（纺织化学与染整工程专业论文）颜料型数码印花墨水及应用的研究.pdf

学位论文的主要创新点 一、本论文采用水性颜料墨水喷印和溶剂型树脂粘合剂后处理两步法对织物 进行喷墨印花。将粘合剂和颜料墨水体系分别施加于织物，解决了粘合剂引起的 墨水粘度过高，墨水喷射性能变差等问题，较容易的配制得到性能优异的颜料喷 墨印花墨水。同时，通过溶剂型树脂粘合剂的使用，避免了由水性粘合剂对颜料 墨水喷印织物造成的渗化现象。 二、本论文选用了一种溶剂型树脂粘合剂对喷墨印花织物进行处理。作为以 有机溶剂为介质的热固型粘合剂，在保证喷印织物图案不会发生渗化的同时，还 使印花织物得到很好的色牢度，并具有优异的储存稳定性和不培烘不粘结、不易 结皮、低温不成膜等特性。 摘要 颜料型数码喷墨印花技术，具有小批量、高品质、资源浪费少、环保、对纤 维没有选择性，应用范围广等优点。随着纺织品行业的迅速发展，颜料型喷墨印 花技术逐渐成为纺织品领域研究的热点之一。颜料型数码印花墨水作为喷墨印花 的重要耗材，是决定最终喷印效果的关键因素之一。基于颜料型数码喷墨印花墨 水的现状，将其分为墨水分散体系和粘合剂体系两个方面进行研究。 墨水分散体系由颜料着色剂、水、及其他添加剂组成。首先，选定合适的颜 料着色剂。其次，针对墨水分散体系的其他添加剂进行单组份分析，通过测试墨 水的表面张力、粘度、p h 值三项重要的性能指标，确定了颜料墨水中各添加剂 的用量范围。再通过储存、冻融、高温及喷打等各项应用性能测试，得到较优的 墨水配方，配方为：颜料色浆1 0 ，异丙醇4 ，丙三醇1 2 ，0 p 一1 00 6 ，三 乙醇胺1 5 ，杀菌剂0 4 ，消泡剂0 0 2 ，剩下为去离子水。 针对粘合剂体系的研究，主要通过红外、d s c 等相关测试，对实验用的树 脂粘合剂体系进行分析和研究，大致得到树脂粘合剂的组成成分和使用条件。并 将树脂粘合剂与其他粘合剂的性能作比较，结果表明：这种树脂粘合剂有很好的 耐摩擦性能和悬垂性。 最后根据实验结果，对棉织物进行喷墨印花，得到了印制效果好，色牢度高 的印花品。 关键词：颜料墨水、树脂粘合剂、棉织物、喷墨印花 a b s t r a c t p i g m e n td i g i t a li n k j e tp r i n t i n gh a sm a n ya d v a n t a g e s ，s u c ha sh i 曲q u a l i t y , l o w r e s o u r c e sw a s t i n ga n de n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o na n ds oo n d i g i t a lm a ( j e tp r i n t i n g t e c h n o l o g yh a sb e c o m eo n eh o t s p o tr e s e a r c hi nt h et e x t i l ec h e m i c a li n d u s t r ya l o n g w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to ft h et e x t i l ei n d u s t r y i n k - j e tp r i n t i n gi n ki so n eo ft h e i m p o r t a n tf a c t o r sw h i c ha f f e c td i g i t a lp r i n t i n g b a s e do nt h ep r e s e n ts i t u a t i o n ，t h e s t u d yo fi n k - j e tp r i n t i n gi n ki sd i v i d e di n t ot w op a r t s ，o n ei si n kd i s p e r s e ds y s t e m ，t h e o t h e ri sa d h e s i v es y s t e m i n k - j e tp r i n t i n gi n ku s u a l l yc o m p r i s e sp i g m e n t , w a t e r , a n ds o m eo t h e ra d d i t i v e s f i s t ，t h eh i 【g hp r o p e r t yp i g m e n ti ss e l e c t e d t h e na n a l y s i so n e c o m p o n e n ta d d i t i v eo f i n kd i s p