结果与讨论

2. 1 添加剂的选择

墨水中的添加剂与水组成一个稳定的体系, 以满足打印各项指标要求, 如表面张力、黏度和pH 值等。选择具有保湿和催干作用的N-甲基-2-吡咯烷酮作为染料助溶剂[ 6- 7] , 选用三羟基氨基甲烷作为pH值调节剂, 乙二胺四乙酸二钠( EDTA-2N a)为螯合剂。三羟基氨基甲烷与EDTA-2N a能很好地控制活性染料的水解, 有助于制备稳定的高浓度液体染料[ 5, 8 ] 。乙二醇、一缩二乙二醇和丙三醇都具有保湿作用, 可作为墨水的保湿剂[ 9] 。据报道, 加入低挥发性溶剂和一种高挥发性溶剂, 对整个墨水体系有益[ 10] , 为此, 选用乙醇作为高挥发性溶剂。为提高喷墨印花墨水的稳定性, 可

加入一些与墨水体系相容的高分子化合物, 如聚氨酯、聚乙烯醇和聚乙烯吡咯烷酮K-30等[ 5] 。试验测试了单只溶剂和不同溶剂混合对表面张力和黏度的影响,溶剂混合正交试验结果见表1。表1?? 正交试验设计因素与水平表

因素水平1 2 3 4

A (一缩二乙二醇) 5% 8% 12% 15%

B (乙二醇) 5% 8% 12% 15%

C (丙三醇) 5% 8% 12% 15%

D( N-甲基-2-吡咯烷酮) 2% 4% 6% 8%

E ( 1, 2-己二醇) 2% 4% - -

F(乙醇) 1% 3% - -

G(聚乙烯吡咯烷酮K-30) 1. 5% 0. 5% - -

图1?? 不同溶剂对墨水表面张力的影响

从图1可见, 1, 2-己二醇在2% ~ 4% 低浓度内的变化, 会引起墨水表面张力的极大改变。其它溶剂对墨水表面张力的影响都较小, 甚至随着乙二醇与N-甲基-2-吡咯烷酮浓度的提升, 墨水的表面张力增大, 所以两者的加入量不宜过多。乙醇与聚乙烯吡咯烷酮K-30都会降低表面张力, 但幅度较小。图2?? 不同溶剂对墨水黏度的影响

由图2可见, 各种助剂的加入都会使墨水黏度增大, 其中丙三醇的影响最大, 调节范围也最广, 其次为一缩二乙二醇, 两者都可作为黏度调节剂。虽然聚乙烯吡咯烷酮K-30的加入量较少, 但其为固体, 对墨水黏度的影响也较大, 因而应控制用量, 以防因黏度过大造成墨水打印流畅性下降。根据以上试验, 可基本确定喷墨印花墨水的组成及用量(表2)。试验所用保湿剂不必完全加入, 可选择其中一种或两种加入。另外, 还可加入适量的杀菌剂, 如

C IT /M IT-14( 5-氯-2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮与2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮的混合物)。同时, 还可考虑加入一定量表面活性剂调节表面张力和改善墨水的稳定性。染料的选择及其浓度确定

2. 2. 1?? 染料的选择

对一氯均三嗪类P型活性染料进行筛选, 所选染料为品红色(M )、黄色( Y)、青色( C )、黑色( K )四个基本色。染料筛选主要考察了染料的色光、溶解度、鲜艳度、含盐量和价格等几方面。试验发现, 泰兴市锦鸡染料有限公司与上海染料化工八厂的染料溶解度在100~ 200 g /L。前者较鲜艳, 但

