棉织物数码喷墨印花预处理及汽蒸条件的研究

印花纺织品历史悠久,在服用面料、室内装饰用布和工业用布等方面有着广泛应用,对人们的生活有着深远的影响。科学技术的发展带动了印染技术的发展,以纸质印刷技术为灵感,综合了计算机技术、白动化技术、软件开发和传统印染技术等相关技术的数码喷墨印花技术逐渐展现在大众面前,并越来越受到各方的关注。 数码印花工艺主要有连续喷射式和按需喷射式两种。数码印花与传统印花相比具有很突出的特性:①印花图案精细度高,色彩丰富。数码印花精细度的大幅度提高为设计师提供了丰富的想象空间,使高清晰度印染纺织品的生产成为可能。②批量灵活。适合市场流行的“小批量,多品种”生产。③生产周期短。用于数码印花的图案可通过计算机随意修改,方便快捷,1~2h成品便可到手,满足消费者穿着或装饰的个性化需求。④污染程度大大降低。按需滴液,减少了色料和有色废水,不使用粉状染料,噪音低。⑤占地面积小。可以在办公室和家庭中进行印花[1-5]。 1试验 1.1材料与设备 织物:纯棉漂白平纹布(58tex×58tex,300根/10cm×300根/10cm) 染料:活性墨水黑、红、黄(杭州宏华数码科技股份有限公司) 药品:海藻酸钠、白糊精,无水硫酸钠、碳酸氢钠、碳酸钠、尿素(化学纯),新型碱剂ESS、耐碱渗透剂CP105(工业品) 仪器:DK98双孔水浴锅(余姚市东方电工仪器厂),DV1型数显旋转粘度计(上海群昶科学仪器有限公司),JMV505T立式轧车(北京纺织机械器材研究所),数码喷墨印花机(杭州宏华数码科技股份有限公司),SW-12A型耐洗色牢度实验机(无锡纺织仪器厂),电脑测色配色系统MINOLTACM-3600D(意大利0RINTEX染色技术有限公司),Y571A型染色摩擦牢度实验机(浙江温州纺织仪器厂),Q-SUN日晒色牢度试验仪(东莞市东铭仪器有限公司) 1.2试验方法 活性染料墨水进行数码喷墨印花时,需对织物进行预处理。预处理工作液主要由碱、尿素和海藻酸钠等组成,预处理后的织物经过烘干才能进行喷墨印花,喷墨印花后的织物需经汽蒸固色。 预处理处方/% 海藻酸钠1.5 尿素8 Na2SO44 Na2CO33 工艺流程:预处理(带液率70%)→烘干(100℃)→喷印→汽蒸(100℃×20min)→冷水洗(2~3次)→热水洗(50℃,2次)→皂洗→冷水洗→晾干。 1.3测试方法 1.3.1K/S值的测定 用电脑测色配色系统测定汽蒸、水洗后的打印织物的Κ/S值,作为衡量喷墨印花织物表观得色深度的指标。 1.3.2色牢度测试 耐摩擦牢度按GB/T3920-1997《纺织品色牢度试验耐摩擦色牢度》测试。 皂洗牢度按GB/T3921.1-1997《纺织品色牢度试验耐洗色牢度:试验1》测试。 日晒牢度按GB/T8427-1998《纺织品色牢度试验耐人造光色牢度:氙弧》测试。2结果与讨论 2.1白糊精对棉织物喷墨印花质量的影响 在1,2处方中加入白糊精(0,5%、1%、1.5%),对织物进行预处理,研究白糊精的加入对棉织物喷墨印花质量的影响,结果见表1。 表1白糊精对数码喷墨印花质量的影响 白糊精用量/%00.511.5 粘度/Pa·s1.1011.1301.2981.321 K/S值黑211320.4119.8219.46 红191518.9918.0217.61 黄181817.1216.5816.15 干摩擦牢度5级5级5级级 湿摩擦牢度3~4级3~4级3~4级3~4级 皂洗牢度5级5级5级5级 日晒牢度3级3级3级3级 由表1可知,随着白糊精用量的增加,浆料粘度只是略有增加。这说明自糊精的成糊率很低,只能在一定程度上提高浆料粘度。不加白糊精的得色量最高,随着白糊精用量的增加,各颜色的K/S值呈逐渐下降趋势。 白糊精是由淀粉高温裂解而得的,含有一定数量的羟基。在碱性条件下,这种含有羟基结构可生成类似于纤维素Ce11-阴离子基团,从而与活性染料的活性基团反应,在一定程度上阻碍了纤维与染料间的固色反应。经过水洗后处理后,浆料被完全除去,同时带走了一部分与糊精反应的染料,进而造成了得色量偏低,K/S值偏小[6],白糊精的加入不利于提高棉织物的喷墨印花质量。 