棉織物表面處理對活性染料噴墨印花的影響

房寬峻，劉尊東，陳 偉，張健飛，劉秀明，蔡玉青

(1.青島大學化學化工與環(huán)境學院，山東青島 266071;2.天津工業(yè)大學紡織學院，天津 300387;3.山東黃河三角洲紡織科技研究院有限公司，山東濱州 256623)

紡織品數(shù)字噴墨印花與傳統(tǒng)印花相比，在花型精細度、生產(chǎn)過程的節(jié)能減排等方面具有顯著優(yōu)勢。但是，在圖案顏色深度和特殊顏色表達等方面，噴墨印花與傳統(tǒng)印花存在較大差距。產(chǎn)生這些差別的根本原因是噴墨印花采用了與傳統(tǒng)印花完全不同的印花原理。在噴墨印花過程中墨滴靠噴墨裝置的擠壓力從噴嘴中噴射出來，飛過噴頭與織物表面之間的空氣與織物表面發(fā)生碰撞，落在織物上形成各種顏色的圖案。印花圖案的顏色深度除了取決于噴墨印花設備和墨水性能以外，與織物的表面結(jié)構(gòu)和性質(zhì)存在密切的關系。

為防止噴射在織物表面上的墨滴滲開造成圖案滲化，通常需要在噴墨印花之前對織物進行表面處理?？椢锉砻嫣幚淼牧硪粋€目的是施加染料上染纖維需要的催化劑等物質(zhì)，提高染料在纖維上的上染率或固色率。棉織物表面處理常用的化學品是海藻酸鈉。織物經(jīng)過預處理后形成的海藻酸鈉/尿素膜經(jīng)過墨滴的再溶脹和干燥，會導致膜形態(tài)結(jié)構(gòu)的重組，從而對噴墨印花效果產(chǎn)生重要影響［1］。與海藻酸鈉相比，以甲殼素作為預處理劑，織物的噴墨印花得色深度略差，但顏色牢度和圖像清晰度明顯提高［2］。采用二浴法工藝以甲殼素為預處理劑對織物進行預處理，可提高織物噴墨印花得色量［3］。影響棉織物噴墨印花得色量的因素依次是:預處理液中尿素、海藻酸鈉、小蘇打的用量以及蒸化時間［4］。針對天絲和棉織物，為獲得較好的噴墨印花效果，需選擇不同的預處理工藝處方［5］。影響羊毛織物噴墨印花效果的4個因素中，汽蒸時間是影響顏色變化的最重要因素，其次分別是尿素、酒石酸銨、海藻酸鈉［6］。甲殼素和絲膠浸軋?zhí)幚砗蟮慕z織物，墨水向織物內(nèi)部滲透較少，纖維表面固著更多的墨水，增大了噴墨印花顏色的色域［7］。常壓等離子體處理后的棉織物，增加了纖維表面的裂縫及親水性基團，可提高預處理過程中漿料的吸收量，提高噴墨印花得色量;使用海藻酸鈉和甲殼素混合物處理，織物可獲得較好的抗菌性能和噴墨印花效果［8］。纖維表面的粗糙程度及親水性能是影響顏料墨水噴墨印花得色深度、印制精細度和牢度的關鍵因素之一［9］。在滌綸織物表面施加檸檬酸-β-環(huán)糊精薄膜，可明顯改善噴墨印花的清晰度和顏色深度［10］。用常壓空氣等離子體處理滌綸織物，通過在纖維表面引入溝槽和含氧基團，可明顯改善顏料噴墨印花的效果［11－13］?？諝獾入x子體處理具有一定的穿透性和時效性［14－15］。低溫等離子體處理可增加棉纖維的表面積，提高染料的固色率和顏色性能，同時提高噴墨印花織物的色牢度［16］。采用低溫氧等離子體處理蠶絲織物表面，能顯著提高防止墨滴滲化的性能，增加顏料噴墨印花圖案的精細度［17］。常壓非熱等離子體處理，能降低滌綸織物的接觸角、提高吸水性，可作為替代化學處理的噴墨印花預處理方法［18］。

