数码印花墨水性能和预处理对纺织品印花效果的影响

数码印花就是将数码喷墨打印技术应用于纺织品印花，把花样图案通过数字形式输入计算机，经过计算机印花分色描稿系统（CAD软件）编辑处理，再由计算机控制将含有染料的专用墨水在压缩空气的驱动下，经由喷墨印花机的喷嘴喷射到纺织品上形成所需图案。

数码喷墨印花技术彻底改变了纺织品传统的印花生产方式，省去了描稿、制片、制网、雕刻等一系列复杂工艺及相应设备，通过电脑可以很方便地设计和核对花样及图案，提高分辨率和准确得到花样产品，不受图案中颜色套数限制。从顾客提交所选花样到交货的时间缩短到2～3天至几小时，最大限度的满足了时间就是金钱的商业需要。

纺织品喷墨印花的关键有3点：性能良好的印花设备；性能稳定的印花墨水；适宜的预处理。这里着重讨论数码印花墨水性能和预处理与印花效果的关系。

提高喷墨印花清晰度的方法

喷墨印花墨水的性能要求

用于纺织品的数码印花墨水，主要以水性为主。由于纺织物本身的特性，墨水分活性染料、酸性染料、分散染料型和颜料型（涂料型），不同类型的纺织物应采用不同染料的墨水。一般数码印花墨水中染料的浓度是办公用墨水染料浓度的3～5倍。如此高的染料浓度，对制造和储存都会带来很大的困难。外界条件变化，极易破坏墨水体系的平衡，容易产生结晶、凝胶等问题。因此，既要保证高浓度，又要高稳定性，是研制喷墨墨水中难以平衡的问题。

1．喷墨印花墨水的组成

喷墨印花墨水组成配方与传统印花的染料或涂料的染液配制方法不同，它包含色素（染料或颜料）、载体（粘合剂）以及添加剂（粘度调节剂）、引发剂、防菌剂、防堵塞剂、助溶剂、分散剂、p H调节剂、消泡剂、渗透剂、保湿剂等。但这些成分并不一定全部加入，而是根据需要分别使用。迄今为止，尚无普遍适用于纺织品喷墨印花墨水的标准配方，但所有墨水配方必须满足一定的总体技术要求，如：表面张力、粒径、粘度、导电率、均匀性、印花牢度等。喷墨印花墨水的组成及其功能和含量如表1所示。

组成 功能 浓度/%软化水 水性载体介质 60～90images/BZ_41_306_628_309_631.png水溶性溶剂 吸湿、控制粘度 5～30染料或颜料 染色载体 1～10表面活性剂 润湿、渗透 0.1～10杀虫剂 防止霉菌和细菌繁殖 0.05～1缓冲溶液 控制pH值 0.1～0.5其它添加剂 络合剂、消泡剂、溶解剂 ＞1

2．影响喷墨印花墨水的因素

（1）表面活性剂。表面活性剂是用以控制印墨的润湿、渗透、防止霉菌、消泡等性能。在墨水中不同链长的表面活性剂在固体表面的吸附程度也不一样，一般是碳氢链越长者越易吸附，即使在溶液浓度比较低的情况下，也会有较高的吸附量。水溶性溶剂则赋予吸湿性以控制粘度。杀虫剂可以防止在印墨及印花头中滋生霉菌和细菌，在喷墨印花的初期阶段，人们尚未知道，正是由于霉菌、细菌的滋生，造成喷嘴堵塞的现象。

（2）温度的影响。印墨中染料的热稳定性要好，在按需喷墨中喷嘴温度高达350℃以上，一般染料的热稳定性达不到这么高，必须是耐热稳定性高的染料，如果染料不能耐高温则会分解变色。

（3）无机盐含量。大多数无机盐是电解质，在水中发生电离，当无机盐浓度增加时，在水中电离的电荷就多，带电荷的多少会影响墨水的酸碱性；而且无机盐会使染料沉降下来，会使染料的溶解度减小。无机盐含有腐蚀性，尤其容易将喷头腐蚀，虽然喷头是用钛金属制成，但在高温下还是会被腐蚀。所以要严格控制无机盐进入到墨水中。

