可見光-近紅外偽裝分散染料墨水的制備及其性能

張典典,董佳晨,李修田,余嘉慧,關(guān) 玉,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)紡織教育部重點實驗室(江南大學),江蘇 無錫 214122;3.國家先進印染技術(shù)創(chuàng)新中心,山東 泰安 271000)

數(shù)碼迷彩偽裝織物具有視覺層次感強、與背景融合效果好的特點[1-2],能夠?qū)共煌嚯x的光學偵察,現(xiàn)已在軍用紡織品中廣泛應用。數(shù)碼迷彩偽裝織物的制備方式主要有絲網(wǎng)印花和噴墨印花。其中,噴墨印花是一種點陣式、非接觸的數(shù)字化紡織品印花技術(shù)[3],具有快速靈活、節(jié)水節(jié)料、清潔環(huán)保的特點,對印制圖案無限制、印制精度高、可按需設計,是針對當前多樣化、差異化作戰(zhàn)環(huán)境實現(xiàn)偽裝織物快速按需制備的有效途徑。然而,現(xiàn)有噴墨印花墨水并不兼具可見光-近紅外偽裝功能[4],其噴墨印花織物雖能具有與背景環(huán)境相同的顏色及紋理,但不能實現(xiàn)對綠色植被“紅邊” “綠峰” “近紅外高原”反射光譜特征的精確模擬,易與背景環(huán)境出現(xiàn)“同色異譜”現(xiàn)象[5],而無法有效對抗現(xiàn)有偵察技術(shù)。因此,研制可見光-近紅外偽裝噴墨印花墨水,實現(xiàn)與背景“同色同譜”偽裝織物的快速按需制備[6],對提高戰(zhàn)場環(huán)境中軍事目標的生存能力及戰(zhàn)斗力具有重要意義。

噴墨印花墨水是噴墨印花生產(chǎn)加工中的主要耗材之一,其品質(zhì)對噴墨印花系統(tǒng)的穩(wěn)定性、印花效果以及產(chǎn)品質(zhì)量起著重要作用[7]。目前,分散染料墨水是市面上占比最大的噴墨墨水,主要適用于滌綸、錦綸等合成纖維的噴墨印花,是制備軍用紡織品中數(shù)碼迷彩偽裝織物的常用墨水[8-9]。然而,在使用與存儲過程中,分散染料墨水中細小的染料顆粒極易發(fā)生晶體增長以及顆粒聚集等現(xiàn)象[10],導致墨水穩(wěn)定性降低、印花清晰度不夠、色光不穩(wěn)定以及噴頭易堵塞等問題[11]。因此,開發(fā)具有高度穩(wěn)定性的可見光-近紅外偽裝分散染料噴墨墨水,對提高其噴墨印花織物質(zhì)量以及拓展其在軍事領(lǐng)域中的應用具有重要意義。

基于此,本文擬通過對林地背景光譜特征分析,制備可見光-近紅外偽裝分散染料墨水。首先,測定林地環(huán)境中常見實物的反射光譜及顏色信息,確定模擬標準的光譜特征與顏色要求,篩選具有可見光-近紅外偽裝功能的分散染料,提高織物與背景光譜擬合度;然后,探究印花工藝對織物偽裝及服用性能的影響;最后,通過超細化加工制備穩(wěn)定的分散染料墨水,研究其理化性能、穩(wěn)定性能、過濾性能及噴墨印花性能,以提高噴墨印花偽裝織物與背景環(huán)境的光譜擬合度,實現(xiàn)偽裝織物針對不同背景特征的快速按需制備。

1 試驗部分

1.1 試驗材料與儀器

材料:綠葉、枯葉、土壤(江蘇無錫);機織平紋本白滌綸織物(面密度240 g/m2,市售);分散藍60、分散深藍SUBC 12、分散紅CPM 011、分散橙30、分散黃CPY 015濾餅(上海安諾其數(shù)碼科技有限公司);MA-100型炭黑(三菱化學株式會社);氫氧化鈉、十二烷基硫酸鈉(SDS)、十二烷基磺酸鈉(SDBS)、1,2-丙二醇(分析純,國藥集團化學試劑有限公司);保險粉(85%,北京伊諾凱科技有限公司);分散劑AD-4600、分散劑AX-20(蘇州世名科技有限公司);分散劑DM-1501(無錫惠山德美化工有限公司);分散劑S-1033、分散劑S-2230、表面活性劑L-137、表面活性劑T-1010(翁開爾上?；び邢薰?;分散劑BYK-190、表面活性劑BYK-348(畢克化學技術(shù)咨詢上海有限公司);分散劑HH-2190、表面活性劑HD-245(廣州厚洹化學助劑有限公司);表面活性劑ST-83(上海桑井化工有限公司);消泡劑AT-930(大田化學有限公司);PVDF濾膜(絕對孔徑1 μm,杭州科百特科技有限公司)。

