喷墨印花用印墨.docx
- 文档编号:9453270
- 上传时间:2023-05-19
- 格式:DOCX
- 页数:18
- 大小:50.49KB
喷墨印花用印墨.docx
《喷墨印花用印墨.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《喷墨印花用印墨.docx(18页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
喷墨印花用印墨
喷墨印花用印墨
作者:
小蚂蚁时间:
2009-10-923:
00:
35收藏编辑
喷墨印花用印墨
陈荣圻(上海纺织职工大学200082)
原载:
《印染》2006/12;38-45
【摘要】对喷墨印花印墨的基本性能以及着色剂染料和颜料的品种作了详细介绍,特别对于适用于多种纤维印花,性能优异的有机颜料及其亲水性改性处理进行了重点探讨。
【叙词】喷射印花染料有机颜料改性处理亲水性
中图分类号:
TS194434
l织物喷墨印花概述
织物常规印花,例如筛网印花和滚筒印花,都是将花样设计者的意图通过负纹效应转移到筛网或花筒上,然后将染料(或颜料)透过筛网或花筒传递到织物基质上,再经后处理使色素固着在织物上,并具有一定的牢度。
这种加工方式流程长、工序多、既费时、又昂贵。
随着印花织物份额不断增加,这种传统的印花技术己成为生产与贸易的瓶颈。
近二十年来,数字打印技术的问世,己引起印刷业的深刻变革,其印刷质量可以做到即时应答、色彩逼真、工艺便捷,启示人们能否将纸张喷墨打印的技术移植到织物印花加工中来,借助干计算机和辅助设计,形成纺织品印花的新技术,这己成为20世纪90年代印花工业的共识。
所谓织物喷墨印花,是将含有色素的油墨,经由喷嘴喷射到被印基质上,由计算机按设计要求控制形成花纹图案[1]。
根据油墨系统的性能,经适当后处理,焙烘加工得到一定牢度和鲜艳度的印花织物。
20世纪90年代以来,随着电子分色、配色等CAD技术在纺织印染行业的应用,1997年日本的Canon、Seiren,荷兰的Stork和法国的Toxot等竟相开发织物喷墨印花技术和设备的研究[2]。
目前由纸张喷墨印刷演变而来的织物喷墨印花设备技术,主要有两种类型,即连续喷墨(ContinuousInkJet,CIJ)和按需喷墨(DropondemandDOD)[3-4]。
1.1连续喷墨(CIJ)
连续喷墨是油墨在300kPa左右的压缩空气推动下,强制通过一个直径分布在10-100µm的小喷嘴,出来的油墨液流分成细小的液滴。
这种液滴是由压电晶体(谐振器)机械地激励而强制形成的,随着高频振荡形成每秒62500液滴,这样导致了有规则和受控方式形成的微小液滴。
1.2按需喷墨(DOD)
按需喷墨顾名思义即只有在需要时才把油墨喷射到基质物上。
油墨是不带电荷的,油墨被突然施加的热脉动,压电、机械等作用,使油墨产生液滴。
使用最多的是依靠热脉动产生油墨液滴,喷射周期约为10000滴/s,墨滴体积约15-220µµL。
由干所需温度高达350℃以上,导致油墨分解和喷嘴堵塞。
喷墨印花由干具有许多特点,产品附加价值特别高,发展趋势非常乐观。
2000年喷墨印花织物全世界产量达29亿平方英尺,为世界印花布产量的1.0%,是1997年的48倍;预期2002年将达127亿平方英尺,占印花布4.4%。
从全世界喷墨印花机的发展来看,1998年745台,1999年1782台,2000年3253台,预测2001年为5980台,2002年达8200台,2003年则高达12300台,5年内增加约16倍。
制约喷墨印花发展的是印花速度与生产成本,据有关资料报道[2],喷墨印花织物每生产l米的加工成本估算为印墨1.3[马克],设备折旧0.70[马克],能源及保养0.94[马克],人工费1.70[马克],总计为4.64[马克],印墨占成本的28%。