（4）p H值和储存期。墨水的p H值要稳定，有些染料会因p H值的变化而沉淀，一般p H值应调节在7～8，酸性印墨会腐蚀喷头及金属部件。合适的p H值有利于染料与纤维反应结合，提高印花清晰度，所以要使用p H缓冲剂，如三乙醇胺等。储存期限：墨水从工厂制造再到消费者使用完毕最快3个月，通常墨水应保存1年，为了提高储存期限，可采用降低表面活性剂的用量，从而减少由表面活性剂带入的杂质，来提高墨水的储存稳定性。

墨水是影响喷墨印花质量的主要因素，不合格的墨水不仅严重影响印花效果，而且会损坏机器，墨水的品质决定了印花图案的质量，也决定了喷嘴的使用寿命。墨水可以称之为是整个系统的血液，它对于印花图案的色彩真度、色彩表现力、耐褪色性乃至印花机的使用寿命等都有着最直接的关系。对墨水的要求一般有如下几点：（1）颜色准确，能够达到原样的色彩；（2）墨水颗粒细度要细，否则容易堵塞喷嘴；（3）墨水的价格应该较低，否则会影响数码印花的推广和使用。

喷墨印花墨水的性能与印花清晰度的关系

1．表面张力对印花清晰度的影响

印墨的表面张力是关键性的因素，它决定色浆的渗透性和清晰度。一般色浆的表面张力要控制在30～50m N/m之间。表面张力对墨滴的形成和印制质量极为明显。用于连续喷墨法（CIJ法）印花机的表面张力最好控制在40～60m N/m。用于压电式喷墨法（DOD法）的表面张力最好控制在40～50m N/m。表面张力太大，印墨不易形成小的微滴，还会使喷嘴表面不易被润湿，而喷嘴周围的墨水集结会影响微细液滴的线性运行和印花效果的重现性，也影响液滴对织物的润湿和渗透；表面张力太低则会导致液滴不稳定，形成“卫星状”生成溅射点，影响图案效果。最适宜的表面张力必须保证得到满意的图案质量，使印墨既能容易地渗入织物内部，又不引起织物表面印墨的渗化。

2．粘度对印花清晰度的影响

印墨的粘度与表面张力一起影响墨滴的形成。粘度高会使断裂的尾巴拖长呈拉丝状，粘度低会使微滴易破碎。受粘度影响的还有液滴的喷射速度。若粘度太高，会使喷射速度降低，甚至墨滴不能击中被承印物质的相同点之上。与传统印花色浆相比，用于喷墨印花的印墨应具有非常低的粘度。一般CIJ技术用印墨为1～10mPa·s。DOD技术用印墨为10～30mPa·s。印花效果与印墨粘度密切相关，印花墨水的粘度太低，染液容易沿织物纱线的水平方向芯吸，造成液滴在机织物的经向和纬向渗化开来，形成星形色点，降低印花的清晰度。

3．墨水粒径对印花清晰度的影响

印花墨水粒径大小对喷墨墨水体系的稳定性有很大影响，因为过大的粒径易阻塞喷嘴。当粒子较大时，运动速度降低，因此颗粒越大，沉降速度越高，容易使体系受到破坏。粒径通常都是采用平均粒径和最大粒径两种参数来表示印墨的颗粒尺寸性能。粒径比最大值还大的则不能采用，而且要求在高速剪切（如搅拌、高速通过喷嘴）和不同温度条件下粒径仍能保持不变或改变很小。用CIJ印花机的印墨粒径平均值应小于0．5mm，最大不超过1mm，因为喷嘴平均直径只有50mm。墨水粒子的平均粒径与导管和喷嘴孔比较起来，应该小到可以忽略不计，只有这样才能保证良好的流动性质。

4．导电率对印花清晰度的影响

在连续喷射印花设备中，带电和不带电的微滴射流通过偏转电极，印墨微滴是依靠电荷产生偏转的，因而印墨必须具有导电的能力，导电率要求在750Siemens以上。带电的微滴按带电量的多少产生不同距离的偏转，喷落到织物上形成花纹，未带电的微滴则仍然直线运行，落入保持负压的回收槽中。也就是说带电的微滴按带电量的不同产生不同距离的偏转，喷落到织物上形成不同的花纹，因此带电量的多少直接影响印花的清晰度，为了获得清晰的花纹就必须确保印墨的导电率始终如一，使带电的微滴准确到达需要喷墨的地方。

