三種多元醇對活性墨水性能的影響

盛楠 辛有志

（天津晶麗數(shù)碼科技有限公司）

噴墨打印技術(shù)是一種低價、快速、精度高的打印方法。自20世紀(jì)70年代實現(xiàn)商業(yè)化[1]。目前，在紡織品方面，噴墨打印主要替代已有的模擬制造工藝，如絲網(wǎng)印刷、轉(zhuǎn)印、移印、噴涂等[2]。噴墨打印比傳統(tǒng)印花工藝有很多優(yōu)勢，比如反應(yīng)速度快，無需制版，可以實現(xiàn)小批量生產(chǎn)；打印成本低，效果好；產(chǎn)生廢水少，對環(huán)境污染小；不需要工作人員去調(diào)制色漿、能夠滿足個性化定制等。隨著人們生活水平提高，人們對個性化、多品種、短周期、文化創(chuàng)意與環(huán)保紡織品的消費需求與日俱增，同時國家對環(huán)境保護方面要求越來越嚴(yán)格，越來越多的印花企業(yè)開始轉(zhuǎn)變生產(chǎn)方式，向數(shù)碼印花行業(yè)轉(zhuǎn)型，數(shù)碼印花技術(shù)正在逐步取代傳統(tǒng)的平網(wǎng)和圓網(wǎng)等絲網(wǎng)印刷。

用于噴墨打印的墨水主要有四種類型：相變型[3]、溶劑型[4]、水性[5]、紫外光固化型[6]，目前紡織行業(yè)主要使用水性墨水，水性墨水的優(yōu)點是價格便宜，對環(huán)境污染小。在配制新的墨水配方時，工程師必須考慮每個組成部分對墨水的整體性能的影響。為了獲得噴印性能優(yōu)良的墨水，墨水的所有物理化學(xué)性質(zhì)要滿足對應(yīng)的噴頭[7]。在配制水性墨水的過程中，一般比較關(guān)注墨水的黏度、表面張力、pH值、電導(dǎo)率、離子含量等，這些指標(biāo)對于控制墨水的品質(zhì)有很重要的作用。

水性墨水中通常含有大量的多元醇，本文主要討論三種多元醇對于活性墨水的影響。一般市面上使用的活性墨水的表面張力一般在30-40mN/m之間，而乙二醇、丙二醇及甘油的水溶液的表面張力在40以上對墨水整體的表面張力影響很小，所以這里不討論不同多元醇對墨水表面張力的影響。我會從三個方面來討論三種多元醇對活性墨水的影響，包括：不同多元醇對墨水粘度的影響及在棉織物上的上色強度對比、布面滲透情況對比。

一、活性染料上染過程及原理

活性染料是一種能夠與纖維素纖維發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的染料，其分子結(jié)構(gòu)中含有一個或多個反應(yīng)性基團。這些反應(yīng)基團在適當(dāng)?shù)臈l件下與纖維素纖維上的羥基發(fā)生親核取代反應(yīng)或親核加成反應(yīng)，從而形成共價鍵，使染料牢固地附著在纖維上。數(shù)碼印花用活性墨水使用的染料一般為K型或KN型活性染料。其使用的K型活性染料的活性基團一般為一氯均三嗪，它可以與纖維素纖維上的羥基發(fā)生親核取代反應(yīng)形成共價鍵；其使用的KN型活性染料的活性基團一般為乙烯砜基，它可以與纖維素纖維上的羥基發(fā)生親核加成反應(yīng)形成共價鍵。

數(shù)碼印花一般工藝流程可以分為三大步驟：第一步，面料前處理、噴墨打印、打印后處理。面料前處理主要是對布料進行上漿，降低纖維的毛細(xì)管效應(yīng)，防止染料滲化。第二步，噴墨打印階段就是將活性墨水直接噴射到處理過的布料上。第三步，打印后處理包括布料烘干、汽蒸、水洗等操作。

在數(shù)碼印花的過程中，活性染料的上染過程可以分為三部分：

1.染料的吸附：染料吸附到纖維的表面。從染料被噴射到布料上至布料被烘干，這一段時間染料會吸附到其接觸的纖維表面。

2.染料的擴散和固色：

在常規(guī)染色過程中，染料在纖維中的擴散是最慢的一個過程。擴散速度的快慢主要取決于纖維的結(jié)構(gòu)和染料的性質(zhì)與結(jié)構(gòu)。纖維無定形區(qū)含量越高，纖維溶脹越充分，染料分子擴散越快；染料分子越小，直接性越低，擴散就越快，反之就越慢。而對于數(shù)碼印花來說，染料的擴散過程與常規(guī)染色中的擴散過程相似。在汽蒸時，纖維會迅速吸水溶脹，纖維充分溶脹后染料在纖維無定形區(qū)向纖維內(nèi)部逐漸擴散，由于這個過程中溫度和pH值都達(dá)到了活性染料的反應(yīng)條件，在染料擴散的過程中染料的活性基團與纖維發(fā)生反應(yīng)形成共價鍵。在數(shù)碼印花中，染料的擴散和固色是同時進行的。