織物表面處理是噴墨印花的第1道工序。盡管對噴墨印花前織物的表面處理技術已有越來越多的研究報道，但是目前工業(yè)上仍然普遍使用海藻酸鈉對纖維素纖維織物進行表面處理，這是造成活性染料噴墨印花在圖案顏色深度和特殊顏色表達等方面與傳統(tǒng)印花存在較大差距的重要原因。本文在分析純棉織物組織結(jié)構(gòu)對噴墨印花顏色效果影響的基礎上，分別用改性聚丙烯酰胺、丙烯酸共聚物、石油加氫輕餾物和海藻酸鈉對棉織物進行表面處理，探索了織物表面不同的膜結(jié)構(gòu)和性質(zhì)對活性染料噴墨印花效果的影響規(guī)律，為進一步創(chuàng)新噴墨印花前的纖維素纖維織物的表面處理技術提供理論參考。

1 實驗部分

1.1 織物規(guī)格與前處理流程

采用2種經(jīng)緯紗線密度相同而經(jīng)緯密度不同的純棉織物:1#織物14.6 tex×14.6 tex，524根/10 cm×283根/10 cm;2#織 物 14.6 tex×14.6 tex，524根/10 cm×374根/10 cm。前處理工藝流程為:燒毛→退漿→煮練→漂白→絲光。

1.2 材料與試劑

海藻酸鈉(青島明月海藻有限公司)，改性聚丙烯酰胺(愛森(中國)絮凝劑有限公司)，石油加氫輕餾物(阿法埃莎(中國)化學有限公司)，十三烷醇聚醚-4(蘇州亞科化學試劑股份有限公司)，丙烯酸共聚物(上海日華有限公司)，青色、品紅、黃色、黑色、寶藍色活性染料墨水(杭州宏華數(shù)碼科技股份有限公司)。尿素、小蘇打、純堿和防染鹽S為工業(yè)品。在配制表面處理工作液之前，先將石油加氫輕餾物10份和1份十三烷醇聚醚-4混合，用高剪切乳化機分散成33%有效含量的乳液再使用。

1.3 儀器與設備

AL-104電子天平(梅特勒托利多天平有限公司);P-BO臥式軋車(廈門瑞比精密機械有限公司);VEGA-3200噴墨印花機(杭州宏華數(shù)碼科技股份有限公司);STM-G2003小樣蒸化機(蘇州亞美機械有限公司);DHG-9123A鼓風干燥箱(上海一恒科學儀器有限公司);Y571L染色摩擦色牢度儀(萊州市電子儀器有限公司);Datacolor 650測色儀(德塔公司)。

1.4 噴墨印花工藝

前處理后的織物→表面處理→噴墨印花→烘干→汽蒸(102℃，7 min)→水洗→烘干。其中織物表面處理采用浸軋法，織物進入軋槽后經(jīng)過一浸一軋，帶液率為75%，然后烘干。采用4種不同成分的表面處理劑，工作液處方見表1。

表1 工作液處方Tab.1 Formulation of pretreatment solutions%

1.5 測試方法

1.5.1 顏色指標

使用Datacolor 650測色儀，D65光源，10°視角，MAV 20 mm照射，16 mm測量孔徑，將噴墨印花織物折疊4層，在織物上選擇測試5個測試點分別測試顏色數(shù)據(jù)，然后取平均值，得到相應的顏色數(shù)據(jù)。

1.5.2 顏色牢度

噴墨印花織物的摩擦牢度按照GB/T 3920—2008《紡織品 色牢度試驗 耐摩擦色牢度》進行測試。印花織物的耐洗色牢度按照GB/T 3921—2008《紡織品色牢度試驗耐皂洗色牢度》進行測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 織物組織結(jié)構(gòu)

