前言

經(jīng)過十幾年的探索和發(fā)展，紡織品噴墨印花技術(shù)已開始進(jìn)入實用階段。噴墨印花具有傳統(tǒng)印花難以比擬的優(yōu)點，但印花墨水所用色料價格昂貴，數(shù)只專用墨盒就相當(dāng)于一臺低端噴墨打印機(jī)的價格，是目前阻礙噴墨印花技術(shù)規(guī)模應(yīng)用的瓶頸。

噴墨印花所用的染料是墨水配制中最重要的組分，其性能直接決定噴墨印花的效果。目前，噴墨印花大多采用無鹽或少鹽染料，因為過高的含鹽量會對染料的溶解度及噴墨打印性產(chǎn)生影響。這種要求直接導(dǎo)致噴墨印花墨水成本的上升。印染企業(yè)若自行選擇染料配制墨水進(jìn)行印花生產(chǎn)，則存在如墨水的組成、性能、配制步驟以及應(yīng)用方法等一些技術(shù)難點。

鑒此，本試驗以降低活性染料噴墨印花墨水的成本為目的，選用常規(guī)染化助劑配制活性染料噴墨印花墨水，并進(jìn)行打印試驗，測試墨水的有關(guān)性能，分析染料濃度、添加劑對墨水表面張力、黏度及其它相關(guān)性能的影響。

試驗

一、材料與設(shè)備

織物 半漂白純棉機(jī)織布(114g/m)。

染料 P型活性染料(泰興市錦雞染料有限公司，上海染料化工八廠，Clariant公司，上?？殿D精細(xì)化工有限公司和Huntsman公司)。

藥品 丙三醇;一縮二乙二醇;1，2一己二醇;乙二醇;N一甲基_2吡咯烷酮;乙醇;乙二胺四乙酸二鈉;碳酸氫鈉;尿素;乙酸;三羥基氨基甲烷;聚乙烯吡咯烷酮K一30和海藻酸鈉。

設(shè)備 DCA322表面張力及接觸角儀，SNB-2型數(shù)字旋轉(zhuǎn)黏度計，SentronpH計，uV一3000紫外可見光光度計，datacolor電腦測色配色儀，磁力攪拌器，0.15及0.45Ixm水性濾膜及過濾器，Rapid軋車，瑞士Mathis—DHE高溫汽蒸烘箱，Lifejet200平板噴墨印花機(jī)，Ep—sonC67打印機(jī)，DDS一307雷磁電導(dǎo)率儀(上海蘭科儀器)。

二、試驗方法

1.墨水制備

稱取一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的染料，加入各種助劑(保濕劑、pH值調(diào)節(jié)劑、螯合劑、殺菌劑等)，再加入去離子水，充分混合攪拌0.5—1h，可稍微加熱以加速染料溶解，得混合溶液。將墨水密封，于一1O℃處理24h后，立即過濾，先用0.45m濾膜過濾一遍，再用0.15um濾膜過濾兩遍之后，裝入噴墨印花機(jī)打印測試。

2.墨水相關(guān)性能測試

表面張力采用DCA322表面張力及接觸角儀，以玻片插入法測得。

黏度采用SNB一2型數(shù)字旋轉(zhuǎn)黏度計測試(25℃，O#轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)速60r/rain，黏度范圍0～10mPa·s)。

pH值 由SentronpH計測得。

電導(dǎo)率 由DDS一307雷磁電導(dǎo)率儀測得。

墨水的穩(wěn)定性 以高溫、低溫及常溫儲存條件下有無沉淀及固色率等指標(biāo)表征。高溫試驗條件為70℃下對溶液保溫處理3h，低溫在～l0℃和一20℃放置72h，常溫則在室溫下自然存放3個月以上。

