前言
经过十几年的探索和发展，纺织品喷墨印花技术已开始进入实用阶段。喷墨印花具有传统印花难以比拟的优点，但印花墨水所用色料价格昂贵，数只专用墨盒就相当于一台低端喷墨打印机的价格，是目前阻碍喷墨印花技术规模应用的瓶颈。
喷墨印花所用的染料是墨水配制中最重要的组分，其性能直接决定喷墨印花的效果。目前，喷墨印花大多采用无盐或少盐染料，因为过高的含盐量会对染料的溶解度及喷墨打印性产生影响。这种要求直接导致喷墨印花墨水成本的上升。印染企业若自行选择染料配制墨水进行印花生产，则存在如墨水的组成、性能、配制步骤以及应用方法等一些技术难点。
鉴此，本试验以降低活性染料喷墨印花墨水的成本为目的，选用常规染化助剂配制活性染料喷墨印花墨水，并进行打印试验，测试墨水的有关性能，分析染料浓度、添加剂对墨水表面张力、黏度及其它相关性能的影响。
试验
一、材料与设备
织物 半漂白纯棉机织布(114g/m)。
染料 P型活性染料(泰兴市锦鸡染料有限公司，上海染料化工八厂，Clariant公司，上海康顿精细化工有限公司和Huntsman公司)。
药品 丙三醇;一缩二乙二醇;1，2一己二醇;乙二醇;N一甲基_2吡咯烷酮;乙醇;乙二胺四乙酸二钠;碳酸氢钠;尿素;乙酸;三羟基氨基甲烷;聚乙烯吡咯烷酮K一30和海藻酸钠。
设备 DCA322表面张力及接触角仪，SNB-2型数字旋转黏度计，SentronpH计，uV一3000紫外可见光光度计，datacolor电脑测色配色仪，磁力搅拌器，0.15及0.45Ixm水性滤膜及过滤器，Rapid轧车，瑞士Mathis—DHE高温汽蒸烘箱，Lifejet200平板喷墨印花机，Ep—sonC67打印机，DDS一307雷磁电导率仪(上海兰科仪器)。
二、试验方法
1.墨水制备
称取一定质量分数的染料，加入各种助剂(保湿剂、pH值调节剂、螯合剂、杀菌剂等)，再加入去离子水，充分混合搅拌0.5—1h，可稍微加热以加速染料溶解，得混合溶液。将墨水密封，于一1O℃处理24h后，立即过滤，先用0.45m滤膜过滤一遍，再用0.15um滤膜过滤两遍之后，装入喷墨印花机打印测试。
2.墨水相关性能测试
表面张力采用DCA322表面张力及接触角仪，以玻片插入法测得。
黏度采用SNB一2型数字旋转黏度计测试(25℃，O#转子，转速60r/rain，黏度范围0～10mPa·s)。
pH值 由SentronpH计测得。
电导率 由DDS一307雷磁电导率仪测得。
墨水的稳定性 以高温、低温及常温储存条件下有无沉淀及固色率等指标表征。高温试验条件为70℃下对溶液保温处理3h，低温在～l0℃和一20℃放置72h，常温则在室温下自然存放3个月以上。
3.打印性能测试
将配制好的墨水装入打印机内，在Photoshop软件中以360dpi分辨率满幅依次打印单色墨水，分连续和问歇打印测试墨水的打印流畅性。测试连续打印时，满幅打印l0张-A4纸，观察喷头堵塞情况，是否有断线。测试问歇打印时，将喷头归位放置一周后再开机，测试喷头堵塞情况。墨水流畅性测试后，将墨水喷印到织物上，用dataco]or电脑测色配色仪测其颜色
(K/S值)。
4.喷墨印花工艺
配制预处理液(海藻酸钠3%，碳酸氢钠20L，尿素3OL，其余为蒸馏水)一浸轧预处理液(二浸二轧，轧余率70%)一烘干(80℃)一压平一喷墨印花一汽蒸(100%HD，110oC×3min)一水洗、皂洗(85℃×10min一水洗一烘干
5.固色率的测定
采用尿素剥色法测定固色率]，按式(1)计算染料固色率(F)：
F=(1一(A2/m2)/(A1/m1))×100% (1)
式中：A1——固色前试样溶液的吸光度；
A2——固色后试样溶液的吸光度；
m1——固色前试样的质量；
m2——固色后试样的质量。
结果与讨论
一、添加剂的选择
