數(shù)碼噴墨印花技術(shù)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

陶榮靜，蔡雨杭，郭榮輝

(四川大學(xué)輕紡與食品學(xué)院，四川成都 610065)

在當(dāng)今科技高速發(fā)展的環(huán)境下，逐漸出現(xiàn)了一種集高科技電子信息、材料、紡織印染等為一體的高新技術(shù)——數(shù)碼噴墨印花技術(shù)。數(shù)碼噴墨印花技術(shù)直接將經(jīng)電腦處理后的圖像印在織物上，最早出現(xiàn)于20世紀(jì)末，其操作簡單，受到眾多人追捧。該技術(shù)的出現(xiàn)，打破了傳統(tǒng)印花業(yè)耗費(fèi)大量人力物力的局面，使印花業(yè)進(jìn)入科技化時(shí)代，被譽(yù)為21世紀(jì)紡織印花的革命性技術(shù)。同時(shí)數(shù)碼噴墨印花先進(jìn)的技術(shù)及方法，開辟了紡織及印染行業(yè)的新紀(jì)元，為未來紡織品印花的發(fā)展提供了路徑。

1 數(shù)碼噴墨印花技術(shù)

數(shù)碼噴墨印花技術(shù)源于噴墨打印機(jī)，即在壓縮空氣的驅(qū)動下，將特制的墨水經(jīng)印花機(jī)的噴嘴噴射到紡織品上，再由計(jì)算機(jī)根據(jù)紡織品設(shè)計(jì)的要求來控制設(shè)備形成花紋圖案。根據(jù)墨水的性能，采用適當(dāng)?shù)念A(yù)處理和后處理，使紡織品具有更好的色牢度和色彩鮮艷度。

這種方法不需要生產(chǎn)網(wǎng)板，幾乎可以瞬間改變圖案，數(shù)碼噴墨印花通過設(shè)備將墨水噴到織物上的非接觸式印花方法[1]。

1.1 特點(diǎn)

數(shù)碼噴墨技術(shù)應(yīng)用于紡織及印花行業(yè)，改變了紡織印染廠傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式和商業(yè)模式，縮短了生產(chǎn)的時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率，符合快節(jié)奏的當(dāng)今社會的要求，對推動印染行業(yè)科技化起到了推波助瀾的作用。與傳統(tǒng)的印花方式相比較，主要有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)無須分色、描稿，全程實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，操作簡單。

(2)接受花樣圖案的方式可以通過各種數(shù)字傳輸手段，圖樣修改簡單，可以在計(jì)算機(jī)上任意設(shè)計(jì)、修改。

(3)是對紡織品要求低的非接觸印花方式。

(4)花紋樣式逼真，邊緣清晰，分辨率高。

(5)色彩鮮艷，層次鮮明，幾乎可以再現(xiàn)自然界中的一切顏色。

(6)計(jì)算機(jī)自動記憶印花過程中的所有數(shù)據(jù)，可以達(dá)到每次打樣的相似，保證印花的再現(xiàn)性。

(7)噴印機(jī)可自動供墨，實(shí)現(xiàn)連續(xù)噴印，生產(chǎn)周期短。

(8)適應(yīng)小批量、多品種、差異化、個(gè)性化生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)按需定制。

(9)按需噴墨，節(jié)省染料，無噪音，無廢水，無浪費(fèi)，印刷過程能耗極低，有利于環(huán)境保護(hù)[2-4]。

2 噴墨印花工藝

隨噴墨印花技術(shù)所用不同染料和纖維品種，紡織品的噴墨印花工藝也將調(diào)整變化。應(yīng)根據(jù)不同織物的表面性能差異，選擇合適的墨水和印刷工藝：

(1)毛織物多用酸性染料，工藝流程為：毛織物預(yù)處理→干燥→噴墨印花→干燥→汽蒸→皂洗→水洗→干燥。

(2)滌綸織物主要采用分散染料進(jìn)行噴墨印花，工藝流程為：滌綸織物預(yù)處理→噴墨印花→汽蒸或熱熔固色→水洗→干燥→后整理。

(3)纖維素織物當(dāng)下研究最多的是活性染料，工藝流程為：織物預(yù)處理→干燥→噴墨印花→干燥→汽蒸→水洗→干燥。

(4)顏料墨水適用于所有織物，印花工藝簡單，可以直接進(jìn)行印花。但為了使色彩更鮮艷，應(yīng)對其進(jìn)行預(yù)處理，工藝流程為：織物預(yù)處理→噴墨印花→烘焙。