3.打印性能測試

將配制好的墨水裝入打印機(jī)內(nèi)，在Photoshop軟件中以360dpi分辨率滿幅依次打印單色墨水，分連續(xù)和問歇打印測試墨水的打印流暢性。測試連續(xù)打印時，滿幅打印l0張-A4紙，觀察噴頭堵塞情況，是否有斷線。測試問歇打印時，將噴頭歸位放置一周后再開機(jī)，測試噴頭堵塞情況。墨水流暢性測試后，將墨水噴印到織物上，用dataco]or電腦測色配色儀測其顏色

(K/S值)。

4.噴墨印花工藝

配制預(yù)處理液(海藻酸鈉3%，碳酸氫鈉20L，尿素3OL，其余為蒸餾水)一浸軋預(yù)處理液(二浸二軋，軋余率70%)一烘干(80℃)一壓平一噴墨印花一汽蒸(100%HD，110oC×3min)一水洗、皂洗(85℃×10min一水洗一烘干

5.固色率的測定

采用尿素剝色法測定固色率]，按式(1)計算染料固色率(F)：

F=(1一(A2/m2)/(A1/m1))×100% (1)

式中：A1——固色前試樣溶液的吸光度；

A2——固色后試樣溶液的吸光度；

m1——固色前試樣的質(zhì)量；

m2——固色后試樣的質(zhì)量。

結(jié)果與討論

一、添加劑的選擇

墨水中的添加劑與水組成一個穩(wěn)定的體系，以滿足打印各項指標(biāo)要求，如表面張力、黏度和pH值等。選擇具有保濕和催干作用的N一甲基-2-毗咯烷酮作為染料助溶劑，選用三羥基氨基甲烷作為pH值調(diào)節(jié)劑，乙二胺四乙酸二鈉(EDTA一2Na)為螯合劑。三羥基氨基甲烷與EDTA一2Na能很好地控制活性染料的水解，有助于制備穩(wěn)定的高濃度液體染料。乙二醇、一縮二乙二醇和丙三醇都具有保濕作用，可作為墨水的保濕劑。據(jù)報道，加人低揮發(fā)性溶劑和一種高揮發(fā)性溶劑，對整個墨水體系有益¨，為此，選用乙醇作為高揮發(fā)性溶劑。為提高噴墨印花墨水的穩(wěn)定性，可加入一些與墨水體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。試驗測試了單只溶劑和不同溶劑混合對表面張力和黏度的影響，溶劑混合正交試驗結(jié)果見表1。

圖表一

從圖1可見，1，2-己二醇在2%～4%低濃度內(nèi)的變化，會引起墨水表面張力的極大改變。其它溶劑對墨水表面張力的影響都較小，甚至隨著乙二醇與N一甲基一2一吡咯烷酮濃度的提升，墨水的表面張力增大，所以兩者的加入量不宜過多。乙醇與聚乙烯吡咯烷酮K-30都會降低表面張力，但幅度較小。

圖標(biāo)二

由圖2可見，各種助劑的加入都會使墨水黏度增大，其中丙三醇的影響最大，調(diào)節(jié)范圍也最廣，其次為一縮二乙二醇，兩者都可作為黏度調(diào)節(jié)劑。雖然聚乙烯吡咯烷酮K一30的加入量較少，但其為固體，對墨水黏度的影響也較大，因而應(yīng)控制用量，以防因黏度過大造成墨水打印流暢性下降。

根據(jù)以上試驗，可基本確定噴墨印花墨水的組成及用量(表2)。試驗所用保濕劑不必完全加入，可選擇其中一種或兩種加人。另外，還可加入適量的殺菌劑，如CIT/MIT一14(5一氯-2一甲基4異噻唑啉.3.酮與2一甲基4異噻唑啉一3一酮的混合物)。同時，還可考慮加入一定量表面活性劑調(diào)節(jié)表面張力和改善墨水的穩(wěn)定性。

二、染料的選擇及其濃度確定

1.染料的選擇

對一氯均三嗪類P型活性染料進(jìn)行篩選，所選染料為品紅色(M)、黃色(Y)、青色(C)、黑色(K)四個基本色。染料篩選主要考察了染料的色光、溶解度、鮮艷度、含鹽量和價格等幾方面。

