噴墨印花

噴墨印花技術是一種全新的印花方式，它摒棄了傳統印花需要製版的複雜環節，直接在織物上噴印，提高了印花的精度，實現了小批量、多品種、多花色印花，而且解決了傳統印花占地面積大、污染嚴重等問題，因此具有廣闊的發展前景。

百科名片

噴墨印花
英文技術名：Textile Digital Printing
中文名：紡織品數碼噴墨印花
噴墨印花技術是一種全新的印花方式，它摒棄了傳統印花需要製版的複雜環節，直接在織物上噴印，提高了印花的精度，實現了小批量、多品種、多花色印花，而且解決了傳統印花占地面積大、污染嚴重等問題，因此具有廣闊的發展前景。
20世紀90年代以來，噴墨印花技術開始廣泛運用在紡織品上，化學品、列印頭、印刷機、織物以及軟體製造商開始嘗試互相合作。各行業的合作使紡織品的印花質量超過了傳統的印花標準。然而合作新紀元的出現對用戶來說既有優點也有缺點。大多數優點是各行業的合作出現了合適的機器、組件、化學品和軟體，這些保證了程式的安全性。第一流的愛普生列印頭的出現為紡織品噴墨印表機樹立了里程碑，幾乎所有相關的墨水都能被套用在這些列印頭上。其中一個缺點是競爭體系之間缺乏兼容性，比如，在盟重新城公司和荷蘭stork公司與Huntsman公司和Reggiani公司之間各自的系統出現兼容性的問題。

墨水研究新進展

墨水包括溶劑性墨水、弱溶劑墨水，這其中除了大家熟悉的CMYK這個用於熱轉移印花的四分色（青，品紅，黃，黑）外，還有一些特殊的顏色比如暗藍色，深紅色以及橙色。目前，許多生產廠家比如位於美國Brookfield 的Trident公司生產的墨水都已經達到了12色。
由愛普生公司製造而成的印表機配有壓電晶體式感測器噴嘴，它能精確的將色滴噴射在織物上，技藝精湛，可變式的列印頭可以運用不同的墨水，比如溶劑性墨水、升華墨水，活性墨水以及顏料墨水。
許多噴墨印花機供應者也都提供有相應的軟體（可以是自己生產也可以是合作生產），運用這些軟體，將一些圖像數據修改成命令，通過計算機來進行控制。雖然列印頭可能會因為不同廠家或同一廠家不同批次而不同，但作為噴墨印花系統的心臟部分的“RIP”軟體必須為每一個列印頭量身定製。
RIP軟體的基本任務是接受掃描的數位化圖像、分色和顏色管理，由數位技術控制噴墨系統。
現在，不同設計的乾燥機可以乾燥溶劑性墨水，有紅外乾燥機、紫外乾燥機，它們按順序被安裝在印刷機上並且與印花速度相匹配。印花速度一般在30-50 m2hr，也有速度能達到150 m2hr或更大，比如HP Scitex公司的TS8300和義大利Reggiani公司的DreAm數碼噴射印花機。
但總的來說，最重要的一點就是印花質量，據了解，通常印花質量越好，速度越慢。

　顏料墨水

現在有許多廠家出售，有德國巴斯夫公司、Huntsman股份公司、杜邦公司、美國Wilmington公司，也有一些小的生產家，中國鄭州的 數碼科技股份有限公司，還有Trident公司。顏料型墨水由於開發起步稍晚，且其技術難度也大，噴墨印花時，顏料顆粒大小對堵塞噴嘴、墨水的流變性和穩定性影響特別敏感。目前世界印花織物中採用顏料印花工藝生產的數量平均為40%－50%。顏料必須被粉碎成極小的顆粒並分散在水溶液里，形成墨水，這樣的墨水可看成是水溶性墨水。這樣的墨水不必要進行預處理，只要在印花後乾燥即可。據說，紫外乾燥劑將會在顏料型墨水上發揮它更大的優勢，通常直接安在印刷機上。