儀器:Lambda 950型紫外-可見光-近紅外分光光度計(美國Perkin Elmer公司);PhabrOmeter 3型豐寶儀(蘇州豐寶新材料系統(tǒng)科技有限公司);YG461E-III型全自動透氣量儀(寧波紡織儀器廠);SW-12AII型耐洗色牢度試驗機、Y571B型耐摩擦色牢度試驗機(溫州大榮紡機標準儀器廠);ATLAS-150S型耐日曬色牢度儀(德國ATLAS有限公司);ZMD-400型立式研磨機(上海眾時機械有限公司);Minifer型實驗室循環(huán)砂磨機(上海耐馳機械儀器有限公司);Nano-Zs90型Zeta電位及粒徑分析儀(英國Malvern公司);RheoWin MADS 60型旋轉(zhuǎn)流變儀(Thermo Scientific);BP100型動態(tài)表面張力儀(KRüSS GmbH);SHZ-D(Ⅲ)型循環(huán)水式真空泵(鞏義市予華儀器有限責任公司);TG16.5型臺式高速離心機(上海盧湘儀離心機儀器有限公司);XY-MRT型金相顯微鏡(寧波舜宇儀器有限公司);R 330型EPSON墨倉式噴墨打印機(愛普生公司)。

1.2 印花織物的制備流程

仿綠葉印花工藝:配制印花漿→印花→預烘(100 ℃,5 min)→焙烘(180 ℃,2 min)→還原清洗(氫氧化鈉2 g/L,保險粉2.35 g/L,浴比1∶50,70 ℃,10 min)→水洗→烘干→反面印制炭黑印花漿→烘干。

仿土壤、枯葉印花工藝:配制印花漿→印花→預烘(100 ℃,5 min)→焙烘(180 ℃,2 min)。

1.3 分散染料墨水的制備

將分散染料與分散劑充分混合于去離子水中,在ZMD-400型分散研磨機中研磨分散5 h,然后將其轉(zhuǎn)移到Minifer型實驗室循環(huán)砂磨機中,在轉(zhuǎn)速1 800 r/min的條件下研磨6 h,再將轉(zhuǎn)速提升到3 600 r/min繼續(xù)研磨,每2 h取樣測試粒徑。待粒徑不再變化,取出樣品。將樣品經(jīng)1 000 r/min離心處理10 min后,用絕對孔徑為1 μm的濾膜過濾3次,即得到分散染料分散體。稱取分散染料分散體40 g,加入適量表面活性劑、保濕劑、消泡劑,加去離子水補足100 g。在室溫條件下,充分攪拌,使用絕對孔徑為1 μm的濾膜過濾3次,得到分散染料墨水。

1.4 噴墨印花工藝

將分散染料墨水裝入EPSON-R330型噴墨打印機內(nèi)置墨盒中,通過計算機控制織物表面噴墨打印的圖案,然后將織物在180 ℃溫度下焙烘2 min完成發(fā)色及固色后即得到噴墨印花織物。

1.5 性能測試與表征

1.5.1 反射光譜及顏色信息測試

采用Lambda 950型紫外-可見光-近紅外分光光度計在固體反射率測試倉測試樣品的Vis-NIR反射光譜曲線及顏色值。測試波長范圍380～1 200 nm,波長間隔10 nm,D65光源,2°視角。

1.5.2 偽裝性能評價

計算印花織物反射光譜曲線在參考標準Vis-NIR反射光譜通道內(nèi)的比例(d)并評價其光譜偽裝性能,計算公式見式(1)。

(1)

式中:Δx為樣品反射光譜曲線在參考標準Vis-NIR反射光譜通道內(nèi)的波長范圍。

計算印花織物與參考標準顏色的色差(ΔE)并評價其顏色偽裝性能,計算公式見式(2)。

(2)

