浅析环保产业中的数码印花技术

浅析环保产业中的数码印花技术

近年来，随着数字印花行业的新兴数字印花技术的蓬勃发展，市场上数字印花订单的快速增加和数字印花技术的日益完善，所有能够承担齐担责任的领导人都重视这一新兴技术对传统印刷行业的挑战和机遇。尽管作为新生事物的数码印花在发展过程中还存在一些问题,但作为未来印花工艺发展的趋势,数码印花已得到了业界的广泛认同。1数码印花主要市场情况数码印花工艺的出现,给欧美的印染企业带来了巨大的转机。据了解,目前欧洲印染企业已停止新增传统印染加工能力,其中平网生产线的市场份额基本由数码印花替代。圆网印花因速度较快、成本较低,还有部分企业维持运行,但随着高速数码印花设备的推陈出新,传统印花的市场份额会被不断压缩。如今,欧美地区新增加的印花产能几乎全部为数码印花。有资料显示,2012年全球印花行业年产量约300亿m2,年产值约1650亿美元,年均增长率约1%~2%。而根据最新的SmithersPira研究报告《数码印花2017年展望》,数码印花从2009年到2012年,以每年23%的速度增长,且未来有加速发展的趋势。预计到2015年,数码印花面料总年产量将达25~30亿m2,其中数码印花发展最快的欧洲,2013年的数码印花产量已占到全年总印花产量的40%。全球数码印花的市场概况见图1,传统印花的全球分布情况见图2。由图1、图2可知,欧美在数码印花市场上占有比率很高,作为传统印染行业最集中的亚洲地区(中国、印度、东南亚),在数码印花的发展上却远落后于欧美国家。2数字印花与传统涂料的比较2.1数码印花较简单,容易实现及其他、可实现各种色彩的变化传统印花工艺采用的专色印花技术,需要根据印花图案进行分色、调色、制版,打样等工序。考虑到成本及设备的技术水平等因素,网版精度及数量(套色数)是有一定限制的,基于现有的工艺水平,套色数及印花精度已无法大幅度提高。目前,较为先进的平网及圆网印花机套色数可达16~20套色,网版精细度一般在250~300dpi。而且在进行多套色印花时,工艺要求严格,对设备及人员的操作水平要求也很高。相比传统印花的复杂流程,数码印花工艺就简便许多。只需将印花图案在计算机中编辑完成,经分色软件处理后,就可输入数码印花机进行打印。数码印花采用CMYK四分色拼色原理,所有颜色均由4个基准色拼叠形成,对印花图案的颜色完全没有限制,理论上可拼出1670万种色彩。同时,印花的清晰度大幅度提高,最高可实现2400dpi的清晰度,达到照片级的印花效果。采用数码印花可轻松实现各种色彩的浓淡过渡效果(云纹)及明暗变化,这些在传统印花机上是很难做到的。数码印花灵活快速、图案细腻、色彩绚丽等特点给现代服装设计师带来了巨大便利,可以利用现代科技的各种手段及素材,给印花图案设计带来无限的可能。近年来,众多设计师喜欢将数码印花作为主要元素应用到时装设计当中,颠覆了印花面料仅能作为点缀装饰的传统理念。2.2数码印花工艺符合法传统印花因制版、对小样等原因,制作小样时间通常需要2周左右时间。在生产繁忙季节,企业根本无法满足客户快速试样的要求。考虑到成本因素,对于小批量、多花色的时装订单,很多工厂更是有心无力。而数码印花工艺恰恰符合了当今市场快速变化的要求。无须制版,按照客户的要求,可实现1m起印。正常情况下,采用数码印花工艺,企业1~2天内就可交单,大大缩短了生产周期,如图3所示。2.3数码印花废水回收利用的必要性传统印花在带给人们美感的同时,也带来了严重的环境污染。