在噴墨印花中，預(yù)處理和后處理是最重要的工藝。對織物的表面性質(zhì)進(jìn)行不同的預(yù)處理，以改變織物的潤濕性和吸附性，并使織物更好地上色。完成后，對織物進(jìn)行后處理以去除浮色，同時(shí)使染料粘附到織物上，從而增加色牢度。總之，噴墨印花工藝可簡單概括為：織物的預(yù)處理→數(shù)碼噴墨印花過程→織物后處理[5]。

2.1 染料印花的預(yù)處理

由于未處理的織物表面過于光滑，墨水難以附著在織物上，染色牢度不高，容易發(fā)生滲化，故要對織物進(jìn)行預(yù)處理。預(yù)處理大多數(shù)用在染料墨水印花的織物上，主要目的為改善織物性能和降低表面光滑程度，提高上染速率和色牢度，使織物擁有更好的光澤。

由于性能的差異，不同的織物通常需要不同的預(yù)處理。常規(guī)的預(yù)處理是使用海藻酸鈉等化學(xué)品對織物進(jìn)行處理，不同織物的預(yù)處理方式如下。

2.1.1 羊毛織物

在羊毛面料上進(jìn)行噴墨印花有著很多優(yōu)勢，近年來發(fā)展迅速。但是羊毛纖維表面的鱗片結(jié)構(gòu)顯著影響了羊毛織物的潤濕性，從而導(dǎo)致墨水難以吸附與擴(kuò)散進(jìn)纖維中，對羊毛面料的印花造成很多問題，可通過對其進(jìn)行預(yù)處理來改善。

張向茹等獲得羊毛織物印花預(yù)處理漿料最佳的配方，采用該配方印花的羊毛織物，不但不降低織物防滲化性，還大大提升了上色量和色彩飽和度，比原來使用單一糊料提高了13.28%[6]。關(guān)芳蘭研究了羊絨織物前處理漿料配方，通過實(shí)驗(yàn)得出最優(yōu)漿料配方，采用其漿料印花后，羊絨織物印花得色量可以達(dá)到68，能達(dá)到與棉織物接近的得色量[7]。李紅濤等采用等離子體處理對羊毛織物進(jìn)行了預(yù)處理，研究其對羊毛織物預(yù)處理的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，大大提高了織物印花后性能[8]。李震等使用了堿性預(yù)處理漿料對毛針織物進(jìn)行預(yù)處理，結(jié)果顯示，使用堿性漿料對毛織物進(jìn)行預(yù)處理可行，在冷堆-短蒸工藝中，使用堿性漿料處理后的織物K/S值達(dá)到最優(yōu)水平[9]。

2.1.2 滌綸織物

滌綸具有抗皺性好、尺寸穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。但其纖維表面疏水基團(tuán)多，吸濕性差，染料上染率不好，要對其進(jìn)行預(yù)處理，改變其表面性質(zhì)，加強(qiáng)染色牢度及色彩飽和度。

楊靜蘭等研究了羧甲基纖維素、海藻酸鈉、聚乙二醇和聚氧化乙烯對滌綸纖維進(jìn)行表面改性后織物性能的變化，結(jié)果表明，四種物質(zhì)不同程度地防止滌綸印花時(shí)圖案邊緣滲化。通過測試織物的性能，得出聚氧化乙烯最為合適，同時(shí)聚氧化乙烯作為預(yù)處理劑符合噴墨印花要求，與商用墨水相配良好[10]。李震等研究了表面張力調(diào)節(jié)劑對滌綸織物預(yù)處理的影響，結(jié)果表明，經(jīng)過表面張力調(diào)節(jié)劑處理后的滌綸織物能夠進(jìn)行直接噴墨印花，且不影響染料在織物上的著色[9]。王春瑩等采用射頻輝光放電技術(shù)對滌綸織物表面改性，結(jié)果表明，經(jīng)過處理后，滌綸織物的潤濕性和透濕性大大地提高了，印花圖案清晰、色澤提高了，邊緣滲化程度降低了，織物表面沒有形成新的官能團(tuán)，分散染料的染色性能沒有發(fā)生明顯變化[11]。