2纺织品喷墨印花用印墨的基本性能
喷墨印刷技术的纸张用印墨研究己很成熟,用于纺织品喷墨印花的印墨研究尚属初期,产品正在开发之中。
用干喷墨印花的印墨配方或色浆组成必须符合严格的物理和化学标准,具有特定的性能,才能形成最佳液滴,适合特定的喷墨印花系统,得到优良的图像和色泽鲜艳度。
喷墨印花的印墨或色浆的基本性能和要求如下[5,6]所述。
2.1表面张力
表面张力对墨滴的形成和印制质量极为明显。
喷嘴周围有否溢出物、液滴的断裂长度、液滴的稳定性、液滴形成速度和是否呈直线运行等,总之,液滴形成的优劣,均受表面张力影响。
表面张力太大,油墨不易形成小的微滴,并可能出现较长的断裂长度,或断裂成“拖尾巴”状微滴(见图1),
图1落滴的高速摄影[7]
直接影响到图案的质量。
太大的表面张力还会使喷嘴表面不易被润湿,而喷嘴周围的油墨集结会影响微细液滴的线性运行和印花效果的重现性,也影响液滴对织物的润湿和渗透。
油墨的表面张力必须低干纤维的表面能,如棉的表面能为64mN/m,涤纶为43mN/m,锦纶为46mN/m。
表面张力太低则会导致液滴不稳定,甚至形谕’卫星状’生成溅射点,影响图案效果。
对CIJ印花机推荐的表面张力范围为40-60mN/m;而对DOD热喷射印花机则通常在40-50mN/m.
2.2粘度
粘度是印墨的另一个重要物理性质。
印墨的粘度与表面张力一起影响墨滴的形成。
粘度高,会使断裂的尾巴拖长呈拉丝状;粘度太小,则微滴易破碎。
受粘度影响的还有液滴的喷射速度。
若粘度太高,会使喷射速度降低,甚至墨滴不能击中被印基质的相同点之上。
与传统印花色浆相比,用于喷墨印花的印墨应具有非常低的粘度。
一般用CIJ技术为2-10mPa·s,DOC技术约粘度为10-30mPa·s。
2.3粒径
采用平均粒径和最大粒径两种参数表示印墨的颗粒尺寸。
微滴粒径比最大粒径大的不能应用,而且要求在高剪切(如搅拌,高速通过喷嘴)和不同温度下,粒径仍保持不变或改变很小。
用CIJ印花机的印墨粒径平均值应小干0.5µm,最大值不超过lµm。
因为喷嘴直径只有50µm,印墨经喷嘴时,小尺寸粒子可能在喷嘴周围聚集成大粒子,大而不规则的粒于还会导致微滴形成困难和不稳定,最终导致喷嘴堵塞。
目前喷嘴己成为消耗品,寿命半年至1年。
2.4导电率
在CIJ印花设备中,油墨微滴是依靠带电荷在电场中产生偏转的,因而油墨必须具有导电的能力,导电率要求在750Sismens以上。
但是水相的油墨体系,本身己具有良好的导电性能,只有在溶剂型油墨体系中才加入专用的导电性调节剂。
喷墨印花用印墨有很强的专用性,不同的喷墨印花机和不同的喷墨方式(热气泡、压电、偏转),其所用印墨不尽相同,很难制成通用的喷墨印花印墨。
甚至有些生产厂(如Epson,Canon,惠普)在喷头上装有芯片,必须用他们生产的印墨,这又给研究开发喷墨印花印墨带未难度。
3染料着色剂印墨
纺织品喷墨印花使用的着色剂主要是染料,如活性染料、酸性染料和分散染料,分别适用干棉、蚕丝/锦纶、涤纶织物的印花[8,9]。
3.1活性染料
活性染料喷墨印花的墨水组成,份
活性染料15
硫二甘醇24
二甘醇2I
氯化钾0.004
硫酸钠0.002
水40
目前己经提供商品的有以下几种:
(l)Cilia公司的CibacronMIink,适用干微压电式和热气泡喷射技术,具有优异的牢度和鲜艳的颜色。
由CiliacronYellowMI-6MS(100)、GoldenYellowMI-2RN(200)、OrangeMI-2R(300)、RedMI-B(400)、RedMI-4B(500)、BlueMI-3R(600)、TuTquoiseMI-GR(700)、GreyMI-AS(800)和BlackMI-GR(900)等9个品种组成。
(2)Dystar公司的JettexR,用干喷墨印花的提纯活性染料系列,共有13只品种。
即:
