錦綸織物數(shù)碼噴墨印花預處理工藝探究

張 蕊，丁 亦

(1.東華大學紡織學院，上海 201620；2.東華大學紡織面料技術(shù)教育部重點實驗室，上海 201620)

0 前言

錦綸纖維自發(fā)明以來廣泛應用于紡織領(lǐng)域，制成絲襪、內(nèi)衣、雨衣、運動服、羽絨服、沖鋒衣等服裝產(chǎn)品[1]。 為了提高錦綸紡織品產(chǎn)品的多樣性，滿足消費者對產(chǎn)品多樣化、個性化的需求，生產(chǎn)商們在各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)中采用了不同的手段。 其中，數(shù)碼印花技術(shù)因其可以通過簡單的操作方法便能快速將選定花型精細地噴印于織物表面，被賦予紡織品各色各樣的圖案外觀，豐富產(chǎn)品款式[2－3]。

目前針對錦綸織物數(shù)碼噴墨印花的研究主要以酸性染料數(shù)碼印花和活性染料數(shù)碼印花為主，學者們從各工藝環(huán)節(jié)入手，通過面料整理、試劑選用、配方優(yōu)化和汽蒸工藝參數(shù)改進等方式，以提升錦綸織物的印花效果[4－8]。 涂料噴墨印花的著色原理是顏料粒子靠粘合劑粘著在纖維表面，它相較酸性染料印花和活性染料印花而言無需水洗工藝，流程更為簡單且沒有污水排放，具有節(jié)能環(huán)保的優(yōu)勢[9－10]。

理論而言，涂料墨水中的顏料顆粒可以通過粘合劑粘著于所有纖維，但由于不同纖維表面結(jié)構(gòu)、形狀等的不同，顏料在不同種類面料上的色彩和色牢度表現(xiàn)均有差異，目前該領(lǐng)域?qū)W者們多對棉織物和滌綸織物的涂料數(shù)碼印花展開研究。 基于以上，本文對錦綸織物的涂料數(shù)碼印花進行研究，以期提高涂料墨水在錦綸面料上的顯色效果。

1 實驗部分

1.1 實驗材料及儀器

實驗材料:20D/36f 錦綸機織物:經(jīng)密63/cm，緯密57/cm。

實驗試劑:涂料預處理液PR01、PR02 和PR03；四色納米涂料墨水；去離子水，pH＝6.5。

實驗儀器:DHG－9145A 鼓風干燥烘箱(上海齊欣科學儀器有限公司)；P－AO 臥式軋車(無錫陽博印染機械設(shè)備有限公司)； Ricoh Ri 100 數(shù)碼直噴印花機(深圳理光高科技有限公司)；FiveEasy FE20K 型pH 計(梅特勒托利多)；DXS－10ACKT 掃描電子顯微鏡(美國賽默飛世爾科技公司)；OCA15EC Data physics 接觸角測試儀(北京奧德利諾儀器有限公司)；NIKON SMZ745T 體式顯微鏡(南通宏大實驗儀器有限公司)；Data color 850 測色配色儀(德塔顏色科技有限公司)。

1.2 實驗內(nèi)容

印花工藝流程為:織物預處理－涂料墨水噴墨打?。姹海善贰?實驗對比三款處理液和不同濃度處理液處理錦綸織物后的印花效果，選出適合錦綸面料印花的預處理液及其濃度。

面料預處理:將25 cm×25 cm 錦綸織物浸于處理液中浸泡10 分鐘后取出，通過軋車軋出多余溶液，軋車轉(zhuǎn)速設(shè)置為30 r/min，壓力設(shè)置為0.2 Mpa。 二浸二軋后將面料置于烘箱中進行烘干，烘干溫度設(shè)置為100 ℃。

涂料墨水噴印:利用Adobe Illustrator 2021 軟件進行單通道印花機打印，打印機用RICOH DESIGN 軟件控制。 打印內(nèi)容如圖1 所示，分別為15 cm×4 cm YMCK 四色色塊、0.25 px~2 px 的線條、直徑為0.25 mm~1 mm 的圓點，用于測試印后織物的色塊CIE L?，a?，b?值、K/S 值、色彩飽和度以及清晰度。