2.1.3 純棉織物

棉是一種天然的可再生資源，由于其吸濕性優(yōu)異，做成服裝穿著舒適，透氣排汗，手感松軟，但純棉本身存在免燙性差、洗后起皺等缺點(diǎn)，所以一般都要對純棉面料進(jìn)行預(yù)處理。

蔣亮等通過研究預(yù)處理漿液的成分對棉織物印花效果的影響，得到了最為適合的漿液配方，根據(jù)此配方處理過的織物符合噴墨印花要求[12]。許秋生等研究液氨整理對免燙噴墨印花純棉面料品質(zhì)的影響，確定了最佳的噴印預(yù)處理漿液為水溶性聚丙烯酸類漿液，尿素用量100g/L～120g/L；探究可改善噴墨印花牢度的固色劑ECO，使色牢度得到了很大的提高，可以提升到4級以上；對噴墨印花免燙工藝進(jìn)行改進(jìn)，采用預(yù)縮工藝及低溫焙烘工藝，免燙性提高[13]。李震等采用了不同預(yù)處理液對棉織物進(jìn)行了浸化預(yù)處理和刮印預(yù)處理，結(jié)果顯示，預(yù)處理后的織物防滲化效果與經(jīng)刮印預(yù)處理的織物相近，但印花后K/S值偏低[9]。

Kan C W.等人采用等離子體技術(shù)對棉織物進(jìn)行預(yù)處理，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，常壓等離子體技術(shù)可以顯著提高印花后棉紡織品的洗后顏色。與未處理的紡織品相比，耐摩擦牢度、耐洗牢度以及輪廓清晰度、抗菌性等性能均得到改善[14]。Yuen C W M.等通過改進(jìn)前人將殼聚糖在棉織物數(shù)碼噴墨印花前處理印花漿制備中的研究，提出了一種雙浴法，用此方法獲得了較好的顯色效果。然而，殼聚糖的使用降低了印花后織物的拉伸強(qiáng)度[15]。

2.2 涂料印花的預(yù)處理

涂料印花是使用顏料與黏合劑、乳化劑等添加劑制成的糊料對織物進(jìn)行印花。印花時(shí)，纖維與顏料的緊密結(jié)合通過黏合劑的成膜作用達(dá)到，所以通常不需要預(yù)處理。但涂料印花存在問題，比如色彩飽和度遠(yuǎn)不如染料印花，耐濕摩擦牢度差，在印花過程中使用黏合劑導(dǎo)致手感變差等，可通過對織物進(jìn)行預(yù)處理來改善。

田志榮等通過對織物進(jìn)行干法和濕法預(yù)處理，比較了兩種涂料印花的預(yù)處理方式，得出干法預(yù)處理技術(shù)可以大幅提升色彩鮮艷度和色牢度，濕法預(yù)處理技術(shù)進(jìn)一步提升了涂料噴墨數(shù)碼印花的色域，基本接近活性印花的水平，色域和色牢度均超過干法預(yù)處理技術(shù)。發(fā)現(xiàn)采用噴頭噴涂可以實(shí)現(xiàn)按需噴涂，可節(jié)約預(yù)處理液，把對織物手感的影響降低到最小。施加預(yù)處理液后，無需烘干可以直接噴印，節(jié)省能源[16]。

2.3 后處理

顏料墨水的印花后處理工藝較容易，在適當(dāng)?shù)臏囟认逻M(jìn)行烘焙即可。染料墨水的印花后處理方法包含水洗、汽蒸、漂洗、烘干，根據(jù)染料墨水和紡織品的差異，四種后處理方法的實(shí)際應(yīng)用條件會各不相同。