JettexYellowSG、YellowGL、GoldenYellowGR、OrangeRN、RedFB、Red3B、Red4B、Blue3R、TuTquoiseG、NavyBlueBS、GreyG、GreyGM和BlackBN。
(3)Dystar公司的JettexRink系列有9个品种,包括JettexYellow5Gink、GoldenYellowGRink、OrangeRNink、RedFBink、Red4Bink、Blue3Rink、TuTquoiseGink、GreyGink和BlackBNink。
TuTquo。
eG。
k、GreyG。
k和BlackBNink。
可用干喷墨印花的活性染料品种有:
C.1.活性黄2、15、37、42、76、95、168、175。
C.1.活性红2I、24、31、33、45、111、112、114、180、218、226、228、235。
C.1.活性蓝15、19、2I、38、49、72、77、176、203、220、230、235。
C.1.活性橙5、12、13、35、95.C.1.活性棕7、11、33、37、46.C.1.活性绿8、19.C.1.活性紫2、6、22.C.1.活性黑5、8、31、39.其中常用的品种为C.1.活性黄95,C.1.活性红218、226,C.1.活性蓝15、49,C.1.活性黑39。
常规印花时,活性染料与碱剂、浆料等添加剂调在一起制成色浆进行印花,印花后经烘干、汽蒸或焙烘,最后水洗。
喷墨印花由于严格的染料纯度要求和连续喷射对油墨所需导电率要求,所用的其他印花化学品(包括碱剂、尿素、海藻酸钠等)均不能加到油墨中去。
所以在印花之前织物需经预处理,预先浸轧这些化学品,轧液率为75%-80%,然后烘干→喷墨印花(100-102℃汽蒸)→水洗。
3.2酸性染料
酸性染料喷墨印花的墨水组成,份
酸性染料10
硫二甘醇23
二甘醇单甲醚16
氯化钾0.05
水5l
Cilia公司的LanasetSI系列有7个品种,适用于微压电式和热气泡喷射对羊毛、蚕丝和聚酰胺织物进行喷墨印花,具有鲜艳的色泽和优异的湿牢度及日晒牢度。
具体是:
LanasetYellowSI-100、RedSI-200、RedSI-300、BlueSI-400、TurquoieSl-500、GteySI-600和BlackSI-700。
可用的酸性染料品种有:
C.1.酸性黄l、7、11、17、23、25、36、38、49、72、100、110、127。
C.1.酸性红1、27、35、37、57、114、138、254、257、266、274。
C.1.酸性蓝7、9、62、83、90、112、185。
C.1.酸性黑26、107、109、155。
C.1.酸性橙56、67、149。
其中常用的有:
C.1.酸性黄110。
C.I.酸性红266。
C.I.酸性黄90及C.I.酸性黑26。
印花织物也要浸轧海藻酸钠的预处理,轧液率75-80%,烘干后喷墨印花,印花后在100-102℃下,汽蒸10min(蚕丝)或30min聚酰胺),其他处理方法同普通印花。
3.3分散染料
(l)分散液制备,份
萘磺酸甲醛缩合物(分散剂)20
二甘醇10
去离子水55
原染料15
研磨后过滤制成分散染料分散液。
(2)印花墨水制备,份
染料分散液40
硫二甘醇24
二甘醇11
去离于水25
Cilia公司有DI和TI两个品种系列,它们是:
TerasilYellowDI-GWL,RedDI-GSA,BlueDI-BGE和VioletDI-B。
TeraislyellowTI-G,RedTI-M,BlueTI-6R,TurquoiseTI-G和BlackTI-B。
4有机颜料着色剂印墨
喷墨印花着色剂分为两类,即水溶性的染料和水不溶性的有机或无机颜料。