e r s e ds y s t e m ，t h ed o s a g eo f e a c ha d d i t i v ei sd e t e r m i n e dt h r o u g ht e s t i n gt h r e e i m p o r t a n tp r o p e r t i e so fi n k , i n c l u d es u r f a c et e n s i o n ，v i s c o s i t y , a n dp h v a l u e v i as o m e a p p l i c a t i o np e r f o r m a n c et e s t i n g ，s u c h a s s t o r a g et e s t i n g ，f r e e z et e s t i n g ，h i g h t e m p e r a t u r et e s t i n ga n di n k - j e tp r i n t i n ga n ds oo n ，t h eo p t i m a li n kf o r m u l ai sg o t , t h e f o r m u l ai s ：p i g m e n tp a s t e10 ，i s o p r o p y la l c o h o l4 ，g l y c e r i n12 ，0 p - 100 6 ，t r i e t h a n o la m i n e1 5 ，f u n g i c i d e0 4 ，a n t i f o a m i n ga g e n t0 0 2 ，t h er e s ti sd e i o n i z e d w a t e r t h r o u g hf o u r i e rt r a n s f o r mi n f r a r e ds p e c t r o s c o p yt e s t i n ga n dd s ct e s t i n g ，t h e c o m p o s i t i o na n du s i n gc o n d i t i o n sa r eg o ta f t e ra n a l y s i sa n ds t u d yo f t h er e s i nb i n d e r s y s t e m c o m p a r ew i t ho t h e rb i n d e r , t h er e s i nb i n d e r sh a v em a n yg o o dp r o p e r t i e s t h e r e s u l ts h o w st h a tt h er e s i nb i n d e r sh a v ev e r yg o o dr u bf a s t n e s sa n dd r a p a b i l i t y f i n a l l y , a c c o r d i n gt ot h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t s ，t h eh i 【g hq u a l i t yc o t t o ni n k - j e t p r i n t i n gi so b t a i n e dw i t hg o o dp r i n t i n ge f f e c ta n dg o o dr u b b i n gf a s t n e s s k e yw o r d s ：p i g m e n ti n k s ；r e s i nb i n d e r ；c o t t o n ；i n k - j e tp r i n t i n g 目录 第一章绪论1 1 1 前言一1 1 2 纺织品数码喷墨印花技术发展和现状l 1 3 数码喷墨印花的特点3 1 4 本课题研究目的和意义3 1 5 本课题主要研究内容。4 第二章理论基础5 2 1 颜料型印花墨水5 2 2 颜料墨水分散体系基本组成5 2 2 1 着色剂5 2 2 2 表面活性剂6 2 2 3 保湿剂7 2 2 4p h 控制剂7 2 2 5 消泡剂7 2 2 6 其它添加剂8 2 3 颜料墨水体系的性能要求。8 2 3 1 墨水的表面张力8 2 3 2 墨水的粘度8 2 3 3 墨水的p h 值9 2 3 4 墨水的保湿性9 2 3 5 墨水的稳定性9 2 3 6 墨水的打印性能9 2 4 粘合剂体系1 0 2 4 1 粘合剂性能要求。l l 2 4 2 粘合剂的施加方式1 l 2 4 3 粘合剂种类1 2 第三章实验部分1 3 3 1 实验原料及设备1 3 3 1 1 实验原料1 3 3 1 2 实验设备和仪器1 4 3 2 实验方法1 4 3 2 1 颜料色浆的选择1 4 3 2 2 颜料墨水体系的配制。