賈瑞靜等研究制備了硅溶膠并將其應(yīng)用到噴墨印花棉紡織品的后處理。結(jié)果表明：用硅溶膠處理后，提高了織物表觀色深值，加深了織物的顏色，色彩飽和度降低，摩擦牢度和耐洗牢度均提高，但柔軟性略有所下降[17]。

3 噴墨印花的墨水及設(shè)備

3.1 墨水

3.1.1 墨水的組成及要求

噴墨印花墨水可大致分為：水性墨水和溶劑墨水兩類。前者溶于水，簡稱墨水，后者不溶于水，稱為油墨，其中水性墨水為當(dāng)前使用較多墨水。水溶性墨水主要由色素(染料或顏料)、水、載體(黏合劑、樹脂)以及其他助劑構(gòu)成，根據(jù)墨水的需要分別選擇不同助劑。其基本組成如表1所示。

表1 水溶性墨水的基本組成

當(dāng)今，還未有適合紡織品數(shù)碼噴墨印花的通用型墨水，然而，所有的墨水配方都必須符合一定的性能要求，如粘度、表面張力、導(dǎo)電性、粒度、pH值等[18]。

噴墨印花墨水的粘度較低，如粘度太高，噴出的液滴將被拉伸，從而影響噴射速度；墨水的表面張力較高；粒徑要求不能堵塞噴嘴；pH要求控制在4～8，呈酸性。墨水要求純度高，穩(wěn)定性好，適應(yīng)范圍廣，圖案質(zhì)量高，著色率高，色牢度好等特點(diǎn)[19]。

3.1.2 墨水按色素的使用分類

根據(jù)色素的使用情況來分，噴墨印花墨水可大致分為染料墨水以及顏料墨水兩類。目前紡織品印花主要采用分散、活性、酸性三種染料型墨水和顏料墨水，其中，分散墨水使用頻率最大 ，約一半以上，活性約30%，酸性約7%，顏料墨水使用最少，僅2%左右。

分散墨水可用于合成纖維的數(shù)碼噴墨熱轉(zhuǎn)移印花和直接印花，目前主要用于熱轉(zhuǎn)移印花，其印花工藝簡單，無污水排放，但其市場正趨于飽和。分散染料印花未來發(fā)展趨勢是數(shù)碼噴墨直接印花，縮短工藝流程，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率[20]。

顏料不溶于水，故其配制較為特殊。先將顏料研磨成小顆粒并使其穩(wěn)定分散在相應(yīng)的含水體系中，從而將黏合劑加入分散體系中使墨水在噴墨后能粘附到纖維上，使印染花紋具有較好的染色牢度。[19]。

3.1.3 發(fā)展現(xiàn)狀

數(shù)碼噴印墨水是影響印花產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵性因素之一。隨著數(shù)碼噴墨技術(shù)的不斷普及，高性價(jià)比的新型墨水開發(fā)已成為了公司研究開發(fā)的新方向。

目前，鴻盛數(shù)碼科技有限公司已成功開發(fā)出適合于噴墨印刷的各種墨水。如適用于棉、絲、化纖及各種混紡紡織品的 “捷特絲-Ⅱ”涂料墨水；用于滌綸及滌綸混紡織物的熱轉(zhuǎn)印墨水；用于纖維素和蛋白質(zhì)織物的活性染料墨水；用于蛋白質(zhì)織物及聚酰胺織物的酸性染料墨水等[21]。

3.2 設(shè)備

適用于紡織印花的數(shù)碼噴墨印花機(jī)需要擁有廣泛的印花范圍、合適的干燥設(shè)備、更快的印花速度以及可應(yīng)用于不同品種紡織品圖案的軟件和系統(tǒng)[22]。目前數(shù)碼噴墨印花機(jī)主要有載片印花機(jī)、T恤印花機(jī)、高速導(dǎo)帶式印花機(jī)和Single-pass印花機(jī)四種。其中, 由于其高產(chǎn)量,高速導(dǎo)帶印花機(jī)和Single-pass印花機(jī)被廣泛的應(yīng)用。