式中:L*為明度;a*為紅綠坐標,正為紅、負為綠;b*為黃藍坐標,正為黃、負為藍;sp為樣品;std為參考標準。

1.5.3 服用性能測試

將織物裁剪成適當大小,分別采用PhabrOmeter 3型豐寶儀、YG461E-III型全自動透氣量儀測定原始滌綸及印花織物的柔軟度、透氣率。透氣率測試中,測試壓差100 Pa,測試面積20 cm2。根據(jù)GB/T 3921—2008《紡織品 色牢度試驗 耐皂洗色牢度》、GB/T 3920—2008《紡織品 色牢度試驗 耐摩擦色牢度》方法分別測定印花織物的耐皂洗色牢度、耐摩擦色牢度,根據(jù)GB/T 250—2008《紡織品 色牢度試驗 評定變色用灰色樣卡》、GB/T 251—2008《紡織品 色牢度試驗 評定沾色用灰色樣卡》分別評定織物的變色、沾色色牢度。按照GB/T 8427—2008《紡織品 色牢度試驗 耐人造光色牢度:氙弧》測試染料的耐日曬色牢度。

1.5.4 粒徑及Zeta電位測試

取少量樣品用去離子水稀釋,采用Zeta電位及粒徑分析儀測定樣品的粒徑及Zeta電位,測定3次,取平均值。

1.5.5 表面張力測試

采用BP100型動態(tài)表面張力儀測定墨水樣品的表面張力,測試時間20 000 ms,測試范圍10～100 mN/m,測試溫度25 ℃。

1.5.6 黏度測試

采用RheoWin MADS 60型旋轉(zhuǎn)流變儀測定墨水樣品的黏度,每個樣品測3次,取平均值。測試時間30 s,剪切速率50/s,測試溫度25 ℃。

1.5.7 墨水穩(wěn)定性能測試

將墨水樣品分別在不同轉(zhuǎn)速條件下(1 000、2 000、3 000、4 000、5 000 r/min)離心處理30 min后,取少量上層液用去離子水稀釋,采用Nano-Zs90型Zeta電位及粒徑分析儀測量其平均粒徑,每個樣品測定3次,取平均值。根據(jù)式(3)計算墨水的粒徑保持率,表征其離心穩(wěn)定性(SC)。

(3)

式中:D0為樣品的初始平均粒徑,nm;DC為不同轉(zhuǎn)速離心后樣品上層液的平均粒徑,nm。

同理,分別測定墨水在不同溫度下(30、40、50、60、70、80、90 ℃)放置2 h后的耐熱穩(wěn)定性;在60 ℃條件下放置不同時間后(12、24、36、48、60、72 h)的高溫儲存穩(wěn)定性;在室溫條件下放置不同天數(shù)(7、14、21、28、35、42、49 d)的常溫儲存穩(wěn)定性。

1.5.8 墨水過濾性能測試

采用絕對孔徑為1 μm的PVDF濾膜過濾50 g墨水樣品,測定樣品完全通過濾膜的時間,計算墨水樣品的流速表征其過濾性能。

2 結(jié)果與討論

2.1 反射光譜通道及仿色標準的建立

圖1示出不同種類及生長周期綠葉、枯葉和不同質(zhì)地土壤的Vis-NIR反射光譜曲線及其反射光譜通道。多種綠葉的光譜曲線特征相似,均在545.0～555.0 nm出現(xiàn)“綠峰”,且“綠峰”的反射率范圍為7.5%～40.3%;在670.0～788.3 nm出現(xiàn)“紅邊”,且“紅邊”在720.0 nm的斜率K720>4.5;在788.3～1 200.0 nm出現(xiàn)“近紅外高原”,且“近紅外高原”的反射率范圍為41.4%～67.5%。不同葉片之間的光譜變化主要體現(xiàn)在反射率值大小的不同上,位置并不存在明顯變化。與綠葉相比,枯葉大多為棕色和黃色,其光譜曲線無“綠峰”特征,在380.0～550.0 nm反射較為平緩,“紅邊”斜率顯著減小,波段范圍變?yōu)?50.0～850.0 nm,850.0～1 200.0 nm反射也相較平緩。土壤在380.0～1 200.0 nm間光譜曲線近似一條斜率較小的直線,反射率在6.0%～55.0%。