1 5 3 2 3 树脂溶剂的选择1 5 3 2 4 树脂粘合剂的施加方法15 3 2 5 树脂粘合剂溶剂的定量1 5 3 3 各项性能测试1 6 3 3 1 颜料色浆粒径测试1 6 3 3 2 墨水表面张力测试1 6 3 3 3 墨水粘度测试1 6 3 3 4p h 值测试1 6 3 3 5 冻融稳定性测试1 6 3 3 6 高温稳定性测试。1 6 3 3 7 墨水保湿性测试17 3 3 8 墨水耐候性测试。l7 3 3 9 打印效果测试1 7 3 3 1 0 树脂粘合剂的f t i r 测试1 7 3 3 1 1 树脂粘合剂的d s c 测试1 8 3 3 1 2 色牢度测试1 8 3 3 1 3 树脂粘合剂最佳培烘条件的测定1 9 3 3 1 4 树脂粘合剂溶液浓度的测定1 9 3 3 1 5 印花织物悬垂性测试1 9 第四章实验结果与讨论2 l 4 1 墨水体系相关性能分析2 l 4 1 1 颜料色浆的选定2 l 4 1 2 添加剂对墨水性能影响2 l 4 1 3 墨水的其他性能分析3 3 4 2 树脂粘合剂的相关性能分析4 4 4 2 1 树脂溶剂的确定。4 4 4 2 2 实验所用的树脂粘合剂组分分析4 5 4 2 3 树脂粘合剂的热性能分析。4 7 4 2 4 树脂粘合剂的培烘温度与时间的确定4 9 4 2 5 树脂粘合剂溶液浓度的确定4 9 4 - 3 印花织物效果评价5 0 4 3 1 印花织物的色牢度5 0 4 3 2 印花织物的悬垂性51 4 3 3 树脂粘合剂对印花精度的影响5 2 第五章结论5 5 参考文献5 7 发表论文和参加科研情况6 l 致谢一6 2 第一章绪论 1 1 前言 第一章绪论 随着科技水平的不断提高，经济的不断发展，生活质量的不断改善，人们对 纺织品的需求也随之改变，逐渐趋于个性化、多样化。这就要求纺织品的制作周 期缩短，制作的过程灵活多变，批次数量减少。近年来，随着计算机技术的飞速 发展，办公自动化系统逐渐普及，用于纸张的办公室喷墨打印技术得到突飞猛进 的发展【。这种纸张打印技术很快被用于广告行业和纺织品的印花领域中，发展 成为数码喷墨印花技术，并且越来越受到人们的重视。 所谓的数码喷墨印花技术( d i g i t a li n k - j e tp r i n t i n g ) 就是利用扫描仪、数码 照相机等高科技输入手段，将图案以数字形式输入计算机，经过电脑的图像处理 技术编辑后，再通过计算机控制的数码喷墨印花机，直接将专用的印花墨水喷印 到各种纤维织物上，从而生产出满足原设计要求的印花织物【2 】。 数码喷墨印花技术从根本上革新了人们关于传统纺织品的生产和经营理念， 解决了传统印花生产带来的环境污染等问题，实现了纺织品的可持续发展【3 j 。它 将传统的纺织工业和现代的高新技术有机的结合在一起，促进了纺织产业的更新 换代，同时大大的提高了技术水平。因此，数字喷墨印花技术被看作是2 1 世纪 纺织工业实现革命的关键技术之一1 4 j 。 1 2 纺织品数码喷墨印花技术发展和现状 数码喷墨印花技术是一种全新的印花方式，解决了传统印花占地面积大、污 染严重等问题，具有很多独特的优势，因此拥有广阔的发展前景。喷墨印花的工 作原理是通过外力的作用将墨水流体分裂成细小的液滴，再使液滴从喷嘴喷出并 在织物基质上形成有效色点的一种印花方式【5 】。自2 0 世纪6 0 年代早期，美国斯 坦福大学的s w e e t 通过对细小的墨流施加一束压力波，将其分裂成为大小均匀的 墨滴，再对这些液滴有选择性的施加上电荷，而带有电荷的液滴被墨池回收，不 带电荷的液滴则在记录介质上形成色点，进而成像，这种方式就是早期的连续喷 墨( c i j ) 技术【6 1 。在2 0 世纪7 0 年代，美国的b m 公司将这一项技术应用到计 算机的喷墨打印技术中，并对此进行了大量的研究。按需喷墨技术( d o d ) 的 出现是在2 0 世纪7 0 年代晚期，而在短短的不到十年的时间里，很多按需喷墨系 天津工业大学硕士学位论文 统相继被发明并逐渐趋于商业化。到了2 0 世纪8 0 年代，随着应用于纸张的喷墨 打印技术的日见成熟，这种喷墨打印技术慢慢的被移植应用到了广告喷印领域 中，直至9 0 年代宽幅打印设备的出现，这种喷墨打印技术才被真正的应用到了 纺织行业中【7 】。所以说喷墨印花技术在纺织品上的广泛应用是从2 0 世纪9 0 年代 开始的i s 。欧美及科技领先的国家对此项技术相当重视，并为此投入了大量的精 力，进行了大量的研究工作，同时还建立了数码喷墨印花技术研究示范基地；在 我国数码喷墨印花技术也已经被列入国家8 6 3 计划的重点项目，经过多方的努 力，这个项目已有了突破性的进展【_ 7 1 。