三種多元醇對活性墨水性能的影響

盛楠 辛有志

（天津晶麗數碼科技有限公司）

噴墨打印技術是一種低價、快速、精度高的打印方法。自20世紀70年代實現商業化[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，如絲網印刷、轉印、移印、噴涂等[2]。噴墨打印比傳統印花工藝有很多優勢，比如反應速度快，無需制版，可以實現小批量生產；打印成本低，效果好；產生廢水少，對環境污染小；不需要工作人員去調制色漿、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、文化創意與環保紡織品的消費需求與日俱增，同時國家對環境保護方面要求越來越嚴格，越來越多的印花企業開始轉變生產方式，向數碼印花行業轉型，數碼印花技術正在逐步取代傳統的平網和圓網等絲網印刷。

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]，目前紡織行業主要使用水性墨水，水性墨水的優點是價格便宜，對環境污染小。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良的墨水，墨水的所有物理化學性質要滿足對應的噴頭[7]。在配制水性墨水的過程中，一般比較關注墨水的黏度、表面張力、pH值、電導率、離子含量等，這些指標對于控制墨水的品質有很重要的作用。

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生化學反應的染料，其分子結構中含有一個或多個反應性基團。這些反應基團在適當的條件下與纖維素纖維上的羥基發生親核取代反應或親核加成反應，從而形成共價鍵，使染料牢固地附著在纖維上。數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生親核取代反應形成共價鍵；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生親核加成反應形成共價鍵。

數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，降低纖維的毛細管效應，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構和染料的性質與結構。纖維無定形區含量越高，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。而對于數碼印花來說，染料的擴散過程與常規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向纖維內部逐漸擴散，由于這個過程中溫度和pH值都達到了活性染料的反應條件，在染料擴散的過程中染料的活性基團與纖維發生反應形成共價鍵。在數碼印花中，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、醇解或與漿料反應生成的沒有反應能力的染料。

二、測試使用的儀器及設備

打印機：Epson L130

布：平紋上漿棉布

染料色漿：天津晶麗數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）

乙二醇（陶氏化學）

丙二醇（陶氏化學）

甘 油（陶氏化學）

粘度計：博勒飛DV2T轉子黏度計

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、實驗數據

（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。根據表1-5的各項數據證明，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，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，經過測色得到相應的測色數據。使用以乙二醇配置墨水的打印布樣作為標準，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，具體數據見圖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準，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打印后布樣背面的相對染色強度，具體數據見圖2。

圖2

五、結果與討論

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；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良，可以多加一點甘油。