圖1 綠葉、土壤、枯葉的Vis-NIR反射光譜曲線及其相應光譜通道

GJB 798—1990《偽裝涂料漆膜顏色》中標準綠色包括深綠(DG)、中綠(MG)和黃綠(YG)3種色系,標準土色包括褐土(BE)、紅土(RE)和黃土(YE)3種色系,每種色系包含多種標準顏色。為了使所制備的仿綠葉、土壤偽裝織物滿足所有標準綠色及土色的模擬,實驗從6種色系中均選擇1種代表色進行精確仿色。GJB 798—1990《偽裝涂料漆膜顏色》中不含有枯葉色相關(guān)標準,實驗選用顏色相差較大的枯葉萬年青、銀杏、楓葉為林地環(huán)境中土壤與枯萎植被混合物的參考標準進行仿色。所選綠葉、土壤、枯葉代表色的顏色信息如表1所示。

表1 模擬標準的顏色信息

2.2 可見光-近紅外偽裝分散染料的篩選

根據(jù)文獻[12]可知,藍色分散染料是影響“紅邊”的主要因素?；跍p法配色原理,通過調(diào)控分散染料的復配種類及比例可精準模擬綠葉的“綠峰”特征。結(jié)合綠葉、土壤、枯葉反射光譜通道特征要求以及對DG0847、MG1151、YG1758、BE1225、RE1331、YE2337、枯葉萬年青、枯葉銀杏、枯葉楓葉的仿色要求,最終篩選得到具有仿綠葉、土壤、枯葉可見光-近紅外偽裝功能的分散染料分別為分散藍60、分散橙30、分散藍SUBC 12、分散黃CPY 015和分散紅CPM 011,其在CIE“舌型圖”上的位置如圖2所示。DG-1、MG-2、YG-3、BE-4、RE-5、YE-6、萬年青-7、銀杏-8和楓葉-9印花織物印花色漿配方如表2所示。

表2 仿綠葉、土壤、枯葉光譜特征印花織物的色漿母液配方

圖2 分散染料在CIE“舌型圖”上的位置

2.3 可見光-近紅外偽裝織物印花工藝調(diào)控

調(diào)整偽裝材料結(jié)構(gòu)[13]、封裝液態(tài)水[14]以及添加近紅外吸收劑[15-16]等方法可對材料“近紅外高原”的反射率進行調(diào)控。然而,織物的近紅外反射率普遍高于植被“近紅外高原”反射率在41.4%～67.5%范圍內(nèi)的要求[12],且封裝液態(tài)水后的偽裝織物通常無法達到服用需求?；诖?圖3探究了近紅外吸收劑炭黑對織物“近紅外高原”反射光譜的影響。炭黑作用于織物的方式有2種,一是將炭黑印制在印花織物的反面;二是將炭黑與染料共混制備印花織物。

圖3 不同印花織物的反射光譜

由圖3可知,質(zhì)量分數(shù)10%炭黑印花織物的光譜曲線近似直線,反射率為3.4%,這表明炭黑對各個波長的光均有相同程度的強吸收能力。當在印花織物反面印制炭黑時,織物在可見光區(qū)的反射光譜與原印花織物相似,而在近紅外區(qū)的反射率由76%下降至65%。當將炭黑與染料共混并印制在織物上時,織物在可見光-近紅外區(qū)的反射率顯著降低,反射曲線形狀大幅改變,且織物顏色比原印花織物晦暗。因此,在制備仿綠葉織物時,需將炭黑印制在印花織物的反面,以在不改變織物的可見光區(qū)光譜特征基礎(chǔ)上,調(diào)整其“近紅外高原”反射率,使其達到綠葉光譜通道要求。

圖4示出織物反面炭黑用量對DG-1印花織物光譜的影響。隨著炭黑用量的增加,織物的“綠峰”無明顯變化,“紅邊”斜率減小,“近紅外高原”反射率降低。這是因為反面炭黑用量增加,導致織物間隙間的炭黑含量增加。經(jīng)織物表面染料選擇性吸收和反射后的光,可被織物間隙間的炭黑二次吸收。當印花織物反面炭黑用量為20%時,其反射光譜滿足綠葉可見光-近紅外反射光譜通道。同理,確定印花織物MG-2和YG-3的反面炭黑用量均為20%。

