一种优化经纱上浆用浆泡发泡参数的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种经纱上浆用浆泡制备与性能表征方法，属于纺织浆纱技术领域。
【背景技术】
[0002] 为提高经纱承受反复多次拉伸和摩擦作用的能力，提高其织造性，需要对经纱进 行上浆处理。泡沫上浆是以泡沫为介质对经纱进行上浆的一种新工艺，其良好的节能、环保 性能受到棉纺织企业的青睐。泡沫上浆不仅降低了浆料消耗，易于退浆。而且减少了对纱 线烘燥的负担，节省了能源消耗；与普通上浆，经过泡沫上浆的经纱耐磨性与毛羽降低率都 得到了提升。泡沫上浆具体为选用一种添加有表面活性剂的混合浆料，调配成具有一定浓 度的溶液，发泡装置将压缩空气导入浆料溶液中，再由机械搅拌作用而形成泡沫浆并由泡 沫施加器将泡沫均匀地喷淋到经纱上。附着于经纱的泡沫经过压浆辊时，泡沫在轧点处破 裂，浆液均匀地被覆在经纱上。泡沫上浆用泡沫称为浆泡，浆泡性能直接决定了浆纱质量。 一种经纱上浆用浆泡发泡参数的制定方法是泡沫上浆技术的基础。但是目前泡沫上浆用浆 泡发泡参数的制定往往是通过经验法进行粗略估计，这种方法往往会由于物料的改变而改 变经纱上浆的质量，影响后续工艺。
【发明内容】
[0003] 针对上述现有技术存在的问题，本发明的所要解决的技术问题是提供一种优化经 纱上浆用浆泡发泡参数的方法；本发明所要解决的另一个技术问题是提供一种能够获得良 好起泡能力的经纱上浆用发泡原液以及相应的发泡方法。
[0004] 就优化经纱上浆用浆泡发泡参数的方法，本发明采用的技术方案为：
[0005] 一种优化经纱上浆用浆泡发泡参数的方法，不分先后地分别通过下述实验过程确 定最佳发泡温度、最佳转速、十二烷基硫酸钠的最佳浓度以及最佳发泡浆液浓度：
[0006] ①将氧化淀粉与聚丙烯酸按（9-11) :1中任一比例混合，加入水搅拌均匀至浆液 质量浓度为1% -10%中任一浓度并加热调浆，调浆后加入相对于浆液质量0. 5% -5%中任 一质量的十二烷基硫酸钠形成发泡原液，将发泡原液在不同温度下采用罗氏泡沫法发泡， 测试其泡沫初始高度，三分钟泡沫高度与五分钟泡沫高度，建立以泡沫初始高度与同一温 度不同时间的泡沫高度的标准差为自变量、发泡能力为因变量的函数，然后通过目标函数 分析法获取最佳发泡温度；所述的函数如下式（1)所示：
[0007] f=ah' 0-(l_a)D(1)
[0008] 式⑴中a分别（〇, 1)，心'为比重法无纲量化处理后的初始泡沫高度；
[0009] f取最大值fmax时则表明对应的a在该温度下发泡原液的起泡能力与稳定性最 好；出现最多的温度为最佳温度；
[0010] ②将氧化淀粉与聚丙烯酸按（9-11) :1中任一比例混合，加入水搅拌均匀至浆液 质量浓度为1% -10%中任一浓度并加热调浆，调浆后加入相对于浆液质量〇. 5% -5%中任 一重量的十二烷基硫酸钠形成发泡原液，得到的发泡原液利用机械搅拌法在200i r/min转 速下对发泡原液进行发泡，测试泡沫发泡倍率、泡沫半衰期与泡沫粘度；所述i为1-10之间 的正整数；可以得到计算发泡倍率增幅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)中不同转速200i r/min下发泡后得到的泡沫的发泡倍率为％、泡沫半衰期 为h、泡沫粘度为ci;
[0013] g(a)、g(b)、g(c)的值同时小于10%时的转速即为最佳转速；