載片印花機(jī)既可應(yīng)用于機(jī)織物，也可用于針織物的印花。T恤數(shù)碼印花機(jī)是專門在T恤上印制數(shù)碼花型的機(jī)器，包含單件、雙件、多件和數(shù)碼八爪魚等幾種機(jī)型。高速導(dǎo)帶印花機(jī)的面世是數(shù)碼印花工業(yè)化生產(chǎn)的標(biāo)志，目前主流的高速導(dǎo)帶印花機(jī)的印花速度已經(jīng)和傳統(tǒng)平網(wǎng)印花速度相當(dāng)。Single-pass數(shù)碼印花機(jī)的噴印方式與以前的數(shù)碼印花機(jī)完全不同，印花時(shí)，貼在導(dǎo)帶上的織物是連續(xù)運(yùn)行的，而噴頭固定不動。這種噴印手段使得印花幅度更寬，質(zhì)量更好，速度更快，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)印花。例如意大利MS公司推出的LaRIO超高速數(shù)碼印花機(jī)，印花速度高達(dá)4500m/h；Konica Minolta(日本)推出的Nassenger SP-1，在實(shí)現(xiàn)高速度的同時(shí)，利用高性能的噴墨控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)很高的圖像再現(xiàn)性[23]。

4 數(shù)碼噴墨印花技術(shù)的應(yīng)用

數(shù)碼噴印由于其高技術(shù)、高精度、低污染等諸多優(yōu)點(diǎn)，受到了各大廠商的高度關(guān)注。目前，已經(jīng)在高端產(chǎn)品的印花中嶄露頭角，成為發(fā)展最快的一種印花方式，能適應(yīng)紡織業(yè)、服裝制造業(yè)的需要。作為一種快速、簡單和色譜豐富的生產(chǎn)方法，數(shù)碼噴印已經(jīng)獲得了一定的經(jīng)濟(jì)效益，存在巨大的市場潛力。

在產(chǎn)品領(lǐng)域，各類服裝是噴墨印花的最大應(yīng)用領(lǐng)域，如時(shí)裝、運(yùn)動服、泳裝面料、服飾配件(如圍巾、領(lǐng)帶)等[24]。在家用紡織品領(lǐng)域中，開發(fā)符合消費(fèi)者個(gè)性化的高檔產(chǎn)品，如：墻布、沙發(fā)包布、坐墊布、桌布等。在工藝品領(lǐng)域，生產(chǎn)出多種形式的紡織面料精美的工藝品，如：各種工藝墻壁掛件，結(jié)合竹、篾等制成桌面裝飾紡織工藝品等，還可制作具有旅游風(fēng)情、民族風(fēng)貌的各種手工藝品，如：傘、扇面、民俗服裝和其他具有紀(jì)念意義的工藝產(chǎn)品[25]。

5 數(shù)碼噴墨印花技術(shù)面臨的問題

如今，數(shù)碼噴墨印花技術(shù)已成為印染行業(yè)的主流生產(chǎn)工藝之一，部分廠家已經(jīng)使用該印花技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)。與傳統(tǒng)印花相比較，數(shù)碼噴墨印花具有許多優(yōu)點(diǎn)，設(shè)備發(fā)展迅速，但產(chǎn)業(yè)化速度遲緩。其原因是設(shè)備和工藝仍有不足，主要表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

(1)噴印速度慢，產(chǎn)量低

傳統(tǒng)印花正?？梢悦糠昼妿酌椎綆资椎乃俣扔』?，然而，噴墨印花才幾分鐘1米，印花的速度有待提高。

(2)墨水問題

數(shù)碼印花對墨水的要求很高，但墨水開發(fā)極難，技術(shù)跟不上需求。如墨水通用性不佳、儲存穩(wěn)定性不好及容易滲色等問題對印花后產(chǎn)品質(zhì)量具有很大的影響。另外，墨水的高價(jià)格也是制約噴墨印花產(chǎn)業(yè)化的主要原因。

(3)工藝問題

數(shù)碼噴印技術(shù)在工藝流程上仍有不成熟之處，有待進(jìn)一步發(fā)展。例如，在噴印前需先上漿，選用何種助劑和設(shè)備上漿有待討論；噴墨系統(tǒng)按需給墨，墨水只能噴印在織物表面，致使正反面具有一定的色差，需解決此問題。