圖4 反面炭黑用量對印花織物反射光譜曲線的影響

2.4 可見光-近紅外偽裝織物的性能研究

2.4.1 偽裝性能

基于上述研究與表2分別制備仿綠葉印花織物DG-1、MG-2、YG-3,仿土壤印花織物BE-4、RE-5、YE-6,仿枯葉印花織物萬年青-7、銀杏-8、楓葉-9。由圖5可知,各印花織物的反射光譜曲線均基本包含在相應參考標準的反射光譜通道內(nèi)。其中,DG-1、MG-2、YG-3具有綠葉所有的可見光-近紅外反射光譜特征,且其光譜曲線在綠葉反射光譜通道內(nèi)的比例分別為97.07%、97.07%、89.15%,均滿足GJB 1411A—2015中二級高光譜偽裝指標要求。

圖5 印花織物的Vis-NIR反射光譜曲線

BE-4、RE-5、YE-6的光譜曲線在土壤反射光譜通道內(nèi)的比例分別為100.00%、91.46%、100.00%。萬年青-7、銀杏-8、楓葉-9的光譜曲線在枯葉反射光譜通道內(nèi)的比例分別為100.00%、87.68%、100.00%。結(jié)果表明以上印花織物均具有良好的光譜偽裝性能。

表3示出各印花織物的顏色信息及與模擬標準的色差。DG-1與DG0847、MG-2與MG1151、YG-3與YG1758的色差分別為2.19、2.51、2.49;BE-4與BE1225、RE-5與RE1331、YE-6與YE2337的色差分別為2.66、1.15、2.33;萬年青-7與萬年青、銀杏-8與銀杏、楓葉-9與楓葉的色差分別為2.50、2.03、2.69,表明印花織物均達到仿色要求(ΔE<3)。

表3 印花織物的顏色信息及與模擬標準的色差

綜上可知,適當調(diào)整分散藍60、分散深藍SUBC 12、分散橙30、分散黃CPY 015、分散紅CPM 0115種分散染料和炭黑的復配比例及印花工藝,可以完成印花織物對GJB 798—1990《偽裝涂料漆膜顏色》中所有標準綠色、標準土色和多種枯葉的仿色以及對綠葉、土壤、枯葉可見光-近紅外反射光譜特征的模擬,實現(xiàn)印花織物在可見光-近紅外波段與多種綠葉、土壤、枯葉“同色同譜”。

2.4.2 服用性能

印花織物的服用性能測試結(jié)果如表4所示。印花織物的柔軟度穩(wěn)定在69.77%～72.50%,透氣率穩(wěn)定在33.78～37.61 mm/s。與原始滌綸織物相比,印花前后織物的性能無顯著變化。印花織物的褪色,沾色,干、濕耐摩擦色牢度均達到5級,其耐日曬時長均達到96 h以上,最高時長可達到200 h,具有良好的耐日曬性能,遠高于日常服用需求。

表4 印花織物的服用性能

2.5 分散染料墨水的制備

2.5.1 分散劑對分散體粒徑的影響

分散藍60是影響偽裝織物“紅邊”的關(guān)鍵染料。以分散藍60為代表,研究分散劑、表面活性劑分別對其分散體及墨水性能的影響。圖6示出在染料與分散劑質(zhì)量比為1∶1條件下,分散劑種類對分散藍60分散體粒徑的影響。隨著研磨時間的延長,染料粒徑先逐漸減小后趨于穩(wěn)定。研磨2 h后,分散劑BYK-190的分散體粒徑相比于其他分散劑出現(xiàn)陡降;研磨6 h后,其分散體粒徑趨于穩(wěn)定;研磨12 h后,達到最小值為105.9 nm。這表明分散劑BYK-190的研磨分散效率最高。在研磨過程中,分散劑在染料表面形成的一層保護層,既能促進染料顆粒均勻分散,也能防止細小的染料顆粒再聚集。同時,更小的染料粒徑有利于噴墨印花時墨水穩(wěn)定順暢的噴射,降低噴頭堵塞的概率?；诖?制備分散染料分散體的分散劑選用BYK-190。

圖6 分散劑種類對分散藍60分散體粒徑的影響

圖7示出分散劑BYK-190的用量對分散藍60分散體粒徑的影響。研磨12 h后,分散藍60和分散劑BYK-190的質(zhì)量比為1.0∶1.0和1.0∶1.5時,二者的研磨效果相近,染料粒徑分別為105.9、111.2 nm。分散劑BYK-190是一種高分子量嵌段共聚物,在研磨分散時,由于其分子結(jié)構(gòu)中的錨固基團和嵌段長鏈的共同作用,其緊密吸附在染料顆粒表面,并提供較大的空間位阻,有效阻止了染料顆粒的再次聚集。然而,當分散劑用量過多時,吸附在染料顆粒表面的分散劑易因其分子之間的相互作用促使染料顆粒再次團聚,從而導致染料粒徑增大,并提高染料分散體的黏度,不利于墨水的噴墨印花。因此,確定分散染料和分散劑BYK-190的質(zhì)量比為1∶1。

