真絲綢數(shù)碼印花活性染料墨水性能測試與評估

郭文登　莫楊　黃益　汪可豪　陳妮

摘要： 為探索研究適用于真絲綢數(shù)碼印花用的活性染料墨水，選擇了國內市場上8個典型品牌的活性染料墨水，從墨水pH值、電導率、吸收光譜特性、色域范圍，以及印制織物的得色、干濕摩擦色牢度等方面進行對比評估。結果表明，各品牌墨水pH值范圍處于中性或弱酸性，可避免活性染料過度水解以改善其穩(wěn)定性；較低的電導率有利于避免鹽類結晶而造成的噴嘴堵塞和腐蝕問題；各品牌活性墨水中CMY三原色色相穩(wěn)定，而BRO三只專色則存在一定差別，且在不同亮度水平下整體色域范圍存在差異。同時，真絲綢數(shù)碼印花印制性能研究表明，提高活性數(shù)碼印花墨水的穩(wěn)定性有利于改善印花織物的得色量和色牢度性能。

關鍵詞： 真絲綢；數(shù)碼印花；活性染料墨水；性能評估；穩(wěn)定性

中圖分類號： TS194.644

文獻標志碼： A

文章編號： 10017003（2018）09000106

引用頁碼：091101

Performance testing and evaluation of reactive dye inks for silk digital printing

GUO Wendeng1， MO Yang1， HUANG Yi2， WANG Kehao1， CHEN Ni1

（1. Wensli Group Co.， Ltd.， Hangzhou 310018， China； 2. Engineering Research Center for EcoDyeing & Finishing of Textiles， Ministry of Education， Zhejiang SciTech University， Hangzhou 310018， China）

Abstract： In order to explore suitable reactive inks for silk digital printing， reactive dye inks of eight brands were selected from the domestic market to evaluate their pH， conductivity， absorption spectrum， color gamut range and their application performance including color yield， dry and wet rubbing fastness. The results showed that pH values of ink of different brands ranged from neutral and weakly acidic property， which would be helpful to reduce hydrolysis of the reactive dye and improve their stability. Reactive inks with lower conductivity could avoid salt crystallization which would cause nozzle blocking and corrosion problem. The hue of three primary colors （CMY） was stable， while that of spot color （BRO） had some differences， and the overall gamut range of these ink sets were different at different brightness levels. The application performance of the printed silk demonstrated that the increase in the stability of reactive ink would improve the color yield and color fastness of the printed fabric.

Key words： silk； digital printing； reactive dye ink； performance evaluation； stability

真絲綢數(shù)碼印花產(chǎn)品以其品種繁多、印制精美、花色新穎而聞名于世。應用數(shù)碼印花技術可將人們喜愛的花色及圖案完美地再現(xiàn)在白坯綢上，使絲綢更加華麗并富有藝術性，凸顯真絲綢高貴典雅、華麗飄逸的風采。與傳統(tǒng)的印花技術相比，數(shù)碼印花技術能顯著縮短工藝流程，減少污染及排放，但其印花顏色的準確性、穩(wěn)定性和色彩表現(xiàn)力等方面仍亟待改善[12]。這是因為傳統(tǒng)印花可根據(jù)固定配方比例調制染料專色，而數(shù)碼印花技術則采用混色原理，所有顏色均由有限的四色或多色墨水混合而成，色域范圍相對較小且混色的準確性和穩(wěn)定性受墨水性能、環(huán)境溫濕度、漿料、設備等因素影響[34]。其中，數(shù)碼印花墨水的性能指標，如墨水pH值、電導率、染料濃度、色域范圍等均是影響數(shù)碼印花織物品質的關鍵。為此，本研究收集了國內市場上8家具代表性的活性墨水廠商產(chǎn)品，對墨水的上述性能指標進行對比分析，并在常規(guī)數(shù)碼印花工藝的基礎上，評估印制后數(shù)碼印花織物的得色量、滲透性、色牢度等應用性能，為絲綢數(shù)碼印花生產(chǎn)加工提供有益借鑒。