抗紫外墨水

主要用於戶外旗幟、條幅上，美國杜邦公司推出了一種特殊的Artistri-Solar Brite墨水，它的光照牢度據說是超乎尋常的。
用於深色織物發光印花的墨水：對一些深色織物進行白色或發光印花主要用於廣告T恤。
目前美國U.S. Screen Print & Inkjet Technology公司可以生產能達到這個要求的墨水，比如他們的FastInk2，這些都是顏料性墨水。印花時，就像在在篩網印花和轉移印花一樣，預處理程式很必要，它可在織物表面形成一個封閉的體系，這樣可防止白色的印刷顏料滲透到織物中。另外，使用過Fastink技術的專家Ralf Benz介紹說，在這個預處理過程中，顏料噴霧槍是必須要用的，特別是在處理顏色深的T恤時。Ralf Benz是位於德國蓋斯林根的Schilder + Druck Werbetechnik公司的負責人，也是FastInk技術的使用者。生產商說雖然它的牢度不能象增塑溶膠印刷物的牢度，但它足夠能夠達到上述的目的，並且耐洗牢度也很好。

顏料墨水的完整解決方案

目前，用於紡織品噴墨印花用的顏料墨水還不多，所用的墨水主要是染料墨水。作為印染行業的兩大巨頭，巴斯夫和荷蘭Stork公司正合作開發一種用於紡織品數字印花的易用、高性能顏料墨水，Stork公司在紡織行業和廣告衫工業中是第一大擁有印花解決方案的公司。這種新型顏料型墨水在今年6月在伊斯坦堡舉行的土耳其國際紡織機械展覽會上已經正式推向市場。不僅BASF公司關於墨水的高科技知識使顏料型墨水的顏色變得五彩斑斕也使印花速度更加適合，而且Stork公司的對印花工藝流程的研究以及墨水餵入系統更加使這些性能成為可能。這種顏料型墨水已通過Stork U See認證，在印花質量方面，Stork U See已經被認做是一個很權威的標準。Stork U See的資格認證使人們可以在任何地點、任何時間得到相同的印花質量，比如，印花可以在亞洲製造中心進行，而產品可以在當地生產。
DPA在世界上是第一個具有生產標準數碼紡織品的紡織品數碼印花廠，荷蘭Print Unlimited公司是最近剛剛具有資格生產這種產品的印花公司。現在這種樣品服務體系的網路正計畫向世界各大設計中心拓展。

不斷發展的數碼印花機

位於韓國首爾的d.gen公司是一家生產系列數碼印花機的公司，該公司型號為TX V8 74”的Teleios系列數碼印花機列印幅寬可達到187厘米，現在，此類印花機又有了新的特徵從而使其生產效率更加提高。V8印花機目前的列印頭已達8個，而不是6個，這使列印時更加容易變換顏色。Teleios V8數碼噴射印花機採用2×4色方案，配有合適的染料貯存器，分別貯存大約1升的不同顏色的染料。據介紹，這樣的裝置在生產過程中不用人工來添加染料或更換染料貯存器，調料時間和溫度要和噴墨和印花速度相適合。
從工作開始到結束，印花和調料可以是同步進行的。在印花機上直接連有一個有效的外置式抽出系統，系統可以在段時間內抽出進行調料，這樣可以防止染料蒸汽蒸發。這種系統也提高了生產效率，有望能使印花速度達到50m2hr。d.gen公司的 Teleios TX 100”數碼印花機仍是6個列印頭，幅寬可達260厘米，可採用1×6色或4×4色方案。
HP Scitex公司現在向大家推薦一種德國3P InkJet Textiles公司的產品——TruColor數碼噴墨印花機，使用溶劑墨水（TJ8300）和紫外墨水（TJ8500）時 3P TruColor 均可保證其印花質量，3P紙迭片結構保證了在印花過程中最好的媒介轉移。特殊的Trucolor塗層整理阻止了紫外光、濕度以及磨損對織物的影響。
位於德國Krefeld 的Seidenweberei Güsken公司是一個生產提花機織物的比較權威的公司，目前推出了一種新型品牌“Artido！”，據公司負責人介紹，新品牌的推出是為了開拓更廣泛的市場。Artido將會利用其獨特的印花技術建立一套新的質量標準。人們足不出戶就可以拿到讓自己滿意的產品，只要將你的數據傳輸給“Artido！”網站，表明你的要求，並輸入自己的詳細地址，Güsken公司就會將數據通過數位化程式仔細的傳輸到網版上。
目前，美國Leggett & Platt Digital Technologies公司的Virtu7200列印頭附帶有一種新型的自動負載體系，它將使織物橫切程式簡化。除此之外，列印頭還安裝有DirectUV，它能在織物上直接印花，而不用通常的轉移印花用紙。該公司還供應VirtuPrint織物成品。
在廣告用紡織品上，數字印花技術已經成為一門比較成熟的科技，而在服用紡織品方面，數字印花仍限制在樣品、一次性工作服以及短流程上。在未來的幾年裡，數字印花的質量將進一步提高，成本將進一步大幅降低。在普通的輥筒印花機上，如果能實現每種顏色印製300米，這將是印花業的一大科技突破。令人可喜的事，能實現這樣目標的印花機已經存在，比如HP Scitex公司的Reggiani印花機。
一些用於廣告橫幅行業的小幅寬台式印表機（幅寬最大為3.3米）銷路非常好，比如杜邦公司的Artistri 3320印花機，其中一些用於加工家用紡織品和衣服的印花機幅寬為120-220cm。杜邦的Artistri印花機已經列在公司的國際網站上展示銷售。

