房寬峻，劉尊東，陳 偉，張健飛，劉秀明，蔡玉青

(1.青島大學(xué)化學(xué)化工與環(huán)境學(xué)院，山東青島 266071;2.天津工業(yè)大學(xué)紡織學(xué)院，天津 300387;3.山東黃河三角洲紡織科技研究院有限公司，山東濱州 256623)

紡織品數(shù)字噴墨印花與傳統(tǒng)印花相比，在花型精細(xì)度、生產(chǎn)過(guò)程的節(jié)能減排等方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。但是，在圖案顏色深度和特殊顏色表達(dá)等方面，噴墨印花與傳統(tǒng)印花存在較大差距。產(chǎn)生這些差別的根本原因是噴墨印花采用了與傳統(tǒng)印花完全不同的印花原理。在噴墨印花過(guò)程中墨滴靠噴墨裝置的擠壓力從噴嘴中噴射出來(lái)，飛過(guò)噴頭與織物表面之間的空氣與織物表面發(fā)生碰撞，落在織物上形成各種顏色的圖案。印花圖案的顏色深度除了取決于噴墨印花設(shè)備和墨水性能以外，與織物的表面結(jié)構(gòu)和性質(zhì)存在密切的關(guān)系。

為防止噴射在織物表面上的墨滴滲開(kāi)造成圖案滲化，通常需要在噴墨印花之前對(duì)織物進(jìn)行表面處理?？椢锉砻嫣幚淼牧硪粋€(gè)目的是施加染料上染纖維需要的催化劑等物質(zhì)，提高染料在纖維上的上染率或固色率。棉織物表面處理常用的化學(xué)品是海藻酸鈉。織物經(jīng)過(guò)預(yù)處理后形成的海藻酸鈉/尿素膜經(jīng)過(guò)墨滴的再溶脹和干燥，會(huì)導(dǎo)致膜形態(tài)結(jié)構(gòu)的重組，從而對(duì)噴墨印花效果產(chǎn)生重要影響［1］。與海藻酸鈉相比，以甲殼素作為預(yù)處理劑，織物的噴墨印花得色深度略差，但顏色牢度和圖像清晰度明顯提高［2］。采用二浴法工藝以甲殼素為預(yù)處理劑對(duì)織物進(jìn)行預(yù)處理，可提高織物噴墨印花得色量［3］。影響棉織物噴墨印花得色量的因素依次是:預(yù)處理液中尿素、海藻酸鈉、小蘇打的用量以及蒸化時(shí)間［4］。針對(duì)天絲和棉織物，為獲得較好的噴墨印花效果，需選擇不同的預(yù)處理工藝處方［5］。影響羊毛織物噴墨印花效果的4個(gè)因素中，汽蒸時(shí)間是影響顏色變化的最重要因素，其次分別是尿素、酒石酸銨、海藻酸鈉［6］。甲殼素和絲膠浸軋?zhí)幚砗蟮慕z織物，墨水向織物內(nèi)部滲透較少，纖維表面固著更多的墨水，增大了噴墨印花顏色的色域［7］。常壓等離子體處理后的棉織物，增加了纖維表面的裂縫及親水性基團(tuán)，可提高預(yù)處理過(guò)程中漿料的吸收量，提高噴墨印花得色量;使用海藻酸鈉和甲殼素混合物處理，織物可獲得較好的抗菌性能和噴墨印花效果［8］。纖維表面的粗糙程度及親水性能是影響顏料墨水噴墨印花得色深度、印制精細(xì)度和牢度的關(guān)鍵因素之一［9］。在滌綸織物表面施加檸檬酸-β-環(huán)糊精薄膜，可明顯改善噴墨印花的清晰度和顏色深度［10］。用常壓空氣等離子體處理滌綸織物，通過(guò)在纖維表面引入溝槽和含氧基團(tuán)，可明顯改善顏料噴墨印花的效果［11－13］?？諝獾入x子體處理具有一定的穿透性和時(shí)效性［14－15］。低溫等離子體處理可增加棉纖維的表面積，提高染料的固色率和顏色性能，同時(shí)提高噴墨印花織物的色牢度［16］。采用低溫氧等離子體處理蠶絲織物表面，能顯著提高防止墨滴滲化的性能，增加顏料噴墨印花圖案的精細(xì)度［17］。常壓非熱等離子體處理，能降低滌綸織物的接觸角、提高吸水性，可作為替代化學(xué)處理的噴墨印花預(yù)處理方法［18］。