近些年，纺织品数码喷墨印花技术得到了 快速发展，其中主要是喷墨印花设备和喷墨印花用墨水两个方面。 首先，就喷墨印花设备来说，进入到了2 1 世纪以后，科技发展的日新月异， 喷墨印花技术也得到迅猛的发展，不但印花机的性能不断的提高，喷墨印花机的 生产商的数量也随之迅速的增加1 5 j 。国外有日本的s e i k e n 和m i m a k i 、荷兰的 s t o r k 、美国的d u p o n t 、意大利的r e g g i a n i 等，其中大部分公司都是专门致力于 纺织品喷墨印花设备生产的。其中日本的s e i k e n 是目前世界上少数的将数码印 花技术用于大规模纺织品印花布生产的公司之一。在我国，也有很多小型的企业 或机构为此做出很多努力，但是较具实力的数码印花设备生产厂商不多，其中杭 州宏华数码科技股份有限公司是国内数码喷墨印花设备的领军企业，他们开发的 高速导带式数码喷墨印花系统，采用工业级不锈钢压电式按需喷墨的喷头，使得 印花速度有了较大的提高 9 1 ，最高的印花速度可以达到1 4 0 m 2 h ( 3 6 0 d p i ，4 色) 。 其次，作为数码喷墨印花主要耗材之一的印花墨水，也是决定喷墨印花技术 成功与否的关键性因素之一。喷墨印花墨水按照配制所使用的溶剂来分，可以分 为水性墨水和溶剂型墨水。如按照配制墨水所使用的着色剂来分，可以分为染料 型和颜料型两大类【3 j 。染料墨水是将染料经过纯化以后，再将加入各种相应的添 加剂配制而成的。颜料墨水是将研磨、分散后的颜料粒子作成颜料色浆，与水和 各种助剂混合配制而成。目前国内外有很多机构都致力于印花墨水的研究，在很 短的时期里，使得喷墨印花墨水的品质不断完善和提高。汽巴、巴斯夫、杜邦、 德司达等诸多大公司都相继推出了色谱齐全的染料型和颜料型墨水。国内的沈阳 化工研究院、大连理工大学、江南大学等单位也都做了大量开发工作。目前对于 染料型数码喷墨印花墨水的开发已经日趋成熟，实际应用到生产中的喷墨印花墨 水大部分也都是染料型墨水，而颜料墨水方面的研究和市面上销售的成品都不够 成熟，但由于颜料型喷墨印花墨水对纤维具有通用性；应用工艺简单；拼色方便； 耐酸碱及耐光牢度好等诸多优异性能和更高的应用价值。所以目前喷墨印花墨水 的研究重心逐渐向颜料型墨水方面转移，并取得了一定进展。 综上所述，就数码喷墨印花目前的发展水平来讲，还并不成熟，技术方面仍 第一章绪论 然存在很多有待解决的问题，如印花速度还达不到生产的需求，印花设备的损耗 严重，印花墨水价格比较昂贵，印花的生产成本偏高，一般的生产厂商难以承担。 而为了解决这些难于攻破的棘手问题，国内外有更多研究机构和企业都加入到喷 墨印花技术的研究队伍中，相信在不久的将来，这项技术会走向成熟，并得到广 泛的应用。 1 3 数码喷墨印花的特点 纺织品数码喷墨印花技术与传统的印花技术相比，具有很多优点。 首先，传统印花则需要事先制版、调色、打样，准备的时间相对较长，小批 量生产时生产成本高，交货速度慢【1 0 】。而数码喷墨印花技术是一种灵活多变的印 花方式，无需制版，可以小批量生产，甚至可以实现单件的制作，印花反应速度 快，反应能力强【1 1 1 。所以，相比之下，新型的印花技术更适应现在的纺织品市场， 更能够满足现代消费者个性化的需求。 其次传统的印花过程中，需要大量的水冲洗花版，且印花后织物需要水洗皂 煮除去浮色，因而导致资源的过度浪费。相比，数码喷墨印花不仅不会产生不必 要的能源浪费，而且没有大量的污水排放，不会给环境带来负担，符合可持续发 展的要求，是真正的清洁生产技术，真正的环境友好型印花工艺。 再者数码喷墨印花制品的印花精度得到大幅的提高，可以达到2 8 8 0 d p i ，印 花图案的设计不再受传统印花精度的限制，精度的优势为设计师提供了丰富的想 象空间，生产出高品质，高清晰度的印花纺织品成为可能【l 引。 此外这种新型的印花技术还具有占地面积小，方便生产，且可以实现网络商 务贸易的特点。消费者可以将所需印花图案传送给生产商，生产商便可以最快的 安排生产，从而大大提高了生产效率【】3 】。 综上所述，正是因为具有这些独特的优势，所以数码喷墨印花技术被认为是 对传统纺织品印花技术的一个根本性的革新。 1 4 本课题研究目的和意义 由于喷墨数码印花技术的诸多优势，而受到了人们越来越多的关注，其中颜 料型数码喷墨印花的开发和应用更是备受重视。但就目前的现状而言，为了满足 生产的要求，提高颜料墨水的稳定性，改善颜料墨水的应用性能，降低颜料墨水 的生产成本，以及提高最终的印花牢度都成为迫于解决的问题。 颜料型数码喷墨印花的研究主要分为两个方面：一方面是颜料墨水分散体系 天津工业大学硕士学位论文 的研究；其次是粘合剂开发。