織物印前處理研究進(jìn)展

■ 文/天津科技大學(xué) 姚晨筱，陳蘊(yùn)智

隨著人們生活水平的提高，紡織品印花越來(lái)越受到歡迎。滌綸織物由于耐熱性高，面料柔軟，穿著舒適，受到越來(lái)越多的人喜歡。滌綸是乙二醇和對(duì)苯二甲酸經(jīng)過(guò)縮聚反應(yīng)形成的高分子聚合物，分子排列緊密、結(jié)構(gòu)對(duì)稱，具有斷裂強(qiáng)度高、耐熱性好等優(yōu)點(diǎn)，常被用作噴墨印刷基材，但滌綸大分子中除了兩端各有一個(gè)羥基外再無(wú)其他極性基團(tuán)，造成滌綸纖維的親水性較差[1]。真絲纖維表面光滑，織物的親水性和保水性較差，數(shù)碼印花的圖案不清晰甚至容易出現(xiàn)褪色、掉色等現(xiàn)象。很多織物因自身局限性導(dǎo)致織物印花易出血，圖案產(chǎn)色率低，容易掉色，大大限制了織物的發(fā)展與應(yīng)用。

目前，織物表面處理方法有物理法和化學(xué)法。物理法包括電暈法處理、等離子體聚合處理、電子束輻照等，主要是通過(guò)改變織物表面性質(zhì)來(lái)改善油墨沉積效果，提高滌綸織物印花的色彩性。物理法減少污水排放，在環(huán)保方面占有優(yōu)勢(shì)。化學(xué)法包括涂層改性和接枝聚合改性等。化學(xué)法處理后再噴墨印花，上色效果明顯改善。

一、織物結(jié)構(gòu)對(duì)噴墨印刷的影響

織物表面的特性影響了噴墨數(shù)碼印花的色牢度、明度等質(zhì)量，織物結(jié)構(gòu)和紋理高度多樣化也使噴墨印花受到影響，Hajipour等[2]以滌綸為原料，采用噴墨打印技術(shù)，在各種組織結(jié)構(gòu)如平紋(M10)、2/2斜紋(M20)、3/1斜紋(M30)、3/2斜紋(M40)、4/1(M50)斜紋等織物上，對(duì)經(jīng)緯向的印刷質(zhì)量進(jìn)行了研究，用ImageJ軟件以經(jīng)線方向在M10、M20、M50樣品上打印出1 mm寬度線條的圖像如圖1所示，可以清楚地看出，經(jīng)向印刷線條的最佳印刷質(zhì)量是由M50樣品獲得的，而M20樣品的印刷質(zhì)量要優(yōu)于M10樣品；在緯線方向打印的線條圖像也通過(guò)ImageJ軟件進(jìn)行處理，處理后的1 mm寬度的打印線條圖像如圖2所示，可以看出，M10樣品的打印質(zhì)量最差，研究表明織物組織結(jié)構(gòu)改變了油墨的擴(kuò)散形狀，打印方向也會(huì)影響打印質(zhì)量。Gao等[3]研究了織物結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)噴墨圖像質(zhì)量的影響，印花質(zhì)量與織物的重量和結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，如圖3為不同印花滌綸織物的剖面圖（分散油墨r4、y4、b4、k4），分散油墨沒(méi)有完全滲透到1號(hào)織物，因?yàn)?號(hào)織物單位面積重量大，毛細(xì)度小，單位面積重量較大的織物可以防止油墨的擴(kuò)散，結(jié)果表明織物單位面積重量越大，印花效果越好。

圖1 掃描和處理(a) M10、(b) M20和(c) M50樣品上經(jīng)線方向打印的圖像

圖2 掃描和處理(a) M10、(b) M20和(c) M50樣品上緯線方向打印的圖像

圖3 #不同印花滌綸織物剖面圖（分散油墨r4、y4、b4、k4）

二、物理法

物理法主要是改變織物表面形態(tài)從而提高數(shù)碼噴墨效果，該方法不會(huì)產(chǎn)生廢液污染環(huán)境并且不引起其本體性質(zhì)的很大變化，操作簡(jiǎn)單效果顯著。