采用海藻酸鈉(A工藝)對前處理后的1#織物和2#織物進行表面處理。處理后的織物置于溫度為25℃、濕度為65%的房間內(nèi)回潮24 h，然后進行噴墨印花。印花時將2塊織物并排平整地貼附在VEGA-3200噴墨印花機導帶上，采用市售噴墨印花活性染料墨水，同時印制青色、品紅、黃色、黑色和寶藍色塊，烘干。印花后的織物于102℃汽蒸7 min，充分水洗后烘干。用Datacolor 650測色儀測試噴墨印花色塊的顏色數(shù)據(jù)，以1#織物作為標準樣，2#織物作為測試樣，計算各顏色指標的色差，數(shù)據(jù)見表2。

表2 織物組織結(jié)構(gòu)對噴墨印花顏色的影響Tab.2 Effect of fabric structure on inkjet printing color

從表2可看出，盡管表面處理工藝相同，但是由于織物組織結(jié)構(gòu)不同，噴墨印花顏色差異非常顯著。高密度(524根/10 cm×374根/10 cm)的織物顏色明顯淺于密度低(524根/10 cm×283根/10 cm)的織物。這是因為密度不同的織物，其表面結(jié)構(gòu)和性質(zhì)不同，因此處理在織物表面的化學物質(zhì)形成不同的膜結(jié)構(gòu)，導致染料向纖維中的擴散和上染造成差異，從而影響活性染料的固色率。

表3示出不同組織結(jié)構(gòu)的棉織物噴墨印花顏色牢度。可看出，顏色深的低密度織物的濕摩擦牢度明顯低于紗線密度較高的織物，而耐洗色牢度和干摩擦牢度基本一致。

表3 不同組織結(jié)構(gòu)的棉織物噴墨印花顏色牢度Tab.3 Color fastnesses of inkjet prints with different fabric structure 級

2.2 表面處理工藝

采用4種不同的表面處理助劑對經(jīng)緯紗線密度均為14.6 tex、經(jīng)緯密度分別為524、283根/10 cm純棉織物進行表面處理，然后用噴墨印花機打印單色色塊，汽蒸水洗后，評價噴墨印花織物的明度L*、紅綠色光a*、黃藍色光b*、彩度C*、色相H等色度指標，結(jié)果如表4所示。

從表4可看出，表面處理助劑對噴墨印花圖案的顏色效果具有顯著影響，以改性聚丙烯酰胺(D工藝)處理后噴墨印花的織物，青色、品紅、黃色、黑色和寶藍色的明度L*值均較小，顏色較深，青色、品紅、黃色和寶藍的彩度C*值較大，顏色飽和度較好，黑色的C*值較小，表明顏色更純。其他顏色指標以青色為例說明，經(jīng)D工藝處理的織物，a*和b*同時降低，表明綠色和藍色同時增加，色相H值更接近青色，顏色更純。因此，改性聚丙烯酰胺處理后織物噴墨印花的各項顏色指標優(yōu)于石油加氫輕餾物(C工藝)、丙烯酸共聚物(B工藝)和海藻酸鈉(A工藝)。

由于使用的是同樣的墨水和織物，因此產(chǎn)生的顏色差別是由于活性染料分子由墨滴向纖維擴散、上染和固色時，受到織物表面形成的助劑膜的影響，在纖維上形成了不同的固色率。圖1示出不同表面處理工藝對噴墨印花K/S值的影響。結(jié)果表明，用不同助劑表面處理后，噴墨印花織物的表觀顏色深度同樣有顯著差別。改性聚丙烯酰胺處理后織物的顏色深度K/S值大于石油加氫餾出物、丙烯酸共聚物和海藻酸鈉，說明在汽蒸過程中墨滴里活性染料分子通過織物表面的助劑膜向棉纖維擴散的過程中受到的阻力不同，影響了染料與棉纖維的共價鍵結(jié)合［1－3］。