圖1 數(shù)碼噴墨印花機打印內(nèi)容

1.3 測試與表征

1.3.1 處理液pH 與織物pH

處理液于燒杯容器中對面料進行上液處理，使用pH 計測試燒杯內(nèi)織物上液前后處理液的pH值。 參照GB/T 7573－2009?紡織品水萃取液pH的測定?[11]，稱取質(zhì)量為2 g±0.05 g 的試樣，放入三角燒瓶中，加入100 mL 去離子水，搖動燒瓶使試樣潤濕后，在振蕩機上振蕩1 h，使用pH 計測量萃取液pH 值。

1.3.2 織物表面形貌

用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察預處理液在錦綸纖維表面的附著形態(tài)。 樣品表面需要進行噴金處理。

1.3.3 接觸角與浸潤時間

使用接觸角測定儀和錄屏捕捉1μL 水滴在面料上的接觸角及其鋪展擴散過程。 接觸角為墨滴接觸到織物表面瞬間，在固相、液相、氣相三相交界處，自固液界面經(jīng)液體內(nèi)部再到氣液界面之間所形成的夾角，使用Image J 軟件量取接觸角大小。 浸潤時間為液滴接觸織物表面瞬間至鋪展擴散完成所用的時長。

1.3.4 織物白度

織物的白度是指織物的潔白程度，其是可見光在所有波長范圍內(nèi)均勻漫反射的總反射率。 采用Data color 850 測色配色儀測定織物白度，選取CIE白度。

1.3.5 打印清晰度

在織物上沿經(jīng)緯向打印多像素寬度的細長線條，在體式顯微鏡下觀察墨滴聚集形態(tài)和邊緣滲化情況，使用圖像處理軟件Image J 計算處理圖形，量取十個最寬處與十個最窄處，取平均值為線條寬度，比較預處理液抑制涂料墨水鋪展?jié)B化的效果。

1.3.6 色塊顏色值

使用Datacolor650 電腦測色配色儀測得四色色塊K/S 值，設(shè)置光源為D65，視角為10°，孔徑選擇中孔徑(20 mm)，評估CIE L?，a?，b?，C?顏色系統(tǒng)獲得的顏色特征值，并測量織物反射率。

其中，K/S 的表達式為:

式中:K 表示比例常數(shù)，S 表示物體的散射系數(shù)，R∞(λ)表示染樣在波長λ下的反射率，R?∞(λ)表示空白樣在波長λ下的反射率。 K/S 值越大顏色越深。

2 實驗結(jié)果與討論

2.1 處理液pH 與織物pH

在室溫下，通過帶有玻璃電極的pH 計的三次測量，算得用于萃取和處理液調(diào)配的去離子水pH為6.53，織物萃取液pH 為7.10，可知該錦綸面料為堿性織物。

下頁圖2 為三款處理液濃度分別為5 %、10 %和15 %時，錦綸織物上液前后的pH 對比圖，相關(guān)數(shù)據(jù)列于下頁表1。 由圖2 和表1 可知:所選用的三款處理液均為酸性液體，其中PR03 處理液的酸性最強，PR02 次之，PR01 最弱；在將堿性織物浸入后取出，各處理液的pH 均有一定程度的升高，其中濃度為5 %和10 %的PR01 處理液甚至從酸性變成了弱堿性。

表1 不同處理液及其不同濃度處理織物前后pH 值

圖2 不同處理液及其不同濃度pH 變化對比

2.2 織物表面形貌

圖3為三款處理液在纖維表面的掃描電鏡圖，圖4 為三款處理液烘干前后外觀圖。 錦綸纖維是一種結(jié)晶型高聚物纖維，在上處理液時，錦綸中的氨基可吸附處理液中的H＋，形成－NH3＋。 溶液的pH 值越低，氨基正離子越多。 錦綸纖維的等電點在pH 值5－6，等電點時氨基均以－NH3＋形式存在，羧基部分以－COO－形式存在。 PR01 處理液為無色透明液體，將其烘干后為有些許彈性的透明薄膜。 PR01 上于織物時，將纖維表面包覆，同時填充于纖維之間，將紗線中的單根纖維連結(jié)。 PR02 處理液為淡黃色液體，將其烘干后為一粘性和硬度都較大的黃色晶塊。 PR02 上于織物時，在纖維表面形成亮色薄膜。 PR03 處理液為無色透明且?guī)в邢阄兜囊后w，該液體有較強的揮發(fā)性且無法烘成固狀，經(jīng)過8 小時100℃烘燥后為較大粘性的焦黃色粘性流體。