（一）電暈法

Mahdieh等[4]將聚酯/纖維素織物（P/C）暴露于空氣中，電暈放電處理，沒(méi)有任何額外的化學(xué)處理，通過(guò)掃描電鏡發(fā)現(xiàn)聚酯/纖維素織物形貌和表面粗糙度發(fā)生變化，如圖4(a)和(b)所示，聚酯/纖維素織物的未處理織物表面相對(duì)光滑，經(jīng)過(guò)300 W-10 min電暈放電處理后，聚酯/纖維素織物表面的一層污染物被降解，并在平均直徑為20 nm處產(chǎn)生了幾個(gè)新的納米級(jí)的空洞，如圖4(c)所示，經(jīng)過(guò)800 W-10 min電暈放電處理后的聚酯/纖維素織物表面出現(xiàn)微尺度粗糙度，如圖4(d)，宏觀上在一定范圍內(nèi)表面的平均粗糙度隨著功率增加而增加。另外，未經(jīng)處理的聚酯/纖維素織物的水接觸角約為138°，輸入功率300 W電暈放電后，水接觸角增加到167°，呈現(xiàn)超疏水P/C織物。相反，輸入功率為800 W的電暈放電水接觸角明顯減小，成為超親水P/C織物。電暈處理后的織物親水性能得到改善。Kiakhani等[5]利用電暈放電對(duì)真絲織物進(jìn)行表面改性，研究者用兩種活性染料 RY84和RB198對(duì)電暈處理不同時(shí)間的真絲織物進(jìn)行染色，染色織物的K/S值表明，電暈處理時(shí)間越長(zhǎng)，織物的色強(qiáng)越高，這可能是電暈處理使真絲織物表面加入—OH、—COOH等氧基團(tuán)，增加了電負(fù)性所致。

圖4 (a)和(b)未經(jīng)處理的與(c)和(d)電暈處理功率不同的聚酯/纖維素混織物FESEM照片

（二）等離子體聚合法

Kuanjun Fang等[6]將真絲織物用低溫氧等離子體進(jìn)行處理，由動(dòng)態(tài)接觸角分析表明，經(jīng)等離子體處理真絲織物表面后，真絲纖維的親水能力得到明顯改善，其原因可能是等離子體處理不僅給真絲纖維表面帶來(lái)了刻蝕效應(yīng)，而且引入了極性基團(tuán)(—OH,＝＝COOH, —C＝＝O,—NH2)，同時(shí)與未經(jīng)處理的真絲織物相比，經(jīng)低溫氧等離子體處理后的真絲織物上的噴墨圖案色彩更深、更鮮艷。Zhang等[7]采用大氣壓下的空氣、空氣/Ar和空氣/O2等離子體對(duì)絲綢樣品進(jìn)行處理，改變其物理形態(tài)，用于顏料噴墨印花，圖5(a)色塊或條紋上的四種油墨很容易向緯向和縱向擴(kuò)散，認(rèn)為油墨顆粒難以在潤(rùn)濕性較低的纖維光滑表面上被吸收；圖5(b)改性織物的滲透得到了有效的抑制，相對(duì)清晰的色塊和線條表明，等離子體明顯提高了樣品的抗?jié)B性能。結(jié)果表明，等離子體中形成的含氧自由基被引入到真絲表面，由于織物表面性能的提高，直接在織物上進(jìn)行的印花具有明顯的印刷邊緣和較高的色彩強(qiáng)度。

