織物數碼墨印印技術的發展

大多數紡織印染的加工由圓形或平在線印花機完成。然而，從目前日益增長的要求出發，設計、制造和即時交付的要求來看，圓形或平在線印刷設備和工藝對商品的快速生產和多品種生產沒有適應性，成本高，耗時費。隨著數字式電腦特別是計算機輔助設計技術(CAD)用于紡織品印花的圖案設計和雕刻,紡織品數碼噴墨印花技術帶來了一場印花革命,尤其是紡織品噴墨印花設備的出現和發展則在很大程度上彌補了印花產業的不足。噴墨印花技術是一種無接觸或直接印制技術,可在任意表面印制而無需考慮它的多孔結構和吸收性能,能夠滿足當前日益增長的按需設計制造(DAMA)和即時交貨(JIT)要求,完全符合未來快速發展的節奏。此外,噴墨印花噴印過程中幾乎無染化料浪費、無廢液、無廢水、耗能低,有利環保,因此噴墨印花越來越受到人們的青睞,具有非常廣闊的發展前景。1高精度印花圖案的制備數碼噴墨印花是通過各種輸入手段(掃描儀、數碼相機等)把所需的圖案輸入計算機,經計算機印花分色描稿系統(CAD)編輯處理后,由計算機控制微壓電式噴墨嘴,用RIP軟件通過噴射印花系統直接將墨水(活性、還原、分散、酸性等專用染液)噴射到各種織物上進行印花,在經過處理后,獲得印有高精度圖案的紡織品。另外采用C、M、Y、K(青、品紅、黃、黑)四色十專色印花噴頭,就可印出1670萬種顏色,即可達到各種印花圖案要求。數碼噴墨印花技術是一種清潔的無環境污染的高科技印花技術,能適應高品質、小批量、多品種的市場需要。該技術在印花工藝上可省去描稿、制片、制網、雕刻等工序,由于噴射印花是將染液裝在專用盒中,按需噴射在織物上,幾乎沒有浪費。印花過程無廢水無污染,可節省人力、設備、材料。紡織品噴墨印花的工藝過程隨所使用的染料和纖維品種而異,一般工藝過程如下:一般的噴墨印花都可以采用這種印花路線進行操作,但要根據不同的印花墨水對印染工藝進行局部的調整,采取適當的印花工藝。2印花墨水對織物的要求噴墨印花墨水一般由色素、水或有機溶劑、添加劑(如防菌劑、分散劑、pH調節劑、保濕劑等)組成。織物用噴墨印花墨水除了對色素純度、不溶性固體顆粒粒徑以及墨水的粘度、表面張力、電導率、穩定性、pH值和起泡性等有具體要求之外,還要求墨水噴射到織物上形成圖案后,必須具有良好的耐水洗等色牢度,且不能影響織物手感。按照配制墨水所使用的溶劑,紡織品數字噴墨印花墨水可以分為水性墨水和溶劑性墨水,前者簡稱為墨水,后者常稱為油墨。2.1防水水處理2.1.1墨水有機溶劑和酸性染料現在國外開發的噴墨印花小分子染料墨水品種主要有活性染料、酸性染料、還原染料等。活性染料具有良好的水溶性和固色率,目前商品化的活性染料墨水中,具有代表性的品種主要有Huntsman公司的CibacronMI系列、DuPont公司的Atistri700系列和DyStar公司的JettexR系列。CibacronMI系列活性墨水共有9個顏色品種,適用于棉、粘膠或絲綢織物的噴墨印花,其墨水的流動性好,色彩鮮艷明亮,飽和度高。DuPont公司的Atistri700系列活性染料墨水有10種顏色,主要應用在棉、粘膠等纖維素纖維織物上。DyStar公司JettexR系列活性墨水包括8個基本色和4個附加色,適用于纖維素纖維、蠶絲和羊毛,墨水的顏色表現力豐富,其色域可與傳統印花相媲美。酸性染料分子結構中含有磺酸基等強水溶性基團,水溶性好。