织物数码墨印印技术的发展

织物数码墨印印技术的发展

大多数纺织印染的加工由圆形或平在线印花机完成。然而，从目前日益增长的要求出发，设计、制造和即时交付的要求来看，圆形或平在线印刷设备和工艺对商品的快速生产和多品种生产没有适应性，成本高，耗时费。随着数字式电脑特别是计算机辅助设计技术(CAD)用于纺织品印花的图案设计和雕刻,纺织品数码喷墨印花技术带来了一场印花革命,尤其是纺织品喷墨印花设备的出现和发展则在很大程度上弥补了印花产业的不足。喷墨印花技术是一种无接触或直接印制技术,可在任意表面印制而无需考虑它的多孔结构和吸收性能,能够满足当前日益增长的按需设计制造(DAMA)和即时交货(JIT)要求,完全符合未来快速发展的节奏。此外,喷墨印花喷印过程中几乎无染化料浪费、无废液、无废水、耗能低,有利环保,因此喷墨印花越来越受到人们的青睐,具有非常广阔的发展前景。1高精度印花图案的制备数码喷墨印花是通过各种输入手段(扫描仪、数码相机等)把所需的图案输入计算机,经计算机印花分色描稿系统(CAD)编辑处理后,由计算机控制微压电式喷墨嘴,用RIP软件通过喷射印花系统直接将墨水(活性、还原、分散、酸性等专用染液)喷射到各种织物上进行印花,在经过处理后,获得印有高精度图案的纺织品。另外采用C、M、Y、K(青、品红、黄、黑)四色十专色印花喷头,就可印出1670万种颜色,即可达到各种印花图案要求。数码喷墨印花技术是一种清洁的无环境污染的高科技印花技术,能适应高品质、小批量、多品种的市场需要。该技术在印花工艺上可省去描稿、制片、制网、雕刻等工序,由于喷射印花是将染液装在专用盒中,按需喷射在织物上,几乎没有浪费。印花过程无废水无污染,可节省人力、设备、材料。纺织品喷墨印花的工艺过程随所使用的染料和纤维品种而异,一般工艺过程如下:一般的喷墨印花都可以采用这种印花路线进行操作,但要根据不同的印花墨水对印染工艺进行局部的调整,采取适当的印花工艺。2印花墨水对织物的要求喷墨印花墨水一般由色素、水或有机溶剂、添加剂(如防菌剂、分散剂、pH调节剂、保湿剂等)组成。织物用喷墨印花墨水除了对色素纯度、不溶性固体颗粒粒径以及墨水的粘度、表面张力、电导率、稳定性、pH值和起泡性等有具体要求之外,还要求墨水喷射到织物上形成图案后,必须具有良好的耐水洗等色牢度,且不能影响织物手感。按照配制墨水所使用的溶剂,纺织品数字喷墨印花墨水可以分为水性墨水和溶剂性墨水,前者简称为墨水,后者常称为油墨。2.1防水水处理2.1.1墨水有机溶剂和酸性染料现在国外开发的喷墨印花小分子染料墨水品种主要有活性染料、酸性染料、还原染料等。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,具有代表性的品种主要有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个颜色品种,适用于棉、粘胶或丝绸织物的喷墨印花,其墨水的流动性好,色彩鲜艳明亮,饱和度高。DuPont公司的Atistri700系列活性染料墨水有10种颜色,主要应用在棉、粘胶等纤维素纤维织物上。DyStar公司JettexR系列活性墨水包括8个基本色和4个附加色,适用于纤维素纤维、蚕丝和羊毛,墨水的颜色表现力丰富,其色域可与传统印花相媲美。酸性染料分子结构中含有磺酸基等强水溶性基团,水溶性好。目前商品化的酸性染料喷墨印花墨水的代表性品种主要有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,适用于压电式和热气泡式数字喷墨印花机,主要有7个品种。DuPont公司的Artistri700等系列酸性染料墨水有10个品种。另外,DyStar公司的Jet2tex系列酸性染料墨水还提供了另外3种艳丽的酸性染料墨水:荧光黄7GFLE20、玫瑰红BNE20和青色RWNE20,以补充标准的8色体系,达到特殊的色彩效果。但这些小分子染料墨水在印花牢度上存在很大的问题,使得织物颜色不够鲜艳,并且在织物后整理阶段往往需要多次水洗才能除去没有固色的染料,不符合节约资源的要求。喷墨染料的耐水洗牢度是目前的一个难点。2.1.2使水性高分子材料在溶液中发生固相枝反应目前制备能够用于喷墨印花的水性高分子染料在国内外都还处于研究阶段。利用水溶性染料与高聚物的反应制备水性高分子染料,该方法是通过各种反应途径将水溶性染料悬挂于高聚物的侧链上或与高聚物分子复合而获得水性高分子染料。例如N,O-羧甲基壳聚糖作为高分子染料的骨架,其易溶于水,可以通过与活性染料在水溶液中发生均相接枝反应制备水溶性高分子染料;WinfriedMennicke采用二乙烯三胺和脂肪酸的缩聚产物作为高分子基体,与一些具有活性伯、仲氨基的染料通过三聚氯氰连接,制备了一种含有多烯多胺型的水溶性高分子染料。利用水溶性染料与含有C=C双键的单体反应,或与可发生自固化反应的树脂反应,然后进行喷墨印花,再经一定的条件在织物上发生自由基聚合或加入固化剂发生自固化反应,形成高分子染料。