圖5 抗出血的照片

（三）電子束輻照法

近30年來(lái)，電子束輻照技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于各種織物涂層的固化。Ibrahim等[8]對(duì)棉織物、棉/聚酯混紡織物和尼龍織物進(jìn)行了表面涂覆改性研究，發(fā)現(xiàn)通過(guò)恒定劑量為50 kGy的電子束照射可以使表面涂層固化效果提高。周莉等[9]研究了棉織物的高效抗菌性，以氯苯咪唑?yàn)榭咕鷦?duì)棉織物進(jìn)行抗菌整理，發(fā)現(xiàn)整理劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)15%、浸泡時(shí)間60 min、輻照劑量65 kGy為電子束輻照的優(yōu)化工藝條件。Payamara等[10]知道聚丙烯(PP)具有一個(gè)非常低的表面自由能值(大約20- 25 mJ/m2)，因此，它的親水性很弱，對(duì)任何染料如陽(yáng)離子或陰離子染料都沒(méi)有親和力，他們的研究中用掩膜覆蓋了PP織物的某些部分，然后用不同能量的電子輻照它們，如圖6，PP織物是使用佳能EOS 400D相機(jī)的照片，（a）為未經(jīng)處理的染色樣品（b）為經(jīng)過(guò)處理和未經(jīng)處理的染色部分的樣品，（c）為處理后染色的樣品，（d）樣品經(jīng)EB輻照染色洗滌后的印刷外觀，這是由于在疏水性織物上引入親水位點(diǎn)可以提高纖維的可染性，因此EB的改性會(huì)在織物表面產(chǎn)生不飽和鍵和/或自由基，對(duì)織物的整體表面變化也會(huì)產(chǎn)生顯著影響，進(jìn)而影響織物的可染性。掃描電鏡（SEM）和紅外光譜（FTIR）結(jié)果表明，EB輻照對(duì)PP織物的處理形成了C ＝＝O和O—H鍵（負(fù)基團(tuán)），增強(qiáng)了陽(yáng)離子染料的可染性。此外，表面已變得粗糙，這些表面變化導(dǎo)致了PP織物的高陽(yáng)離子染色能力。

圖6 印刷樣本照片

三、化學(xué)法

噴墨印花的油墨主要由色素、水、有機(jī)溶劑組成，墨滴中帶有大量負(fù)電荷。化學(xué)法可以通過(guò)織物纖維阻礙墨滴中負(fù)電荷向周圍擴(kuò)散來(lái)改善圖案清晰度，或用氧化、聚合等化學(xué)原理法改變織物性質(zhì)，從而提高噴墨印刷效果。還有一些化學(xué)物質(zhì)抑制染料在基板上的遷移。

（一）涂層改性法

劉慧敏等[11]研究了利用殼聚糖對(duì)棉織物進(jìn)行預(yù)處理，棉織物經(jīng)殼聚糖處理后，織物表面含氨基數(shù)量增加，織物與染料親和度增加，結(jié)果表明殼聚糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)45%，浸漬溫度80℃，浸漬時(shí)間20 min為殼聚糖對(duì)棉織物較佳處理工藝條件，經(jīng)殼聚糖處理棉織物在染色后，耐摩擦色牢度和耐皂洗色牢度均得到明顯改善。Yuen等[12]用海藻酸鈉、尿素、酒石酸銨等做預(yù)處理印花膏，以及噴墨印花后蒸煮后處理，在蒸煮的過(guò)程中，凝結(jié)的蒸汽會(huì)使海藻酸鈉膜膨脹，在纖維表面形成一個(gè)微型的染色槽，然后染料溶解并通過(guò)膨脹的海藻酸鈉膜擴(kuò)散到纖維表面，結(jié)果表明海藻酸鈉、尿素、酒石酸銨的用量和蒸煮時(shí)間對(duì)噴墨印花羊毛織物的顯色率均有影響。An等[13]開(kāi)發(fā)了一種蛋白酶和海藻酸鈉（SA）的新型環(huán)保復(fù)合工藝，用于毛織物噴墨印花前處理，如圖7（A）未經(jīng)處理的；（B）蛋白酶處理；（C） SA處理；（D）蛋白酶-SA混合處理，所有織物以 600 dpi分辨率打印，在102℃蒸汽中蒸10分鐘，用2 g/L皂洗劑洗滌，通過(guò)FESEM、XPS和潤(rùn)濕性分析，發(fā)現(xiàn)大部分羊毛鱗片被蛋白酶去除，SA在新形成的纖維表面形成均勻致密的膜，親水性更強(qiáng)，接觸角為70.1°，潤(rùn)濕時(shí)間為3.5 s，經(jīng)蛋白酶-SA處理的羊毛織物表現(xiàn)出良好的耐洗耐摩擦牢度和強(qiáng)度，結(jié)果表明，蛋白酶與SA的結(jié)合大大提高了活性染料的噴墨印花性能，降低了活性染料的強(qiáng)度損失。