目前商品化的酸性染料噴墨印花墨水的代表性品種主要有Huntsman公司的LanasetSI系列和DuPont公司的Artistri700系列。Huntsman公司的LanasetSI系列酸性染料墨水,適用于壓電式和熱氣泡式數字噴墨印花機,主要有7個品種。DuPont公司的Artistri700等系列酸性染料墨水有10個品種。另外,DyStar公司的Jet2tex系列酸性染料墨水還提供了另外3種艷麗的酸性染料墨水:熒光黃7GFLE20、玫瑰紅BNE20和青色RWNE20,以補充標準的8色體系,達到特殊的色彩效果。但這些小分子染料墨水在印花牢度上存在很大的問題,使得織物顏色不夠鮮艷,并且在織物后整理階段往往需要多次水洗才能除去沒有固色的染料,不符合節約資源的要求。噴墨染料的耐水洗牢度是目前的一個難點。2.1.2使水性高分子材料在溶液中發生固相枝反應目前制備能夠用于噴墨印花的水性高分子染料在國內外都還處于研究階段。利用水溶性染料與高聚物的反應制備水性高分子染料,該方法是通過各種反應途徑將水溶性染料懸掛于高聚物的側鏈上或與高聚物分子復合而獲得水性高分子染料。例如N,O-羧甲基殼聚糖作為高分子染料的骨架,其易溶于水,可以通過與活性染料在水溶液中發生均相接枝反應制備水溶性高分子染料;WinfriedMennicke采用二乙烯三胺和脂肪酸的縮聚產物作為高分子基體,與一些具有活性伯、仲氨基的染料通過三聚氯氰連接,制備了一種含有多烯多胺型的水溶性高分子染料。利用水溶性染料與含有C=C雙鍵的單體反應,或與可發生自固化反應的樹脂反應,然后進行噴墨印花,再經一定的條件在織物上發生自由基聚合或加入固化劑發生自固化反應,形成高分子染料。利用染料重氮鹽制備高分子染料,該方法是將帶有水溶性基團的重氮鹽通過重氮偶合反應接到高分子鏈上,或接到含有C=C雙鍵的單體上經過自由基聚合,形成水性高分子偶氮染料。例如清華大學王曉工等先通過合成具有高反應活性的聚丙烯酰氯,與N-乙基-N-羥乙基-苯胺反應制備含取代苯胺的先驅聚合物,再通過重氮偶合反應引入帶水溶性基團的偶氮生色團,合成水性高分子偶氮染料。2.2載體與添加劑噴墨印花的油墨配方包含色素(染料或顏料)、載體(粘合劑/樹脂)、添加劑(粘度調節劑、引發劑、防菌劑、防堵塞劑)等。迄今為止,尚無一普遍適用于織物噴墨印花的標準油墨配方。2.2.1墨水、粘合劑和樹脂顏料是一種不溶于水和大多數有機溶劑的色素材料,在應用于紡織品的印花和染色前,需先與分散劑和其它添加劑一起粉碎加工,制成顆粒細小且具有足夠分散穩定性的水性分散體系。發展顏料墨水噴墨印花的重點技術有:選擇適用的顏料與粘合劑分別提高顏色濃度、明度和色牢度,使墨滴快吸色、少擴散,提高印花清晰度,防止嘴堵塞(現在一臺織物噴墨印花機,大多有上千只噴嘴)。目前可供試用的商品化顏料墨水有:亨斯邁公司的Irgaphor系列、BASF的HelizarinEVOP-100系列、DuPont公司的Atistri700系列和江南大學納米色素與數字印花研究開發中心研制的Pinks系列等。由于顏料對任何纖維都沒有親和力,必須借助粘合劑的作用才能固著在纖維上。在噴墨印花油墨中引入粘合劑或者樹脂,將色素與纖維進一步實行機械混合,以達到印花的目的。目前普遍應用于涂料印花中的聚丙烯酸酯類及聚氨酯類商品甚多,但其成膜性及流變性遠不能滿足噴墨印花油墨系統的要求。為此,粘合劑的類型及其性能的研究十分重要。目前研究的樹脂類粘合劑大致為紫外光固化型及聚合微膠乳型兩大類。