滌綸針織物數(shù)碼印花清晰度的影響因素

李 敏， 趙 影， 張麗平， 張 奕， 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(wú)錫 214122； 2. 蘇州市世名科技股份有限責(zé)任公司， 江蘇 昆山 215337； 3. 生態(tài)紡織教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(江南大學(xué))， 江蘇 無(wú)錫 214122；4. 無(wú)錫鳳凰畫材股份有限責(zé)任公司， 江蘇 無(wú)錫 214000)

與傳統(tǒng)印花相比，數(shù)碼印花能耗低、染化料浪費(fèi)少，且能夠滿足當(dāng)前個(gè)性化、小批量、快反應(yīng)的市場(chǎng)需求，越來(lái)越受到消費(fèi)者的青睞[1]。滌綸是產(chǎn)量最大、應(yīng)用最廣泛的合成纖維之一，具有較高的強(qiáng)度與彈性恢復(fù)能力，良好的洗可穿性能，不怕霉菌和蟲蛀等優(yōu)點(diǎn)[2]。滌綸針織物的延伸性比機(jī)織物大，適合做針織外衣，且在裝飾用布、工業(yè)用布、旗幟布等方面也有廣泛的市場(chǎng)[3]。這些優(yōu)勢(shì)直接推動(dòng)數(shù)碼印花在滌綸針織物上的快速發(fā)展，但是在實(shí)際應(yīng)用中卻達(dá)不到預(yù)期的效果，存在很多問(wèn)題，例如：顏色深度不夠，清晰度達(dá)不到要求等。

織物組織結(jié)構(gòu)、印花前的預(yù)處理及焙烘固色條件等均是影響數(shù)碼印花清晰度的重要因素[4]。了解這些因素對(duì)印花清晰度及顏色性能的影響可顯著提高滌綸針織物數(shù)碼印花圖案的質(zhì)量。Park H.等[5]研究了影響滌綸機(jī)織物數(shù)碼印花清晰度的因素，發(fā)現(xiàn)織物組織結(jié)構(gòu)、墨水類型和印花方向等是影響印花質(zhì)量的重要參數(shù)。房寬峻等[6]發(fā)現(xiàn)密度低的純棉機(jī)織物印花后所得到的顏色比密度高的深很多。吳桂軍等[7]采用自制陽(yáng)離子季銨鹽預(yù)處理劑處理滌綸機(jī)織物，織物上預(yù)處理劑中的陽(yáng)離子基團(tuán)和墨水中包覆在顏料表面的陰離子基團(tuán)通過(guò)離子鍵相互作用，阻止墨滴擴(kuò)散，可提高印花清晰度和織物K/S值。關(guān)芳蘭等[8]研究了直噴式超細(xì)滌綸纖維織物的數(shù)碼印花工藝，結(jié)果表明汽蒸溫度為130 ℃，時(shí)間為30 min時(shí)織物顏色的得色量較高。

目前滌綸織物數(shù)碼印花清晰度的研究一般都集中于機(jī)織物，而關(guān)于滌綸針織物數(shù)碼印花清晰度的研究甚少。本文在分析滌綸針織物組織結(jié)構(gòu)對(duì)印花清晰度影響的基礎(chǔ)上，采用陽(yáng)離子改性劑、海藻酸鈉和聚乙烯醇來(lái)處理織物，并探討其對(duì)印花清晰度的影響；研究焙烘固色前后、焙烘固色溫度和焙烘固色時(shí)間對(duì)印花清晰度的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料和設(shè)備

分散染料墨水(青色，鴻盛數(shù)碼科技股份有限公司)；陽(yáng)離子改性劑B-1，海藻酸鈉(廣東德美化工股份有限公司)；聚乙烯醇AH-26(國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)；5種滌綸針織物(海寧天福經(jīng)編有限公司)。

微量進(jìn)樣器(上海高鴿工貿(mào)有限公司)；JV33-160型噴墨印花機(jī)(德牧高科技股份有限公司)；MU505T型臺(tái)式軋車(北京紡織機(jī)械器材研究所)；XY-MRT型金相顯微鏡(寧波舜宇儀器有限公司)；MINI-TENTER型連續(xù)式定型烘干機(jī)(瑞比染色試機(jī)有限公司)；TH3838型燙化機(jī)(科隆絲印機(jī)械有限公司)；CI7800型電腦測(cè)配色系統(tǒng)(美國(guó)愛(ài)色麗)；YG141D型織物厚度儀(寧波紡織儀器廠)；Y172型纖維切片器(常州第二紡織機(jī)械有限公司)；CU-6型纖維細(xì)度儀(北京和眾視野科技有限公司)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

預(yù)處理：織物→二浸二軋(軋余率為60%～70%)→預(yù)烘(80 ℃×3 min)→焙烘(200 ℃，1 min)。

噴墨印花：在滌綸針織物印制1 mm的線條，分辨率為720 dpi×540 dpi(3通道)。

焙烘固色處理：噴墨印花織物→焙烘(200 ℃，1 min)。

1.3 測(cè)試方法

1.3.1墨滴在織物上的擴(kuò)散距離和擴(kuò)散面積

采用微量進(jìn)樣器抽取0.5 μL的分散染料墨水點(diǎn)滴在滌綸針織物上。采用Image J分析軟件測(cè)量墨滴在織物上的擴(kuò)散面積和擴(kuò)散距離。每個(gè)試樣測(cè)量5個(gè)點(diǎn)，結(jié)果取其平均值。