數碼噴墨印刷特點

與傳統印花相比，數碼噴墨印花具有生產過程靈活性高、重現性好、精度高、適應小批量快交貨的市場行銷體制、符合清潔性生產要求和可遠程訂貨的優點，這些優點使得數碼噴射印花成為重點研究對象。紡織品數碼噴墨印花不僅對墨水和計算機軟體開發有嚴格要求，對印表機、前處理設備、後處理設備、織物等級和幅寬也有要求。企業在投資噴墨印花時，要考慮材料的耗費比如墨水、化學品、織物，以及對員工的培訓費也要考慮在內。

噴墨印花工藝

1、工藝流程（以活性染料為例）

織物前處理→烘乾→噴射印花→烘乾→汽蒸（120℃，8min，使活性染料固色）→水洗→烘乾

2、織物印前處理

為了保證染料能充分上染纖維，並固著在纖維上，所以用於紡織品噴墨印花的油墨或色漿的粘度應較低。但這樣染料溶液又容易滲化，形成星形色點，降低印花拼色效果和精細度。為此，紡織品印花時都需要加入具有較高假塑性流變特性的高分子或增稠劑溶液加以克服，或者用這些增稠劑預先浸軋印花織物進行前處理。
由於噴墨印花所施加的油墨量比常規印花少，因此應儘量提高染料的上染率和固色率，故在噴墨印花前處理時應加入無機的填料（如二氧化矽微粒子）；同時還需加入對染料固色有幫助的助劑，如含氮的陽離子型化合物、金屬鹽等。有時還需加入一些表面活性劑或溶劑，提高油墨或色漿對織物的潤濕和保證染料在固色時有良好的溶解狀態。
對織物進行特殊的前處理是減少滲化，提高印製效果的主要措施，不同染料噴墨印花的前處理是不同，應根據具體情況選用前處理劑。

