織物噴墨印花及其油墨系統的試驗研究
楊如馨*. 蘇州大學絲綢學院(215021)
【摘要】噴墨印花是最有應用前景的最新織物印花技術。本文從織物噴墨印花試驗設備和技術著手，論述了噴墨印花的基本原理和方法，試驗研究了聚合型油墨系統、微膠乳型兩相油墨系統和改性染料型油墨系統的主要技術要求和基本組成，并測試了油墨系統對織物的印制性能.
【敘詞】噴射印花 原理 方法 系統 織物 油墨 印花槳料
【中圖法分類號】TS 194. 434
引言
過去一直認為，織物印花就是按預先設定的意圖，將染料或顏料在織物上形成花紋圖案的加工過程。這種過程首先要將設定的意圖轉移到篩網或滾筒上，形成負紋圖案;然后使染料或顏料透(通)過篩網或滾筒傳遞到織物上，再經后處理使色素固著，并具有一定的牢度性能。這種加工必須對設計的每個色別，經過分色分套→描稿制版→調色打樣→印制后處理等步驟，既費時又昂貴。自本世紀60年代荷蘭STORK公司發明圓網印花以來，至今在印花技術(工藝和過程)方面并無多大進展，且生產周期仍需4-16周。而目前世界織物印花市場份額逐漸增加，年產約230億平方米，其中90%以篩網加工而成。傳統的織物印花方法已成為生產與貿易間的主要瓶頸。近年來，數字式噴墨技術已引起印刷行業的深刻變革并成功實施，這啟示人們能否將類似紙張噴墨打印的技術應用到織物印花加工中來。這便大大省去傳統織物印花工藝過程，而容易地以計算機文檔來存貯和傳遞花紋；用一種相當于涂料印漿的油墨/調色劑，以適時應答的速度來實現報樣、小批量生產直至批量生產。這種噴墨印花技術將對傳統織物印花工藝技術產生重大變革，具有巨大的潛在發展勢頭。
所謂數字式噴墨印花，系將油墨(或稱調色劑)在壓縮空氣驅動下，通過噴嘴連續噴射到被印織物上，由計算機控制形成花紋圖案。 CANON印花機有8只打印頭，每只打印頭有170只噴嘴，共1360只噴
SEIREN是日本目前最大的織物印花公司，已形成自己的噴墨生產系統。有報道說，其使用活性和分散染料在棉、絲、聚酯和聚酰胺織物上印花已獲成功，并已開始供應帶有數字式印花標記的織物產品。
STORK公司現正與歐共體多家公司共同研究程序功能方面的工作，其目標是使打印速度自目前的近
此外，“服裝噴射印花”機已在意大利米蘭’95ITMA首次作了設備的演示展出，其采用4套色(青、品紅、黃、黑)多噴嘴橫向打印頭，每只打印頭有10只噴嘴，相距0.
本文將論述利用1MAJE S4噴墨印花試驗機進行織物噴墨印花的工藝條件、油墨(或調色劑)的種類和配方，以及油墨系統對織物印制效果的影響。
2 試驗設備和方法
本研究利用的設備為法國TOXOT公司制造用于油墨配方試驗的IMAJE S4噴墨印花機。圖1為IMAJE S4噴墨印花試驗機的打印頭示意及工作原理。
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圖I IMAJE S4噴墨印花機打印頭示意及工作原理
1一油墨；2-噴嘴；3一壓電晶體(諧振器)；4一充電電極；5-檢測電極；6-偏轉電極；7一回收槽；8一印制的織物
借壓縮空氣(壓力在300 kPa左右)推進的油墨(1)自直徑10-100µm的噴嘴(2)下出現時，被壓電晶體(諧振器)(3)機械地激勵，隨著高頻振蕩形成每秒62500滴、速度達18<
連續式噴墨印花，也有將不帶電的微滴用于印花，而帶電的微滴被收集回收。但這樣需要增加很多噴嘴才能獲得需印的寬度，而且也不能理想地解決成本和可靠性問題.