試驗發(fā)現(xiàn)，泰興市錦雞染料有限公司與上海染料化工八廠的染料溶解度在100～200g/L。前者較鮮艷，但黑色色光與商品墨水有差距;后者紅K-2BP的顏色較理想，但黃色染料配成高濃度染液后易分層，活性翠藍(lán)染料的溶解度不夠理想。Clariant公司的染料固色率較高，溶解度較好，但與所需色光有一定差距。Huntsman公司與上?？殿D精細(xì)化工有限公司的染料情況相差不大，溶解度高達(dá)200g/L左右，顏色較好，但價格較高，尤其是上?？殿D精細(xì)化工有限公司的染料。

染料提純可采用二甲基甲酰胺(DMF)溶解染料，再用丙酮析出法。泰興市錦雞染料有限公司和上海染料化工八廠染料脫出的鹽分達(dá)到30%一40%，Hunts-man公司的染料除青色提取出25%左右的鹽分外，其余的染料不易用此法提取鹽分。Huntsman公司的染料更符合要求，確定選用NovacronBlackP—GR150%，NovacronRedP-4BCran，NovacronYellowP-6GSCran，NovacronTurquoiseP—GR150%。

2.染料濃度的確定

根據(jù)上述試驗所確定的添加劑和染料，配制CMYK四色不同濃度的墨水，按照1.2.4節(jié)，通過墨水濃度與K/S值和固色率的關(guān)系確定最佳的染料濃度，并與商品墨水進(jìn)行對比。

從圖3可見，隨著染料濃度的增加，CMYK四色的K/S值均增大，但在墨水濃度高于13%后，增大趨勢有所下降，其中黃色和品紅色較為明顯，而青色和黑色上升趨勢仍較明顯。

圖4中，隨染料濃度的變化，CMYK四色固色率的變化各不相同。除了黃色墨水的固色率一直在遞增外，其它墨水固色率都呈下降態(tài)勢，青色最明顯，紅色在濃度超過13%后固色率出現(xiàn)大幅下降，而黑色墨水的固色率基本不變。固色率變化趨勢不同，可能是各染料結(jié)構(gòu)不同所致。此外，固色率只是一個相對的比率，與K/S值不同，并不能反映噴墨打印在織物上染料量的遞增。測試商品墨水的固色率與K/S值，結(jié)果見表3。

比較圖3和圖4與表3可知，自配品紅墨水與商品墨水的K/S值有一定差距。自配品紅墨水濃度達(dá)l6%時，與商品墨水K/S值的差距在5左右，此時墨水溶解度和打印流暢性都沒有問題，因此品紅色的墨水可選擇此濃度。對于其它墨水，青色墨水濃度在7%一10%時已經(jīng)與商品墨水K/S值相當(dāng)，且固色率較高;黃色墨水在13%的濃度已經(jīng)比商品墨水的K/S值大，固色率也比較高;黑色墨水濃度在17%時，較商品墨水K/S值小，但相差不大。

三、墨水的配方及性能

1.墨水配方的確定

最終確定活性噴墨印花墨水的配方方案為：染料7%～17%;乙二醇、一縮二乙二醇、丙三醇、N一甲基一2-吡咯烷酮、乙醇和1，2.己二醇等有機(jī)溶劑的用量為20%一30%;三羥基氨基甲烷、聚乙烯吡咯烷酮K.30、殺菌劑和EDTA一2Na的用量為0.5%一2%;剩余部分為去離子水。所配制墨水的各項性能指標(biāo)如表4所示。

一般而言，活性噴墨印花墨水黏度為3.5—4.5mPa·s，表面張力為34～39mN/m，即可在噴墨打印機(jī)上表現(xiàn)出良好的打印性能。本試驗所配墨水性能指標(biāo)基本處于此區(qū)間。