噴墨印花技術套用與活性墨水的配製

前言
經過十幾年的探索和發展，紡織品噴墨印花技術已開始進入實用階段。噴墨印花具有傳統印花難以比擬的優點，但印花墨水所用色料價格昂貴，數隻專用墨盒就相當於一台低端噴墨印表機的價格，是目前阻礙噴墨印花技術規模套用的瓶頸。
噴墨印花所用的染料是墨水配製中最重要的組分，其性能直接決定噴墨印花的效果。目前，噴墨印花大多採用無鹽或少鹽染料，因為過高的含鹽量會對染料的溶解度及噴墨列印性產生影響。這種要求直接導致噴墨印花墨水成本的上升。印染企業若自行選擇染料配製墨水進行印花生產，則存在如墨水的組成、性能、配製步驟以及套用方法等一些技術難點。
鑒此，本試驗以降低活性染料噴墨印花墨水的成本為目的，選用常規染化助劑配製活性染料噴墨印花墨水，並進行列印試驗，測試墨水的有關性能，分析染料濃度、添加劑對墨水表面張力、黏度及其它相關性能的影響。
試驗
一、材料與設備
織物半漂白純棉機織布(114g/m)。
染料P型活性染料(泰興市錦雞染料有限公司，上海染料化工八廠，Clariant公司，上海康頓精細化工有限公司和Huntsman公司)。
藥品丙三醇;一縮二乙二醇;1，2一己二醇;乙二醇;N一甲基_2吡咯烷酮;乙醇;乙二胺四乙酸二鈉;碳酸氫鈉;尿素;乙酸;三羥基氨基甲烷;聚乙烯吡咯烷酮K一30和海藻酸鈉。
設備DCA322表面張力及接觸角儀，SNB-2型數字鏇轉黏度計，SentronpH計，uV一3000紫外可見光光度計，Datacolor電腦測色配色儀，磁力攪拌器，0.15及0.45Ixm水性濾膜及過濾器，Rapid軋車，瑞士Mathis—DHE高溫汽蒸烘箱，Lifejet200平板噴墨印花機，Ep—sonC67印表機，DDS一307雷磁電導率儀(上海蘭科儀器)。
二、試驗方法
1.墨水製備
稱取一定質量分數的染料，加入各種助劑(保濕劑、pH值調節劑、螯合劑、殺菌劑等)，再加入去離子水，充分混合攪拌0.5—1h，可稍微加熱以加速染料溶解，得混合溶液。將墨水密封，於一1O℃處理24h後，立即過濾，先用0.45m濾膜過濾一遍，再用0.15um濾膜過濾兩遍之後，裝入噴墨印花機列印測試。
2.墨水相關性能測試
表面張力採用DCA322表面張力及接觸角儀，以玻片插入法測得。
黏度採用SNB一2型數字鏇轉黏度計測試(25℃，O#轉子，轉速60r/rain，黏度範圍0～10mPa·s)。
pH值由SentronpH計測得。
電導率由DDS一307雷磁電導率儀測得。
墨水的穩定性以高溫、低溫及常溫儲存條件下有無沉澱及固色率等指標表征。高溫試驗條件為70℃下對溶液保溫處理3h，低溫在～l0℃和一20℃放置72h，常溫則在室溫下自然存放3個月以上。
3.列印性能測試
將配製好的墨水裝入印表機內，在Photoshop軟體中以360dpi解析度滿幅依次列印單色墨水，分連續和問歇列印測試墨水的列印流暢性。測試連續列印時，滿幅列印l0張-A4紙，觀察噴頭堵塞情況，是否有斷線。測試問歇列印時，將噴頭歸位放置一周后再開機，測試噴頭堵塞情況。墨水流暢性測試後，將墨水噴印到織物上，用Dataco]or電腦測色配色儀測其顏色
(K/S值)。
4.噴墨印花工藝
配製預處理液(海藻酸鈉3%，碳酸氫鈉20L，尿素3OL，其餘為蒸餾水)一浸軋預處理液(二浸二軋，軋余率70%)一烘乾(80℃)一壓平一噴墨印花一汽蒸(100%HD，110oC×3min)一水洗、皂洗(85℃×10min一水洗一烘乾
5.固色率的測定
採用尿素剝色法測定固色率]，按式(1)計算染料固色率(F)：