圖7 分散劑用量對分散藍60分散體粒徑的影響

2.5.2 表面活性劑對墨水表面張力的影響

為使墨水達到噴射要求以及具有良好的噴墨印花性能,需對其表面張力進行適當調(diào)控(20～50 mN/m)。表5示出BYK-348、HD-245、ST-83、SDS、SDBS 5種陰離子表面活性劑和L-137、T-1010 2種非離子表面活性劑在達到臨界膠束濃度時的質(zhì)量分數(shù)及其表面張力。0.20% BYK-348表面活性劑溶液的表面張力最低,為21.51 mN/m,表明該濃度下的BYK-348表面活性劑的添加有利于顯著降低墨水的表面張力。

表5 表面活性劑溶液的臨界膠束濃度時的表面張力

按照消泡劑0.01%、1,2-丙二醇30%、分散體40%、表面活性劑1%的配方,將達到CMC值時的7種表面活性劑溶液分別與分散藍60分散體復配制備分散藍60墨水,并測定其動態(tài)表面張力,探究表面活性劑種類對墨水表面張力的影響,結(jié)果如圖8所示。隨著測定時間的延長,墨水的動態(tài)表面張力先快速下降后趨于穩(wěn)定,其中含有表面活性劑BYK-348的墨水表面張力較低,且動態(tài)表面張力曲線較為平緩,表明表面活性劑BYK-348具有較高的表面活性,所制備的墨水具有較好的穩(wěn)定性能,因此表面活性劑選用BYK-348。

圖8 表面活性劑種類對墨水表面張力的影響

圖9示出高純度表面活性劑BYK-348的用量對墨水表面張力的影響。隨表面活性劑BYK-348用量的增加,墨水體系的表面張力先逐漸下降后趨于穩(wěn)定。當表面活性劑BYK-348用量為0.40%時,墨水的表面張力為30.97 mN/m,滿足分散染料墨水的噴射要求。在墨水體系中,表面活性劑的用量越多,其增溶作用越明顯,有助于減小染料粒徑。然而,當表面活性劑用量過多時,粒徑較小的染料易發(fā)生結(jié)晶致使其粒徑變大,導致墨水的穩(wěn)定性能降低。因此,確定表面活性劑BYK-348的用量為分散藍60墨水體系的0.40%。

圖9 表面活性劑BYK-348用量對墨水表面張力的影響

2.5.3 分散染料墨水的配方

不同的分散染料具有不同的物理化學性質(zhì)。為保證所制備的可見光-近紅外偽裝分散染料噴墨墨水在復配使用過程中具有良好的相容性,實驗僅適量調(diào)整了墨水中表面活性劑的用量。根據(jù)墨水的噴射要求,最終確定分散藍60、分散藍SUBC 12、分散橙30、分散黃CPY 015和分散紅CPM 011墨水中表面活性劑BYK-348的用量分別為0.40%、0.40%、0.20%、0.20%和0.20%。

2.6 分散染料墨水的性能研究

2.6.1 理化性能

分散染料墨水的實物圖及理化性能如圖10、表6所示。5種分散染料墨水的粒徑在65.00～173 nm,Zeta電位在-36～-29 mV,表面張力在25～33 mN/m,25 ℃條件下黏度為3～4 mPa·s,均達到分散染料墨水噴射要求。

表6 分散染料墨水的理化性能

圖10 分散染料墨水的實物圖

2.6.2 穩(wěn)定性能

圖11示出分散染料墨水在不同離心條件下(1 000～5 000 r/min)離心30 min后的離心穩(wěn)定性。隨離心速率的增加,墨水的離心穩(wěn)定性逐漸下降。在1 000～4 000 r/min離心條件下,5種墨水的粒徑變化率均小于10%。在5 000 r/min離心后,分散藍60、分散藍SUBC 12、分散橙30、分散黃CPY 015和分散紅CPM 011墨水的粒徑保持率分別為81.98%、95.60%、93.85%、90.25%和87.21%,均高于81%,表明5種墨水均具有良好的離心穩(wěn)定性。