前者主要是在颜料的超细化加工，实现颜料粒子在 墨水体系中的应用稳定性；而后者主要面临的是如何在数码喷墨印花加工过程中 施加粘合剂，以及提高粘合剂成膜性和改善最终印花牢度的问题。目前市面销售 和使用颜料墨水相比较少，其中品质较高的墨水也多为国外公司所生产，价格非 常昂贵，而国内的墨水与之相比，虽然价格相对便宜，但是各项性能仍相差甚多， 这些现状限制了颜料型喷墨印花技术的应用和推广。所以基于目前国内外颜料型 数码喷墨印花的研究现状，研制价格低廉，印制效果好，稳定性优良的墨水和高 牢度，高性能的粘合剂就具有非常重要的意义。 1 5 本课题主要研究内容 由于颜料型数码喷墨印花的关键是墨水体系的性能，粘合剂对颜料着色剂在 纤维上的粘附性能，所以本课题就针对墨水的这两个主要方面进行研究。一方面 是研究颜料墨水的体系性能，寻求具有优异性能的墨水配方；另一方面是选择合 适的粘合剂和施加方式，改善印花的牢度。从而提高数码喷墨印花在纺织品上的 应用性。 首先是墨水体系方面的研究。由于颜料墨水对着色剂的粒度要求很高，所以 从墨水用的颜料的粒度出发，寻求符合要求的超细颜料色浆，再结合这种超细的 颜料浆选择分散性能好且相互兼容的添加剂，研究各类添加剂对墨水体系性能的 影响，得到添加剂的用量范围，根据最终的各项性能测试，最后确定适宜的墨水 的配制方案，从而配制性稳定性好，印花性能优良的颜料墨水。 其次是粘合剂方面的研究。因为颜料粒子本身对织物并不具有亲和力，颜料 对织物的着色只能依靠粘合剂，所以对粘合剂的选用，以及施加方法都是研究的 难点。本论文致力于寻求一种新思路新方法解决这些棘手问题。课题寻求到一种 品质比较优良的粘合剂，一类树脂连接料，并通过在喷墨印花后，将其施加到印 花织物上，然后经过培烘处理，使其在织物表面形成一层性能优异的薄膜，从而 提高了喷墨印花的牢度。 第二章理论基础 2 1 颜料型印花墨水 第二章理论基础 墨水在数码喷墨印花中起到了至关重要的作用，它是决定技术成功与否的关 键性因素之一。随着生产的需求，喷墨印花速度的不断提高，印花机喷头的工作 频率也随之加快，可见，墨水在喷头中的状态和性能，是决定喷墨印花最终印制 效果的关键【1 4 1 。目前，喷墨印花机广泛应用的喷头工作频率范围是9 1 5 k h z ， 而这个频率还将随着印花设备的发展而逐渐变大，而对墨水的性能要求也会越来 越高，那么性能优良的墨水应同时满足以下几个方面的要求【1 5 】： 首先是墨水的贮存稳定性好，在没有装入喷墨机的墨盒之前的存储过程中， 墨水要保持各项物化性能的稳定，不会因为外界条件的变化而发生物理或化学特 性的改变。 其次是墨水装入设备以后，在使用的过程中，要和设备有很好的兼容性，不 会对设备造成腐蚀或耗损，墨水的喷射性能优异，出墨流畅、墨滴均匀，并且不 出现断墨、挂墨、墨滴飞溅等问题。 再者墨水从喷头喷出后，形成的墨滴喷印在基质上，能够快速的润湿织物， 形成规则色点，同时不发生强烈的渗化等现象，并可以在织物上印制出精美的图 案。 2 2 颜料墨水分散体系基本组成1 1 6 , t 7 1 颜料型数码喷墨印花墨水一般由着色剂、水、保湿剂、p h 调节剂、表面活 性剂以及杀菌剂等组成【1 引。 2 2 1 着色剂 本课题中的着色剂是以颜料色浆形式加入到墨水体系中。颜料本身是一种不 溶于水和大多数有机溶剂的着色剂。应用在纺织品的印花和染色生产过程中，需 要将其研磨成细小的颗粒使用。具体的加工制备工艺是先将颜料与分散剂以及其 它添加剂一起，经过粉碎处理，使颜料粒子变得细小均匀，并得到具有足够分散 稳定性的水性分散体系【_ 丌。一般细度要求是0 1 1 5 i t m 。就数码喷墨印花技术而 言，由于印花机的喷嘴直径非常细小，约为1 0 - 1 0 0 9 r n ，要想获得良好的喷射性 天津工业大学硕士学位论文 能，颜料的颗粒平均细度不能超过0 5 0 m ，如果粒径过大，则易造成喷嘴的堵塞 【1 9 1 。同样颜料的各项应用性能与粒度也有着很大的关系【2 0 1 。所以在喷墨印花墨 水的制备中，粒度是颜料色浆选择的关键。 2 2 1 1 粒度与颜色和着色力的关系【2 1 1 颜料粒度太大时，反射光波长向长的方向转移，色泽偏红灰，色调暗淡。一 般颗粒越小，颜料的颜色越鲜艳，着色力越强。但是粒径太细，入射光散射增强， 颜料的透明度提高，着色力下降，而且容易渗透到纤维的内部，使给色量降低。 2 2 1 2 粒度与遮盖力的关系 遮盖力是颜料对光线产生散射和吸收的结果，一般来说，颜料的颗粒越大， 其遮盖力越差，颜料颗粒变细，其遮盖力显著提高。但并非颜料越细越好，当颜 料粒径远小于光波波长时，大部分光线将绕过颜料颗粒，反射作用减弱，遮盖力 降低。当颜料颗粒直径为色光波长一半时，对光的散射能力最强，遮盖力最高【2 2 】。 因此，颜料的遮盖力具有一个最佳粒度范围。 