另一種噴墨印花技術稱為點滴落入(DOD) 法，當需要印花時，僅供給一滴油墨。油墨滴的產生借助于熱的脈動(產生沸騰噴射)，即由計算機信號加熱一根電阻器至一定高溫，使油墨產生霧狀氣泡，霧狀氣泡的冷卻和破滅形成油墨滴自噴嘴中噴出，周期時間界定為10000滴/S，墨滴體積約150-220µµL，因此，單只熱油墨噴嘴耗墨量約為0.1 mL/min。由于微滴快速噴出所需的高溫(>
3. 噴墨印花油墨系統的技術要求
噴墨印花是織物印花的一種嶄新技術，已在染整界形成共識，特別是要求短流程、小批量、多品種、快交貨生產時更顯優勢。只要基本解決印制速度和可靠性問題，將印刷行業的硬件和軟件作些改進即可適用于織物印花。然而，由于纖維類別、織物品種的多樣性，特別是印花織物的色牢度和手感要求明顯差別于紙張印刷品，用于紙張印刷的油墨配方并不適用于紡織品，從而要求開發多種不同性能的油墨系統。目前為止，雖然沒有也不可能有一個
基礎工作表明，表1所列的油墨系統的基本要求和功能應予以滿足。
表1 織物噴墨印花的油墨體系
| 組成要求 | 性能婆求 | 功能要求 |
| 色素<染料或顏料) 載體(粘合劑或樹脂) 粘度調節劑 防堵塞劑和穩定劑 pH值調節劑 其他 | 粘度 表面張力 導電率 pH值 比重 色素含量和純度 | 設備相容性 穩定的液滴形狀 粒度及其分布 無噴嘴和回路堵塞 無生物生長性和腐蝕性低 貯存期長 |
對于織物噴墨印花油墨系統而言，下列技術范圍具有一般指導意義。
粘度，cP < 10
表面張力，mN·m-' >40
粒子大小 越小越好，微米級乳液尤佳
后處理工藝 僅用熱焙烘或紫外光聚合
色素類型 染料、改性染料及顏(涂)料
干摩牢度，級 >4(AATCC試驗法)
濕摩牢度，級 >3.5(AATCC試驗法)
印制品手感變化 最小
纖維類別適應性 寬
上色率 高
成本 低
4. 噴墨印花油墨系統應用試驗
4. 1 聚合型油墨系統試驗
將配制油墨系統的單體或低聚體的混合物噴射到織物上，然后使其在織物花紋處發生聚合，便可大大降低油墨噴射體系的粘度，以滿足噴印要求。必須考慮的兩個問題是，首先，通常單官能度和多官能度單體的反
為了改善聚合物的手感性能，聚合物膜的彈性模數應盡量降低，最后選擇了低聚合度的聚氨基甲酸酯作為進一步研究的配方.其最終配方的重量百分比為:
脂肪族氨基甲酸酯二丙烯酸鹽 24
四羥基乙基二丙烯酸酯 8
導電性調節劑 2
稀釋劑 48
光敏引發劑 3
丙酮 15
將不溶于水但能溶于上述低聚物中的溶劑型或分散型染料用作油墨系統的色素，用量小于10% (W/W)。使用IMAJE S4連續噴墨印花機將油墨噴印于織物的纖維表面形成薄層，經Argus7000 Series UV焙烘機中(美國Hopewill NewJersey 08525制造)焙供8s，不經其他后處理即得印花成品。其增重率可達4.9%(o.w.f)。
測試配方下的噴印純棉平布印制后的某些性能，并與相同配方圓網印花織物比較(見表2)。雖然印制后增重率比圓網印花織物的低17%左右，但抗彎曲性能增加率要小得多，且耐摩擦色牢度提高1級左右。表明聚合型油墨系統的噴墨印花不僅流程短，不需制版工序，而且產品的手感明顯好于常規圓網印花產品。
表2 聚合型油里系統噴里印花與回網印花織物的性能比較
| 性能 | 噴墨印花 | 圓網印花 | |
| 增重率，% | 4. 9 | 5. 9 | |
| 彎曲剛度增加率.% | 斜面法 | 17 | 31 |
| 撓曲(扭轉)法 | 12 | 81 | |
| 耐摩捺(色)牢度，級 | 干 | 5 | 4. 5 |
| 濕 | 5 | 3. 5 |
4.2 兩相油墨系統試驗
將油墨組成中的粘合劑或樹脂預先制成微膠乳劑，含固量為30~50%,噴墨印花前再與涂料色素混合，通過噴印和熱培烘使之附著在織物表面。膠乳粒徑僅為1µm以下。通常微膠乳劑均為含改性的丙烯酸酯，以及丙烯睛丁二烯或睛丁二烯或改性丁二烯共聚物。在試驗調整過的油墨配方中，以粘合劑或樹脂膠乳15~20%,涂料4-8%(均以含固量計)組成為佳。若添加少量吸濕劑，如尿素、低級多元醇等，則可得到合適的粘度、表面張力和粒徑均勻的油墨系統。
表3列出了試驗用的微膠乳樹脂(用量15%)與C.I.涂料黑7(用量4%)混合的水相乳劑型油墨，經IMAJE S4 1000噴墨印花機對20 × 20棉平布、滌棉(60/40)細布、9921真絲斜紋綢的印制結果。其增重率均在5%左右。
表3 微膠乳樹脂——涂料兩相油墨系統對不同種類織物印制后性能的影響
| 性能 | 20/20平布 | 9921真絲斜紋綢 | 滌棉細布 | |
| 彎曲剛度，斜面法 | 15 | 226 | 71 | |
| 增加率，%撓曲(扭轉)法 | 6 | 241 | 95 | |