表4 不同表面處理工藝對噴墨印花顏色的影響Tab.4 Effect of different fabric surface treatment on inkjet printing color

圖1 不同表面處理工藝對噴墨印花K/S值的影響Fig.1 Effect of fabric surface treatment on K/S values of inkjet prints

海藻酸鈉和丙烯酸共聚物是一種聚電解質(zhì)，其在堿性條件下會發(fā)生電離，形成大量的羧基陰離子。這些聚合物在織物表面形成的膜在汽蒸過程中通過吸收水分會發(fā)生溶脹，墨滴中的活性染料分子本身是陰離子，染料陰離子通過聚合物膜向纖維表面擴散時會受到靜電斥力。海藻酸鈉中所含有的羧基數(shù)量大于丙烯酸共聚物，染料在擴散過程中受到的靜電斥力更大。而改性聚丙烯酰胺是一種非離子聚合物，染料受到的靜電斥力很小，同時該聚合物具有較強的吸濕性，有利于活性染料分子對棉纖維的上染和固色。經(jīng)過表面處理后，石油加氫輕餾物會沉積在纖維表面，增加織物表面的疏水性，降低織物在汽蒸過程中的吸水能力，從而影響活性染料分子在棉纖維上的上染和固色。但是，由于石油加氫輕餾物在織物表面形成的膜厚度遠小于上述聚合物膜，因此其對活性染料固色率的影響相對于海藻酸鈉和丙烯酸共聚物來說較小。

2.3 電解質(zhì)對染色的影響

在用陰離子染料對纖維素纖維染色時，通常采用電解質(zhì)抵消纖維表面負電荷對染料分子所產(chǎn)生的靜電斥力。采用經(jīng)緯紗線密度為14.6 tex×14.6 tex、經(jīng)緯密度為524根/10 cm×283根/10 cm的純棉織物，以海藻酸鈉對織物進行表面處理，探索了元明粉對活性染料噴墨印花效果的影響，結(jié)果見表5。其中，表面處理工作液中無元明粉的為標準樣，通過測定不同元明粉添加量時噴墨印花圖案顏色的色差，比較元明粉用量對噴墨印花顏色的影響。

表5 元明粉用量對噴墨印花顏色的影響Tab.5 Effect of sodium sulfate dosage on color of ink jet prints

從表5可看出，對青色、品紅和黃色來說，明度差值△L*隨著元明粉用量的增加變小，說明印花圖案的顏色變深。對其他顏色指標差值△a*、△b*、△C*、△H、△E*和黑色來說，沒有出現(xiàn)明顯的變化規(guī)律。從表觀顏色深度的變化情況來看(見圖2)，在表面處理工作液中增加元明粉的用量，K/S值也沒有明確的變化規(guī)律。這些實驗數(shù)據(jù)說明元明粉對噴墨印花顏色的影響很復雜。

圖2 元明粉用量對噴墨印花K/S值的影響Fig.2 Effect of sodium sulfate dosage on K/S values of ink jet prints

3 結(jié)論

棉織物組織結(jié)構(gòu)對噴墨印花顏色有明顯影響，密度低的織物噴墨印花顏色深于密度高的織物，濕摩擦牢度較低。用改性聚丙烯酰胺處理后活性染料噴墨印花織物的顏色優(yōu)于海藻酸鈉、丙烯酸共聚物和石油加氫輕餾物。元明粉對活性染料噴墨印花顏色的影響很復雜，沒有明顯的規(guī)律。

噴墨印花前織物的表面處理工藝對噴墨印花效果有很大影響。今后擬進一步探索不同表面處理工藝所形成的織物表面結(jié)構(gòu)和性質(zhì)對活性染料噴墨印花效果產(chǎn)生影響的機制，從理論上闡明有利于活性染料與纖維素纖維反應理想織物的表面結(jié)構(gòu)和應具有的性質(zhì)。

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