織物表面處理是噴墨印花的第1道工序。盡管對(duì)噴墨印花前織物的表面處理技術(shù)已有越來(lái)越多的研究報(bào)道，但是目前工業(yè)上仍然普遍使用海藻酸鈉對(duì)纖維素纖維織物進(jìn)行表面處理，這是造成活性染料噴墨印花在圖案顏色深度和特殊顏色表達(dá)等方面與傳統(tǒng)印花存在較大差距的重要原因。本文在分析純棉織物組織結(jié)構(gòu)對(duì)噴墨印花顏色效果影響的基礎(chǔ)上，分別用改性聚丙烯酰胺、丙烯酸共聚物、石油加氫輕餾物和海藻酸鈉對(duì)棉織物進(jìn)行表面處理，探索了織物表面不同的膜結(jié)構(gòu)和性質(zhì)對(duì)活性染料噴墨印花效果的影響規(guī)律，為進(jìn)一步創(chuàng)新噴墨印花前的纖維素纖維織物的表面處理技術(shù)提供理論參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 織物規(guī)格與前處理流程

采用2種經(jīng)緯紗線密度相同而經(jīng)緯密度不同的純棉織物:1#織物14.6 tex×14.6 tex，524根/10 cm×283根/10 cm;2#織 物 14.6 tex×14.6 tex，524根/10 cm×374根/10 cm。前處理工藝流程為:燒毛→退漿→煮練→漂白→絲光。

1.2 材料與試劑

海藻酸鈉(青島明月海藻有限公司)，改性聚丙烯酰胺(愛(ài)森(中國(guó))絮凝劑有限公司)，石油加氫輕餾物(阿法埃莎(中國(guó))化學(xué)有限公司)，十三烷醇聚醚-4(蘇州亞科化學(xué)試劑股份有限公司)，丙烯酸共聚物(上海日華有限公司)，青色、品紅、黃色、黑色、寶藍(lán)色活性染料墨水(杭州宏華數(shù)碼科技股份有限公司)。尿素、小蘇打、純堿和防染鹽S為工業(yè)品。在配制表面處理工作液之前，先將石油加氫輕餾物10份和1份十三烷醇聚醚-4混合，用高剪切乳化機(jī)分散成33%有效含量的乳液再使用。

1.3 儀器與設(shè)備

AL-104電子天平(梅特勒托利多天平有限公司);P-BO臥式軋車(chē)(廈門(mén)瑞比精密機(jī)械有限公司);VEGA-3200噴墨印花機(jī)(杭州宏華數(shù)碼科技股份有限公司);STM-G2003小樣蒸化機(jī)(蘇州亞美機(jī)械有限公司);DHG-9123A鼓風(fēng)干燥箱(上海一恒科學(xué)儀器有限公司);Y571L染色摩擦色牢度儀(萊州市電子儀器有限公司);Datacolor 650測(cè)色儀(德塔公司)。

1.4 噴墨印花工藝

前處理后的織物→表面處理→噴墨印花→烘干→汽蒸(102℃，7 min)→水洗→烘干。其中織物表面處理采用浸軋法，織物進(jìn)入軋槽后經(jīng)過(guò)一浸一軋，帶液率為75%，然后烘干。采用4種不同成分的表面處理劑，工作液處方見(jiàn)表1。

表1 工作液處方Tab.1 Formulation of pretreatment solutions%

1.5 測(cè)試方法

1.5.1 顏色指標(biāo)

使用Datacolor 650測(cè)色儀，D65光源，10°視角，MAV 20 mm照射，16 mm測(cè)量孔徑，將噴墨印花織物折疊4層，在織物上選擇測(cè)試5個(gè)測(cè)試點(diǎn)分別測(cè)試顏色數(shù)據(jù)，然后取平均值，得到相應(yīng)的顏色數(shù)據(jù)。

1.5.2 顏色牢度

噴墨印花織物的摩擦牢度按照GB/T 3920—2008《紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐摩擦色牢度》進(jìn)行測(cè)試。印花織物的耐洗色牢度按照GB/T 3921—2008《紡織品色牢度試驗(yàn)?zāi)驮硐瓷味取愤M(jìn)行測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 織物組織結(jié)構(gòu)