2 2 1 3 粒度对颜料色浆稳定性的影响 颜料颗粒过大，受重力影响大，容易造成色浆沉淀分层。颜料颗粒太小，其 表面能量就很大，极易发生粒子的聚集作用，降低表面能量，以求达到稳定状态 【2 3 】 o 2 2 1 4 粒度对色牢度的影响 颜料的耐日晒牢度主要由颜料的结构决定，但同时也受颜料粒径的影响。颜 料的褪色速度与粒子直径的平方成反比，由于颜料在织物上以颗粒状态存在，受 紫外光照射后，从外层颜料分子开始分解，粒径大的分解速度慢，耐日晒牢度高： 反之粒径小的颜料耐日晒牢度低。对于印花产品的耐搓洗、耐摩擦牢度则随着颜 料颗粒减小而提耐硼。 2 2 2 表面活性剂 表面活性剂作为助剂的主要成分，能起到润湿、渗透、乳化、分散、助溶和 增溶等作用，其在墨水中的使用是非常普遍的，它在墨水制造中主要起到三个作 用【2 5 】：首先是作为分散剂。制造颜料色浆是墨水的主体，能够保持颜料精细均匀 的分散状态而不发生絮凝，是墨水一个非常重要的方面，而颜料的分散可以通过 添加分散剂来实现，很多表面活性剂就是作为性能优异的分散剂，而被经常使用 2 6 j 。其次表面活性剂也用于降低墨水的表面张力，控制墨水的表面张力在一定范 第二章理论基础 围之内【2 7 1 。因为墨水的表面张力过低或过高都会影响到墨水的喷射性能，也影响 着最终的印制精度。同时选择较好的表面活性剂也会提高墨水的兼容性。正确地 选择和使用表面活性剂有利于减小泡沫和着色层的缺吲2 引。所以说，选择适当的 表面活性剂十分的重要。 一般情况下，表面活性剂使用较多的有以下几类：阴离子表面活性剂，如烷 基萘磺酸盐、脂肪酸盐、烷基苯磺酸盐、烷基磺酸盐、蓖麻油硫酸盐；非离子表 面活性剂，如聚氧乙烯基烷基苯基醚、聚氧乙烯基脂肪酸酯、聚氧乙烯基烷基醚、 聚氧乙烯基辛基苯基醚、乙炔基乙二醇和山梨糖醇脂肪酸等【3 川。 2 2 3 保湿剂 由于颜料墨水在储藏和使用过程中，随着水分的挥发，墨水的浓度发生变化， 从而导致墨水不稳定，而影响喷射性能和最终的印花质量。此外保湿剂对墨水的 耐候性起到一定作用，减小墨水物化指标的变化。再者，它还可以促使喷嘴处形 成一层高浓度液体膜，在此喷墨打印的时候，容易溶解，而不宜堵塞【2 9 j 。因此， 为了提高墨水的保湿性能，抑制水分的蒸发，需要在颜料墨水中加入水溶性有机 溶剂作为保湿剂【3 们。水溶性有机溶剂不仅要有利于提高墨水的保湿性，调节颜料 墨水的粘度，而且要有利于提高分散体系的稳定性和颜料颜色的提升，一般选择 高沸点、低气味的水溶性有机溶剂 3 1 1 。 2 2 4p h 控制剂 喷墨印花墨水的p h 值对墨水的应用性能有很大的影响。若p h 值过低( 酸 性) ，墨水会腐蚀墨盒；若p h 值过高( 碱性) ，会产生额外的盐而降低墨盒的使 用寿命( 腐蚀) 并提高了电导率 3 2 j 。为保证墨水良好的稳定性，在制备喷墨打印 墨水时需加入少量p h 值控制剂。应用于墨水的p h 值控制剂通常有氨水、二乙 醇胺、- - 7 , 醇胺等p 3 1 。 2 2 5 消泡剂 消泡剂可分为破泡剂和抑泡剂。破泡剂又称暂时性消泡剂，加入泡沫液中即 能使泡沫破裂，但摇动溶液，再起泡时就失去作用。抑泡剂又称耐久性消泡剂， 可在相当长的时间内抑制泡沫的形成，摇动溶液不再发生泡沫。一般地说，破泡 剂在液膜上铺展得越快，液膜变得越薄，破泡能力会越强，具有破泡能力的破泡 剂不一定具有抑泡能力，反之亦然。在墨水中，消泡剂的用量非常小，尤其是性 能较优的消泡剂，只用很少的量就可以达到满意的消泡效果。按化学组分消泡剂 天津工业大学硕士学位论文 可分为有机硅类消泡剂、聚醚改性聚硅氧烷消泡剂、聚醚型消泡剂等瞰1 。 2 2 6 其它添加剂 为了保证墨水的使用性能，通常还要加入一些其他添加剂。也就是说，在某 些特性方面不能满足要求，或者是考虑到条件的变化( 如墨水经长期存放后变质、 气温条件等的变化) 而不能满足喷墨印花使用上的要求时，还要加入少量的其他 添加剂来解决口5 1 。如催干剂、除垢剂、杀菌剂等1 。 2 3 颜料墨水体系的性能要求 2 3 1 墨水的表面张力 墨水的表面张力是各种性能指标中重要的指标之一，只有适当的表面张力才 能形成标准的墨滴，得到高品质的印花织物。在墨水中表面张力有较大贡献的组 成有表面活性剂、醇类添加剂等。在喷墨印花过程中，墨滴的形成是由表面张力 来控制的，只有在表面张力适当的情况下，墨流才能在喷头处断开，成为一个个 近似球形的小墨滴。 表面张力过大，则墨流难以断裂，将导致墨滴打印不流畅，会出现间歇性中 断；墨水的表面张力越低，则墨滴与基质的接触角越小，有助于提高覆盖率，得 到高质量的印制图案，但是，如果表面张力过低的话，难以形成微小均匀的墨滴， 此外，对压电式喷墨打印机来说，也会导致墨水的对压电材料的过分湿润【3 7 】。故 而只有适当的表面张力才能形成微小的墨滴，避免墨水对压电材料的过分湿润， 有效的控制墨滴的喷射方向，提高喷射速度。