进入21世纪以来，随着能源和水资源日益短缺、环境污染的不断恶化，人们的环保意识有了大幅度的提升，越来越多的研究开始着力于开发低能耗、低水耗、低污染的加工技术。泡沫染色是一种低给液、高节能的染整加工新技术。它用空气代替大部分水作为介质，以有色泡沫的形式输送染料至织物表面，从而大大降低了织物的带液率以及烘燥过程中所需的能耗。20世纪七八十年代泡沫染色吸引了大量的关注，但由于当时设备技术水平有限而导致这项技术的发展和推广受到了限制，随着目前科技水平的进步，泡沫染色用设备已被成功开发，但关于泡沫染色技术的系统基础研究很少。因此，对泡沫染色技术进行系统地研究将对其真正地实现纺织工业大生产有很大的意义。本文根据泡沫染色中活性染料上染棉纤维历经的三个过程，分别研究了活性染料高浓染色液中染料的聚集情况、有色泡沫性质的影响因素、棉纤维的泡沫染色工艺，最后探讨了低给液情况下活性染料在棉纤维上的扩散和固着机理。　　(1)活性染料泡沫染色液中的染料聚集体　　相较于传统的轧染工艺，用于泡沫染色的活性染料溶液中需加入必不可少的起泡剂，且染液浓度较高，本文结合吸收光谱法、电导率法和分子动力学模拟手段研究了高浓染液中各因素对染料聚集状态的影响。溶液中C.I.活性红120和C.I.活性橙5的聚集程度随染料浓度的增大而提高，染料分子主要以“面对面”的平行排列方式发生聚集。无机盐中的金属钠离子对染料聚集起到促进作用，泡沫染色过程中应尽量避免无机盐的加入。SDS在溶液中与染料分子可形成混合胶束，随着SDS浓度的升高，C.I.活性红120聚集程度逐渐增大，而分子量较小的C.I.活性橙5的聚集程度则先增强后减弱，即当SDS浓度较高时，对C.I.活性橙5分子具有分散、增溶的作用。尿素对溶液中的染料分子有明显的解聚作用。　　(2)活性染料有色泡沫的性能研究　　高浓染液经机械搅拌发泡，染料以泡沫的形式上染棉纤维，本文通过泡比和泡沫半衰期评价有色泡沫性质，分析了不同因素对泡沫性质的影响。相较于其他类型的起泡剂，阴离子型表面活性剂十二烷基硫酸钠的起泡性能良好、泡沫稳定性最优。本文选取价格低廉、无毒、性能优异的SDS作为泡沫染色用起泡剂，选取十二醇和瓜尔胶复配体系作为泡沫染色用稳定剂，且两者质量比为3:4。温度是泡沫稳定性的主要影响因素，随着环境温度的升高，泡沫体系的排液速度加快，泡沫半衰期急剧下降。随着体系中染料浓度的增加，体系的泡比先下降后上升，但变化幅度不大，而体系的泡沫稳定性先上升后下降。NaCl的加入削弱了吸附在液膜两侧的SDS之间的静电斥力，大大降低了体系的泡沫稳定性，在泡沫染色工艺时，应使用纯度较高的活性染料，并避免无机盐的使用。固色剂Na2CO3的加入使得泡沫稳定性先下降后趋于平衡。小分子尿素的加入对体系的泡沫性能影响不大。　　(3)活性染料泡沫染色工艺研究　　有色泡沫经泡沫施加器上染棉织物，活性染料通过汽蒸固色与棉纤维共价结合。本文利用表观色深K/S值和固色率来评价染色性能，讨论了不同因素对染色性能的影响，并借助Design Expert软件优化了活性染料泡沫染色的浅色工艺和深色工艺，研究了不同类型活性染料在泡沫染色中的应用，最后对比了泡沫染色和传统轧染的各项染色性能和耗能。用于泡沫染色的有色泡沫在达到织物表面时的气泡直径尺寸在0.10~0.20 mm之间，且分布均匀。较高的汽蒸温度有利于提高染料的利用率，且可缩短汽蒸时间。随着带液率的升高，染色织物的K/S值先上升后下降，固色率先上升后趋于平衡。随着稳定剂浓度的升高，K/S值不断上升，固色率基本保持不变。随着碱剂浓度的升高，K/S值先上升后下降，固色率先上升后略下降。泡比和尿素浓度对染色性能影响不大。泡沫染色浅色工艺（染料浓度10 g/L）中，稳定剂浓度、汽蒸温度和汽蒸时间为显著影响因素，其中汽蒸温度为最主要影响因素。浅色工艺的最佳工艺条件为：稳定剂0.92 g/L、汽蒸温度147.50℃、汽蒸时间3.97 min、泡比8、碱剂12 g/L、带液率30％。泡沫染色深色工艺（染料浓度60 g/L）中，带液率和汽蒸温度为显著影响因素，其中带液率为最显著影响因素。深色工艺的最佳工艺条件为：带液率41.32%、汽蒸温度150.81℃、泡比8、碱剂24 g/L，汽蒸时间4 min、稳定剂0.28 g/L。在不同类型活性染料的泡沫染色中，C.I.活性红120、C.I.活性红15、C.I.活性红2和C.I.活性黑5的泡沫染色固色率均能达到70%~90%，其中C.I.活性黑5固色率最高，且固色速率顺序依次为C.I.活性黑5>C.I.活性红15>C.I.活性红120>C.I.活性红2。深色工艺的泡沫染色固色速率普遍快于浅色工艺。各种类型的活性染料均能实现对棉织物的泡沫染色，且染色效果良好，说明泡沫染色技术在纺织加工大生产中具有可行性。相较于传统轧染，泡沫染色采用饱和蒸汽和过热蒸汽固色均能得到表观色深较高的染色织物，且染料利用率较高，皂洗牢度均可达4-5级、干摩擦牢度可达5级，且湿摩擦牢度要高于传统轧染半级。相较于传统轧染，染1吨棉织物时泡沫染色可节约81.25%的水（不包括水洗过程）和80.75%的电能，加工速度快一倍，且无需添加大量的无机盐，大大减轻了污水排放时的环境压力。　　(4)低给液活性染料对棉织物的上染机理　　通过差示扫描量热法(DSC)研究了不同含水量棉织物的微孔结构，结合不同带液率的染色结果，讨论了低给液泡沫染色中活性染料在棉纤维上的扩散和固着机理。在棉纤维的润湿过程中，随着含水量的增大，不可冻结合水最先出现并增加至最大值0.21 g g-1（每克干布上水的重量），随后可冻结合水和自由水相继出现。当含水量达到0.77 g g-1时，结合水达到最大值0.60 g g-1。棉织物在润湿过程中，纤维内部的孔道数量不断增加，且小孔隙不断地吸水变成大孔隙。纤维达到饱和状态时（带液率约为80%）的平均孔半径、孔道总容积和孔内表面积分别为50 nm，0.49 cm3 g-1和19.15 m2 g-1。在带液率为30%的泡沫染色过程中，织物上所含的水分全部被纤维孔隙吸附，平均孔半径约为31.32 nm，一部分染料单体和小于孔径的染料聚集体随着水分进入纤维孔隙，同时一小部分大于孔径的染料聚集体停留在织物表面和纤维之间，最终活性染料通过汽蒸固色以共价键的形式固着在棉纤维上，未固着部分或水解染料在皂洗过程中被洗下。相较于传统轧染，采用低给液的泡沫染色技术可得到K/S值和固色率较高的染色结果，同时可节约大量的能耗。