采用海藻酸鈉(A工藝)對(duì)前處理后的1#織物和2#織物進(jìn)行表面處理。處理后的織物置于溫度為25℃、濕度為65%的房間內(nèi)回潮24 h，然后進(jìn)行噴墨印花。印花時(shí)將2塊織物并排平整地貼附在VEGA-3200噴墨印花機(jī)導(dǎo)帶上，采用市售噴墨印花活性染料墨水，同時(shí)印制青色、品紅、黃色、黑色和寶藍(lán)色塊，烘干。印花后的織物于102℃汽蒸7 min，充分水洗后烘干。用Datacolor 650測(cè)色儀測(cè)試噴墨印花色塊的顏色數(shù)據(jù)，以1#織物作為標(biāo)準(zhǔn)樣，2#織物作為測(cè)試樣，計(jì)算各顏色指標(biāo)的色差，數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 織物組織結(jié)構(gòu)對(duì)噴墨印花顏色的影響Tab.2 Effect of fabric structure on inkjet printing color

從表2可看出，盡管表面處理工藝相同，但是由于織物組織結(jié)構(gòu)不同，噴墨印花顏色差異非常顯著。高密度(524根/10 cm×374根/10 cm)的織物顏色明顯淺于密度低(524根/10 cm×283根/10 cm)的織物。這是因?yàn)槊芏炔煌目椢铮浔砻娼Y(jié)構(gòu)和性質(zhì)不同，因此處理在織物表面的化學(xué)物質(zhì)形成不同的膜結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致染料向纖維中的擴(kuò)散和上染造成差異，從而影響活性染料的固色率。

表3示出不同組織結(jié)構(gòu)的棉織物噴墨印花顏色牢度?？煽闯?，顏色深的低密度織物的濕摩擦牢度明顯低于紗線密度較高的織物，而耐洗色牢度和干摩擦牢度基本一致。

表3 不同組織結(jié)構(gòu)的棉織物噴墨印花顏色牢度Tab.3 Color fastnesses of inkjet prints with different fabric structure 級(jí)

2.2 表面處理工藝

采用4種不同的表面處理助劑對(duì)經(jīng)緯紗線密度均為14.6 tex、經(jīng)緯密度分別為524、283根/10 cm純棉織物進(jìn)行表面處理，然后用噴墨印花機(jī)打印單色色塊，汽蒸水洗后，評(píng)價(jià)噴墨印花織物的明度L*、紅綠色光a*、黃藍(lán)色光b*、彩度C*、色相H等色度指標(biāo)，結(jié)果如表4所示。

從表4可看出，表面處理助劑對(duì)噴墨印花圖案的顏色效果具有顯著影響，以改性聚丙烯酰胺(D工藝)處理后噴墨印花的織物，青色、品紅、黃色、黑色和寶藍(lán)色的明度L*值均較小，顏色較深，青色、品紅、黃色和寶藍(lán)的彩度C*值較大，顏色飽和度較好，黑色的C*值較小，表明顏色更純。其他顏色指標(biāo)以青色為例說(shuō)明，經(jīng)D工藝處理的織物，a*和b*同時(shí)降低，表明綠色和藍(lán)色同時(shí)增加，色相H值更接近青色，顏色更純。因此，改性聚丙烯酰胺處理后織物噴墨印花的各項(xiàng)顏色指標(biāo)優(yōu)于石油加氫輕餾物(C工藝)、丙烯酸共聚物(B工藝)和海藻酸鈉(A工藝)。

由于使用的是同樣的墨水和織物，因此產(chǎn)生的顏色差別是由于活性染料分子由墨滴向纖維擴(kuò)散、上染和固色時(shí)，受到織物表面形成的助劑膜的影響，在纖維上形成了不同的固色率。圖1示出不同表面處理工藝對(duì)噴墨印花K/S值的影響。結(jié)果表明，用不同助劑表面處理后，噴墨印花織物的表觀顏色深度同樣有顯著差別。改性聚丙烯酰胺處理后織物的顏色深度K/S值大于石油加氫餾出物、丙烯酸共聚物和海藻酸鈉，說(shuō)明在汽蒸過(guò)程中墨滴里活性染料分子通過(guò)織物表面的助劑膜向棉纖維擴(kuò)散的過(guò)程中受到的阻力不同，影響了染料與棉纖維的共價(jià)鍵結(jié)合［1－3］。

表4 不同表面處理工藝對(duì)噴墨印花顏色的影響Tab.4 Effect of different fabric surface treatment on inkjet printing color