紫外光固化型是將合成粘合劑的單體或低聚體的混合物與色素一起噴射到被印織物上,通過紫外光使其在織物上發生聚合成膜。其優點是固化快、節能、無污染,并且色素有可能與纖維間緊密因結合而耐磨、色牢度高。聚合微膠乳型粘合劑與紫外光固化型粘合劑的制備不同,將粘合劑組分預先制成聚合物的水性微膠乳液,含固量30%~50%,使其在織物噴墨和熱焙烘后沉積在纖維基質上,其粒徑大多只在1μm以下,稱為微膠乳型粘合。2.2.2墨水轉移印花分散染料的分子結構比較小,分子中不含水溶性基團,只含有極性基團,水溶性很差,在水中主要以微小顆粒呈分散狀態存在,是一種非離子染料。分散染料墨水的噴墨印花工藝有兩種,一種是滌綸織物的直接噴墨印花工藝,另一種是轉移印花工藝。目前,代表性的分散染料墨水商品品種主要有Huntsman公司的TerasilDI、TI和TS系列,DuPont公司的Atistri700系列,BASF公司的Bafixan系列。意大利J-Teck3公司開發的對環境友好的新型數碼噴墨印花分散染料油墨J-ECO,是一系列分散染料的壓電式油墨,可用于升華轉移印花和直接印花。另一個創新油墨J-Subly,是一種用于合成纖維升華轉移印花的分散染料油墨,可與用于直接印花的分散染料油墨J-Flag互補。2.2.3化合物的水溶液下降將染料制備成高分子染料,然后通過高分子鏈上官能團、聚合性染料自身的化學反應或與纖維中的羥基或羧基形成氫鍵,來提高牢度。例如PawlowskiNormanE將帶有磺酸基的芳香環染料經過氯磺化改性,連接到聚乙烯醇分子鏈,再投入氯乙酸制成高分子染料,其處于酸性或中性時,環上的羧基和羥基發生閉環反應,形成環酯,從而分子的水溶性下降。將C=C雙鍵引入染料分子結構中,然后使染料在織物上均相自聚,或者與其他組分通過引發劑引發而共聚并固著在纖維上。例如普施安(Procion)活性藍-4和汽巴龍(Cibacron)活性黃-3溶解于DMF中并與CH2=CH—COCl反應,制備得到的高分子染料結構中引入雙鍵。利用染料重氮鹽制備高分子染料,該方法是將重氮鹽通過重氮偶合反應接到高分子鏈上,形成高分子偶氮染料。例如清華大學的王曉工等將環氧樹脂與苯胺反應,制備含取代苯胺的先驅聚合物,再通過重氮偶合反應引入偶氮生色團,合成一系列高分子偶氮染料。此外對染料進行合成改性制備高分子染料的方法也有幾例,如中國科學技術大學制備的水性聚氨酯-分散藍14高分子染料;江蘇大學用IPDI和分散紅19合成聚氨酯-分散紅高分子染料。3墨水的發展趨勢2001年數碼噴墨印花織物產量首次納入統計項目,產量約占世界印花織物總產量的1%~3%,這證明數碼噴墨印花技術已在織物印花領域中占有一席之地,嶄露頭角。當前數碼噴墨印花墨水的發展趨勢主要有以下兩個方面:(1)開發高性能、高色牢度的噴墨印花墨水。由于當前墨水對織物的的作用力小,添加劑太多,色牢度差,顏色暗淡,因此研制出高性能的染料墨水,減少添加劑的加入,簡化流程,提高色牢度,已經成為紡織品噴墨印花發展的首要問題。(2)開發水性環保型,價格低廉的墨水。由于當前噴噴墨印花墨水大部分都是溶劑型的墨水,易出現堵頭現象,流變性和穩定性差,價格昂貴,因此開發水性及穩定性佳且價格低廉的環保型墨水尤為重要。綜上所述,開發具有印花色強度高,鮮艷度好,清晰度高,摩擦和水洗牢度良好,穩定性佳等優異性能的噴墨印花墨水是當前噴墨印花發展的必然趨勢。高分子染料由于其溶解性,吸收度,遷移性,粘度均可控制調節