染料着色剂的主要优点是色谱齐全,色彩鲜艳,得色强度高;具有优良的水溶性,制作印墨方便,成本低,易干制成高浓度的墨水,墨水稳定性好,不易堵塞喷头,打印质量好,适用干快速喷墨印花;不存在生态环保问题。
一般是将水溶性染料、保湿剂、催干剂、粘度调节剂、pH调节剂、防霉剂和纯净水一起配制成水基型墨水。
目前喷墨印花机使用的商品化印墨大多数属于这一类。
但是由染料着色剂配制的水基型墨水所印制的印花产品存在着耐水牢度和耐光牢度很差,易沾污等缺点[10]。
特别是目前由喷墨印花印制的纺织品的附加价值非常高,对牢度的要求也明显比一般织物高。
应用颜料(涂料)进行喷墨印花是大家感兴趣的题目。
而进行喷墨印花时发现印墨中的颜料粒子大小,对于喷嘴的堵塞、印墨的流变性和稳定性特别敏感。
颜料印墨还因粘度的限制,很难印制颜色较深的图案,这也限制了对它的研究和开发。
所以DOD系统印花是以染料为基础的印墨为唯一选择,即使用于CIJ系统印花也仅限于分辨率低于200dpi的图案。
颜料着色剂的最大优点在干其优良的耐光牢度和耐水牢度。
但颜料不溶于水,因而在用颜料着色剂配制水基型印墨时,通常是将颜料研磨成细粉,将其用表面活性剂或聚合物分散剂分散、悬浮在水中制成水基型印墨[11-12]。
水基型印墨为热力学上不稳定体系,很难配制成稳定性良好的高浓度墨水。
由于表面张力等原因,颜料着色剂在水中倾向干聚集,因此印花得色强度低,色彩不艳丽,图案不情晰,易干堵塞喷头。
此外,颜料着色剂还存在色谱不齐全,颜色不够鲜艳,透明度不好,配制墨水成本相应较高等缺点。
所以实际可供使用的颜料着色剂喷墨印花用印墨十分有限,是一个可供研究和开发的新领域,真正完全商品化的很少。
如:
HoechstCelonese公司的HOSTAFINE产品是一种含固量为40%-50%的油/水微乳液,产品的稳定贮存期为一年[4]。
另一商品是德国HF公司所推荐的水性印墨着色剂,商品名FLEXOTAN,颜料含量为80%-90%的粉状物,在水中搅拌即可达到良好的分散效果。
品种包括黄HFG-PVP2087(C.1.P.Y.151),黄HR-PVP2011(P.Y.83),品红E-PVP2088(P.R.202),洋红HF4C-PVP2040(P.R.185),红HF2B-PVP2012(P.R.208),紫RL-PVP2089(P.V.23),蓝B2G-D(P.B.15;3)[13]
Ciba公司的Irgaphor系列喷墨印花用颜料墨水目前有8个品种。
即IrgaphoryellowTBI-100、GoldenyellowTBI-200、RedTBI-300、NavyTBI-400、BlueTBI-500、GreenTBI-600、GreyTBI-700、BlackTBI-800。
另有高浓剂型7个品种,即:
IrgaphorYellowTBI-150HC、GoldenYellowTBI-250HC、RedTBI-350HC、MagentaTBI-380HC、BlueTBI-550HC、GreenTBI-650HC、BlackTBI-850HC。
可供选择的颜料品种比较多[8]。
黑色颜料品种有:
C.1.颜料黑7和11,用量最大的是碳黑。
黄色颜料品种有:
C.1.颜料黄1、3、12、13、14、17、23、24、34、37、42、53、55、8l、83、95、97、98、100、101、104、108、109、110、117、120、138、153等。
其中C.1.颜料黄14是使用比较多的品种。
品红色颜料品种有:
C.1.颜料红1、2、3、5、17、22、23、31、38、48;2.48;3.48;4.49;1.52;2.53;1.57;1.60;1.63;1.63:
2.64;1、81、83、88、92、101、104、105、106、108、112、114、122、123、146、149、166、168、170、172、177、178、179、185、190、193、209、219等。