以我国印染行业集中地绍兴地区为例,该地区集中了400多家印染企业。尽管传统印染行业对绍兴地区的经济发展做出了巨大贡献,但当地的环境已无力支撑传统印染行业的大规模运行。当地政府针对印染企业出台了严苛的减产整改政策,强制企业每年按20%比例减少废水废液排放,采取将部分印染企业迁移到专业工业区,对废水废气集中处理等措施。当地印染企业面对着高昂的能源费用及环保成本,传统印染行业已陷入困境,进行升级换代是必由之路。而发展经济附加值高、污染低的数码印花工艺已成为业界的共识。传统印花大约有30%的染料不能与纤维结合,在水洗时被洗去而产生大量有色污水,而数码喷墨印花的墨水色素粒度细、墨水色浓度高,因此其得色率高。同样深度的花型,数码印花染料用量只有传统印花的40%,而且只有5%的浮色在后道处理时被洗去。产生的污水量仅为传统印花工艺的1/15~1/25。综合能耗仅相当于传统印花的1/3~1/4。数码印花节能环保的优点解决了印染行业困扰已久的难题。3一般摄影3.1数字印花风格3.1.1再通过热压转移随着升华染料的使用及喷墨写真机的成熟,最早在纺织品上进行批量数码印花的是数码转移纸印花。该工艺采用数码喷绘机将分散升华染料打印在专用的转移印花纸上,形成图案;再通过热压工序将转移印花纸与纺织面料进行热压转移,染料以气态方式转印到纺织面料上。因印花图案首先喷印在光洁的纸张上,相对于具有纹理的纺织面料来说,该工艺具有色彩艳丽、图案锐丽的特点,且印花完成后无须蒸化、水洗等工序,工艺简洁环保,目前在市场上所占份额较大。该工艺缺点是目前仅有分散升华型染料比较成熟,所以只能用于涤纶纤维面料;同时,因染料是以气态升华转印到面料上,印花渗透效果差、手感比较干涩;另外,高质量的转移印花纸的价格不菲,以上几点因素限制了该工艺的进一步发展。3.1.2墨水喷印工艺颜料(涂料)墨水可分为水性颜料墨水、溶剂型颜料墨水和UV光固化颜料墨水3种。该工艺首先对纺织面料进行预处理、涂覆黏结剂,然后采用数码印花机将墨水直接喷印在面料上,经加热烘干后形成成品。此工艺具有纤维适应面广、工艺流程短的特点,几乎所有的纤维面料,甚至薄膜等材质,均可以适用;且无须蒸化水洗,工艺非常环保。颜料墨水的特点是耐UV性(日晒色牢度)非常好,但因颜料是通过黏结剂与纤维以物理方式结合在一起,所以摩擦及水洗等牢度指标较差且手感偏硬。由于色素是以微小颗粒悬浮在墨水中,颜料墨水的稳定性较差且容易堵塞喷头。该工艺目前在家纺、成衣印花领域应用较多。3.1.3墨水发色机理染料墨水是由水溶性或溶剂性的活性、分散、酸性染料调配而成,染料能够完全溶解于水或溶剂中,过滤后的染料墨水不含颗粒性成分,故不容易造成喷头的堵塞。染料墨水的最大特点是色域非常广、色彩艳丽;且染料成分及发色机理与传统印花最接近,所以印花效果(渗透、手感、色牢度等)与传统印花最为接近。该工艺面料适用面广,已成为数码印花的主流发展方向。不同染料墨水数码印花所占市场份额,见图4。3.2数码印花喷印技术随着数码印花工艺的蓬勃发展,越来越多的国内外厂家投入力量对数码印花设备进行研发。目前,市场上的数码印花机种类繁多,喷头是喷墨印花机的核心部件,伴随着喷头技术水平的逐步提高,稳定、高速的数码印花生产才能逐步成为现实。在此结合喷印墨头的情况对部分高速数码印花机进行简要介绍。按照喷头的技术原理,数码喷墨技术可分为连续喷墨技术(CIJ)和按需喷墨技术(DOD)。CIJ技术具有给墨量大、墨滴稳定均匀的特点,有利于提高颜色深度及饱和度,可达到较高的印花速度;但因墨滴控制及回收系统非常复杂,且印花精度太低,CIJ喷头已逐渐被纺织品印花市场淘汰。