2.2碳酸钠用量对棉织物喷墨印花质量的影响 改变碳酸钠用量(1%、2%、3%、4%),按1.2处方对织物进行处理,研究碳酸钠用量对棉织物喷墨印花质量的影响,结果见表2。 表2碳酸钠用量对数码喷墨印花质量的影响 Na2CO3用量/%12345 粘度/Pa·s0.9130.9741.0871.0251.015 K/S值黑19.8622.9622.6721.6321.51 红18.2419.0920.2621.0120.98 黄12.2018.0619.2219.5919.46 干摩擦牢度5级5级5级5级5级 湿摩擦牢度3~4级3~4级3~4级3~4级3~4级 皂洗牢度5级5级5级5级5级 日晒牢度3级3级3级3级3级 由表2可知,随着Na2CO3用量增加,浆料粘度变化不大,呈先略上升后下降的趋势。当Na2CO3用量为3%时,浆料粘度达到最大值。各色的K/S值呈先增大后下降的趋势。在一定范围内,改变Na2CO3用量,不会对色牢度产生明显影响,各配方的色牢度相当,均良好。 碳酸钠是实际印花生产中常用的碱剂之一,当Na2CO3用量为4%时,浆料粘度略有下降,主要是因为碱剂用量的增加使浆料发生了部分水解。在一定的碱性条件下,纤维素能生成纤维素阴离子与活性染料的活性基团发生共价键反应而固色。黑色K/S值的变化趋势与红和黄色不同,主要是因为黑色活性染料墨水是乙烯砜型的,而红色和黄色是一氯均三嗪型的。乙烯砜的反应性好于一氯均三嗪型,所以黑色比红色和黄色更活泼,对碱剂更敏感。因此,当Na2CO3用量为2%时,黑色活性染料的活性基团就与纤维素阴离子充分反应;而对于红和黄色的活性染料,随着Na2CO3用量的增加,其活性基团与纤维素阴离子的反应逐渐充分。所以,综合考虑各颜色K/S值的变化和色牢度,Na2CO3的用量为3%最佳。2.3碳酸氢钠用量对棉织物喷墨印花质量的影响 将1.2处方中的碳酸钠换成碳酸氢钠,研究NaHCO3用量(1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%)对棉织物喷墨印花质量的影响,结果见表3。 表3碳酸氢钠对数码喷墨印花质量的影响 NaHCO3用量/%1234567 粘度/Pa·s1.0131.0371.1131.1211.1271.1231.001 K/S值黑182720.7321.8420.9520.4919.7119.35 红8.3118.2921.6821.6921.7121.7521.74 黄6.2216.1218.8218.8718.9018.8518.81 干摩擦牢度-5级5级5级5级5级5级 湿摩擦牢度-3~4级3~4级3~4级3~4级3~4级3~4级 皂洗牢度-5级5级5级5级5级5级 日晒牢度-3级3级3级3级3级3级 注:ˉ表示各颜色的K/s值很低,得色浅,没有使用价值,故不对其牢度进行测试,以下各表同 由表3可知,随NaHCO3用量的增加,浆料粘度呈先上升后下降趋势;当NaHCO3用量达到5%时,粘度达到最大值。随着NaCO3的用量增加,黑色的K/S值呈先增大后减小的趋势,当用量为3%,K/S值最大。当NaHC03用量达3%黄色和红色的K/S值变化幅度小。在一定范围内,改变NaHCO3用量,不会对色牢度产生明显影响,均良好。 Na2CO3用量增加到5%,由于碱剂用量过多,造成了浆料的部分水解,进而粘度有所下降。但是NaHCO3的碱性并不大,因而水解浆料的程度较轻,故粘度下降幅度小。NaHCO3的用量直接决定了pH值大小,而pH值是影响最终得色量的关键因素之一。NaHCO3为1%时其用量过低,导致pH值过低,纤维素阴离子太少而使固色率低,得色量少;当其用量为7%时,用量过多,导致pH值过高,产生大量纤维素阴离子会使活性染料水解。所以,当碱剂NaHCO3的用量为3%时既能达到合适的K/S值,各项牢度均良好,同时比较经济。 2.4新型碱剂和渗透剂用量对棉织物喷墨印花质量的影响 海藻酸钠1.5%、Na2SO44%,改变新型碱剂ESS用量(0.5%、1%、1.5%、2%)和耐碱渗透剂CP105用量(1%、2%、3%、4%),将1.2工艺流程中的碳酸钠换成新型碱剂ESS,尿素换成研究耐碱渗透剂CP105。研究新型碱剂和渗透剂用量对棉织物喷墨印花质量的影响,结果见表4。 