圖7 掃描圖像的數(shù)字印刷羊毛樣品

（二）接枝聚合法

接枝聚合就是在聚合物的分子鏈上產(chǎn)生接枝點(diǎn)，在一定條件下與接枝物反應(yīng)結(jié)合。彭勇剛等[14]選擇高碘酸鈉對(duì)棉織物進(jìn)行選擇性氧化反應(yīng)，接著立即用殼聚糖溶液處理，制得殼聚糖接枝氧化棉織物（CGCF）。殼聚糖接枝氧化棉織物的反應(yīng)如圖8所示，殼聚糖與棉織物之間產(chǎn)生牢固的化學(xué)鍵交聯(lián)，發(fā)現(xiàn)交聯(lián)后染色織物 K/S值增大即顏色深度提高，但織物斷裂強(qiáng)力逐漸降低。劉倩[15]采用預(yù)浸單體，再經(jīng)等離子體照射的方法將二甲基二烯丙基氯化銨接枝到滌綸織物上，接枝后的丙綸無(wú)紡布對(duì)酸性紅染料的結(jié)合量可達(dá)到151.4 μg/cm2。

圖8 殼聚糖接枝氧化棉織物的反應(yīng)

四、織物印前處理的應(yīng)用

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和紡織技術(shù)的不斷進(jìn)步，我國(guó)織物在產(chǎn)量上、功能上、種類上不斷增加，加上織物印前處理后，織物會(huì)染上色彩絢麗的圖案，處理后的織物還會(huì)有抗菌性，力學(xué)性能也會(huì)增加，這在包裝、醫(yī)療、裝飾等領(lǐng)域也有了很好的應(yīng)用前景。

（一）包裝領(lǐng)域

隨著社會(huì)的發(fā)展，不少織物包裝代替?zhèn)鹘y(tǒng)塑料包裝。塑料包裝的環(huán)保性和紙包裝的耐用性與織物包裝相比，印有絢麗圖案制作的綢袋、綢盒，不僅新穎美觀，還富有藝術(shù)性，促使消費(fèi)者消費(fèi)。90%的零售食品，除了中低檔商品還使用紙質(zhì)包裝外, 中高檔產(chǎn)品將全部用紡織品包裝[16]。開(kāi)發(fā)防偽包裝紡織品也已經(jīng)成為潮流，將熒光防偽性能的表面涂層嫁接到織物上，采用這種方式制作防偽包裝紡織品，保護(hù)消費(fèi)者合法權(quán)益，拓寬紡織品應(yīng)用領(lǐng)域。

（二）醫(yī)療領(lǐng)域

含有殼聚糖預(yù)處理后的織物不僅在印刷上有很好的顯色效果，而且具有良好的抗菌效果，如：抗菌類的床單、床簾，不僅色彩鮮明，還具有抗菌性，減少人們患部分感染病的概率；對(duì)于醫(yī)護(hù)人員來(lái)說(shuō)，他們的工作服可以添加抗菌免疫功能，當(dāng)然抗菌面料對(duì)降低感染效果暫未獲得充分證明, 還需進(jìn)一步的臨床試驗(yàn)來(lái)明確。

（三）裝飾領(lǐng)域

如今人們?cè)絹?lái)越重視生活品質(zhì)，對(duì)裝飾要求也越來(lái)越高，紡織品在生活中也是必不可少的。如桌布、地毯、床簾等具有獨(dú)特色彩和豐富的圖案，可以烘托氛圍，也可以根據(jù)消費(fèi)者需求印染消費(fèi)者喜愛(ài)的圖案。有些上漿提高織物柔軟性，聚合法提高織物耐磨性，織物印前處理可以大大提高印染效果，滿足消費(fèi)者消費(fèi)水平。

五、展 望

隨著人們生活水平的提高，紡織品的環(huán)保功能和健康越來(lái)越受到人們的重視，我們相信紡織品印前處理在不久的將來(lái)會(huì)成為一種時(shí)尚，圖案豐富健康環(huán)保的織物在日常生活中將成為人們的主要選擇。隨著科技的進(jìn)步、表面處理技術(shù)的發(fā)展，相信會(huì)有大批量安全環(huán)保的生產(chǎn)處理方法對(duì)紡織品數(shù)碼噴墨前進(jìn)行處理，提高紡織物印花質(zhì)量。