圖1 不同表面處理工藝對(duì)噴墨印花K/S值的影響Fig.1 Effect of fabric surface treatment on K/S values of inkjet prints

海藻酸鈉和丙烯酸共聚物是一種聚電解質(zhì)，其在堿性條件下會(huì)發(fā)生電離，形成大量的羧基陰離子。這些聚合物在織物表面形成的膜在汽蒸過(guò)程中通過(guò)吸收水分會(huì)發(fā)生溶脹，墨滴中的活性染料分子本身是陰離子，染料陰離子通過(guò)聚合物膜向纖維表面擴(kuò)散時(shí)會(huì)受到靜電斥力。海藻酸鈉中所含有的羧基數(shù)量大于丙烯酸共聚物，染料在擴(kuò)散過(guò)程中受到的靜電斥力更大。而改性聚丙烯酰胺是一種非離子聚合物，染料受到的靜電斥力很小，同時(shí)該聚合物具有較強(qiáng)的吸濕性，有利于活性染料分子對(duì)棉纖維的上染和固色。經(jīng)過(guò)表面處理后，石油加氫輕餾物會(huì)沉積在纖維表面，增加織物表面的疏水性，降低織物在汽蒸過(guò)程中的吸水能力，從而影響活性染料分子在棉纖維上的上染和固色。但是，由于石油加氫輕餾物在織物表面形成的膜厚度遠(yuǎn)小于上述聚合物膜，因此其對(duì)活性染料固色率的影響相對(duì)于海藻酸鈉和丙烯酸共聚物來(lái)說(shuō)較小。

2.3 電解質(zhì)對(duì)染色的影響

在用陰離子染料對(duì)纖維素纖維染色時(shí)，通常采用電解質(zhì)抵消纖維表面負(fù)電荷對(duì)染料分子所產(chǎn)生的靜電斥力。采用經(jīng)緯紗線密度為14.6 tex×14.6 tex、經(jīng)緯密度為524根/10 cm×283根/10 cm的純棉織物，以海藻酸鈉對(duì)織物進(jìn)行表面處理，探索了元明粉對(duì)活性染料噴墨印花效果的影響，結(jié)果見(jiàn)表5。其中，表面處理工作液中無(wú)元明粉的為標(biāo)準(zhǔn)樣，通過(guò)測(cè)定不同元明粉添加量時(shí)噴墨印花圖案顏色的色差，比較元明粉用量對(duì)噴墨印花顏色的影響。

表5 元明粉用量對(duì)噴墨印花顏色的影響Tab.5 Effect of sodium sulfate dosage on color of ink jet prints

從表5可看出，對(duì)青色、品紅和黃色來(lái)說(shuō)，明度差值△L*隨著元明粉用量的增加變小，說(shuō)明印花圖案的顏色變深。對(duì)其他顏色指標(biāo)差值△a*、△b*、△C*、△H、△E*和黑色來(lái)說(shuō)，沒(méi)有出現(xiàn)明顯的變化規(guī)律。從表觀顏色深度的變化情況來(lái)看(見(jiàn)圖2)，在表面處理工作液中增加元明粉的用量，K/S值也沒(méi)有明確的變化規(guī)律。這些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)說(shuō)明元明粉對(duì)噴墨印花顏色的影響很復(fù)雜。

圖2 元明粉用量對(duì)噴墨印花K/S值的影響Fig.2 Effect of sodium sulfate dosage on K/S values of ink jet prints

3 結(jié)論

棉織物組織結(jié)構(gòu)對(duì)噴墨印花顏色有明顯影響，密度低的織物噴墨印花顏色深于密度高的織物，濕摩擦牢度較低。用改性聚丙烯酰胺處理后活性染料噴墨印花織物的顏色優(yōu)于海藻酸鈉、丙烯酸共聚物和石油加氫輕餾物。元明粉對(duì)活性染料噴墨印花顏色的影響很復(fù)雜，沒(méi)有明顯的規(guī)律。

噴墨印花前織物的表面處理工藝對(duì)噴墨印花效果有很大影響。今后擬進(jìn)一步探索不同表面處理工藝所形成的織物表面結(jié)構(gòu)和性質(zhì)對(duì)活性染料噴墨印花效果產(chǎn)生影響的機(jī)制，從理論上闡明有利于活性染料與纖維素纖維反應(yīng)理想織物的表面結(jié)構(gòu)和應(yīng)具有的性質(zhì)。

［1］ HAIDARA Hamidou，AYDA Baffoun，VIALLIER Pierre.Morphology-dependent properties and swelling-induced transition in 'sodium-alginate/urea' thin films［J］.Polymer，2004，45:8333－8338

［2］ CHOI P S R，YUEN C W M，KU S K A，et al.Digital ink-jet printing for chitosan-treated cotton fabric［J］.Fibers and Polymers，2005，6(3):229－234.