国内外的公司一般把墨水的表面张 力控制在2 5 。5 0 m n m 。 2 3 2 墨水的粘度 粘度是影响印制效果的一个重要因素，墨水中对粘度起到主要调节作用的组 分为醇类添加剂。墨水粘度过高会造成墨水在墨盒中流动不畅，在喷射的过程中 难以保证墨水顺畅的通过细小的喷墨头，以至造成堵塞喷头的现象【3 8 】；此外，喷 射到介质上也难以形成标准的墨点，影响图案的锐利度，造成图案的边缘确定性 不好，有毛刺现象，字体模糊或图案各色交界处相互渗透。过低的粘度也会造成 喷射发生困难，因为低粘度会使得墨水在喷头处产生阻尼振荡，影响墨水的正常 喷射，同时低粘度墨水喷射到介质上以后会产生较为严重的渗透现象，会使墨滴 很容易顺着纤维的空隙渗入内部，一方面造成对基质的过分渗透，另一方面也会 第二章理论基础 使印迹色密度降低，降低印制效果。由于液体粘度受温度影响较大，粘度会随着 温度的降低而升高，所以，应该保证墨水的粘度在一定的温度变化范围内都能够 符合正常喷印的要求。一般情况下，国内外各家公司的墨水粘度都控制在 1 5 - 3 m p a s 。 2 3 3 墨水的p h 值 控制墨水的p h 是为了减少墨水对墨盒和喷头的腐蚀，所以国内外把墨水的 酸碱度控制在8 9 ，也就是呈弱碱性，这样可以很大程度的降低对印花设备元部 件的腐蚀【3 9 】。 2 3 4 墨水的保湿性 墨水不论在储存还是使用过程中，都应该具有一定保湿性，以防止墨水中水 分的过多过快的挥发，导致墨水的浓度和分散稳定性发生变化，从而影响墨水的 喷射性能，及最终的印花效果【4 0 】。 2 3 5 墨水的稳定性 墨水的稳定性也是对墨水的主要考察方面。其中包括：墨水在经过极致温度 变化后的恢复性能，墨水在自然环境下的长期保存稳定性，墨水组分有无腐蚀性 物质等。 墨水在极致温度后的恢复性能，是指墨水在使用前或者使用过程中，受到急 剧的降温或升温，并在这种恶劣条件下持续一定的时间，再恢复到自然的温度下 保持原来状态和性能的能力。也是作为墨水性能的一个考察方面【3 6 】。 墨水的长期保存稳定性是指墨水在长时间保存后，各项物化指标是否发生了 较大的变化；墨水体系有无沉淀析出，颜料粒子有无严重的凝聚现象；颜色是否 有明显变化。此外，墨水在长期的自然状态下保存过程中，避免不了的要受到外 界温度条件的影响，随着外界温度的变化，要求墨水的性能保持较稳定的状态， 这样才不至于影响到墨水的使用。 墨水有无腐蚀性物质，即指墨水的中不能含有腐蚀性物质，也不能在使用过 程中产生腐蚀性物质。墨水的各组分不能与喷嘴发生化学变化，不能对喷嘴有腐 蚀性，不会引起喷嘴的堵塞。 2 3 6 墨水的打印性能 墨水的印制性能一直都是非常受关注的一个指标，也是各个墨水的制造商厂 天津工业大学硕士学位论文 家炒作的卖点之一。而墨水的印制性能主要从墨水自身的喷射性能和墨水在基质 上最终的印制精度两方面来考量。 对于墨水的喷射性能而言，要求墨水中的颜料粒子的粒径不能过大，粒子的 分散稳定性能好，不易发生絮凝和聚集、不沉淀，墨水粘度和表面张力适中，墨 水在管道中流动性好，且打印流畅。 而对于墨水在基质上的印制精度来说，从3 6 0 d p i 、6 0 0 d p i 、7 2 0 a l p i 、1 2 0 0 d p i 、 1 4 4 0 d p i 直到2 8 8 0 d p i ，由于墨水打印精度的不断提升，带动着打印质量日益完美。 但是，简单的d p i 数字不能说明打印质量的最根本问题。d p i 代表着每英寸 内能够打印的墨点数量，如果不考虑墨点之间相互重合的问题，d p i 可以无限升 高，而打印质量却反而不会提高。d p i 过高，而墨点不变，则必然会出现墨点重 叠，造成画面模糊、细节丢失；反过来，d p i 过低，而墨点不变，则在实地部分 就会出现露自，造成整体画面的色密度降低。综上，可以看出：只有在墨滴足够 小的情况下，高的打印精度才能够对提高最终打印质量发挥作用。要控制墨点的 大小，必须从墨水和打印基质两方面来调整。墨水在基质中的渗透情况一般用 l u c a s w a s h b u m 方程式来说明，墨点尺寸也用该式表达： ，= ( 等) _ 公式( 2 1 ) 式中7 一渗透距离( 渗透程度) d 一毛细管径 ，一墨水的表面张力 ，7 一墨水的黏度 日一接触角 ，一时间 由上式分析可知，可以通过调整墨水的粘度和表面张力来调节墨滴在基质上 的扩散和渗透，以此来控制墨点的大小，进而可以获得较高的印制品质【4 1 】。此外， 对于表面张力和粘度值相同的墨水来讲，不同的打印基质，得到的印制效果不同。 2 4 粘合剂体系 颜料型数码喷墨印花墨水的粘合剂对墨水的应用性能起着决定性作用。粘合 剂在喷墨印花中起到的作用就是粘接颜料粒子和织物，因为颜料粒子本身对纤维 没有任何亲和力，所以要使颜料粒子在纤维织物上有很好的固着，粘合剂是关键 因素。 