黑色色光与商品墨水有差距; 后者红K-2BP的颜色较理想, 但黄色染料配成高浓度染液后易分层, 活性翠蓝染料的溶解度不够理想。C lariant公司的染料固色率较高, 溶解度较好, 但与所需色光有一定差距。Huntsman公司与上海康顿精细化工有限公司的染料情况相差不大, 溶解度高达200 g /L左右, 颜色较好, 但价格较高, 尤其是上海康顿精细化工有限公司的染料。染料提纯可采用二甲基甲酰胺( DMF)溶解染料,再用丙酮析出法。泰兴市锦鸡染料有限公司和上海染料化工八厂染料脱出的盐分达到30% ~ 40% , Huntsman公司的染料除青色提取出25% 左右的盐分外, 其余的染料不易用此法提取盐分。Huntsman 公司的染料更符合要求, 确定选用Novacron B lack P-GR 150% ,N ovacron R ed P-4B C ran, Novacron Y ellow P-6GS Cran,N ovacron Turquo ise P-GR 150% 。

2. 2. 2?? 染料浓度的确定

根据上述试验所确定的添加剂和染料, 配制CMYK 四色不同浓度的墨水, 按照1. 2. 4节, 通过墨水浓度与K /S 值和固色率的关系确定最佳的染料浓度,并与商品墨水进行对比。图3?? 墨水染料浓度与K /S 值的关系从图3可见, 随着染料浓度的增加, CMYK 四色的K /S 值均增大, 但在墨水浓度高于13%后, 增大趋势有所下降, 其中黄色和品红色较为明显, 而青色和黑色上升趋势仍较明显。

图4?? 墨水染料浓度对固色率的影响

图4中, 随染料浓度的变化, CMYK 四色固色率的变化各不相同。除了黄色墨水的固色率一直在递增外, 其它墨水固色率都呈下降态势, 青色最明显, 红色在浓度超过13% 后固色率出现大幅下降, 而黑色墨水的固色率基本不变。固色率变化趋势不同, 可能是各染料结构不同所致。此外, 固色率只是一个相对的比率, 与K /S 值不同, 并不能反映喷墨打印在织物上染料量的递增。

测试商品墨水的固色率与K /S 值, 结果见表3。

表3?? 商品墨水固色率与K /S测试结果

颜色品红色青色黄色黑色

固色率/% 58. 9 40. 1 51. 4 63. 3

K /S 值19. 609 12. 508 13. 525 20. 585

?? ?? 比较图3和图4与表3可知, 自配品红墨水与商品墨水的K /S 值有一定差距。自配品红墨水浓度达16% 时, 与商品墨水K /S 值的差距在5左右, 此时墨水溶解度和打印流畅性都没有问题, 因此品红色的墨水可选择此浓度。对于其它墨水, 青色墨水浓度在7% ~ 10% 时已经与商品墨水K /S 值相当, 且固色率较高; 黄色墨水在13%的浓度已经比商品墨水的K /S 值大, 固色率也比较高; 黑色墨水浓度在17% 时, 较商品墨水K /S 值小, 但相差不大。

2. 3 墨水的配方及性能

2. 3. 1 墨水配方的确定

最终确定活性喷墨印花墨水的配方方案为: 染料7% ~ 17%; 乙二醇、一缩二乙二醇、丙三醇、N-甲基-2-吡咯烷酮、乙醇和1, 2-己二醇等有机溶剂的用量为20% ~30%; 三羟基氨基甲烷、聚乙烯吡咯烷酮K-30、杀菌剂和EDTA-2Na的用量为0. 5% ~ 2%; 剩余部分为去离子水。所配制墨水的各项性能指标如表4所示。表4?? 自配四色墨水的性能指标

颜色黏度/ (mPa?? s) 表面张力/ ( mN /m ) pH 值电导率/ ( ??S / cm )

红4. 48 38. 4 7. 93 25 490

黄4. 34 40. 5 8. 41 26 700

青3. 04 38. 8 7. 4 17 410

黑4. 55 37. 5 6. 64 28 770

一般而言, 活性喷墨印花墨水黏度为3. 5 ~4. 5mPa?? s, 表面张力为34~ 39mN /m, 即可在喷墨打印机上表现出良好的打印性能[ 11] 。本试验所配墨水性能指标基本处于此区间。