其中C.1.颜料红122是性能较好的品种之一。
青色颜料品种有:
C.1.颜料蓝1、2、15、15:
l.15;2.15;3.15;4.15;5.15;6.16;17:
l、56、60、63等。
用得比较多的是C.1.颜料蓝15;3。
喷墨印花机很少只用黑、黄、品红、青4种颜色的喷头,主要有7-8个甚至12个喷头,所以还要增加嫩黄、深蓝等多种颜料品种。
DOD喷墨印花是应用热发泡技术和微压电技术进行的。
热发泡技术由计算机信号控制将一个电阻器加热到一定温度(350℃),使墨水产生雾状气泡,雾状气泡冷却或破灭形成墨滴,自喷嘴喷出形成图案,这就要求着色剂能耐高温。
一般染料做不到,而部分耐热稳定性很高的有机颜料可以用于这一技术的喷墨印花。
例如P.R.122、P.R.149、P.Y.12、P.Y.94、P.Y.110、P.R.68、P.V.31和P.B.153等。
5有机颜料亲水性改性处理
有机颜料着色剂用干喷墨印花主要集中在如何制备超细颜料。
通过有机颜料改性及改进颜料着色剂水基墨水的配方,以得到高浓度、流动性和稳定性良好,不堵塞印花喷头的水基型墨水。
为此,各大染料及墨水厂商研究机构作了大量研究,这些工作主要集中在制备微乳型墨水,颜料着色剂的改性和合成分散性能优良的分散稳定剂。
还有通过磺化[14,15],或低温等离子体照射,在颜料分子中引入水溶性基团和极性基困[16]。
5.1低温等离子体照射技术
低温等离于体照射技术用干有机颜料改性,引入极性基团以制备水性喷墨着色剂,曾对P.V.15、P.V.19和P.V.23等品种进行研究,在颜料粒子表面层引入-COOH、-OH等基团,使颜料亲水性提高。
它的基本原理[17]是氧具有较高的化学活性,在低温等离子体照射下能产生以下一系列化学反应。
从量子化学原理而知,两个氧原子在形成分子轨道时,每一个氧原于中的4个2P电于没有全部进入轨道,其中一个进入反键轨道,这样在每个氧原于中残留不成对的电子,其电子对排列为:
[
]这两个电子形成自转平行的一种自由基。
所以氧的气体表现为常磁性体。
也就是说,氧分子基态己是自转平行的三电子π键(三重态),有着较高的反应活性。
如果氧作为放电
介质,则被高能电子碰撞后获得能量,可激发成一重态。
若高能电于能量>seV,原于间距扩大,便离解成化学活性极高的两个原子态氧。
若高能电子能量>12eV时,碰撞后产生电离为氧正离于:
氧正离子与电子中和,释放出能量,再次离解为原于态氧:
此外,由干氧是电负性很高的元素,在等离子体系统内,与电于的附加作用而形成氧负离于:
以上产生的氧正离于和氧负离于又将中机中和能的一部分由于辐射跃迁而返回到基态分子,一部分离解为原于氧:
在氧等离子体系统中,由以上种种反应产生的原子态氧,在颜料表面上进行以下一系列反应:
从而在颜料表面产生大量的含氧基团,如-COOH、-OH、-C=O等,改变了颜料的亲水性。
5.2有机颜料微乳液
将有机颜料溶干油中,井将其转变为油/水型微乳液,可以得到稳定性良好,浓度高干35%的微乳液,例如HoechstCe1anese公司的HOSTAFINE是一种含固量为40%-50%的油/水型微乳液。
这类油/水型墨水是将有机颜料溶干如柠檬油、松油、精萜烯、松烯油等油剂中。
然后采用阴离子和烷基酚聚氧乙烯醚非离于型表面活性剂,也可以单独用非离于表面活性剂乳化于水中,制成颜料的油/水微乳液。
为了提高微乳液稳定性,在墨水中加入适量的有机共溶剂,如各种醇类、醚类以及如纤维素衍生物、聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯吡咯啉酮、丙烯酸酯等水溶性树脂[18-20]。
这些聚合物又称为增稠剂。
5.3水可分散超细颜料着色剂
为降低颜料着色剂的粒径,使印制图案情晰,且有染料着色剂的透明感,可制成水可分散超细颜料着色剂。
通常颜料粒子的分散包括润湿、粉碎和分散稳定三个过程。