第二章理论基础 2 4 1 粘合剂性能要求 由于颜料粒子是以水不溶性颗粒的形式存在，对织物的着色主要靠粘合剂的 作用固着在织物表面。所以在颜料喷墨印花中，粘合剂是不可忽视的重要组成部 分，它的种类和性质很大程度的影响着印花织物的手感、鲜艳度和各项色牢度等 性能。 用于颜料印花的粘合剂应该满足以下要求 4 2 1 ： 粘合剂要具有良好的储存性，在室温下长时间放置不结皮、不凝聚； 粘合剂的成膜速度要适中，不能过快或者过慢，成膜的温度不能过高； 印制在织物上，最终能形成无色透明、粘着性强、并且弹性和韧性兼具的 膜； 粘合剂成膜后不发粘，不会吸收有色物质，具有耐手搓、耐挠曲、耐化学 试剂的特性，并且耐紫外线照射，耐老化不泛黄。 2 4 2 粘合剂的施加方式 由于粘合剂固有的一些性能的限制，针对颜料墨水的数码喷墨印花，粘合剂 的施加方法有以下两种形式。 其一，将粘合剂与颜料墨水分散体系混合，配制成墨水进行喷墨印花。这种 施加方式的难点在于粘合剂本身与墨水体系整体的兼容性以及对体系各项性能 指标的影响。其中最主要的影响因素是：粘合剂自身粘度比较大，添加在墨水中 的量如果稍大，就会导致墨水的粘度值超标，墨水的喷射性能受到影响：而减少 添加的用量，则会使墨水中的颜料粒子在织物上的粘附性过小，牢度不够，应用 性能同样不被接受。 目前粘合剂颜料墨水共混体系，喷墨印花性能比较优异的多由国外生产 商所制造，如b a s f 公司的h e l i z a r i ne v op - 1 0 0 涂料型喷墨印花墨水，这种墨 水的制备方法主要是依靠一种新型的多功能高分子分散n 0 4 3 1 。其中包含各种嵌段 共聚物、树枝状结构、超支化聚合物等高分子结构。这些结构利用空间位阻立体 效应，以及离子基团在颜料粒子表面的相互作用，提供给墨水优异的分散稳定性 鲥伽。此外，作为新型的高分子分散剂，它还同时充当粘合剂类物质，赋予喷墨 印花墨水以附加功能。这种墨水具有粘度低，长时间的喷射稳定性，和喷墨印花 设备有很好的适配性能，并可以获得一般纺织品的色牢度。但是由于这种多功能 分散剂的制备过程很复杂，使得墨水的制造成本大大的提高，墨水售价比较贵， 并且在某些情况下要改善印花效果，需要一些合适的预处理。此外d u p o n t 公司 的a s t i s t r i7 0 0 系列颜料墨水也有较好的应用性能，不用对织物进行任何前处理， 天津工业大学硕士学位论文 只需在喷印以后经过一定温度的热压处理，而获得较好的耐洗和耐摩擦牢度，这 种墨水应该是对墨水中的颜料粒子或粘合剂进行了微胶囊包覆。再有亨斯迈公司 的i r g a p h o rt bi - h c 2 系列也是性能优异的颜料墨水。就国内而言，目前只有江 南大学研究开发中心研制的p i n k s 系列颜料墨水。 其二，将粘合剂与颜料墨水体系分开，分别施加在喷墨印花纺织品上【4 5 】。这 种施加方式是先将墨水喷印在织物上，然后再通过有效手段将粘合剂施加于织 物。相比前者，这种施加方式不仅解决了粘合剂本身性能指标与颜料墨水体系之 间的相互影响的问题；同时此方法避开了喷头对粘合剂的高性能要求，也无需考 虑粘合剂的p h 值，粘度，外界温度环境变化以及成膜性能对喷嘴喷射性能的影 响，进而减小粘合剂的制造复杂性。所以这种施加方式相对简单易行。 2 4 3 粘合剂种类 常用的粘合剂，按照交联性能分，可以分为： 非交联型。这类型的粘合剂是线性的高分子物质，分子中不含反应性基团， 不会发生交联反应，这种粘合剂在成膜时不会相互交联； 交联型。这类粘合剂分子中含有羧基( - c o o h ) 、氨基( - n h 2 ) 、羟基( o h ) 等官能团，能与外加的交联剂发生交联反应，形成网状结构的皮膜，进而提高颜 料印花的牢度； 自交联型。这类粘合剂分子中就含有能发生交联反应的基团。含有反应基 团的单体作为粘合剂中的反应单体，通过外界的条件引发单体的交联。 粘合剂按照使用特性分，可以分为： 热熔型粘合剂。是一种固体状的粘合剂，一般通过加热使粘合剂熔化后使 用。热熔型粘合剂主要有聚氨酯、聚苯乙烯、聚丙烯酸酯、乙烯一醋酸乙烯共聚 物等； 溶剂型粘合剂。这类粘合剂不溶于水，只能溶于某些溶剂中； 乳液型粘合剂。这类粘合剂多在水中呈悬浮状； 无溶剂液体粘合剂。在常温下呈粘稠液体状。 第三章实验部分 3 1 实验原料及设备 3 1 1 实验原料 第三章实验部分 棉布( 平纹织物) ：天一染业有限公司。生宣纸、熟宣纸：博文文化用品。 实验中所用到的药品和试剂见表3 - 1 。 表3 1 实验药品和试剂 1 3 - 天津工业大学硕士学位论文 3 2 实验方法 3 2 1 颜料色浆的选择 本课题用经过粉碎研磨处理后的颜料分散色浆，作为配制颜料墨水的着色成 分，根