圖11 分散染料墨水的離心穩(wěn)定性能

分散染料墨水的穩(wěn)定性能還包括耐熱、高溫儲存和常溫儲存穩(wěn)定性。同理,測得在90 ℃條件下放置2 h后,分散藍60、分散藍SUBC 12、分散橙30、分散黃CPY 015和分散紅CPM 011墨水的粒徑保持率分別為82.25%、80.52%、80.10%、80.90%和85.40%。在60 ℃條件下儲存72 h后,分散藍60、分散藍SUBC 12、分散橙30、分散黃CPY 015和分散紅CPM 011墨水的粒徑保持率分別為88.65%、84.38%、81.48%、82.08%和80.09%。在常溫條件下儲存49 d后,分散藍60、分散藍SUBC 12、分散橙30、分散黃CPY 015和分散紅CPM 011墨水的粒徑保持率分別為83.92%、94.89%、80.00%、93.78%和86.06%。綜上表明,墨水均具有良好的耐熱、高溫儲存和常溫儲存穩(wěn)定性。

2.6.3 過濾性能

分散藍60、分散藍SUBC 12、分散橙30、分散黃CPY 015和分散紅CPM 011墨水完全通過濾膜的時間分別為15、8、16、7、18 s,計算得到其流速分別為200、375、188、428、167 g/min。同時,濾膜表面無明顯顆粒殘留,具有良好的過濾性能。

2.6.4 噴墨印花性能

圖12示出不同分散染料墨水的噴墨印花織物實物圖。分散藍60、分散藍SUBC 12、分散橙30、分散黃CPY 015和分散紅CPM 011墨水的噴墨印花織物顏色均勻鮮艷,無未上色的疵點,表明5種墨水均具有良好的噴墨印花性能。

圖12 分散染料墨水噴墨印花織物實物圖

3 結(jié) 論

通過對林地背景中常見實物的光譜特征分析與模擬,篩選了具有可見光-近紅外偽裝功能的分散染料,探究了印花工藝對織物“近紅外高原”的影響,基于超細化加工構(gòu)建了可見光-近紅外偽裝分散染料墨水體系,主要結(jié)論如下。

①炭黑的印制方式對織物的可見光-近紅外反射光譜具有顯著影響。在印花織物反面印制炭黑后,隨炭黑用量增加,織物的近紅外區(qū)反射率逐漸降低,可見光區(qū)反射率無明顯變化;將炭黑與染料共混并印制在織物上后,隨炭黑用量增加,織物的可見光-近紅外反射率逐漸降低,且光譜曲線在可見光區(qū)650～700 nm間斜率減小,在近紅外區(qū)700～1 200 nm斜率增大。調(diào)控分散藍60、分散深藍SUBC 12、分散橙30、分散黃CPY 015、分散紅CPM 011與炭黑復配比例及印花工藝制備的仿綠葉、土壤和枯葉印花織物,均具有良好的偽裝性能及服用性能。

②當分散藍60與分散劑BYK-190質(zhì)量比為1∶1,研磨時間為12 h時,染料分散體研磨分散效果較佳,其粒徑達到最小值為105.9 nm。在相同用量條件下,含有表面活性劑BYK-348的分散藍60墨水表面張力較低,且表面張力較為穩(wěn)定。隨表面活性劑BYK-348用量的增加,分散藍60墨水的表面張力先降低后趨于穩(wěn)定。

③按照消泡劑0.01%,1,2-丙二醇30%,染料分散體40%,表面活性劑BYK-348分別為0.40%、0.40%、0.20%、0.20%和0.20%的配方,制備的分散藍60、分散藍SUBC 12、分散橙30、分散黃CPY 015和分散紅CPM 011 5種墨水,其粒徑在65～173 nm,Zeta電位在-36～-29 mV,表面張力在25～33 mN/m,25 ℃條件下黏度在3～4 mPa·s,均符合分散染料墨水噴射要求。同時,5種分散染料墨水均具有良好的穩(wěn)定性能和過濾性能,其離心、耐熱、高溫儲存和常溫儲存穩(wěn)定性均高于80%;過濾流速分別為200、375、188、428、167 g/min。采用5種墨水制備的滌綸噴墨印花織物,其表面印制圖案顏色均勻鮮艷、無未上色疵點。