利用染料重氮盐制备高分子染料,该方法是将带有水溶性基团的重氮盐通过重氮偶合反应接到高分子链上,或接到含有C=C双键的单体上经过自由基聚合,形成水性高分子偶氮染料。例如清华大学王晓工等先通过合成具有高反应活性的聚丙烯酰氯,与N-乙基-N-羟乙基-苯胺反应制备含取代苯胺的先驱聚合物,再通过重氮偶合反应引入带水溶性基团的偶氮生色团,合成水性高分子偶氮染料。2.2载体与添加剂喷墨印花的油墨配方包含色素(染料或颜料)、载体(粘合剂/树脂)、添加剂(粘度调节剂、引发剂、防菌剂、防堵塞剂)等。迄今为止,尚无一普遍适用于织物喷墨印花的标准油墨配方。2.2.1墨水、粘合剂和树脂颜料是一种不溶于水和大多数有机溶剂的色素材料,在应用于纺织品的印花和染色前,需先与分散剂和其它添加剂一起粉碎加工,制成颗粒细小且具有足够分散稳定性的水性分散体系。发展颜料墨水喷墨印花的重点技术有:选择适用的颜料与粘合剂分别提高颜色浓度、明度和色牢度,使墨滴快吸色、少扩散,提高印花清晰度,防止嘴堵塞(现在一台织物喷墨印花机,大多有上千只喷嘴)。目前可供试用的商品化颜料墨水有:亨斯迈公司的Irgaphor系列、BASF的HelizarinEVOP-100系列、DuPont公司的Atistri700系列和江南大学纳米色素与数字印花研究开发中心研制的Pinks系列等。由于颜料对任何纤维都没有亲和力,必须借助粘合剂的作用才能固着在纤维上。在喷墨印花油墨中引入粘合剂或者树脂,将色素与纤维进一步实行机械混合,以达到印花的目的。目前普遍应用于涂料印花中的聚丙烯酸酯类及聚氨酯类商品甚多,但其成膜性及流变性远不能满足喷墨印花油墨系统的要求。为此,粘合剂的类型及其性能的研究十分重要。目前研究的树脂类粘合剂大致为紫外光固化型及聚合微胶乳型两大类。紫外光固化型是将合成粘合剂的单体或低聚体的混合物与色素一起喷射到被印织物上,通过紫外光使其在织物上发生聚合成膜。其优点是固化快、节能、无污染,并且色素有可能与纤维间紧密因结合而耐磨、色牢度高。聚合微胶乳型粘合剂与紫外光固化型粘合剂的制备不同,将粘合剂组分预先制成聚合物的水性微胶乳液,含固量30%~50%,使其在织物喷墨和热焙烘后沉积在纤维基质上,其粒径大多只在1μm以下,称为微胶乳型粘合。2.2.2墨水转移印花分散染料的分子结构比较小,分子中不含水溶性基团,只含有极性基团,水溶性很差,在水中主要以微小颗粒呈分散状态存在,是一种非离子染料。分散染料墨水的喷墨印花工艺有两种,一种是涤纶织物的直接喷墨印花工艺,另一种是转移印花工艺。目前,代表性的分散染料墨水商品品种主要有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公司开发的对环境友好的新型数码喷墨印花分散染料油墨J-ECO,是一系列分散染料的压电式油墨,可用于升华转移印花和直接印花。另一个创新油墨J-Subly,是一种用于合成纤维升华转移印花的分散染料油墨,可与用于直接印花的分散染料油墨J-Flag互补。2.2.3化合物的水溶液下降将染料制备成高分子染料,然后通过高分子链上官能团、聚合性染料自身的化学反应或与纤维中的羟基或羧基形成氢键,来提高牢度。例如PawlowskiNormanE将带有磺酸基的芳香环染料经过氯磺化改性,连接到聚乙烯醇分子链,再投入氯乙酸制成高分子染料,其处于酸性或中性时,环上的羧基和羟基发生闭环反应,形成环酯,从而分子的水溶性下降。将C=C双键引入染料分子结构中,然后使染料在织物上均相自聚,或者与其他组分通过引发剂引发而共聚并固着在纤维上。例如普施安(Procion)活性蓝-4和汽巴龙(Cibacron)活性黄-3溶解于DMF中并与CH2=CH—COCl反应,制备得到的高分子染料结构中引入双键。利用染料重氮盐制备高分子染料,该方法是将重氮盐通过重氮偶合反应接到高分子链上,形成高分子偶氮染料。例如清华大学的王晓工等将环氧树脂与苯胺反应,制备含取代苯胺的先驱聚合物,再通过重氮偶合反应引入偶氮生色团,合成一系列高分子偶氮染料。此外对染料进行合成改性制备高分子染料的方法也有几例,如中国科学技术大学制备的水性聚氨酯-分散蓝14高分子染料;江苏大学用IPDI和分散红19合成聚氨酯-分散红高分子染料。3墨水的发展趋势2001年数码喷墨印花织物产量首次纳入统计项目,产量约占世界印花织物总产量的1%~3%,这证明数码喷墨印花技术已在织物印花领域中占有一席之地,崭露头角。当前数码喷墨印花墨水的发展趋势主要有以下两个方面:(1)开发高性能、高色牢度的喷墨印花墨水。由于当前墨水对织物的的作用力小,添加剂太多,色牢度差,颜色暗淡,因此研制出高性能的染料墨水,减少添加剂的加入,简化流程,提高色牢度,已经成为纺织品喷墨印花发展的首要问题。(2)开发水性环保型,价格低廉的墨水。由于当前喷喷墨印花墨水大部分都是溶剂型的墨水,易出现堵头现象,流变性和稳定性差,价格昂贵,因此开发水性及稳定性佳且价格低廉的环保型墨水尤为重要。综上所述,开发具有印花色强度高,鲜艳度好,清晰度高,摩擦和水洗牢度良好,稳定性佳等优异性能的喷墨印花墨水是当前喷墨印花发展的必然趋势。高分子染料由于其溶解性,吸收度,迁移性,粘度均可控制调节