噴墨參數(shù)對包覆顏料墨水印花清晰度的影響

王大同， 張麗平， 李 敏， 譚 瑩， 付少海

(1. 江蘇省紡織品數(shù)字噴墨印花工程技術(shù)研究中心， 江蘇 無錫 214122； 2. 生態(tài)紡織教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(江南大學(xué))， 江蘇 無錫 214122； 3. 蘇州市世名科技股份有限責(zé)任公司， 江蘇 昆山 215337)

噴墨參數(shù)對包覆顏料墨水印花清晰度的影響

王大同1,2,3， 張麗平1,2， 李 敏1,2， 譚 瑩1,2， 付少海1,2

(1. 江蘇省紡織品數(shù)字噴墨印花工程技術(shù)研究中心， 江蘇 無錫 214122； 2. 生態(tài)紡織教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(江南大學(xué))， 江蘇 無錫 214122； 3. 蘇州市世名科技股份有限責(zé)任公司， 江蘇 昆山 215337)

為提高顏料墨水噴墨印花的清晰度，確定適宜的自制顏料墨水的打印參數(shù)，以包覆顏料墨水為研究對象，探討了噴射電壓、電壓輸出波形、頻率、噴射距離、噴墨量和基材溫度等對其在純棉織物上噴墨印花清晰度的影響。研究結(jié)果表明：噴射電壓大，墨滴飛行速度快，會導(dǎo)致噴墨圖案清晰度差；選擇合適的噴射頻率、電壓輸出波形和噴射距離，均可有效提升噴墨圖案的清晰度；提升基材溫度可很好地抑制墨水的滲化；噴墨量大，圖案邊緣滲化嚴(yán)重，印花圖案清晰度差；包覆顏料墨水較佳的噴墨打印參數(shù)為噴射電壓18 V，噴射頻率10～30 kHz，噴射距離0.6～0.8 mm，基材溫度40 ℃。

噴墨印花參數(shù)； 包覆顏料墨水； 噴墨印花； 清晰度

近年來，紡織品數(shù)碼噴墨印花因其工藝簡單、能耗低、污染少等優(yōu)點(diǎn)引起了人們的普遍關(guān)注，目前，已經(jīng)形成了噴墨印花設(shè)備、耗材、產(chǎn)品等完整的產(chǎn)業(yè)鏈?？梢灶A(yù)見，在不久的將來，隨著紡織品清潔生產(chǎn)的進(jìn)一步發(fā)展，噴墨印花將在較大程度上替代傳統(tǒng)印花[1]。目前，數(shù)碼噴墨印花中常用的墨水主要是染料墨水和顏料墨水，其中顏料墨水通用性強(qiáng)，工藝流程短，引起了人們的廣泛關(guān)注。當(dāng)前市場上商品化的顏料墨水主要有如Helizarin EVOP-100系列、Irgaphor系列、Atistri700系列和Pinks 系列[2]。

噴墨印花清晰度是衡量噴墨印花效果的重要指標(biāo)，清晰度的高低與墨水的性質(zhì)、基材表面形貌以及噴墨打印參數(shù)密切相關(guān)。當(dāng)前，研究者在噴墨打印清晰度研究方面，主要集中在墨水的理化性質(zhì)和基材表面形貌上，如張桂芳等[3]研究了墨水添加劑對分散墨水滲化面積和干燥時間的影響。邰晶磊等[4]研究紙張表面結(jié)構(gòu)對噴墨打印圖像清晰度的影響，發(fā)現(xiàn)打印紙涂層結(jié)構(gòu)的均一性對打印墨點(diǎn)和線條質(zhì)量影響最大。王潮霞等[5]研究了顏料墨水對不同織物噴墨印花的適應(yīng)性，認(rèn)為織物表面性能是影響噴墨打印清晰度的主要因素。國外也有類似研究，如Wang等[6]采用高速攝像機(jī)記錄了墨滴在織物表面的潤濕、擴(kuò)散過程，證明了織物表面對噴墨印花清晰度的影響較大。然而當(dāng)前有關(guān)噴墨打印參數(shù)對噴墨印花清晰度影響的研究報道較少，僅王梟雄等[7]在顏料墨水噴墨打印過程中采用了加熱板，提高了基材的表面溫度，抑制了墨水的滲化程度，較大程度地提高了打印圖案的清晰度。除此之外，有關(guān)噴墨參數(shù)對印花清晰度影響的研究鮮有報道。