1實驗

1.1材料、藥品及儀器

材料：素縐緞，平方米質量68.89g/m2（湖州九和絲綢有限公司）。

藥品：青色（C）、品紅（M）、黃色（Y）、黑色（K）、大紅色（R）、橙色（O）、藍色（B）、灰色（G）八色活性數(shù)碼印花墨水，由韓國Ink Eco公司、永光化學工業(yè)股份有限公司、杭州德印達科技有限公司、浙江龍盛集團股份有限公司、深圳市墨庫圖文技術有限公司、青島英杰泰新材料有限公司、上海安諾其集團股份有限公司、浙江藍宇數(shù)碼科技股份有限公司提供，本研究僅通過墨水性能比較篩選適用現(xiàn)行工藝的墨水產(chǎn)品，故按1#～8#與上述品牌墨水隨機對應；pink漿（喬凡尼卜賽特（上海）化工商貿有限公司），碳酸氫鈉（杭州龍山化工有限公司），尿素（安徽晉煤中能化工股份有限公司）。

儀器設備：EPSON S70680數(shù)碼噴墨印花機（愛普生（中國）有限公司），EIZO顯示器（藝卓顯像技術（蘇州）有限公司），顏色測量儀器i1 Pro（愛色麗（上海）色彩科技有限公司），Datacolor SF650測色配色儀（Datacolor公司），F(xiàn)E30型電導率儀（梅特勒托利多儀器上海有限公司），PHS3C型 pH計（上海雷磁儀器廠），Lambda 35型紫外/可見分光光度計（美國PerkinElmer公司），Y571B摩擦色牢度儀、Y902C汗?jié)n色牢度烘箱（南通宏大實驗儀器有限公司）。

1.2實驗方法

1.2.1數(shù)碼印花漿料處方

1.3測試方法

1.3.1pH值測定

采用PHS3C型pH計并根據(jù)GB/T9724—2007《化學試劑 pH值測定通則》測定不同活性數(shù)碼印花墨水的pH值。

1.3.2電導率測試

采用FE30型電導率儀并根據(jù)HG/T3506—1999《表面活性劑 試驗用水或水溶液電導率的測定》測定不同活性數(shù)碼印花墨水電導率。

1.3.3紫外/可見光吸收光譜測定

采用Lambda 35型紫外/可見分光光度計測定不同墨水在可見光區(qū)的吸收光譜，并確定其最大吸收峰的位置及對應強度。

1.3.4K/S值的測定

分別用青、品紅、黃和黑四個單色，通道墨量限定為100%，打印10cm×10cm方塊，蒸化水洗熨干。采用Datacolor SF650測色配色儀，在D65光源下測定三次取平均值以得到印花織物正反面的K/S值。

1.3.5色域范圍測定

采用Neostampa 7.0版 Rip軟件搭建墨水測試隊列，設定噴印模式（色彩模式8color，質量720×7204PASS），在上好漿的織物上噴印線性化標板，如圖1所示。蒸化水洗烘干后，使用分光光度儀i1 Pro測量線性化標板，生成各顏色墨水的噴印曲線。將混合油墨限制為275%，在上好漿的織物上噴印色域測試標版（NS_i1_2250_RGBOptimized），使用分光光度儀i1 Pro測試該標板，生成色彩特性文件（ICC文件）。通過ColorThink軟件，將ICC文件表征為2D及3D的色域圖。

1.3.6色牢度的測試

選用青、品紅、黃和黑四色墨水，設置通道墨量100%，噴印10cm×10cm尺寸織物。分別根據(jù)GB/T3920—2008《紡織品 色牢度試驗 耐摩擦色牢度》和GB/T3922—2013《紡織品 色牢度試驗 耐汗?jié)n色牢度》測定樣品織物的耐摩擦色牢度和耐汗?jié)n色牢度。