[0014] ③将氧化淀粉与聚丙烯酸按（9-11) :1中任一比例混合，加入水搅拌均匀至浆液 质量浓度为1% -10%中任一浓度并加热调浆，调浆后加入相当于浆液质量为〇.5j %的 十二烷基硫酸钠形成发泡原液，利用机械搅拌法在200-2000r/min中任一转速下对发泡原 液进行发泡，测试泡沫发泡倍率、泡沫半衰期与泡沫粘度；所述j为1-10之间的正整数；可 以得到计算发泡倍率增幅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钠浓度0. 5j%下发泡后得到的泡沫的发泡倍率为 泡沫半衰期为t^_、泡沫粘度为cj;
[0017] h(a)、h(b)、h(c)的值同时小于10%时的转速即为十二烷基硫酸钠的最佳浓度；
[0018] ④将氧化淀粉与聚丙烯酸按（9-11) :1中任一比例混合，加入水搅拌均匀至浆液 浓度为x%并加热调浆，调浆后加入相对于浆液质量0. 5% -5%中任一质量的十二烷基硫 酸钠形成发泡原液，利用机械搅拌法在200-2000r/min中任一转速下对发泡原液进行发 泡，分别取x为1-10之间的正整数进行实验，测试发泡原液进行发泡，测试泡沫发泡倍率、 泡沫半衰期与泡沫粘度；
[0019] 将所得到的参数无纲量化处理后，采用最小二乘法分别拟合出浆液浓度与发泡倍 率、泡沫半衰期与泡沫粘度之间的函数关系式，采用理想点法各分目标函数统一到一个新 构成的总目标函数中，把多目标优化转化为单目标优化问题从而确定最佳发泡浆液浓度。
[0020] 进一步地，实验④中氧化淀粉与聚丙烯酸按照10:1混合，加入水搅拌所述的浆液 浓度X，调浆后加入相当于浆液质量为2%的十二烷基硫酸钠形成发泡原液，利用机械搅拌 法在lOOOr/min转度下，测试发泡原液进行发泡，测试泡沫发泡倍率、泡沫半衰期与泡沫粘 度；
[0021] 将所得到的参数比重法无纲量化处理后，利用Matlab软件采用最小二乘法分别 拟合出浆液浓度与发泡倍率、泡沫半衰期与泡沫粘度之间的函数关系式；所述的浆液浓度 与泡沫半衰期的函数如下式（5)所示；所述的浆液浓度与泡沫粘度的函数如下式（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为浆液浓度，(x)为发泡倍率，f2 (x)为泡沫半衰期，f3 (x)为泡沫粘度。
[0026] 采用理想点法各分目标函数统一到一个新构成的总目标函数中，把多目标优化转 化为单目标优化问题从而确定最佳发泡浆液浓度，所述总目标函数如下式（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] 本发明提供的利用上述优化方法得到的一种适用于机械搅拌法的发泡原液及相 应的发泡工艺如下：
[0029] a)将氧化玉米淀粉与聚丙烯酸以10:1混合得到混合浆料；
[0030] b)加水稀释至混合浆料的浆液浓度为9% ;
[0031] c)搅拌均匀后加入十二烷基硫酸钠配制质量分数为2%的发泡原液；
[0032] d)将发泡原液利用机械搅拌法发泡，发泡温度为50°C，搅拌速度为lOOOr/min。
[0033] 本发明的有益效果是：本发明提出了一种经纱上浆用泡沫浆料定性定量优化发泡 参数的方法，解决了现有技术中凭借经验粗略确定所带来的误差较大的缺陷，为经纱的泡 沫上浆的浆液制备提供了依据。并且给出了一种可使发泡原液具有良好的起泡性能且获得 性能稳定的泡沫的机械搅拌工艺参数。