前期已經(jīng)采用細(xì)乳液聚合法成功制備了包覆顏料色漿，該色漿穩(wěn)定性好，且噴印后具有良好的顏色牢度。在此基礎(chǔ)上，本文制備了各項(xiàng)理化指標(biāo)符合噴墨打印要求的自制顏料墨水，研究了噴射電壓、噴射波形、噴墨量、噴射頻率、噴射距離和基材溫度對噴墨印花清晰度的影響，為找到符合自制墨水的打印參數(shù)奠定了基礎(chǔ)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

材料：純棉機(jī)織物(30 tex×30 tex，236根/10 cm×236根/10 cm，經(jīng)退煮漂加工處理)。包覆顏料藍(lán)分散體(顏料含量15%)，炔二醇乙氧基化合物S- 465(美國空氣及化工產(chǎn)品有限公司)，乙二醇(分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)，丙三醇(分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)，一縮二乙二醇(分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)，消泡劑FB-50(南京古田化工有限公司)。

儀器：Nano-ZS 90型Zeta電位及粒徑分析儀(英國Malvern公司)，DV-Ⅲ型流變儀(美國Brookfiled公司)，DMP-2800型Materials Printer(美國Dimatix公司)，A201全自動表面張力儀(美國KINO公司)，XYM型金相視頻顯微鏡(舜宇光學(xué)科技有限公司)。1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 包覆顏料墨水的制備

將包覆顏料藍(lán)分散體在1 000 r/min條件下離心處理30 min，用1 000 nm孔徑濾膜過濾，去除大顆粒。按照如下質(zhì)量分?jǐn)?shù)配方制備包覆顏料墨水：包覆顏料藍(lán)分散體25%，表面活性劑1.5%，乙二醇5%，丙三醇5%，一縮二乙二醇20%，消泡劑FB-50 0.1%，余量用去離子水補(bǔ)至100%。將上述物質(zhì)混合在一起，攪拌0.5 h后用500 nm孔徑濾膜過濾，測定包覆顏料墨水基本性能，結(jié)果見表1。

表1 包覆顏料墨水的物理性能Tab.1 Basic properties of prepared nano coated pigment ink

1.2.2 噴墨打印

采用Dimatix DMP-2800型噴墨打印機(jī)，在恒定環(huán)境(濕度(25 ± 5)%，溫度 (20 ± 1) ℃)下，分別調(diào)節(jié)噴墨電壓、波形、噴墨量、頻率、距離和溫度在織物上進(jìn)行噴墨印花。

1.3 性能測試

1.3.1 多相流體基本性能測定

采用A201型全自動表面張力儀測定多相流體的表面張力，每個樣品測試3次，取其平均值；采用Nano-ZS 90型納米粒度及 Zeta電位分析儀測定其在25 ℃ 條件下的粒徑和Zeta電位；利用 DV-Ⅲ型流變儀黏度計測試多相流體的黏度；參照文獻(xiàn)[8]測定墨水穩(wěn)定性。

1.3.2 印花清晰度測試

在XYM型金相視頻顯微鏡下，放大100倍觀察在不同打印參數(shù)下所得圖案的邊緣形貌，通過測量打印圖案邊緣滲化的最大寬度D評價噴墨印花圖案的清晰度，滲化寬度越大，圖案的清晰度越差，測定示意圖如圖1所示。

2 結(jié)果與討論

2.1 電壓輸出波形對印花清晰度的影響

固定頻率30 kHz，噴射距離0.8 mm，噴射電壓18 V，室溫條件下按不同波形在織物上進(jìn)行單層打印，研究波形對印花清晰度的影響，結(jié)果如圖2所示。圖中所示的電壓輸出波形織物印花中，圖案均出現(xiàn)了凹凸不規(guī)整邊緣，且圖2(d)電壓輸出波形中還出現(xiàn)了衛(wèi)星狀的濺射點(diǎn)。圖2(e)、(f)中所示打印圖案邊緣較規(guī)整，清晰度高。說明包覆顏料墨水噴墨印花的清晰度和噴射電壓輸出波形密切相關(guān)。可見，不同理化性能的噴墨墨水需要選擇匹配的電壓輸出波形。對本文實(shí)驗(yàn)包覆顏料墨水可考慮選擇圖2(e)、(f)所示的電壓輸出波形5和6。