目前,在纺织品印花市场上的主流高速喷头均采用DOD喷头。DOD喷头按驱动墨滴喷射的方式又分为压电陶瓷喷头(PIJ)及热泡式喷头(TIJ)。热泡式喷头在喷墨过程中要对墨水进行快速加热,利用墨水加热后产生气泡的动力来驱动墨滴喷出。因热泡式喷头对墨水的热稳定性要求较高,且易产生堵头现象。因此,目前主要使用压电陶瓷喷头。压电陶瓷喷头的材料为锆钛酸铅(PZT)陶瓷,陶瓷材料上黏附着电接触器材,当以特定的方向施加高电压时,PZT陶瓷材料会产生变形,从而造成墨囊的体积变化,将墨水从喷嘴挤压喷出,形成墨滴。电讯号消失后,压电晶体恢复原状,墨囊依靠毛细效应重新填满墨水。压电陶瓷式喷头可达到很高的工作频率,通常在15000~20000Hz左右。因喷头的喷墨频率及墨滴大小的范围基本可代表其性能的优劣,目前各喷头生产厂家都在不断提高喷头的打印频率及扩大墨滴体积的范围。数码印花喷头的生产制造涉及压电陶瓷材料、精密铸造、微电子等多领域尖端技术。目前,数码印花喷头的生产技术几乎全部由日美等少数厂家垄断,我国在此领域还处于非常落后的地位。3.3墨水的选择及用量范围目前,在工业化的数码喷墨印花生产中,针对不同的纤维面料,主要使用活性、分散和酸性染料墨水。染料墨水中的色素在水或溶剂中以分子形态存在,故墨水性质比较稳定。高品质的数码喷墨墨水具有色泽稳定、保质时间长、流畅性好、无墨水雾化等优点。制造墨水所选用的染料品质及结构直接影响着墨水的性能,染料批次之间的色差也会直接导致墨水批次之间存在色差。数码喷墨印花发展初期,墨水普遍采用乙烯砜型结构染料,该种染料因化学性质不稳定,容易发生水解而成酸性,从而对喷头造成腐蚀;另外,该型染料的除盐提纯不充分,残存的金属离子在喷嘴内部逐渐堆积形成颗粒,容易堵塞喷头。国际上高端品牌墨水现均采用一氯均三氰结构染料,该染料性质稳定、色光艳丽,但生产工艺复杂,要达到良好的流畅性对墨水的除盐要求很高,因而墨水造价相对较高。在墨水配料中,为保持墨水长期存放的稳定性及使用过程中的各项性能,还需添加多种助剂。各种墨水适用的纤维面料种类,见表1。喷墨印花的色域主要取决于墨水的色彩。目前市场上能够提供比较完整种类、色系墨水的生产厂家主要有美国Dupont公司和德国Huntsman公司。另外,如荷兰Stork公司、德国Solunaris公司、英国Xennia公司也都在销售各自的高品质数码印花墨水。使用者应购买已通过喷头厂家或设备厂家的测试或质量认证的墨水,这样对喷头的使用寿命及印花质量都有保证。因为进口高端墨水的价格都比较高,客观上制约了数码印花工艺在国内的广泛应用。近年来,国内一些有实力的染化料生产企业都在积极研发数码喷墨印花墨水。如上海新威、中国台湾永光也都推出了数码印花墨水,因质量稳定、价格具有竞争力,目前市场占有率已相当高。3.4数码印花浆料的配方数码印花工艺相对于传统印花工艺主要减少了分色制版等工序,从而大大节约了时间。数码印花与传统印花的生产准备流程对比,见图5。染料墨水进行喷墨印花时,染料与纤维结合所需的酸性或碱性条件无法在墨水中实现,加上染料墨水黏度低,墨水直接打印在织物上会出现渗化的现象,因此要对织物进行预处理,即上浆。墨水及面料不同时,前处理的配方也不同,但应尽量满足以下工艺要求:a.通过前处理,使被印面料尽量平整光滑(去除散毛),便于印花工序形成精细的印花效果;b.减少布面褶皱及毛边,防止在生产过程中布面擦划喷头,形成疵品;c.