墨水中的添加剂与水组成一个稳定的体系，以满足打印各项指标要求，如表面张力、黏度和pH值等。选择具有保湿和催干作用的N一甲基-2-毗咯烷酮作为染料助溶剂，选用三羟基氨基甲烷作为pH值调节剂，乙二胺四乙酸二钠(EDTA一2Na)为螯合剂。三羟基氨基甲烷与EDTA一2Na能很好地控制活性染料的水解，有助于制备稳定的高浓度液体染料。乙二醇、一缩二乙二醇和丙三醇都具有保湿作用，可作为墨水的保湿剂。据报道，加人低挥发性溶剂和一种高挥发性溶剂，对整个墨水体系有益¨，为此，选用乙醇作为高挥发性溶剂。为提高喷墨印花墨水的稳定性，可加入一些与墨水体系相容的高分子化合物，如聚氨酯、聚乙烯醇和聚乙烯毗咯烷酮K一30等。试验测试了单只溶剂和不同溶剂混合对表面张力和黏度的影响，溶剂混合正交试验结果见表1。
图表一
从图1可见，1，2-己二醇在2%～4%低浓度内的变化，会引起墨水表面张力的极大改变。其它溶剂对墨水表面张力的影响都较小，甚至随着乙二醇与N一甲基一2一吡咯烷酮浓度的提升，墨水的表面张力增大，所以两者的加入量不宜过多。乙醇与聚乙烯吡咯烷酮K-30都会降低表面张力，但幅度较小。
图标二
由图2可见，各种助剂的加入都会使墨水黏度增大，其中丙三醇的影响最大，调节范围也最广，其次为一缩二乙二醇，两者都可作为黏度调节剂。虽然聚乙烯吡咯烷酮K一30的加入量较少，但其为固体，对墨水黏度的影响也较大，因而应控制用量，以防因黏度过大造成墨水打印流畅性下降。
根据以上试验，可基本确定喷墨印花墨水的组成及用量(表2)。试验所用保湿剂不必完全加入，可选择其中一种或两种加人。另外，还可加入适量的杀菌剂，如CIT/MIT一14(5一氯-2一甲基4异噻唑啉.3.酮与2一甲基4异噻唑啉一3一酮的混合物)。同时，还可考虑加入一定量表面活性剂调节表面张力和改善墨水的稳定性。
二、染料的选择及其浓度确定
1.染料的选择
对一氯均三嗪类P型活性染料进行筛选，所选染料为品红色(M)、黄色(Y)、青色(C)、黑色(K)四个基本色。染料筛选主要考察了染料的色光、溶解度、鲜艳度、含盐量和价格等几方面。
试验发现，泰兴市锦鸡染料有限公司与上海染料化工八厂的染料溶解度在100～200g/L。前者较鲜艳，但黑色色光与商品墨水有差距;后者红K-2BP的颜色较理想，但黄色染料配成高浓度染液后易分层，活性翠蓝染料的溶解度不够理想。Clariant公司的染料固色率较高，溶解度较好，但与所需色光有一定差距。Huntsman公司与上海康顿精细化工有限公司的染料情况相差不大，溶解度高达200g/L左右，颜色较好，但价格较高，尤其是上海康顿精细化工有限公司的染料。
染料提纯可采用二甲基甲酰胺(DMF)溶解染料，再用丙酮析出法。泰兴市锦鸡染料有限公司和上海染料化工八厂染料脱出的盐分达到30%一40%，Hunts-man公司的染料除青色提取出25%左右的盐分外，其余的染料不易用此法提取盐分。Huntsman公司的染料更符合要求，确定选用NovacronBlackP—GR150%，NovacronRedP-4BCran，NovacronYellowP-6GSCran，NovacronTurquoiseP—GR150%。
2.染料浓度的确定
根据上述试验所确定的添加剂和染料，配制CMYK四色不同浓度的墨水，按照1.2.4节，通过墨水浓度与K/S值和固色率的关系确定最佳的染料浓度，并与商品墨水进行对比。
从图3可见，随着染料浓度的增加，CMYK四色的K/S值均增大，但在墨水浓度高于13%后，增大趋势有所下降，其中黄色和品红色较为明显，而青色和黑色上升趋势仍较明显。
图4中，随染料浓度的变化，CMYK四色固色率的变化各不相同。除了黄色墨水的固色率一直在递增外，其它墨水固色率都呈下降态势，青色最明显，红色在浓度超过13%后固色率出现大幅下降，而黑色墨水的固色率基本不变。固色率变化趋势不同，可能是各染料结构不同所致。此外，固色率只是一个相对的比率，与K/S值不同，并不能反映喷墨打印在织物上染料量的递增。测试商品墨水的固色率与K/S值，结果见表3。