3.染料的水洗及后處理：活性染料固色后要進行充分的洗滌，主要是為了洗去纖維上的漿料、堿劑、染料、死染料。死染料主要包括活性染料的活性基團水解、醇解或與漿料反應(yīng)生成的沒有反應(yīng)能力的染料。

二、測試使用的儀器及設(shè)備

打印機：Epson L130

布：平紋上漿棉布

染料色漿：天津晶麗數(shù)碼有限公司的活性紅6B色漿、活性青GF色漿、活性黑VS色漿、活性黃4G色漿

試劑：Sulfonyl 465（贏創(chuàng)）

乙二醇（陶氏化學(xué)）

丙二醇（陶氏化學(xué)）

甘 油（陶氏化學(xué)）

粘度計：博勒飛DV2T轉(zhuǎn)子黏度計

測色儀：愛色麗CI7860

三、實驗步驟：

使用乙二醇、丙二醇、甘油與不同顏色色漿配置墨水，配置時控制墨水的粘度在5-6cp之間，具體配方見表1-4。測試各個墨水的粘度，打印各個墨水并測試不同多元醇配置的墨水的染色相對強度，同時對比布面滲透情況。

活性黃墨水配方及粘度：

表1

活性紅墨水配方：

表2

活性青墨水配方：

表3

活性黑墨水配方：

表4

四、實驗數(shù)據(jù)

（一）不同多元醇對墨水粘度的影響

使用不同多元醇配置墨水的粘度見表5。根據(jù)表1-5的各項數(shù)據(jù)證明，使用乙二醇、丙二醇、甘油配置同等粘度墨水時，丙二醇加入的量最少，甘油次之，乙二醇最多。在粘度5-6cp的范圍內(nèi)，配置同等粘度墨乙二醇的用量是丙二醇用量的1.34倍，甘油的用量是丙二醇的1.04倍。

表5

（二）不同多元醇對各個顏色的相對上色強度的影響

在使用墨水打印的過程中，打印到布面上的染料量非常小，染料只在纖維的上層附著，不同多元醇配置的墨水，在棉布上的滲透情況不同，難以用固色率來表現(xiàn)染料的上色情況，最終使用相對染色強度來對比染料的上色情況。

使用乙二醇、丙二醇、甘油分別配置活性黃墨水、活性紅墨水、活性青墨水、活性黑墨水，通過對各個墨水進行打印、汽蒸等染色工藝處理，經(jīng)過測色得到相應(yīng)的測色數(shù)據(jù)。使用以乙二醇配置墨水的打印布樣作為標(biāo)準(zhǔn)，丙二醇及甘油配置墨水的打印布樣作為樣品進行比較，得到不同醇配置墨水打印后布樣的相對染色強度，具體數(shù)據(jù)見圖1。

圖1

同時我們還對比了布面背面染料滲透情況，使用乙二醇配置墨水的打印布樣背面作為標(biāo)準(zhǔn)，丙二醇及甘油配置墨水的打印布樣背面作為樣品進行比較，得到不同醇配置的墨水經(jīng)打印后布樣背面的相對染色強度，具體數(shù)據(jù)見圖2。

圖2

五、結(jié)果與討論

1.使用三種多元醇配置墨水時，增加墨水粘度效率由高到低的順序為：丙二醇、甘油、乙二醇。

2.布面上色情況，使用三種多元醇配置的活性黑VS墨水的相對上色強度基本一致；對于活性黃墨水和活性紅墨水，使用丙二醇配置的墨水相對上色強度高，乙二醇次之，甘油最差；對于活性青墨水，使用乙二醇和丙二醇配置墨水的相對上色強度差不多，甘油的差。根據(jù)上色情況，推薦配置活性墨水的時候使用丙二醇與乙二醇復(fù)配使用。

3.布面滲透情況，使用三種多元醇配置的活性黑墨水和活性青墨水，甘油滲透情況最好，乙二醇次之，丙二醇最差；

六、結(jié)語

配置活性墨水時加入不同多元醇對墨水的粘度提升情況、布面上色情況及布面滲透情況有不同的影響。對于活性黃墨水、活性紅墨水使用丙二醇配置更優(yōu)；對于活性青墨水使用丙二醇或乙二醇配置均可；對于活性黑墨水使用三種多元醇配置均可，若要求布面滲透性優(yōu)良，可以多加一點甘油。