F=(1一(A2/m2)/(A1/m1))×100%(1)
式中：A1——固色前試樣溶液的吸光度;
A2——固色後試樣溶液的吸光度;
m1——固色前試樣的質量;
m2——固色後試樣的質量。
結果與討論
一、添加劑的選擇
墨水中的添加劑與水組成一個穩定的體系，以滿足列印各項指標要求，如表面張力、黏度和pH值等。選擇具有保濕和催乾作用的N一甲基-2-毗咯烷酮作為染料助溶劑，選用三羥基氨基甲烷作為pH值調節劑，乙二胺四乙酸二鈉(EDTA一2Na)為螯合劑。三羥基氨基甲烷與EDTA一2Na能很好地控制活性染料的水解，有助於製備穩定的高濃度液體染料。乙二醇、一縮二乙二醇和丙三醇都具有保濕作用，可作為墨水的保濕劑。據報導，加人低揮發性溶劑和一種高揮發性溶劑，對整個墨水體系有益¨，為此，選用乙醇作為高揮發性溶劑。為提高噴墨印花墨水的穩定性，可加入一些與墨水體系相容的高分子化合物，如聚氨酯、聚乙烯醇和聚乙烯毗咯烷酮K一30等。試驗測試了單只溶劑和不同溶劑混合對表面張力和黏度的影響，溶劑混合正交試驗結果見表1。
二、染料的選擇及其濃度確定
1.染料的選擇
對一氯均三嗪類P型活性染料進行篩選，所選染料為品紅色(M)、黃色(Y)、青色(C)、黑色(K)四個基本色。染料篩選主要考察了染料的色光、溶解度、鮮艷度、含鹽量和價格等幾方面。
試驗發現，泰興市錦雞染料有限公司與上海染料化工八廠的染料溶解度在100～200g/L。前者較鮮艷，但黑色色光與商品墨水有差距;後者紅K-2BP的顏色較理想，但黃色染料配成高濃度染液後易分層，活性翠藍染料的溶解度不夠理想。Clariant公司的染料固色率較高，溶解度較好，但與所需色光有一定差距。Huntsman公司與上海康頓精細化工有限公司的染料情況相差不大，溶解度高達200g/L左右，顏色較好，但價格較高，尤其是上海康頓精細化工有限公司的染料。
染料提純可採用二甲基甲醯胺(DMF)溶解染料，再用丙酮析出法。泰興市錦雞染料有限公司和上海染料化工八廠染料脫出的鹽分達到30%一40%，Hunts-man公司的染料除青色提取出25%左右的鹽分外，其餘的染料不易用此法提取鹽分。Huntsman公司的染料更符合要求，確定選用NovacronBlackP—GR150%，NovacronRedP-4BCran，NovacronYellowP-6GSCran，NovacronTurquoiseP—GR150%。
2.染料濃度的確定
根據上述試驗所確定的添加劑和染料，配製CMYK四色不同濃度的墨水，通過墨水濃度與K/S值和固色率的關係確定最佳的染料濃度，並與商品墨水進行對比。
隨著染料濃度的增加，CMYK四色的K/S值均增大，但在墨水濃度高於13%後，增大趨勢有所下降，其中黃色和品紅色較為明顯，而青色和黑色上升趨勢仍較明顯。
隨染料濃度的變化，CMYK四色固色率的變化各不相同。除了黃色墨水的固色率一直在遞增外，其它墨水固色率都呈下降態勢，青色最明顯，紅色在濃度超過13%後固色率出現大幅下降，而黑色墨水的固色率基本不變。固色率變化趨勢不同，可能是各染料結構不同所致。此外，固色率只是一個相對的比率，與K/S值不同，並不能反映噴墨列印在織物上染料量的遞增。測試商品墨水的固色率與K/S值，結果見表3。
自配品紅墨水與商品墨水的K/S值有一定差距。自配品紅墨水濃度達l6%時，與商品墨水K/S值的差距在5左右，此時墨水溶解度和列印流暢性都沒有問題，因此品紅色的墨水可選擇此濃度。對於其它墨水，青色墨水濃度在7%一10%時已經與商品墨水K/S值相當，且固色率較高;黃色墨水在13%的濃度已經比商品墨水的K/S值大，固色率也比較高;黑色墨水濃度在17%時，較商品墨水K/S值小，但相差不大。