同時(shí)印花機(jī)機(jī)器嬌貴，印花技術(shù)對印花機(jī)的設(shè)計(jì)要求很高，噴嘴壽命短等問題均限制了技術(shù)的發(fā)展[26-27]。

6 數(shù)碼噴墨印花技術(shù)的發(fā)展前景

目前，紡織印染企業(yè)正逐漸放棄低價(jià)惡性競爭，使產(chǎn)品走高端路線，追求高附加值的產(chǎn)品。因此，市場營銷是數(shù)碼噴墨印花發(fā)展的契機(jī)。數(shù)碼噴印技術(shù)是藝術(shù)設(shè)計(jì)的高科技產(chǎn)物，具有較高的技術(shù)壁壘和旺盛的生命力。

由于數(shù)碼噴印技術(shù)比傳統(tǒng)印刷更為綠色環(huán)保、無污染，國家環(huán)?？偩?、國家經(jīng)貿(mào)委等機(jī)構(gòu)均大力推薦、鼓勵(lì)使用該技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)印花。為改善印染廢水污染等問題，在中國印染行業(yè)的“十一五”規(guī)劃中，也明確提出要推進(jìn)和完善噴墨印染技術(shù)。隨著國家政策的推動和主要印染企業(yè)的積極引進(jìn)，數(shù)碼印花技術(shù)必將具有廣闊的發(fā)展前景[28]。

數(shù)碼噴印技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)一步發(fā)展方向有如下幾點(diǎn)：

(1)印花設(shè)備和相關(guān)設(shè)備的專業(yè)化。不同產(chǎn)品和行業(yè)對數(shù)碼噴墨印花設(shè)備的精度有不同的要求，數(shù)碼噴印設(shè)備應(yīng)做到按需調(diào)整，即數(shù)字噴印設(shè)備需要專業(yè)化，其相關(guān)設(shè)備也需專業(yè)化。

(2)工藝技術(shù)參數(shù)的規(guī)范化。應(yīng)使工藝技術(shù)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化，且不同織物設(shè)計(jì)不同軟件，力求使用時(shí)簡單、快捷。

(3)研發(fā)高性價(jià)比的墨水。墨水在質(zhì)量、價(jià)格、兼容性等方面的潛力巨大，需要進(jìn)一步研究和開發(fā)具有成本效益的墨水。

(4)開拓不同的市場。目前，數(shù)碼噴墨印花技術(shù)已成功于棉、麻、絲、羊毛等織物的生產(chǎn)，下一步要積極發(fā)展在機(jī)織、針織、家紡等產(chǎn)品的大批量生產(chǎn)。各行業(yè)均需樹立典型企業(yè)，采用“先富帶后富”的原則，通過典型企業(yè)帶動整個(gè)行業(yè)的發(fā)展[29]。

7 結(jié)語

傳統(tǒng)紡織品作為一種高污染、高能耗、低產(chǎn)能的印花方式，已逐漸被市場淘汰，而作為有著諸多優(yōu)點(diǎn)的數(shù)碼噴墨印花技術(shù)正異軍突起。

數(shù)碼噴墨印花技術(shù)正在以驚人的速度發(fā)展，其成功將使紡織行業(yè)實(shí)現(xiàn)快速發(fā)展，帶動許多行業(yè)質(zhì)量的提高。加速傳統(tǒng)紡織印染產(chǎn)業(yè)的結(jié)構(gòu)升級，為生產(chǎn)高質(zhì)量、高附加值的印花紡織品提供技術(shù)支持，是順應(yīng)綠色環(huán)保的可持續(xù)化發(fā)展趨勢。然而，為了實(shí)現(xiàn)這一高科技印花的階段性成果，有必要進(jìn)行有組織的攻關(guān)，尤其是對于印花用墨水的開發(fā)。

隨著降低生產(chǎn)成本，不斷提高生產(chǎn)效率和不斷加大市場份額，數(shù)碼噴墨印花行業(yè)將為今后印染行業(yè)帶來巨大的變革。