圖3 PR01、PR02、PR03 處理液于錦綸纖維表面

圖4 PR01、PR02、PR03 處理液烘干前后外觀

2.3 接觸角與浸潤時間

圖5為不同濃度處理液處理織物后，織物表面水接觸角與浸潤時間的變化圖。 未經(jīng)任何處理的原始錦綸織物的水接觸角為114.2°，為疏水面料，其浸潤時間為216 s。 在使用PR01 和PR03 處理液處理后，面料的接觸角減小，浸潤時間也有所縮短，面料變得更為親水；而使用PR02 處理液處理后的面料變得更為疏水，浸潤時長增至8~10 分鐘。

圖5 錦綸織物接觸角與浸潤時間

2.4 織物白度

圖6、圖7 為不同濃度的三款處理液對錦綸織物白度與反射率的影響，表2 為處理前后織物的表觀顏色值。 通過處理液處理織物后，錦綸織物的白度和反射率均有所下降。 測色亮度值L?體現(xiàn)了面料的光線反射屬性，相較于原織物，預處理液的處理使得錦綸織物的反射率下降，其中PR02 和PR03 處理液隨著濃度增加，織物亮度有所下降，這與PR02 處理液為黃色液體，PR03 處理液在100 ℃的烘焙下也為黃色物質(zhì)有關(guān)。 處理前后錦綸織物的CIE b?均為正值，這表明面料在未噴印上墨水時的顏色偏黃。 總體而言，除PR02 和PR03 的10 %及以上濃度處理外，處理前后面料的顏色值雖存在變化但十分接近，對面料的表觀顏色基本沒有影響。

表2 不同濃度處理液下錦綸織物表觀顏色值

圖6 處理液濃度對錦綸織物白度的影響

圖7 處理液濃度對錦綸織物反射率的影響

2.5 打印清晰度

打印所用面料紗線直徑為0.13 mm，人眼能分辨的最小長度大約是0.1 mm，不同處理液及其各濃度下0.5 p(0.188 mm)和1 p(0.376 mm)線條的理論和實際測試寬度對比如圖8 和圖9 所示。 從圖中可以看出，經(jīng)過處理液的處理，線條寬度可得到不同程度的下降，因此這三款預處理液均能夠防止墨水滲化，改善打印的清晰度。

圖8 不同處理液及其各濃度下0.5 p(0.188 mm)線條實際寬度

圖9 不同處理液及其各濃度下1 p(0.376 mm)線條實際寬度

2.6 色塊顏色值

表3－表6 為KYMC 四色100%墨量打印于處理液各濃度處理后的錦綸面料上的顯色測色結(jié)果。色度坐標a?、b?表示顏色在色空間中的位置，a?正值表示偏紅，負值表示偏綠；b?正值表示偏黃，負值表示偏藍。 C?表示顏色飽和度，L?表示顏色明度，K/S 值表示印花顏色深度。 將未經(jīng)處理面料直接打印的顏色結(jié)果作為對比標樣，其黑色、黃色、品紅、青色色塊的K/S 值分別為9.82、5.26、6.57、2.23；L?值分別為26、83、49、65。