| 耐摩擦(色) 牢度，級 | 干 | 5 | 5 | 5 |
| 濕 | 4 | 3．5 | 4 |
由表3可見，不同纖維類別的織物，經相同油墨配方噴印后的耐摩擦色牢度幾乎一致，達4-5級.說明該油墨系統與纖維結合并無化學作用可言，只是靠機械、物理性附著，且牢度良好。而織物彎曲剛度增加率對手感的影響，則隨纖維類別有很大差異。真絲綢的手感改變最大，這與其原本彎曲剛度很低，織物質地相對輕薄有關，當噴印上油墨后，會顯著改變彎曲剛度測定值。相同情況下，棉織物的變化就很小；滌棉織物的變化也不大。不管這種印制前后彎曲剛度的變化是由于樹脂組成引起，或是織物組織引起，還是其他關系的影響，均有進一步研究的必要。
觀察噴印質量發現，當油墨系統含固量高于一定水平(＞27%)時，液滴形狀將不穩定，而且液滴偏轉時定位失控。故通常含固量控制在樹脂20%,涂料為6%為上限量。另外，筆者發現，乳液粒徑較小時可得到較好的液滴形狀，而允許含固量高些。為了得到濃艷的色澤，應著力提高涂料的含量。但過高的涂料含量必然增加樹脂的比
兩相油墨系統目前尚有一些問題，即雖然粒徑小了，噴嘴堵塞將不成問題，然而在用真空吸除未用微滴進入循環回路時，負壓容易引起水分蒸發，導致循環回路被堵。但使用潤濕劑可以降低蒸發速率，從而利于緩解這類問題。
4. 3 改性染料型油墨系統試驗
眾所周知，基于染料系統的織物印花若不經過后處理，則不可能達到足夠持久的耐洗和耐摩擦等牢度，染料必須滲透到織物的結構中去，這常需經高溫蒸化或加熱方得完成。而且尚有不少染料終究會殘留在纖維表面需經水洗和烘干。有些類型的染料，如活性、還原、硫化、冰染料等，需經一定條件的化學反應，如堿固著、還原與氧化、重氮化等，才能使染料與纖維牢固結合。而這些反應絕非100%完全，因而需要充分水洗以去除未固著的染料。
不可能也似無必要另外合成噴墨印花專用染料。正在研究的是將現有活性染料進行改性，引進新的活性基團，賦予活性染料通過噴墨而持久地固著在纖維表面而無需后續水洗和烘干工序的功能。
最基本的研究，是使含-NH2基(-NH 2基可分為存在于染料母體中和活性基團中兩種形式)的活性染料，與丙烯酰氯反應，在染料結構中引入碳-碳雙鍵，從而使其在織物上發生均相自聚合，或與其他組分通過引發劑引發共聚合。圖2示意了 Procion活性藍4和Cibacron活性黃3，經丙烯酰氯改性前后的結構變化，已由有關分光光譜分析所證實。在這兩種染料結構中，由于-NH2基是活性藍4染料母體結構之一部分，與丙烯酰氯反應會引起染料色相的改變;而在活性黃3中，由于-NH2基位于活性基團上，故改性后的結構對色相影響很小。比較改性前后染料的DMF溶液色光發現，活性藍4由藍轉紅加重，而活性黃3僅輕微變紅.丙烯酰氯與=NH基估計也會發生反應，此處只列示與-NH2基的反應。
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改性的活性染料水溶性仍然良好，不需要經過微乳化而可直接用于噴墨印花。典型的試驗配方
染料 x
粘合劑 12
交聯劑 2 (對粘合劑重，%)
引發劑 3 (對粘合劑重，%)
純水 86
(注：:配方中粘合劑為丙烯酸氨基甲酸酯，交聯劑為1,6-己二醇二丙烯酸酯，引發為過氧化異丁基)
將該油墨系統經TOXOT IMAJE S4噴墨印花機在純棉織物上噴墨印花，其與未改性染料噴印后織物性能比較，由表4知，改性與否對織物印制手感幾乎無影響，而改性后耐濕摩擦(色)牢度提高了1-1.5級。這種明顯提高，足以說明改性的活性染料實際上發生了化學結合，進入到焙烘了的樹脂結構中。
表4活性染料改性前后噴里印花織物性能
| 性能 | 活性藍4 | 改性活性藍4 | 活性黃3 | 改性活性黃3 | |
| 撓曲剛度增加率，% | 40 | 42 | 37 | 38 | |
| 耐摩擦(色牢度，級) | 干 | 5 | 5 | 5 | 5 |
| 濕 | 3 | 4-5 | 3-4 | 4-5 |
5.結語
織物噴墨印花是本世紀最末幾年來對傳統織物印花方法最具挑戰性的最新技術，適應性廣，適用于小批量、快
參考文獻
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[4] Qiang Hu MS Thesis, Georgia Institute of Tech-nology,
[5] Olivaia Tian MS Thesis, Georgia Institute of Tech-nology,
[6] Xiaofei Li MS Thesis，Georgia Institute of Tech-nology, Atlanta, GA,1997(6)
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