織物數(shù)碼墨印印技術(shù)的發(fā)展

大多數(shù)紡織印染的加工由圓形或平在線印花機(jī)完成。然而，從目前日益增長(zhǎng)的要求出發(fā)，設(shè)計(jì)、制造和即時(shí)交付的要求來看，圓形或平在線印刷設(shè)備和工藝對(duì)商品的快速生產(chǎn)和多品種生產(chǎn)沒有適應(yīng)性，成本高，耗時(shí)費(fèi)。隨著數(shù)字式電腦特別是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)(CAD)用于紡織品印花的圖案設(shè)計(jì)和雕刻,紡織品數(shù)碼噴墨印花技術(shù)帶來了一場(chǎng)印花革命,尤其是紡織品噴墨印花設(shè)備的出現(xiàn)和發(fā)展則在很大程度上彌補(bǔ)了印花產(chǎn)業(yè)的不足。噴墨印花技術(shù)是一種無接觸或直接印制技術(shù),可在任意表面印制而無需考慮它的多孔結(jié)構(gòu)和吸收性能,能夠滿足當(dāng)前日益增長(zhǎng)的按需設(shè)計(jì)制造(DAMA)和即時(shí)交貨(JIT)要求,完全符合未來快速發(fā)展的節(jié)奏。此外,噴墨印花噴印過程中幾乎無染化料浪費(fèi)、無廢液、無廢水、耗能低,有利環(huán)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(fā)展前景。1高精度印花圖案的制備數(shù)碼噴墨印花是通過各種輸入手段(掃描儀、數(shù)碼相機(jī)等)把所需的圖案輸入計(jì)算機(jī),經(jīng)計(jì)算機(jī)印花分色描稿系統(tǒng)(CAD)編輯處理后,由計(jì)算機(jī)控制微壓電式噴墨嘴,用RIP軟件通過噴射印花系統(tǒng)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(jìn)行印花,在經(jīng)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(dá)到各種印花圖案要求。數(shù)碼噴墨印花技術(shù)是一種清潔的無環(huán)境污染的高科技印花技術(shù),能適應(yīng)高品質(zhì)、小批量、多品種的市場(chǎng)需要。該技術(shù)在印花工藝上可省去描稿、制片、制網(wǎng)、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(fèi)。印花過程無廢水無污染,可節(jié)省人力、設(shè)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(jìn)行操作,但要根據(jù)不同的印花墨水對(duì)印染工藝進(jìn)行局部的調(diào)整,采取適當(dāng)?shù)挠』üに嚒?印花墨水對(duì)織物的要求噴墨印花墨水一般由色素、水或有機(jī)溶劑、添加劑(如防菌劑、分散劑、pH調(diào)節(jié)劑、保濕劑等)組成?？椢镉脟娔』藢?duì)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(dǎo)率、穩(wěn)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(shù)字噴墨印花墨水可以分為水性墨水和溶劑性墨水,前者簡(jiǎn)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(jī)溶劑和酸性染料現(xiàn)在國(guó)外開發(fā)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(gè)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(dòng)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(yīng)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(gè)基本色和4個(gè)附加色,適用于纖維素纖維、蠶絲和羊毛,墨水的顏色表現(xiàn)力豐富,其色域可與傳統(tǒng)印花相媲美。酸性染料分子結(jié)構(gòu)中含有磺酸基等強(qiáng)水溶性基團(tuán),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(shù)字噴墨印花機(jī),主要有7個(gè)品種。DuPont公司的Artistri700等系列酸性染料墨水有10個(gè)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(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)的8色體系,達(dá)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(jié)約資源的要求。噴墨染料的耐水洗牢度是目前的一個(gè)難點(diǎn)。2.1.2使水性高分子材料在溶液中發(fā)生固相枝反應(yīng)目前制備能夠用于噴墨印花的水性高分子染料在國(guó)內(nèi)外都還處于研究階段。利用水溶性染料與高聚物的反應(yīng)制備水性高分子染料,該方法是通過各種反應(yīng)途徑將水溶性染料懸掛于高聚物的側(cè)鏈上或與高聚物分子復(fù)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(fā)生均相接枝反應(yīng)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(chǎn)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(yīng),或與可發(fā)生自固化反應(yīng)的樹脂反應(yīng),然后進(jìn)行噴墨印花,再經(jīng)一定的條件在織物上發(fā)生自由基聚合或加入固化劑發(fā)生自固化反應(yīng),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(tuán)的重氮鹽通過重氮偶合反應(yīng)接到高分子鏈上,或接到含有C=C雙鍵的單體上經(jīng)過自由基聚合,形成水性高分子偶氮染料。