三、墨水的配方及性能
1.墨水配方的確定
最終確定活性噴墨印花墨水的配方方案為：染料7%～17%;乙二醇、一縮二乙二醇、丙三醇、N一甲基一2-吡咯烷酮、乙醇和1，2.己二醇等有機溶劑的用量為20%一30%;三羥基氨基甲烷、聚乙烯吡咯烷酮K.30、殺菌劑和EDTA一2Na的用量為0.5%一2%;剩餘部分為去離子水。所配製墨水的各項性能指標如表4所示。
一般而言，活性噴墨印花墨水黏度為3.5—4.5mPa·s，表面張力為34～39mN/m，即可在噴墨印表機上表現出良好的列印性能。本試驗所配墨水性能指標基本處於此區間。
2.墨水穩定性測試
分別對自製墨水進行高溫、低溫和常溫放置測試。將墨水低溫一1O℃放置72h，70℃下對溶液保溫處理3h，以及常溫放置6個月，均未發現產生沉澱，而10℃放置72h後墨水黏度有所增大。另外，一2O℃放置72h的墨水部分凝結，l0℃和20℃放置後的墨水再於常溫靜置2h，仍會恢復原來狀態。墨水於70℃高溫處理3h(相當於3周左右的加速貯存期)及常溫放置，其固色率與K/S值變化。
70℃保溫處理3h的墨水與新配墨水相比，固色率下降5.48%，K/S值下降3.9%;而常溫放置的墨水固色率下降2.6%，K/S值下降2.2%。因此，墨水至少在2～3周內可保持良好的穩定性，足以滿足印染企業生產套用的要求。
3.墨水列印性能
據報導，墨水電導率應低於10000p~S/cm，以避免在噴頭處形成結晶引，此指標對於熱泡列印噴頭尤為重要。試驗發現，紅色和黑色商品化墨水的電導率都超過了10000uS/cm;自配墨水的電導率雖然亦遠超10000txS/cm，但對於壓電式印表機及印染企業生產的模式來說，應不會輕易造成堵塞噴頭。對墨水的列印性能、長期保存穩定性及墨水的兼容性進行了測試。連續滿幅列印10張A4紙後測試噴頭堵塞情況，發現沒有斷線。讓噴頭離開墨墊暴露在空氣中24h後，直接進行噴頭堵塞情況測試，發現四色均有斷線，斷線率達30%左右，但清洗一次後測試沒有斷線。此外，將噴頭歸位放置一周后再測試噴頭沒有斷線。長期放置保存墨水沒有發現沉澱。通過與商品墨水的兼容性測試觀察，發現自配墨水的兼容性良好。可見，含鹽量已不再是主要問題，關鍵是如何在含鹽量較高的情況下使染料保持較高的溶解度，並保持噴墨列印墨水有良好的穩定性和列印性能。通過添加有效的添加劑，合理配製，以及調整列印工藝可改善此問題。
4.墨水列印色域
將配製好的四色墨水，列印具有代表性的不同顏色，並測試這些顏色點的CIEL*a*b*參數值，獲得墨水列印顏色色域的大致範圍。
在相同條件下，墨水所用的色料品種和組成都會改變其所能覆蓋的列印色域。在前處理和汽蒸條件相同的條件下，對自配墨水與商品墨水的色域進行對比，試驗結果如圖5所示。
商品墨水與自配墨水的色域相差在10%之內，前者在綠色、青色、黃色區域的列印範圍相對大些，自配墨水在品紅端的色域稍微突出一點。由此看來，雖然前述品紅色自配墨水與商品墨水的K/S值有一定差距，但列印顏色區域並沒有因此受到很大影響，自配墨水並沒有因為使用常規染料而使色域明顯減少。
結論
部分常規印花染料可用於配製噴墨印花墨水，經壓電式噴頭連續列印或間歇列印試驗，只要按要求清洗噴頭，不會產生噴頭堵塞現象。墨水的存放穩定性完全可以滿足印染企業常規生產的要求，且具有較強的價格優勢，對印染企業推廣噴墨印花技術具有積極的推動作用。