2結果與分析

2.1活性染料墨水的穩(wěn)定性

活性染料墨水因其染料結構中含有反應性基團，可與真絲纖維上的羥基、氨基等發(fā)生反應形成牢固的共價鍵，因此印花織物具有優(yōu)異的耐摩擦色牢度。然而，染料活性基團的存在可使成品活性染料墨水在儲存過程中發(fā)生不同程度的水解副反應，導致部分染料失去反應活性，從而降低印花織物的色牢度和得色量?；钚匀玖系乃夥磻粌H與染料本身的化學結構有關，還與其所處的墨水環(huán)境，如pH值、鹽濃度及染料濃度等有關[5]。因此，上述性能指標的分析測試，對評估活性染料墨水品質并優(yōu)化印花生產(chǎn)工藝具有重要意義。

2.1.1活性染料墨水的pH值

在一定pH值條件（堿性）下，活性染料可與水溶液中的氫氧根離子發(fā)生親核反應而失去活性[67]。為提高商品化活性染料墨水的儲存穩(wěn)定性，通常需對墨水的pH值進行調控，以減少活性染料的水解副反應。本研究對8個品牌共計64只活性染料墨水的pH值進行了檢測，結果如表2所示。從表2可知，絕大部分活性染料墨水的pH值處于中性范圍（6.5～9），上述pH值范圍可有效減少活性染料的水解副反應。值得注意的是，6#活性染料8色墨水的pH值均處于弱酸性條件（4～5），這可能是弱酸性條件可抑制染料溶液中氫氧根離子的產(chǎn)生，有利于提升活性染料墨水的水解穩(wěn)定性。

2.1.2活性染料墨水的電導率

電導率是物體傳導電流的能力（電阻的倒數(shù)），等于溶液中各種離子電導率之和，它也間接衡量溶液中離子的總含量[8]。數(shù)碼印花墨水的電導率也可用于反映墨水中的含鹽量。若墨水含鹽量過高（>0.5%），一方面在噴印過程中鹽類易在微小的噴頭通道中形成結晶而導致噴嘴堵塞；另一方面長期高含量鹽類物質的存在，也極易腐蝕噴頭[9]。因此，數(shù)碼印花墨水的電導率是墨水穩(wěn)定性的一項重要指標，高品質的墨水通常需要高精度的除鹽工序，盡可能降低墨水的含鹽量。本研究對活性染料墨水的電導率進行了檢測，結果如表3所示。

從表3可知，所有測試墨水的電導率值均小于20mS/cm，符合數(shù)碼噴印加工對墨水含鹽的要求[10]。但由于各品牌墨水的除鹽工藝存在差別，不同品牌同一顏色墨水的電導率存在顯著差異。此外，各品牌黑色（K）墨水的電導率較其他顏色墨水均普遍偏高。這是由于受限于黑色染料在水中的溶解性和穩(wěn)定性，獲得深黑色印花效果一直是數(shù)碼印花技術的難點。為提高黑色墨水中的染料濃度，可以通過在墨水中添加高效的醇類或醚類等有機增溶劑，來提高黑色染料在墨水中電離和溶解性[11]。電離和溶解狀態(tài)的活性染料濃度越大，則黑色墨水的電導率愈大。

2.1.3活性染料墨水紫外/可見光吸收光譜

紡織品數(shù)碼印花加工中追求良好的色彩還原性，即通常所說的“所見即所得”。色彩還原性主要指所加工的數(shù)碼印花織物與設計稿或實物樣品在顏色明度、飽和度和色相方面的一致性[12]。而上述一致性的實現(xiàn)，不僅與其生產(chǎn)工藝的穩(wěn)定性有關，而且與染料基本色的偏差及色彩管理方案密切相關。本研究對活性染料墨水的紫外/可見光光譜進行了測試，通過其最大吸收峰的位置評估染料主要基本色的準確性，結果如圖2所示。從圖2可知，不同品牌CMY染料三原色的色彩準確性相對穩(wěn)定，而BRO三只專色的最大吸收峰位置存在一定差異。因此，選用8色墨水進行生產(chǎn)加工時，不同品牌墨水的色域范圍存在差異。

