diào)漿，調(diào)漿后加入相對于漿液質(zhì)量0. 5% -5%中任一質(zhì)量的十二烷基硫 酸鈉形成發(fā)泡原液，利用機械攪拌法在200-2000r/min中任一轉(zhuǎn)速下對發(fā)泡原液進行發(fā) 泡，分別取x為1-10之間的正整數(shù)進行實驗，測試發(fā)泡原液進行發(fā)泡，測試泡沫發(fā)泡倍率、 泡沫半衰期與泡沫粘度；
[0019] 將所得到的參數(shù)無綱量化處理后，采用最小二乘法分別擬合出漿液濃度與發(fā)泡倍 率、泡沫半衰期與泡沫粘度之間的函數(shù)關(guān)系式，采用理想點法各分目標(biāo)函數(shù)統(tǒng)一到一個新 構(gòu)成的總目標(biāo)函數(shù)中，把多目標(biāo)優(yōu)化轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)優(yōu)化問題從而確定最佳發(fā)泡漿液濃度。
[0020] 進一步地，實驗④中氧化淀粉與聚丙烯酸按照10:1混合，加入水?dāng)嚢杷龅臐{液 濃度X，調(diào)漿后加入相當(dāng)于漿液質(zhì)量為2%的十二烷基硫酸鈉形成發(fā)泡原液，利用機械攪拌 法在lOOOr/min轉(zhuǎn)度下，測試發(fā)泡原液進行發(fā)泡，測試泡沫發(fā)泡倍率、泡沫半衰期與泡沫粘 度；
[0021] 將所得到的參數(shù)比重法無綱量化處理后，利用Matlab軟件采用最小二乘法分別 擬合出漿液濃度與發(fā)泡倍率、泡沫半衰期與泡沫粘度之間的函數(shù)關(guān)系式；所述的漿液濃度 與泡沫半衰期的函數(shù)如下式（5)所示；所述的漿液濃度與泡沫粘度的函數(shù)如下式（6)所 示；
[0022] f: (x) = -0. 271n (x) +0. 18 (R2= 0. 9528) (4)
[0023] f2(x) = 99. 75xL65(R2= 0. 9317) (5)
[0024] f3(x) = 12. 44x+0. 32(R2= 0. 9824) (6)
[0025] 式中x為漿液濃度，(x)為發(fā)泡倍率，f2 (x)為泡沫半衰期，f3 (x)為泡沫粘度。
[0026] 采用理想點法各分目標(biāo)函數(shù)統(tǒng)一到一個新構(gòu)成的總目標(biāo)函數(shù)中，把多目標(biāo)優(yōu)化轉(zhuǎn) 化為單目標(biāo)優(yōu)化問題從而確定最佳發(fā)泡漿液濃度，所述總目標(biāo)函數(shù)如下式（8)所示
[0027] f (x) = 0. 041n2(x)+0. 241n(x)+2513. 02x3-3°-100. 26xL62+58. 22xa-12. 21x+2. 01 (8)
[0028] 本發(fā)明提供的利用上述優(yōu)化方法得到的一種適用于機械攪拌法的發(fā)泡原液及相 應(yīng)的發(fā)泡工藝如下：
[0029] a)將氧化玉米淀粉與聚丙烯酸以10:1混合得到混合漿料；
[0030] b)加水稀釋至混合漿料的漿液濃度為9% ;
[0031] c)攪拌均勻后加入十二烷基硫酸鈉配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的發(fā)泡原液；
[0032] d)將發(fā)泡原液利用機械攪拌法發(fā)泡，發(fā)泡溫度為50°C，攪拌速度為lOOOr/min。
[0033] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明提出了一種經(jīng)紗上漿用泡沫漿料定性定量優(yōu)化發(fā)泡 參數(shù)的方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中憑借經(jīng)驗粗略確定所帶來的誤差較大的缺陷，為經(jīng)紗的泡 沫上漿的漿液制備提供了依據(jù)。并且給出了一種可使發(fā)泡原液具有良好的起泡性能且獲得 性能穩(wěn)定的泡沫的機械攪拌工藝參數(shù)。
【附圖說明】
[0034] 圖1:不同a值，對應(yīng)的f_的溫度分布圖；
[0035] 圖2 :攪拌速度對泡沫性能的影響；