2.墨水穩(wěn)定性測試

分別對自制墨水進(jìn)行高溫、低溫和常溫放置測試。將墨水低溫一1O℃放置72h，70℃下對溶液保溫處理3h，以及常溫放置6個月，均未發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生沉淀，而10℃放置72h后墨水黏度有所增大。另外，一2O℃放置72h的墨水部分凝結(jié)，l0℃和20℃放置后的墨水再于常溫靜置2h，仍會恢復(fù)原來狀態(tài)。墨水于70℃高溫處理3h(相當(dāng)于3周左右的加速貯存期)及常溫放置，其固色率與K/S值變化如表5所示。

從表4可見，70℃保溫處理3h的墨水與新配墨水相比，固色率下降5.48%，K/S值下降3.9%;而常溫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周內(nèi)可保持良好的穩(wěn)定性，足以滿足印染企業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用的要求。

3.墨水打印性能

據(jù)報道，墨水電導(dǎo)率應(yīng)低于10000p~S/cm，以避免在噴頭處形成結(jié)晶引，此指標(biāo)對于熱泡打印噴頭尤為重要。試驗發(fā)現(xiàn)，紅色和黑色商品化墨水的電導(dǎo)率都超過了10000uS/cm;自配墨水的電導(dǎo)率雖然亦遠(yuǎn)超10000txS/cm，但對于壓電式打印機(jī)及印染企業(yè)生產(chǎn)的模式來說，應(yīng)不會輕易造成堵塞噴頭。對墨水的打印性能、長期保存穩(wěn)定性及墨水的兼容性進(jìn)行了測試。連續(xù)滿幅打印10張A4紙后測試噴頭堵塞情況，發(fā)現(xiàn)沒有斷線。讓噴頭離開墨墊暴露在空氣中24h后，直接進(jìn)行噴頭堵塞情況測試，發(fā)現(xiàn)四色均有斷線，斷線率達(dá)30%左右，但清洗一次后測試沒有斷線。此外，將噴頭歸位放置一周后再測試噴頭沒有斷線。長期放置保存墨水沒有發(fā)現(xiàn)沉淀。通過與商品墨水的兼容性測試觀察，發(fā)現(xiàn)自配墨水的兼容性良好?？梢?，含鹽量已不再是主要問題，關(guān)鍵是如何在含鹽量較高的情況下使染料保持較高的溶解度，并保持噴墨打印墨水有良好的穩(wěn)定性和打印性能。通過添加有效的添加劑，合理配制，以及調(diào)整打印工藝可改善此問題。

4.墨水打印色域

將配制好的四色墨水，打印具有代表性的不同顏色，并測試這些顏色點的CIE L*a*b*參數(shù)值，獲得墨水打印顏色色域的大致范圍。

在相同條件下，墨水所用的色料品種和組成都會改變其所能覆蓋的打印色域。在前處理和汽蒸條件相同的條件下，對自配墨水與商品墨水的色域進(jìn)行對比，試驗結(jié)果如圖5所示。

圖5中，商品墨水與自配墨水的色域相差在10%之內(nèi)，前者在綠色、青色、黃色區(qū)域的打印范圍相對大些，自配墨水在品紅端的色域稍微突出一點。由此看來，雖然前述品紅色自配墨水與商品墨水的K/S值有一定差距，但打印顏色區(qū)域并沒有因此受到很大影響，自配墨水并沒有因為使用常規(guī)染料而使色域明顯減少。

結(jié)論

部分常規(guī)印花染料可用于配制噴墨印花墨水，經(jīng)壓電式噴頭連續(xù)打印或間歇打印試驗，只要按要求清洗噴頭，不會產(chǎn)生噴頭堵塞現(xiàn)象。墨水的存放穩(wěn)定性完全可以滿足印染企業(yè)常規(guī)生產(chǎn)的要求，且具有較強的價格優(yōu)勢，對印染企業(yè)推廣噴墨印花技術(shù)具有積極的推動作用。