印花墨水中染料与墨水性能的关系

纺织品喷墨印花使用的染料，如活性染料、酸性染料、分散染料分别适用于棉、蚕丝、锦纶、涤纶织物的印花。但不是所有染料都能适用于制成喷墨印花墨水的，因为不可能似乎也无必要另外合成喷墨印花专用染料，常用染料必须经过严格的筛选、研磨或改性、提纯。

1．染料类型与墨水性能的关系

活性染料是棉织物染色、印花的主要染料品种，色谱齐全、色泽鲜艳，而且活性染料粒径比较细（≤1．0mm），在水中具有很高的溶解度，可用于配制成高浓度的棉织物喷墨印花墨水。活性染料在用于印制棉和其它纤维素纤维织物时，染料与纤维素发生共价键结合，因而具有较高的摩擦、水洗和汗渍牢度。

分散染料适用于聚酯织物，染料在印花后汽蒸时不溶于水，而是扩散入聚酯纤维，具有较好的耐摩擦牢度、水洗牢度，且还具有艳丽的色彩。

颜料印墨适用于各种织物，但常用于棉/聚酯混纺织物，由于受墨水低粘度的限制，加入到墨水中的粘合剂用量有限，这对数码喷墨印花织物上印墨的牢度来说是个挑战，颜料印墨的一个显著特点是织物无需前处理和后期处理，因此颜料墨水是未来纺织品喷墨印花的发展趋势。但颜料墨水比染料墨水的制备难度更大，干颜料、颜料浆、滤饼制成悬浮液，其高速搅拌、分散、热溶、絮凝、沉积、储存是颜料墨水的几大难题。除此之外，助剂的选择对印墨组成的稳定性也是非常关键的，染料的沉降性严重地影响印墨的使用性能。

2．染料纯度与墨水性能的关系

印花墨水除对染料的细度（粒径）有较高的要求外，染料纯度的要求也是十分重要的。因原染料的含固率一般在30%～60%，其余是加工过程中的杂质，染料中的某些杂质将破坏墨水的稳定性，必须对原染料进行特殊的提纯，去除染料中的杂质，使其不含水不溶物、细菌等。并且若所用染料存留在固定的印墨容器中，这些染料必须不会结晶、凝结或结块，也不会沉淀或分层，若介质挥发或发泡，空气截留或沾污设备则可能产生喷头堵塞等问题。

3．染料的配伍性与墨水性能的关系

传统筛网印花拼色时，是将所需几种染料预先进行混合，然后再直接施加到织物上，而喷墨印花与传统筛网印花的不同是：染料只有三原色及黑色，只要点击图样所需颜色，其余工作都由电脑自动完成。因三原色及黑色的色域少，搭配出来的色彩受到限制，不能满足印花色彩的需要，目前已发展到6～8种（洋红、黄、红、青、黑、橘黄、蓝），而喷墨印花是通过几组墨水微滴直接喷射到织物表面，以产生最终的色彩效果。这就要求不同的染料在织物表面的某点混合时，其混溶性必须是令人满意的。由于染料溶解度的原因，配成浓度1%～1．5%的染料墨水，加少量粘合剂，使印墨不淌色，不掉色，同时要求配制的染料力份相近，以免印出来的色差产生偏移。

提高喷墨印花颜色深度及色牢度的办法

纺织品的喷墨印花同样也存在色深度和色牢度的问题。通常喷墨印花在若干通道中施加多重印墨，以提高印制图案的颜色深度。很明显，颜色的深度取决于印花预处理，随着预处理程度的加剧，色深值明显提高。

研究发现，织物用碱、碱—海藻酸盐、碱—合成增稠剂SV处理后都能提高色深值，但丝光处理过的织物颜色最深，预处理的程度愈剧烈，印花织物颜色愈深（染料的固色率愈高），经合成增稠剂进行预处理后的织物最易获得高的色深值，也就证实了这点。

色深值的提高还取决于所用的染料的类型，一般染料的着色强度越高，印制较深的颜色越容易。

喷墨印花织物的预处理

若直接将印花墨水喷在织物上，会使染液向各个方向渗化，为了使织物能更好的着色和固色，必须对印花织物进行适当的预处理后墨水才能应用到织物上。常规印花时染料与碱剂、浆料等添加剂调在一起制成色浆进行印花，印花后经烘干、汽蒸或焙烘、最后水洗。织物数码喷墨印花前的预处理是既要防止印花时染液的渗化，又要保证染料的上染和固着。喷墨印花由于严格的染料纯度要求和连续喷射对墨水所需导电率要求，所用的其他印花助剂（包括碱剂、尿素、海藻酸钠等）均不能加到墨水中去。这些需在印花之前织物经预处理时，浸轧这些化学品，轧液率为75%～80%→烘干→喷墨印花→烘干→汽蒸（105℃，5min）→水洗→烘干。