2.2色域范圍

紡織品數(shù)碼印花技術是通過CMYK等基色的混合生成其他各色，是典型的減法混色方法。相對于加法混色原理，減法混色中基本色的相互疊合會降低混合色的亮度，無法通過混色得到亮度較高的顏色，因此減法混色的色域空間相對較小。為解決上述問題并提高數(shù)碼印花的色域范圍，通過增加專色染料參與色彩表現(xiàn)，從而增加色彩的多樣性，是解決CMYK色域空間不足的通用方法。

本研究選用各品牌活性染料墨水制備色域測試標版，測試其在明度（L）為75和25時（分別代表高明度和低明度）相對sRGB的色域空間占比，從而評估各品牌墨水在色域空間和色彩表現(xiàn)力方面的特性，結果如圖3和圖4所示。由圖4可知，各品牌墨水在高低明度下的色域范圍均存在差異，在高明度時（L為75），2#、4#墨水表現(xiàn)出較大的色域占比，表明其在淺色圖案中更具色彩表現(xiàn)力；在低明度時（L為25），3#和5#墨水則表現(xiàn)出較大的色域范圍，說明其在打印深色圖案時能表現(xiàn)出更廣的色彩效果。因此，在實際生產(chǎn)中可根據(jù)不同產(chǎn)品的色彩要求，根據(jù)墨水色彩表現(xiàn)性能進行優(yōu)化配置，實現(xiàn)產(chǎn)品品質和成本的最優(yōu)化。

2.3不同墨水印制后織物的得色量

絲綢數(shù)碼印花織物的得色量是評價活性印花墨水穩(wěn)定性及工藝合理性的重要指標之一。活性印花墨水在存放和汽蒸固色過程中將不可避免地發(fā)生水解反應，使部分活性染料失去與纖維發(fā)生共價結合的能力，最終影響印花織物的得色量[13]。本研究通過測試單色數(shù)碼印花織物的表觀顏色深度K/S值，來對比評估各品牌數(shù)碼印花墨水在印制織物得色量方面的性能，結果如圖5所示。由圖5可知，3#、4#和5#分別在CMYK四個單色中得色量最高。而整體上，3#數(shù)碼印花墨水印制織物的得色量最佳，6#最差。該結果一方面歸因于活性染料墨水在穩(wěn)定性方面的差異，另一方面也可能與實驗工藝條件適用性相關。由前文可知，6#墨水的pH值呈弱酸性且明顯低于其他品牌墨水，因此在相同工藝及配方下，其將消耗漿料中的部分堿劑而改變最佳的固色工藝條件，最終導致印制織物得色量的顯著下降。

此外，為進一步評估各品牌活性印花墨水的久置穩(wěn)定性，將活性印花墨水常溫避光放置6個月后，

2.4不同墨水印制后織物的色牢度

本研究對各品牌數(shù)碼印花墨水印制后織物的耐干濕摩擦色牢度和耐汗?jié)n色牢度進行評估，結果分別如表5和表6所示。從表5、表6可知，由于活性染料在固色過程中主要以共價鍵形式與纖維發(fā)生反應，因此大部分品牌活性染料墨水印制后的織物表現(xiàn)出良好的耐摩擦色牢度和耐汗?jié)n色牢度。個別樣品較低的濕摩擦色牢度主要是因為部分水解染料在水洗后仍可能以物理形式吸附于纖維表面，在濕摩擦過程中發(fā)生轉移沾色所致。

3結論

1）控制活性染料墨水的pH值范圍于中性或弱酸性，可避免活性染料發(fā)生過度水解副反應，提高存放穩(wěn)定性；各品牌墨水電導率值均小于20mS/cm，可避免鹽類結晶聚集及對噴嘴的堵塞和腐蝕作用；各品牌墨水CMY染料三原色的色相準確性穩(wěn)定，而BRO專色存在差異。

2）各品牌活性染料墨水在不同亮度水平下的色域范圍存在差異，在實際生產(chǎn)過程中可依據(jù)產(chǎn)品顏色要求綜合選擇適宜品牌墨水。

3）真絲綢數(shù)碼印花織物的印制性能表明，數(shù)碼印花織物的得色量、色牢度等指標與墨水的穩(wěn)定性相關。提高活性數(shù)碼印花墨水的穩(wěn)定性，有利于改善印花織物的得色量和色牢度性能。上述規(guī)律的總結，可為后續(xù)上漿、汽蒸等工藝條件優(yōu)化提供一定的理論基礎。

參考文獻：

[1]徐強. 利用數(shù)碼印花技術減少絲綢產(chǎn)品在印花中的能耗與污水排放[J]. 遼寧絲綢， 2008（3）： 2324.