圖1 圖案邊緣最大寬度D測定示意圖Fig.1 Determination on maximum width of pattern edge D

圖2 噴射波形對噴墨印花清晰度的影響Fig.2 Effect of jetting waveform on imagine definition. (a) Waveform 1; (b) Waveform 2; (c) Waveform 3; (d) Waveform 4; (e) Waveform 5; (f) Waveform 6

2.2 噴射電壓對印花清晰度的影響

固定噴射頻率30 kHz，噴射距離0.8 mm，輸出波形5，在不同噴射電壓下進(jìn)行單層印花，研究噴射電壓對噴墨印花清晰度的影響，結(jié)果見表2。

表2 噴射電壓對噴墨印花清晰度的影響Tab.2 Effect of jetting voltage on imagine definition

表2說明噴射電壓為18 V時噴墨印花圖案邊緣的滲化寬度較小。這是因?yàn)楫?dāng)噴射電壓較低時，墨滴運(yùn)動速度慢，相同條件下進(jìn)入纖維內(nèi)部的墨量小，墨滴主要堆積在織物表面，易發(fā)生滲化。而當(dāng)噴射電壓過大時，墨滴運(yùn)動速度快，與基材產(chǎn)生的沖擊力大，墨滴易破碎，從而擴(kuò)大了圖案邊緣的滲化寬度，導(dǎo)致圖案清晰度下降[9]，故包覆顏料墨水合適的噴射電壓為18 V。

2.3 噴墨層數(shù)對印花清晰度的影響

固定頻率30 kHz，噴射距離0.8 mm，輸出波形5，噴射電壓18 V，在印花織物上分別噴射不同層數(shù)，研究噴墨層數(shù)對印花清晰度的影響，結(jié)果見表3。

由表3可看出，噴墨層數(shù)越少，圖案邊緣的滲化寬度越小，噴墨圖案的清晰度越高。這是因?yàn)閲娔』ǖ某瞿颗c噴墨層數(shù)成正比，在相同區(qū)域內(nèi)，墨水量較少時能夠被基材全部吸收，故圖案邊緣的滲化寬度小。然而，由于基材所能吸收墨水量是有限的，繼續(xù)增加墨量，多余的墨水會向四周擴(kuò)散，造成滲化寬度變大，印花清晰度下降。

表3 噴墨層數(shù)對噴墨清晰度的影響Tab.3 Effect of printing layer on imagine definition

2.4 噴射頻率對印花清晰度的影響

固定噴射距離0.8 mm，噴射電壓18 V，輸出波形5，改變噴射頻率，在織物上進(jìn)行單層打印，研究噴射頻率對印花清晰度的影響，結(jié)果見表4。

表4 噴射頻率對噴墨清晰度的影響Tab.4 Effect of jetting frequency on imagine definition

由表4可看出，噴射頻率在20～30 kHz之間時，印花圖案邊緣滲化寬度小，圖案清晰度高。墨滴噴射速度隨噴射頻率升高而增加[9]，當(dāng)噴射頻率較低時，墨滴飛行速度慢，沉積在織物表面的墨量大，圖案邊緣滲化現(xiàn)象嚴(yán)重。隨噴射頻率增大，墨滴飛行速度增大，更多的墨水進(jìn)入纖維內(nèi)部，滲化現(xiàn)象減弱，印花圖案邊緣規(guī)整。然而，當(dāng)噴射頻率進(jìn)一步增大時，由于墨滴的飛行速度過快，與基材的撞擊力大，產(chǎn)生濺射點(diǎn)，從而在織物表面產(chǎn)生疵點(diǎn)，因此，包覆顏料墨水噴印的噴射頻率選擇在20～30 kHz之間。