例如清華大學(xué)王曉工等先通過合成具有高反應(yīng)活性的聚丙烯酰氯,與N-乙基-N-羥乙基-苯胺反應(yīng)制備含取代苯胺的先驅(qū)聚合物,再通過重氮偶合反應(yīng)引入帶水溶性基團(tuán)的偶氮生色團(tuán),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(diào)節(jié)劑、引發(fā)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(biāo)準(zhǔn)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(shù)有機(jī)溶劑的色素材料,在應(yīng)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(xì)小且具有足夠分散穩(wěn)定性的水性分散體系。發(fā)展顏料墨水噴墨印花的重點(diǎn)技術(shù)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(kuò)散,提高印花清晰度,防止嘴堵塞(現(xiàn)在一臺(tái)織物噴墨印花機(jī),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(xué)納米色素與數(shù)字印花研究開發(fā)中心研制的Pinks系列等。由于顏料對(duì)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(jìn)一步實(shí)行機(jī)械混合,以達(dá)到印花的目的。目前普遍應(yīng)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(yuǎn)不能滿足噴墨印花油墨系統(tǒng)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(fā)生聚合成膜。其優(yōu)點(diǎn)是固化快、節(jié)能、無污染,并且色素有可能與纖維間緊密因結(jié)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(yù)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(zhì)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(zhuǎn)移印花分散染料的分子結(jié)構(gòu)比較小,分子中不含水溶性基團(tuán),只含有極性基團(tuán),水溶性很差,在水中主要以微小顆粒呈分散狀態(tài)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(zhuǎn)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(fā)的對(duì)環(huán)境友好的新型數(shù)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(zhuǎn)移印花和直接印花。另一個(gè)創(chuàng)新油墨J-Subly,是一種用于合成纖維升華轉(zhuǎn)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(bǔ)。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(tuán)、聚合性染料自身的化學(xué)反應(yīng)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(huán)染料經(jīng)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(shí),環(huán)上的羧基和羥基發(fā)生閉環(huán)反應(yīng),形成環(huán)酯,從而分子的水溶性下降。將C=C雙鍵引入染料分子結(jié)構(gòu)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(fā)劑引發(fā)而共聚并固著在纖維上。例如普施安(Procion)活性藍(lán)-4和汽巴龍(Cibacron)活性黃-3溶解于DMF中并與CH2=CH—COCl反應(yīng),制備得到的高分子染料結(jié)構(gòu)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(yīng)接到高分子鏈上,形成高分子偶氮染料。例如清華大學(xué)的王曉工等將環(huán)氧樹脂與苯胺反應(yīng),制備含取代苯胺的先驅(qū)聚合物,再通過重氮偶合反應(yīng)引入偶氮生色團(tuán),合成一系列高分子偶氮染料。此外對(duì)染料進(jìn)行合成改性制備高分子染料的方法也有幾例,如中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)制備的水性聚氨酯-分散藍(lán)14高分子染料;江蘇大學(xué)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(fā)展趨勢(shì)2001年數(shù)碼噴墨印花織物產(chǎn)量首次納入統(tǒng)計(jì)項(xiàng)目,產(chǎn)量約占世界印花織物總產(chǎn)量的1%~3%,這證明數(shù)碼噴墨印花技術(shù)已在織物印花領(lǐng)域中占有一席之地,嶄露頭角。當(dāng)前數(shù)碼噴墨印花墨水的發(fā)展趨勢(shì)主要有以下兩個(gè)方面:(1)開發(fā)高性能、高色牢度的噴墨印花墨水。由于當(dāng)前墨水對(duì)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(jiǎn)化流程,提高色牢度,已經(jīng)成為紡織品噴墨印花發(fā)展的首要問題。(2)開發(fā)水性環(huán)保型,價(jià)格低廉的墨水。由于當(dāng)前噴噴墨印花墨水大部分都是溶劑型的墨水,易出現(xiàn)堵頭現(xiàn)象,流變性和穩(wěn)定性差,價(jià)格昂貴,因此開發(fā)水性及穩(wěn)定性佳且價(jià)格低廉的環(huán)保型墨水尤為重要。綜上所述,開發(fā)具有印花色強(qiáng)度高,鮮艷度好,清晰度高,摩擦和水洗牢度良好,穩(wěn)定性佳等優(yōu)異性能的噴墨印花墨水是當(dāng)前噴墨印花發(fā)展的必然趨勢(shì)。高分子染料由于其溶解性,吸收度,遷移性,粘度均可控制調(diào)節(jié)