【附图说明】
[0034] 图1:不同a值，对应的f_的温度分布图；
[0035] 图2 :搅拌速度对泡沫性能的影响；
[0036] 图3 :发泡剂质量分数对泡沫性能的影响；
[0037] 图4 :浆液浓度对泡沫性能的影响。
【具体实施方式】
[0038] 下面结合具体实施例进一步阐述本发明的技术特点。
[0039] 实施例中，实验试剂包括浆料为常州丰源纺织助剂公司的氧化玉米淀粉与聚丙烯 酸，发泡剂为国药集团化学试剂有限公司的十二烷基硫酸钠；仪器包括IKA-RW20高速搅拌 器对发泡原液进行发泡，泡沫粘度测试采用上海方瑞仪器有限公司SNB-1型数显粘度计与 上海博讯实业有限公司医疗设备厂CS501型循环恒温水浴，罗氏发泡法采用金坛市大地自 动化仪器厂的2151型罗氏泡沫仪。
[0040] 需要说明的是，在工业生产中，氧化玉米淀粉与聚丙烯酸的混合比一般为 (9-11) :1，本次实验选用10:1。
[0041] 实施例1
[0042] 将氧化玉米淀粉与聚丙烯酸以10:1混合，加入水搅拌均匀至浆液浓度为10%，调 浆后加入相当于浆液质量1 %的十二烷基硫酸钠形成发泡原液，将得到的发泡原液在不同 温度下采用罗氏泡沫法进行发泡实验，研宄温度对体系起泡能力的影响，泡沫高度测试结 果如表1所示。
[0043] 在表1中，各个温度下泡沫初始高度越大，表示发泡原液起泡能力越强；三分钟后 与五分钟后泡沫高度变化表示泡沫的稳定性，高度变化越小说明稳定性越好，用标准差表 示泡沫高度变化，也就是说，标准差越小不同时间下泡沫高度变化越小，泡沫越稳定。
[0044] 表1不同温度下发泡原液的泡沫高度
[0045]
[0046]
[0047] 根据表1的内容，可以得到一个以泡沫初始高度与标准差为自变量、发泡能力为 因变量的函数（1)，利用该函数可以较好的刻画最佳温度：
[0048] f = a h，0-(l_a )D (1)
[0049] 式中a分别取〇,〇.1，…0.9, 1，&'为无纲量化处理后的初始泡沫高度。f取最 大值f_时则表明此温度下发泡原液的起泡能力与稳定性最好。取不同a值，f_的温度 分布如图1所示。
[0050] 由图1可知，在本实施例中，a取〇,〇. 1，〇. 2时，目标函数最大值分布在20°C ; a 取0. 3-0. 8时目标函数最大值均分布在50°C ;当a取〇. 9与1时，目标函数最大值分布在 目标函数最大值均分布在90°C。然而当取0或1时，目标函数均无意义。因此，a取不同 值时，目标函数最大值多数分布于50°C，因此，发泡温度选取50°C为佳。
[0051] 实施例2
[0052] 利用机械搅拌发泡法制备泡沫时，搅拌速度是非常重要的参数之一。将氧化玉米 淀粉与聚丙烯酸以10:1混合，加入水搅拌均匀至浆液浓度为10%，调浆后加入相当于浆液 质量1 %的十二烷基硫酸钠形成发泡原液，利用机械搅拌法在200ir/min(i取1-10之间的 正整数）转速下对发泡原液进行发泡，测试泡沫发泡倍率、泡沫半衰期与泡沫粘度；其结果 如图2所示；
[0053] 由图2可知，当搅拌速度为200r/min时原液无发泡现象，升至400r/min产生泡 沫，搅拌速度每增加200r/min均测一次数据，直到2000r/min为止。发泡倍率、泡沫半衰期 与泡沫粘度随搅拌速度的增加而增加，当搅拌速度达到某一值后，各项泡沫性能参数