表3 不同濃度處理液下黑色墨水打印測色結(jié)果

表3為在錦綸織物上打印黑色墨水色塊的測色結(jié)果。 在RGB 三原色光模式中，黑色是由0 %的紅色，0 %的綠色和0 %的藍色組成。 因此理論而言，黑色色塊的CIE a?和CIE b?值為0，CIE C?和CIE L?越趨于0 則黑色越純正。 由表3 相較于表2 未打印色塊面料的L?、a?、b?和C?可知，黑色色塊的CIE a?、b?、C?值基本一致且均趨于0＋，這表明在錦綸面料上黑色墨水將原始面料偏綠的色彩覆蓋，黑色色塊偏紅偏黃。 10 %PR01、5 %/10%PR02 和5 %/10 %/15 %PR03 在色深的增加上產(chǎn)生了積極作用。

表4 為在錦綸織物上打印黃色墨水色塊的測色結(jié)果。 在RGB 三原色光模式中，黃是由100 %的紅色，100 %的綠色和0 %的藍色組成。 因此理想黃色色塊CIE a?接近0 為佳，CIE b?值越大顏色越黃。 測試結(jié)果表明黃色墨水在原始錦綸織物上顏色偏紅，經(jīng)過處理液處理后偏紅程度均得到修正， PR01 和PR03 處理使得a?接近于0。 對比CIE b?和CIE C?值可知，PR02 和PR03 處理液在黃色調(diào)和黃色飽和度上比PR01 有更好的增強作用。 經(jīng)過處理液處理后黃色色塊的亮度和色深均得到了提升，其中5 % PR02 亮度提升最多，10 %PR01 色深增加作用最佳。

表4 不同濃度處理液下黃色墨水打印測色結(jié)果

表5為在錦綸織物上打印品紅色墨水色塊的測色結(jié)果。 在RGB 三原色光模式中，品紅是由95.69 %的紅色，0 %的綠色和63.14 %的藍色組成。因而期望通過處理液處理可以使得CIE a?值和K/S值得到提高。 測試結(jié)果表明PR01、10 %/15 %PR02、10 %/15 %、PR03 處理后的CIE a?值升高，即紅色成分增加；PR01 處理后的CIE b?值升高，PR03 處理后的CIE b?值降低，即PR01 使得藍色成分減少，PR03 使得藍色成分增加；經(jīng)過PR01 處理液處理后品紅色塊的色深和飽和度均得到較大的提升，亮度降低。

表5 不同濃度處理液下品紅墨水打印測色結(jié)果

表6為在錦綸織物上打印青色墨水色塊的測色結(jié)果。 在RGB 三原色光模式中，青色是由0 %的紅色，100 %的綠色和100 %的藍色組成。 因此期望通過處理液處理后可以使得CIE a?和CIE b?值降低，即增加綠色和藍色的成分。 測試結(jié)果表明三款處理液均可降低CIE a?和CIE b?值；除15 %PR02 外，青色色塊的色深均得到提升。

表6 不同濃度處理液下青色墨水打印測色結(jié)果

對比各打印結(jié)果發(fā)現(xiàn)，三款處理液對面料的打印色彩結(jié)果有不同的影響，同一處理液不同濃度的打印效果也不同，色深與亮度呈相反的變化趨勢。綜合而言，10 % PR01 和5 % PR02 濃度處理面料后，YMCK 四色K/S 值均得到提升；PR03 處理液處理后打印效果較不穩(wěn)定，無法確定較佳濃度。

3 結(jié)論

錦綸織物表面呈負電性，在噴墨印花時會與帶負電性的涂料墨水粒子相斥，而導致噴印效果不佳。 通過pH 為酸性的預處理液對錦綸織物的表面處理，使得織物表面呈正電性，從而在印花時墨水可更好的與面料結(jié)合。

錦綸織物有一定的拒水性，部分處理液處理后織物變得親水，部分處理液處理后織物變得更為疏水。 通過預處理液的浸軋?zhí)幚砗?，墨水的流動擴散減弱，印花的清晰度均有明顯的改善。

不同處理液對印花顯色效果的影響不同，部分處理液無法滿足特定色塊加強打印色深的要求；部分處理液對錦綸面料的白度值有較大影響，面料在處理后會有一定程度的黃變現(xiàn)象，這類處理液不適合用于對錦綸面料的預處理；目前的三款處理液中PR01 處理液10 %做濃度處理的打印效果最佳。