可通過(guò)計(jì)算織物的有效孔隙度Φ值來(lái)綜合衡量墨滴在不同織物上的擴(kuò)散情況，計(jì)算公式[10]為

式中：Vd為墨滴體積，cm3；Ad為墨滴在織物上的擴(kuò)散面積，cm2；Tf為織物的厚度，cm。

1.3.2清晰度

采用金相顯微鏡，放大50倍時(shí)拍攝印花后線條。用ToupView軟件測(cè)量織物線圈橫縱向的實(shí)際線寬。實(shí)際線寬越大，說(shuō)明滲化越嚴(yán)重，清晰度越差。

1.3.3印花纖維切片

采用CU-6型纖維細(xì)度儀(Y172型纖維切片器制樣)在放大500倍條件下觀察墨水在纖維中的分布狀態(tài)用于表征樣品的滲透程度。

2 結(jié)果與討論

2.1 織物組織結(jié)構(gòu)對(duì)印花清晰度的影響

織物參數(shù)及墨滴在織物上的擴(kuò)散面積如表1所示?？煽闯?，4#織物密度最低，墨滴的擴(kuò)散面積卻是最小。說(shuō)明墨滴在織物上的擴(kuò)散和滲化不僅僅由織物密度決定，而是由織物厚度、可潤(rùn)濕性、孔隙度、纖維或紗線間毛細(xì)效應(yīng)等多種因素決定[9]。

表1 織物參數(shù)及墨滴在織物上的擴(kuò)散面積Tab.1 Fabric parameters and diffusion area of ink droplets on different fabrics

注：墨滴體積為0.5 μL。

由表1可看出，Φ值越大，墨滴在織物上擴(kuò)散的面積越小，表明織物潤(rùn)濕性相對(duì)較差，纖維或紗線間的毛細(xì)效應(yīng)相對(duì)較弱。

墨滴在織物上的擴(kuò)散距離和印花的實(shí)際線寬，如表2所示。可看出，織物有效孔隙度Φ值是由織物組織結(jié)構(gòu)決定的，墨滴的擴(kuò)散距離d和印花的實(shí)際線寬Ed也受織物組織結(jié)構(gòu)的影響，為了進(jìn)一步探究這三者之間的關(guān)系，對(duì)d/Φ-Ed進(jìn)行線性擬合，結(jié)果如圖1所示。可看出，d/Φ-Ed線性擬合的擬合度R2為0.938 7，說(shuō)明d/Φ和Ed的線性相關(guān)較好。表明Φ值和d影響Ed，而Ed的大小反映印花清晰度的高低，因此，Φ值影響印花清晰度。

表2 墨滴在織物上的擴(kuò)散距離和印花的實(shí)際線寬Tab.2 Diffusion distance of ink droplets on fabric and printed actual line width

注：打印設(shè)置的線條寬度為1 mm。

2.2 預(yù)處理對(duì)印花清晰度的影響

圖2示出預(yù)處理劑的種類和用量對(duì)印花清晰度的影響。可看出：未經(jīng)處理織物的實(shí)際線寬Ed較大，說(shuō)明滲化嚴(yán)重,印花清晰度較差。這是因?yàn)闇炀]是疏水性纖維，吸濕量較小，對(duì)墨滴的抱合力較小，墨滴會(huì)沿著紗線擴(kuò)散。而經(jīng)預(yù)處理劑處理后，Ed減小，說(shuō)明印花清晰度提高。3種預(yù)處理劑中，陽(yáng)離子改性劑處理織物的印花清晰度優(yōu)于海藻酸鈉和聚乙烯醇。原因是：海藻酸鈉在織物表面形成薄膜，堵塞纖維的毛細(xì)管，從而抑制墨滴延紗線進(jìn)一步擴(kuò)散[11]；陽(yáng)離子改性劑不僅能在纖維表面成膜抑制纖維毛細(xì)管效應(yīng)，同時(shí)也能在纖維表面引入正電荷，而分散染料墨水中分散染料粒子表面帶負(fù)電荷，纖維表面的正電荷將強(qiáng)烈吸引帶負(fù)電荷的分散染料顆粒[7]，從而阻礙墨滴進(jìn)一步擴(kuò)散，使得Ed減小，印花清晰度提高。當(dāng)陽(yáng)離子改性劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)4%時(shí)，Ed不再減小，因此，選擇質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%的陽(yáng)離子改性劑處理該滌綸針織物。

圖1 d/Φ與Ed線性擬合Fig.1 Linear fitting for d/Φ-Ed

圖2 預(yù)處理劑對(duì)印花清晰度的影響Fig.2 Influence of pretreatment agent on printing accuracy for ink-jet printing. (a) Cationic modifier; (b) Sodium alginate; (c) Polyvinyl alcohol