比较图3和图4与表3可知，自配品红墨水与商品墨水的K/S值有一定差距。自配品红墨水浓度达l6%时，与商品墨水K/S值的差距在5左右，此时墨水溶解度和打印流畅性都没有问题，因此品红色的墨水可选择此浓度。对于其它墨水，青色墨水浓度在7%一10%时已经与商品墨水K/S值相当，且固色率较高;黄色墨水在13%的浓度已经比商品墨水的K/S值大，固色率也比较高;黑色墨水浓度在17%时，较商品墨水K/S值小，但相差不大。
三、墨水的配方及性能
1.墨水配方的确定
最终确定活性喷墨印花墨水的配方方案为：染料7%～17%;乙二醇、一缩二乙二醇、丙三醇、N一甲基一2-吡咯烷酮、乙醇和1，2.己二醇等有机溶剂的用量为20%一30%;三羟基氨基甲烷、聚乙烯吡咯烷酮K.30、杀菌剂和EDTA一2Na的用量为0.5%一2%;剩余部分为去离子水。所配制墨水的各项性能指标如表4所示。
一般而言，活性喷墨印花墨水黏度为3.5—4.5mPa·s，表面张力为34～39mN/m，即可在喷墨打印机上表现出良好的打印性能。本试验所配墨水性能指标基本处于此区间。
2.墨水稳定性测试
分别对自制墨水进行高温、低温和常温放置测试。将墨水低温一1O℃放置72h，70℃下对溶液保温处理3h，以及常温放置6个月，均未发现产生沉淀，而10℃放置72h后墨水黏度有所增大。另外，一2O℃放置72h的墨水部分凝结，l0℃和20℃放置后的墨水再于常温静置2h，仍会恢复原来状态。墨水于70℃高温处理3h(相当于3周左右的加速贮存期)及常温放置，其固色率与K/S值变化如表5所示。
从表4可见，70℃保温处理3h的墨水与新配墨水相比，固色率下降5.48%，K/S值下降3.9%;而常温放置的墨水固色率下降2.6%，K/S值下降2.2%。因此，墨水至少在2～3周内可保持良好的稳定性，足以满足印染企业生产应用的要求。
3.墨水打印性能
据报道，墨水电导率应低于10000p~S/cm，以避免在喷头处形成结晶引，此指标对于热泡打印喷头尤为重要。试验发现，红色和黑色商品化墨水的电导率都超过了10000uS/cm;自配墨水的电导率虽然亦远超10000txS/cm，但对于压电式打印机及印染企业生产的模式来说，应不会轻易造成堵塞喷头。对墨水的打印性能、长期保存稳定性及墨水的兼容性进行了测试。连续满幅打印10张A4纸后测试喷头堵塞情况，发现没有断线。让喷头离开墨垫暴露在空气中24h后，直接进行喷头堵塞情况测试，发现四色均有断线，断线率达30%左右，但清洗一次后测试没有断线。此外，将喷头归位放置一周后再测试喷头没有断线。长期放置保存墨水没有发现沉淀。通过与商品墨水的兼容性测试观察，发现自配墨水的兼容性良好。可见，含盐量已不再是主要问题，关键是如何在含盐量较高的情况下使染料保持较高的溶解度，并保持喷墨打印墨水有良好的稳定性和打印性能。通过添加有效的添加剂，合理配制，以及调整打印工艺可改善此问题。
4.墨水打印色域
将配制好的四色墨水，打印具有代表性的不同颜色，并测试这些颜色点的CIE L*a*b*参数值，获得墨水打印颜色色域的大致范围。
在相同条件下，墨水所用的色料品种和组成都会改变其所能覆盖的打印色域。在前处理和汽蒸条件相同的条件下，对自配墨水与商品墨水的色域进行对比，试验结果如图5所示。
图5中，商品墨水与自配墨水的色域相差在10%之内，前者在绿色、青色、黄色区域的打印范围相对大些，自配墨水在品红端的色域稍微突出一点。由此看来，虽然前述品红色自配墨水与商品墨水的K/S值有一定差距，但打印颜色区域并没有因此受到很大影响，自配墨水并没有因为使用常规染料而使色域明显减少。
结论
部分常规印花染料可用于配制喷墨印花墨水，经压电式喷头连续打印或间歇打印试验，只要按要求清洗喷头，不会产生喷头堵塞现象。墨水的存放稳定性完全可以满足印染企业常规生产的要求，且具有较强的价格优势，对印染企业推广喷墨印花技术具有积极的推动作用。
沪公网安备 31011702001106号