［3］ YUEN C W M，KU S K A，KAN C W，et al.A twobath method for digital ink-jet printing of cotton fabric with chitosan［J］.Fibers and Polymers，2007，8(6):625－628.

［4］ YUEN C W M，KU S K A，CHOI P S，et al.The effect of the pretreatment print paste contents on colour yield of an ink-jetprinted cotton fabric［J］. Fibers and Polymers，2004，5(2):117 －121.

［5］ KAIMOUZ Wassim Ahmad，WARDMAN Roger H，CHRISTIE Robert M.The inkjet printing process for Lyocell and cotton fibres.part 1:the significance of pretreatment chemicals and their relationship with colour strength，absorbed dye fixation and ink penetration［J］.Dyes and Pigments，2010，84:79 －87.

［6］ YUEN C W M，KAN C W，JIANG S Q，et al.Optimum condition of ink-jet printing for wool fabric［J］.Fibers and Polymers，2010，11(2):229 －233.

［7］ PHATTANARUDEES， CHAKVATTANATHAMK，KIATKAMJORNWONG S.Pretreatment of silk fabric surface with amino compounds for ink jet printing［J］.Progress in Organic Coatings，2009，64:405－418

［8］ KAN C W，YUEN C W M，TSOI W Y.Using atmospheric pressure plasma for enhancing the deposition of printing paste on cotton fabric for digital ink-jet printing［J］.Cellulose，2011，18:827 －839.

［9］ 王潮霞，汪毅，朱鋒.顏料墨水對(duì)織物噴墨印花的適應(yīng)性能［J］.紡織學(xué)報(bào)，2008，29(10):82－86.WANG Chaoxia， WANG Yi， ZHU Feng. Ink jet printing with pigment based ink［J］.Journal of Textile Research，2008，29(10):82－86.

［10］ 陳麗，王潮霞.滌綸噴墨印花織物的檸檬酸-β-環(huán)糊精預(yù)處理［J］.紡織學(xué)報(bào)，2011，32(3):100－104.CHEN Li，WANG Chaoxia.Synthesis and application of CTR-β-CD for inkjet printed fabric pretreatment［J］.Journal of Textile Research，2011，32(3):100－104.

［11］ FANG Kuanjun，ZHANG Chunming.Surface physicalmorphological and chemical changes leading to performance enhancement of atmospheric pressure plasma treated polyester fabrics for inkjet printing［J］.Applied Surface Science，2009，255:7561－7567.

［12］ ZHANG Chunming， FANG Kuanjun. Surface modification of polyester fabrics for inkjet printing with atmospheric-pressure air/Ar plasma［J］.Surface ＆Coatings Technology，2009，203:2058－2063.

［13］ ZHANG Chunming，F(xiàn)ANG Kuanjun，SHEN Anjing.Atmospheric-pressure air plasma treatment of polyester fabrics for inkjet printing with pigment inks［J］.Journal of Donghua University，2009，26(4):429 －434.

［14］ ZHANG Chunming， FANG Kuanjun. Influence of penetration depth of atmospheric-pressure plasma processing into multiple layers of polyester fabrics on inkjet printing［J］.Surface Engineering，2011，27(2):139－144.

［15］ ZHANG C M，F(xiàn)ANG K J.Aging of surface properties of polyester fabrics treated with atmospheric pressure plasma for inkjet printing［J］.Surface Engineering，2012，28(4):306－310.

［16］ YUEN C W M，KAN C W.Influence of low temperature plasma treatment on the properties of ink-jet printed cotton fabric［J］.Fibers and Polymers，2007，8(2):168－173.

［17］ FANG Kuanjun，WANG Shaohua，WANG Chaoxia，et al.Inkjet printing effects of pigment Inks on silk fabrics surface-modified with O2plasma［J］.Journal of Applied Polymer Science，2008，107(5):2949－2955.

［18］ YOUNGMI Park，KANG Koo.The eco-friendly surface modification of textiles for deep digital textile printing by in-line atmospheric non-thermal plasma treatment［J］.Fibers and Polymers，2014，15(8):1701 －1707.