喷墨印花预处理剂的类型和印花效果的关系

不同染料喷墨印花的预处理剂是不同的，不同织物喷墨印花的预处理剂也是不同的。例如：棉织物活性染料印花的预处理剂，浸轧液中含有的“增强”剂可以提高活性染料的上染固着作用，可以减少渗化，所含碱剂碳酸氢钠，可以加速活性染料和纤维素的固色反应，固色越快，越不易渗化。所含的海藻酸钠等增稠剂则主要防止染料溶液渗化和烘干时染料发生泳移，提高印花清晰度。一些聚胺化合物、季铵类聚合物以及一般阳离子型聚合物都有很好的防止渗化的作用，可使活性染料的上染率提高2～4倍；而低分子的季铵类化合物，有时会使上染率降低。要注意的是，阳离子类处理剂容易引起某些染料变色。活性染料喷墨印制厚重棉织物时，由于吸水性好，不容易渗化，仅用碱剂处理，既可加速固色反应，也有一定的防渗化作用；而喷墨印丝绸时，就容易渗化，应该选用保水性高的高分子物处理，以防止渗化。

尿素用量和印花效果的关系

在传统印花中为了保证印花颜色的色深度，需加入尿素，在喷墨印花中也同样如此，尿素的吸湿性不仅决定着印墨的渗透性，且在一定浓度范围内还严重影响着花纹的清晰度。由于尿素的吸湿性能，当尿素使用量超过10%时，花纹线的宽度显著增加，因此要得到低的渗透性，高的色深度和很好的清晰度，尿素的使用量应低于10%，这就意味着，用改变尿素的使用量的方法来调节渗透性。尿素的另一作用是可以获得较高的给色量，但尿素在水洗时的去除会增加废水中的含氮量，因而寻求其它替代品有利于环保，能使水污染降低到最低程度，使用其他吸湿剂（聚乙二醇等）代替尿素可得到相同的结果。

增稠剂和印花效果的关系

确保喷墨印花精细程度的一个重要因素就是在预处理液中使用增稠剂，它们被施加到织物表面使墨水不渗化，甚至在高压下能确保花型有清晰的轮廓线。有研究表明下列增稠剂，如海藻酸盐、合成增稠剂SV、阿拉伯胶等，都适合用于喷墨印花的预处理，且使用浓度5%就能得到非常好的印花效果。这表明喷墨印花的花纹轮廓的清晰度取决于增稠剂的类型和用量。增稠剂用量增大，印花质量提高，但用量约5%就足够了。预处理中使用增稠剂还可以提高喷墨印花颜色的深度，颜色加深可能与合成增稠剂中羧基的数目有关，羧基含量增大，反应性染料与增稠剂分子之间的电荷斥力随之加大，这就提高了纤维上反应性染料的数量和染料与纤维素纤维上羟基发生化学反应的几率。合成增稠剂作用效果因其共聚物类型的不同而不同。

色牢度的提高

如何提高色牢度是常规印花和喷墨印花共有的问题，但在喷墨印花中尤为重要，因其印墨在织物上的压力比筛网或滚筒印花要小，因此渗透程度及加入织物的剪切力也较小，所以要有必要的措施来保证色牢度。提高色牢度有多种方法，可采用固色剂把染料、纤维相互连接来提高色牢度，也可将织物进行阳离子改性来提高色牢度，但使用固色剂要比将织物进行阳离子改性提高色牢度方法要方便得多。

结语

纺织品喷墨印花技术从根本上解决了印花生产中的环境污染问题，把传统的纺织工业和现代高新技术有机结合起来，使之由劳动力密集型向技术密集型发展，从而大大促进纺织产业的升级换代和技术水平，是未来纺织品印花发展的必然趋势，是本世纪对传统印花方法最具挑战性的最新技术。在此技术获得突破之前，仍有不少问题亟待解决，如新型喷墨印花墨水和预处理剂的研发等等。