2. 3. 2?? 墨水稳定性测试

分别对自制墨水进行高温、低温和常温放置测试。将墨水低温- 10 ?? 放置72 h, 70 ?? 下对溶液保温处理3 h, 以及常温放置6个月, 均未发现产生沉淀, 而10 ??放置72 h后墨水黏度有所增大。另外, - 20 ?? 放置72 h的墨水部分凝结, 10 ?? 和20 ?? 放置后的墨水再于常温静置2 h, 仍会恢复原来状态。墨水于70 ?? 高温处理3 h(相当于3周左右的加速贮存期)及常温放置, 其固色率与K /S 值变化如表5所示。

表5?? 墨水稳定性测试结果

项目新配墨水70 ?? 保温处理3 h 常温放置6个月

固色率/% 65. 5 61. 9 63. 8

K /S 值15. 295 14. 689 14. 955

注: 均在相同前处理和汽蒸条件下完成。

从表4可见, 70 ?? 保温处理3 h的墨水与新配墨水相比, 固色率下降5. 48%, K /S 值下降3. 9% ; 而常温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 周内可保持良好的稳定性, 足以满足印染企业生产应用的要求。

2. 3. 3?? 墨水打印性能

据报道, 墨水电导率应低于10 000 ??S /cm, 以避免在喷头处形成结晶[ 12] , 此指标对于热泡打印喷头尤为重要。试验发现, 红色和黑色商品化墨水的电导率都超过了10 000 ??S /cm; 自配墨水的电导率虽然亦远超10 000 ??S /cm, 但对于压电式打印机及印染企业生产的模式来说, 应不会轻易造成堵塞喷头。对墨水的打印性能、长期保存稳定性及墨水的兼容性进行了测试。连续满幅打印10张A4纸后测试喷头堵塞情况, 发现没有断线。让喷头离开墨垫暴露在空气中24 h后, 直接进行喷头堵塞情况测试, 发现四色均有断线, 断线率达30% 左右, 但清洗一次后测试没有断线。此外, 将喷头归位放置一周后再测试喷头没有断线。长期放置保存墨水没有发现沉淀。通过与商品墨水的兼容性测试观察, 发现自配墨水的兼容性良好。可见, 含盐量已不再是主要问题, 关键是如何在含盐量较高的情况下使染料保持较高的溶解度, 并保持喷墨打印墨水有良好的稳定性和打印性能。通过添加有效的添加剂, 合理配制, 以及调整打印工艺可改善此问题。

2. 3. 4 墨水打印色域

将配制好的四色墨水, 打印具有代表性的不同颜色, 并测试这些颜色点的C IE L*a*b* 参数值, 获得墨水打印颜色色域的大致范围。

在相同条件下, 墨水所用的色料品种和组成都会改变其所能覆盖的打印色域。在前处理和汽蒸条件相同的条件下, 对自配墨水与商品墨水的色域进行对比,试验结果如图5所示。图5?? 自配墨水与商品墨水色域比较

( C IE L* a* b* , D65 /10?? )

图5中, 商品墨水与自配墨水的色域相差在10%之内, 前者在绿色、青色、黄色区域的打印范围相对大一些, 自配墨水在品红端的色域稍微突出一点。由此看来, 虽然前述品红色自配墨水与商品墨水的K /S 值有一定差距, 但打印颜色区域并没有因此受到很大影响, 自配墨水并没有因为使用常规染料而使色域明显减少。

3 结论

部分常规印花染料可用于配制喷墨印花墨水, 经压电式喷头连续打印或间歇打印试验, 只要按要求清洗喷头, 不会产生喷头堵塞现象。墨水的存放稳定性完全可以满足印染企业常规生产的要求, 且具有较强的价格优势, 对印染企业推广喷墨印花技术具有积极的推动作用。