XU Qiang. Reduce the energy consumption and sewage discharge in silk printing by using inkjet printing technology [J]. Liaoning Tussah Silk， 2008（3）： 2324.

[2]TYLER D J. Textile digital printing technologies [J]. Textile Progress， 2005， 37（4）： 165.

[3]余衛(wèi)華. 真絲用數(shù)碼印花水基染料墨的研究[J]. 四川絲綢， 2008（1）： 2124.

YU Weihua. Research on waterbased dye ink for silk inkjet printing [J]. Sichuan Silk， 2008（1）： 2124.

[4]陳妮， 李練. 淺談絲綢的數(shù)碼印花色彩管理[J]. 數(shù)字印刷， 2017（9）： 4042.

CHEN Ni， LI Lian. Discussion on color management of silk inkjet printing [J].Digital Printing， 2017（9）： 4042.

[5]黃旭明， 金雅， 蔡再生. 液體活性染料的水解性分析及水解控制[J]. 紡織科技進展， 2005（6）： 1719.

HUANG Xuming， JIN Ya， CAI Zaisheng. The hydrolyze analysis and control of liquid reactive dye [J]. Progress in Textile Science & Technology， 2005（6）： 1719.

[6]趙濤. 染整工藝原理[M]. 北京： 中國紡織出版社， 2008： 7476.

ZHAO Tao. Process and Principle Dyeing and Finishing [M]. Beijing： China Textile & Apparel Press， 2008： 7476.

[7]NOGUCHI H， SHIROTA K. 14Formulation of Aqueous Inkjet Ink[M]// UJIIE H. Digital Printing of Textiles. Cambridge： Woodhead Publishing Ltd， 2006： 233251.

[8]吳浩. 影響噴墨墨水電導率因素分析[J]. 印刷世界， 2012（6）： 4346.

WU Hao. Analysis of the factor on conductivity of inkjet ink [J]. Print World， 2012（6）： 4346.

[9]胡騏川. 數(shù)碼印花墨水品質異常判斷與分析[J]. 絲網(wǎng)印刷， 2017（4）： 3739.

HU Qichuan. Quality judgment and analysis of inkjet printing ink [J]. Screen Printing， 2017（4）： 3739.

[10]QBT 4973.12016. 紡織品印染噴墨 第1部分：活性染料墨水[S]. 北京：中國輕工業(yè)聯(lián)合會， 1996.

QBT 4973.12016. Inkjet ink for digital textile printingpart 1： reactive dye ink [S]. Beijing： China National Light Industry Council， 1996.

[11]胡元元， 郝龍云， 蔡玉青， 等. 有機溶劑對活性染料墨水穩(wěn)定性的影響[J]. 染整技術， 2008， 30（6）：59.

HU Yuanyuan， HAO Longyun， CAI Yuqing， et al. Effect of organic solvents on the stability of ink of reactive dyes [J]. Textile Dyeing and Finishing Journal， 2008， 30（6）：59.

[12]周峰江， 胡正明. 噴墨印花的色彩表達方法[J]. 印染， 2010， 36（15）： 1921.

ZHOU Fengjiang， HU Zhengming. Color expression in digital inkjet printing [J]. Dyeing & Finishing， 2010， 36（15）： 1921.

[13]CAMPBELL J R. 9Controlling Digital Colour Printing on Textiles[M]// XIN John H. Total Colour Management in Textiles. Cambridge： Woodhead Publishing Ltd， 2006： 160190.