在粉碎过程中,机械力将颜料粒子破碎,然后分散剂迅速吸附到粒子表面,使其稳定分散到水介质中去。
如果粒子表面润湿性能不好,破碎的粒子不能及时被分散剂吸附并分散,粒子将重新聚集。
也就是说,颜料着色剂需要进行表面改性,诸如添加非离子和阳离子表面活性剂或其复配物,或添加亲水性高分子化合物进行处理;或将有机颜料溶入水溶性溶剂如二甲醚、二丁醚、二甘醇单甲醚、三乙醇胺的混合物进行研磨,得到平均粒径为10-15µrn的超细颜料着色剂。
把这种颜料加入含有聚丙烯酸酯、聚酯、聚酰胺或聚脲等水溶性树脂中,制成水分散体[21]。
使用表面活性剂对颜料进行表面改性处理是一种最简便的方法。
表面活性剂既是润湿剂,又是分散剂,但受到分子量的约束,不可能制成超细颜料分散体。
选用表面活性剂的主要依据必须根据颜料的HLB值,选用和复配HLB值相近的表面活性剂进行表面改性,才能获得理想的效果。
部分经常生产的有机颜料HLB值如表1所示。
表1部分有机颜料的HBL值
C.I索引号
HBL值
C.I索引号
HBL值
C.I索引号
HBL值
P.Y.1
9.1
P.O.1
9.20
P.R.112
12.6
P.Y.3
8.5
P.O.5
7.5
P.R.122
12.6
P.Y.5
9.36
P.O.13
8.7
P.R.144
8.17
P.Y.6
8.82
P.O.16
10.26
P.R.146
11.8
P.Y.7
11.49
P.O.24
8.57
P.R.148
8.23
P.Y.10
8.69
P.O.34
8.2
P.R.163
8.09
P.Y.12
8.8
P.O.36
10.9
P.R.166
8.34
P.Y.13
8.0
P.O.43
8.4
P.R.171
12.15
P.Y.14
8.4
P.R.1
7.05
P.R.170
11.56
P.Y.15
8.7
P.R.2
8.4
P.R.175
12.0
P.Y.16
7.8
P.R.3
6.7
P.R.176
12.12
P.Y.17
10.0
P.R.4
6.6
P.R.180
8.65
P.Y.65
11.7
P.R.5
12.35
P.R.188
8.86
P.Y.72
10.0
P.R.7
7.66
P.R.191
8.4
P.Y.74
11.7
P.R.8
8.7
P.R.245
11.94
P.Y.75
9.6
P.R.9
8.22
P.R.214
7.5
P.Y.81
7.6
P.R.10
8.5
P.R.242
7.4
P.Y.83
10.5
P.R.12
8.09
P.V.19
13.6
P.Y.93
9.8
P.R.13
8.09
P.V.23
9.4
P.Y.94
9.6
P.R.21
8.93
P.V.34
14.78
P.Y.95
9.81
P.R.23
9.26
P.V.35
11.25
P.Y.97
11.17
P.R.31
11.8
P.Br.25
10.47
P.Y.120
13.65
P.R.32
10.2
P.B.15:
2
11-13
P.Y.139
18.9
P.R.37
9.6
P.B.15:
3
14-16
P.Y.154
11.25
P.R.38
9.88
P.G.7
10-12
P.Y.180
13.91
P.R.40
6.25
P.G.36
12-14
P.Y.192
12.5
P.R.52:
1
8-9
炭黑
14-15
P.Y.212
8.96
P.R.57:
1
10-12
钛白
17-20
在经典的表面活性剂化学结构基础上,近年来开发应用一些高分子分散剂。
其分子中含有可调节的亲油性聚合链,
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 喷墨 印花 用印
![提示](https://static.bingdoc.com/images/bang_tan.gif)