圖3示出不同預(yù)處理劑處理織物印花后的纖維切片。可看出，經(jīng)預(yù)處理劑處理的纖維有明顯的未染色部位，說(shuō)明與未處理的織物相比，墨水滲透到織物另一面的現(xiàn)象減輕。

圖3 不同預(yù)處理劑處理織物印花后的纖維切片F(xiàn)ig.3 Patterns of fiber slice for fabrics treated by different pretreatment agents. (a) Untreated; (b) Cationic modifier; (c) Sodium alginate; (d) Polyvinyl alcohol pretreated fabrics

2.3 焙烘固色對(duì)印花清晰度的影響

用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%的陽(yáng)離子改性劑處理織物，然后對(duì)預(yù)處理的織物進(jìn)行印花并焙烘固色，探究焙烘前后焙烘溫度和焙烘時(shí)間對(duì)印花清晰度的影響。印花后，焙烘前后的纖維切片如圖4(a)、(d)所示；印制1 mm線條，其焙烘前后的顯微鏡照片如圖4(b)、(e)和圖4(c)、(f)所示。

圖4 纖維切片和焙烘前后線條的顯微鏡圖片F(xiàn)ig.4 Patterns of fiber slices and image of lines before and after baking. (a) Pattern of fiber slice before baking;(b) Image of line before baking in wale direction; (c) Image of line before baking in course direction; (d) Pattern of fiber slice after baking; (e) Image of line after baking in wale direction; (f) Image of line after baking in course direction

由圖4(a)、(d)可知，分散染料要在高溫下才能擴(kuò)散到纖維內(nèi)部，完成發(fā)色。經(jīng)測(cè)試計(jì)算得：焙烘前后線圈縱向?qū)嶋H線寬Ed分別為1.03、1.22 mm；焙烘前后線圈橫向?qū)嶋H線寬Ed分別為1.01、1.18 mm?？梢?jiàn)，焙烘后Ed變大，這是因?yàn)楦邷乇汉鏁r(shí)，印花后的織物由于溫度驟然升高，墨水中的粒子會(huì)隨溶劑沿著紗線進(jìn)一步擴(kuò)散，導(dǎo)致Ed變大，如圖4(b)、(e)和圖4(c)、(f)所示。

圖5示出焙烘溫度對(duì)印花清晰度的影響?？煽闯?，實(shí)際線寬Ed隨焙烘溫度的升高先減小后增大。這是由于隨焙烘溫度的升高，滌綸纖維中無(wú)定型區(qū)高分子鏈段的運(yùn)動(dòng)加劇，微隙增加，染料分子進(jìn)入纖維內(nèi)部的阻力降低，越來(lái)越多的染料進(jìn)入纖維內(nèi)部，Ed減小，清晰度提升，但溫度升高至200 ℃后，染料不僅進(jìn)入纖維內(nèi)部，由于溫度過(guò)高，多余的染料還會(huì)沿著紗線擴(kuò)散，導(dǎo)致Ed變大，印花清晰度下降，如圖6所示；所以，該滌綸針織物的焙烘固色溫度為200 ℃。

圖5 焙烘溫度對(duì)印花清晰度的影響Fig.5 Influence of baking temperature on printing accuracy

圖6 不同焙烘溫度的印制線條顯微鏡照片F(xiàn)ig.6 Microscope images of lines on fabric at various baking temperatures. (a) In wale direction; (b) In course direction

圖7示出焙烘時(shí)間對(duì)印花清晰度的影響?？煽闯?，實(shí)際線寬Ed隨焙烘時(shí)間的延長(zhǎng)先減小后增大。隨焙烘時(shí)間的延長(zhǎng)，越來(lái)越多的染料滲透到纖維內(nèi)部,Ed減小，印花清晰度提升，但1 min后，染料上染纖維達(dá)到平衡，多余的染料不再進(jìn)入纖維內(nèi)部，而是沿著紗線進(jìn)一步擴(kuò)散，導(dǎo)致Ed增大，印花清晰度下降，如圖8所示；因此該滌綸針織物的焙烘固色時(shí)間為1 min。

圖7 焙烘時(shí)間對(duì)印花清晰度的影響Fig.7 Influence of baking time on printing accuracy

圖8 不同焙烘時(shí)間印制線條的顯微鏡照片F(xiàn)ig.8 Microscope images of lines on fabrics with various baking time. (a) In wale direction; (b) In conrse direction

3 結(jié) 論

1) 織物組織結(jié)構(gòu)影響墨滴在織物上的擴(kuò)散和滲化，織物的有效孔隙度越大，墨滴在織物上擴(kuò)散的面積越小，表明其印花清晰度較好。

2)預(yù)處理劑種類顯著影響印花清晰度，與海藻酸鈉和聚乙烯醇相比，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%的陽(yáng)離子改性劑處理織物，其印花清晰度最佳。

3)焙烘固色后實(shí)際線寬變大，印花清晰度下降。印花清晰度隨焙烘溫度和焙烘時(shí)間的增加先升高后降低。焙烘溫度為200 ℃，焙烘時(shí)間為1 min時(shí)，印花清晰度最佳。

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