表4新型碱剂和耐碱渗透剂用量对数码喷墨印花质量的影响 新型碱剂ESS/%0.511.52 耐碱渗透剂CP105/%1 K/S值黑3.5911.8415.3514.12 红3.705.879.567.67 黄2.775.706.085.38 耐碱渗透剂CP105/%2 K/S值黑9.2314.4015.4014.65 红11.2515.7516.1215.64 黄7.9613.3515.2612.72 耐碱渗透剂CP105/%3 K/S值黑10.2215.3515.4915.35 红9.8412.2112.9213.37 黄7.8810.5713.3410.72 耐碱渗透剂CP105/%4 K/S值黑12.2215.6915.9715.37 红7.9610.5310.7210.41 黄3.747.958.325.86 干摩擦牢度/5级5级5级 湿摩擦牢度/3~4级3~4级3~4级 皂洗牢度/5级5级5级 日晒牢度/3级3级级 由表4可知,随着新型碱剂ESS用量的增加,各颜色的K/S值先增加后减小,其用量为1.5%时K/S值最大。随着耐碱渗透剂CP105用量的增加,黑色的K/S值逐渐增加,当其用量到2%后,其K/S值增加缓慢;而红色和黄色的K/S值呈先增大后减小的趋势,当耐碱渗透剂用量为2%时,各颜色的K/S值均达到最大。但是与传统工艺相比各个颜色的K/S值均稍微偏小,得色偏浅。在一定范围内,改变新型碱剂ESS和耐碱渗透剂CP105用量,对色牢度不会产生明显影响,各配方的色牢度相当,均良好。 尿素的主要作用是吸湿并溶胀棉纤维,使染料可以很快进入纤维内部。尿素的吸湿性很强,可为纤维内部的反应提供条件。在汽蒸时,它可加速染料向棉纤维转移。而耐碱渗透剂CP105的吸湿作用不如尿素,只能起减小织物表面张力的作用,湿纤维只能靠自身的吸湿性吸收水蒸汽,所以在一定程度上不利于染料向纤维内部转移,进而影响固色效果[7]。新型碱剂多为有机碱剂,分子量很大,与传统碱剂相比,在相同的汽蒸时间内,新型碱剂ESS不易进入纤维内部和扩散,因而固色率偏低,得色偏浅。但是与尿素和传统碱剂相比,新型碱剂和耐碱渗透剂用量较少,可以达到经济环保的效果。 综上所述,综合考虑K/S值的变化和色牢度,新型碱剂ESS和碱渗透剂CP105的用量分别为1.5%和2%,既可以满足K/S值的需要又可以环保并节约能源。 2.5汽蒸时间对棉织物啧墨印花质量的影响 按1.2的预处理处方对棉织物进行预处理,喷墨印花后,汽蒸不同时间固色(10、15、20、25min),研究汽蒸时间对棉织物喷墨印花质量的影响,结果见表5。表5汽蒸时间对数码啧墨印花质量的影响 汽蒸时间min10152025 K/S值黑18.4121.6521.9820.09 红1.6912.5122.2518.19 黄1.589.7819.7119.13 干摩擦牢度/级-555 湿摩擦牢度/级-343434 皂洗牢度/级-555 日晒牢度/级-333 由表5可知,当汽蒸时间为10min时,各颜色的K/S值最低,得色最浅;随着汽蒸时间增加,各颜色的K/S值呈先上升后减小趋势。当汽蒸时间到达20min时,K/S值分别达到最大值。 汽蒸时间是影响印花质量的关键因素之一。在汽蒸过程中,蒸汽能提供水分和热量,促使活性染料充分进入纤维内部,在碱性条件下与纤维发生共价键结合,最终固着在纤维上。汽蒸时间过短,共价键反应不完全,棉纤维与活性染料间的固色反应不能完全进行,得色量低。随着时间的增加,固色反应逐渐完全,织物得色深度明显提高。汽蒸时间过长,部分活性染料水解,尿素会分解生成氨气和缩二脲型产物,活性染料和氨气发生反应,在损失碱剂的同时又导致得色量下降。所以,当汽蒸时间为20min时既能达到合适的K/S值,各项牢度均良好。3结论1、白糊精的加入不利于提高印花质量。 2、NaHC03和Na2co3的用量为琨时,棉织物喷墨印花效果最佳,各颜色色牢度均良好。 3、与碱剂采用碳酸氢钠或碳酸钠,吸湿剂采用尿素的配方相比,采用新型碱剂ESS和耐碱渗透剂CP105配方的印制效果稍差。 4、喷墨印花后,以饱和水蒸汽在100℃下蒸化20min效果最好,黑、红和黄的K/S值最大,各颜色色牢度均良好。（染整技术）