[0036] 圖3 :發(fā)泡劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)對泡沫性能的影響；
[0037] 圖4 :漿液濃度對泡沫性能的影響。
【具體實施方式】
[0038] 下面結(jié)合具體實施例進一步闡述本發(fā)明的技術(shù)特點。
[0039] 實施例中，實驗試劑包括漿料為常州豐源紡織助劑公司的氧化玉米淀粉與聚丙烯 酸，發(fā)泡劑為國藥集團化學(xué)試劑有限公司的十二烷基硫酸鈉；儀器包括IKA-RW20高速攪拌 器對發(fā)泡原液進行發(fā)泡，泡沫粘度測試采用上海方瑞儀器有限公司SNB-1型數(shù)顯粘度計與 上海博訊實業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠CS501型循環(huán)恒溫水浴，羅氏發(fā)泡法采用金壇市大地自 動化儀器廠的2151型羅氏泡沫儀。
[0040] 需要說明的是，在工業(yè)生產(chǎn)中，氧化玉米淀粉與聚丙烯酸的混合比一般為 (9-11) :1，本次實驗選用10:1。
[0041] 實施例1
[0042] 將氧化玉米淀粉與聚丙烯酸以10:1混合，加入水?dāng)嚢杈鶆蛑翝{液濃度為10%，調(diào) 漿后加入相當(dāng)于漿液質(zhì)量1 %的十二烷基硫酸鈉形成發(fā)泡原液，將得到的發(fā)泡原液在不同 溫度下采用羅氏泡沫法進行發(fā)泡實驗，研宄溫度對體系起泡能力的影響，泡沫高度測試結(jié) 果如表1所示。
[0043] 在表1中，各個溫度下泡沫初始高度越大，表示發(fā)泡原液起泡能力越強；三分鐘后 與五分鐘后泡沫高度變化表示泡沫的穩(wěn)定性，高度變化越小說明穩(wěn)定性越好，用標(biāo)準(zhǔn)差表 示泡沫高度變化，也就是說，標(biāo)準(zhǔn)差越小不同時間下泡沫高度變化越小，泡沫越穩(wěn)定。
[0044] 表1不同溫度下發(fā)泡原液的泡沫高度
[0045]
[0046]
[0047] 根據(jù)表1的內(nèi)容，可以得到一個以泡沫初始高度與標(biāo)準(zhǔn)差為自變量、發(fā)泡能力為 因變量的函數(shù)（1)，利用該函數(shù)可以較好的刻畫最佳溫度：
[0048] f = a h，0-(l_a )D (1)
[0049] 式中a分別取〇,〇.1，…0.9, 1，&'為無綱量化處理后的初始泡沫高度。f取最 大值f_時則表明此溫度下發(fā)泡原液的起泡能力與穩(wěn)定性最好。取不同a值，f_的溫度 分布如圖1所示。
[0050] 由圖1可知，在本實施例中，a取〇,〇. 1，〇. 2時，目標(biāo)函數(shù)最大值分布在20°C ; a 取0. 3-0. 8時目標(biāo)函數(shù)最大值均分布在50°C ;當(dāng)a取〇. 9與1時，目標(biāo)函數(shù)最大值分布在 目標(biāo)函數(shù)最大值均分布在90°C。然而當(dāng)取0或1時，目標(biāo)函數(shù)均無意義。因此，a取不同 值時，目標(biāo)函數(shù)最大值多數(shù)分布于50°C，因此，發(fā)泡溫度選取50°C為佳。
[0051] 實施例2
[0052] 利用機械攪拌發(fā)泡法制備泡沫時，攪拌速度是非常重要的參數(shù)之一。將氧化玉米 淀粉與聚丙烯酸以10:1混合，加入水?dāng)嚢杈鶆蛑翝{液濃度為10%，調(diào)漿后加入相當(dāng)于漿液 質(zhì)量1 %的十二烷基硫酸鈉形成發(fā)泡原液，利用機械攪拌法在200ir/min(i取1-10之間的 正整數(shù)）轉(zhuǎn)速下對發(fā)泡原液進行發(fā)泡，測試泡沫發(fā)泡倍率、泡沫半衰期與泡沫粘度；其結(jié)果 如圖2所示；
[0053] 由圖2可知，當(dāng)攪拌速度為200r/min時原液無發(fā)泡現(xiàn)象，升至400r/min產(chǎn)生泡 沫，攪拌速度每增加200r/min均測一次數(shù)據(jù)，直到2000r/min為止。發(fā)泡倍率、泡沫半衰期 與泡沫粘度隨攪拌速度的增加而增加，當(dāng)攪拌速度達(dá)到某一值后，各項泡沫性能參數(shù)