增加布面的吸色能力,防止喷印及蒸化过程中墨水渗化。当然为取得良好的发色效果及提高得色率或更好的布面渗透效果,用户还可以在浆料中添加相应助剂。普通数码印花浆料配方成分为:海藻2.2%、尿素12%、小苏打(碳酸氢钠)3.5%、防染盐(间硝基苯磺酸钠)5%(因各地海藻的黏度不同,客户面料不同,以上数据仅供参考)。喷印过程中,应保持印花机特别是喷头处于良好稳定的工作状态。生产车间的温湿度及洁净度应进行严格控制。温度一般应控制在25℃,相对湿度最好控制在50%左右。操作人员应勤检布面,发现喷头有漏墨或堵塞现象,应及时停机维修清理,减少疵品的产生。在印制过程中,要注意对相关的技术指标进行合理设置,如出墨量的控制、ICC曲线的制作、墨水的色彩组合等。4针对数字印刷的问题、市场应用和预测4.1数码数码印花目前,数码印花已成为欧美印染企业的主流生产工艺,90%的欧洲印花企业已使用数码印花工艺从事打样或大批量订单生产。目前,我国已有很多企业使用数码印花机进行小样试制,更有一些在业界有技术有实力的厂家开始采用高速数码印花进行大批量生产,如绍兴地区的鼎记数码印花公司,现有美佳公司(Reggiani)高速数码印花机7台,日产量已可达5~7万m。但针对数码印花工艺,国内传统印花企业仍存在一些疑虑,归纳起来主要在以下几个方面。4.1.1纺织面料特性传统印花企业习惯于以往固有的生产模式,希望数码印花达到传统平网甚至圆网印花机的水平,通过大批量生产降低生产成本。其实,依靠现有科技水平,通过增加喷头的数量及提高计算机的运算速度,增加数码印花机的喷印速度并不非常困难。但伴随着人们对纺织服装个性化的追求,纺织品印花市场近年来呈现出以下趋势:印花订单逐步趋向多品种、小批量;花色品种及设计风格变化日益加快;从花型设计到成品上市,要求生产商的交货周期越来越短。因此,未来印花市场中,产能已不应再是厂家担心的主要因素,如何快速满足客户的订单要求才是厂家的制胜之道。4.1.2数码印花的成本因数码印花墨水的价格比传统印花用的染料高出许多,超出一定的印花长度后,数码印花的成本会超过传统印花。近几年,随着高速数码印花机在国内的快速普及,墨水的市场销量逐步增加,数码印花墨水的价格较前期已有了大幅度的下降。4.1.3数码印花的生产数码印花技术与传统印花技术的机理完全不同。因此,有些传统印花厂家在接触数码印花工艺初期,无论在工艺还是设备上会不适应,因而产生了数码印花工艺难控制、机器娇贵等误解。对比传统印花的专色印花,数码印花是通过计算机的测色配色系统,采用CMYK拼色形成所需的颜色图案。因此,严格控制从设计到生产的每一个环节,对整个生产的稳定性非常必要。目前较为先进的高速数码印花机,都可兼容认读市场主流的RIP软件所制作的花稿文件,如瑞士Ergosoft公司的TextilePrinting及西班牙Inedit公司的Neostampa软件。花稿图案制备非常方便,同时这些高端印花机一般都具有喷头自动检测及清洁等功能,保证了喷印的稳定性。因此,只要客户使用性能稳定的合格墨水,掌握制作相应的ICC曲线,保证生产车间的温湿度环境,采用数码印花工艺可以实现非常准确的色彩再现效果。4.2数码印花工艺4.2.1作为传统印花的替代工艺,数码印花已可广泛用于服装、家纺等面料的印花。4.2.2高端数码印花机可实现高清晰度图案打印,最高可达2400dpi,并可实现图案的精确定位。采用数码印花,可打印出“以假乱真”的色织图案,在视觉效果上完全可以与色织面料