2.5 噴射距離對印花清晰度的影響

固定噴射頻率30 kHz，噴射電壓18 V，電壓輸出波形5，改變噴射距離，在織物上單層印花，研究噴射距離對印花清晰度的影響，結(jié)果見表5。

由表5可看出，噴射距離在0.6～0.8 mm之間時，圖案邊緣滲化寬度小。這是因?yàn)閲娚渚嚯x過小，墨滴斷裂產(chǎn)生的衛(wèi)星點(diǎn)無法和主墨滴重合，導(dǎo)致衛(wèi)星點(diǎn)散射在基材上[10]，滲化寬度變大；當(dāng)噴射距離增大到0.6～0.8 mm之間時，衛(wèi)星點(diǎn)和主墨滴重合，墨滴準(zhǔn)確的定位能力提升，圖案邊緣滲化寬度變小；當(dāng)噴射距離過大時，重力加速度的影響增大，墨滴飛行時間延長，沖擊力變大，小液滴易破碎并散落在基材上，使得圖案邊緣滲化寬度變大，同時伴隨較多的濺射點(diǎn)，印花圖案清晰度下降[11]。

表5 噴射距離對噴墨清晰度的影響Tab.5 Effect of jetting distance on imagine definition

2.6 基材溫度對印花清晰度的影響

固定噴射頻率30 kHz，噴射距離0.7 mm，噴射電壓18 V，按照電壓輸出波形5在織物上進(jìn)行單層印花，研究基材溫度對印花清晰度的影響，結(jié)果見表6。表6顯示隨著溫度的升高，圖案邊緣滲化寬度減小，圖案清晰度提升。這是因?yàn)殡S基材溫度升高，墨水揮發(fā)速率加快，噴射在基材上墨水滲化程度降低，故圖案清晰度提升[12]。由實(shí)驗(yàn)可知，包覆顏料墨水合適的噴墨基材的溫度為40 ℃。

表6 基材溫度對噴墨清晰度的影響Tab.6 Effect of substrate temperature on imagine definition

3 結(jié) 論

噴射電壓、電壓輸出波形、噴墨量、噴射頻率、噴射距離和基材溫度是影響包覆顏料墨水噴墨印花清晰度的主要因素。包覆顏料墨水較佳的噴墨打印參數(shù)為電壓輸出波形選擇5，噴射電壓18 V，噴射頻率為10～30 kHz，單層噴墨，噴射距離0.6～0.8 mm，基材溫度40 ℃。

FZXB

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Influence of inkjet printing parameters on imagine definition of coated pigment ink inkjet printing

WANG Datong1,2,3, ZHANG Liping1,2, LI Min1,2, TAN Ying1,2, FU Shaohai1,2

(1.JiangsuEngineeringResearchCenterforDigitalTextileInkjetPrinting,Wuxi,Jiangsu214122,China; 2.KeyLaboratoryofEco-Textiles(JiangnanUniversity),MinistryofEducation,Wuxi,Jiangsu214122,China; 3.SuzhouSunmunTechnologyCo.,Ltd.,Kunshan,Jiangsu215337,China)

In order to improve the imagine definition of the pigment ink inkjet printing and determine suitable pigment ink printing parameters, taking nano coated pigment ink as the research object, the influence of the jetting voltage, waveform, inkjet amount, jetting frequency, jetting distance and substrate temperature on the accuracy of inkjet printing were studied. Experimental results showed that higher jetting voltage endowed the drops with faster speed which was related to irregular designs. Proper jetting waveform, jetting frequency and jetting distance could improve the accuracy of designs effectively. High temperature could suppress the degree of ink bleeding. The greater the inkjet amount was, the worse the degree of the bleeding. The proper printing parameters was jetting voltage of 18 V, jetting frequency of 10-30 kHz, jetting distance of 0.6-0.8 mm and temperature of 40 ℃.

inkjet printing parameters; coated pigment ink; inkjet printing; imagine definition

10.13475/j.fzxb.20150902105

2015-09-09

2016-04-13

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(21346009)；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目(JUSRP11505， JUSRP51514)；蘇州納米技術(shù)專項(xiàng)(ZXG2013017)；江蘇高校優(yōu)勢學(xué)科建設(shè)工程資助項(xiàng)目(蘇政辦發(fā)[2014]37號)

王大同(1990—)，男，碩士生。研究方向?yàn)榧{米包覆顏料噴墨印花墨水性能。付少海，通信作者，E-mail:shaohaifu@hotmail.com。

TS 194.4

A