dds-307對活性墨水的配制

結果與討論

2. 1 添加劑的選擇

墨水中的添加劑與水組成一個穩定的體系, 以滿足打印各項指標要求, 如表面張力、黏度和pH 值等。選擇具有保濕和催干作用的N-甲基-2-吡咯烷酮作為染料助溶劑[ 6- 7] , 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-2N a)為螯合劑。三羥基氨基甲烷與EDTA-2N a能很好地控制活性染料的水解, 有助于制備穩定的高濃度液體染料[ 5, 8 ] 。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[ 9] 。據報道, 加入低揮發性溶劑和一種高揮發性溶劑, 對整個墨水體系有益[ 10] , 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、聚乙烯醇和聚乙烯吡咯烷酮K-30等[ 5] 。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。表1?? 正交試驗設計因素與水平表

因素水平1 2 3 4

A (一縮二乙二醇) 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% - -

圖1?? 不同溶劑對墨水表面張力的影響

從圖1可見, 1, 2-己二醇在2% ~ 4% 低濃度內的變化, 會引起墨水表面張力的極大改變。其它溶劑對墨水表面張力的影響都較小, 甚至隨著乙二醇與N-甲基-2-吡咯烷酮濃度的提升, 墨水的表面張力增大, 所以兩者的加入量不宜過多。乙醇與聚乙烯吡咯烷酮K-30都會降低表面張力, 但幅度較小。圖2?? 不同溶劑對墨水黏度的影響

由圖2可見, 各種助劑的加入都會使墨水黏度增大, 其中丙三醇的影響大, 調節范圍也廣, 其次為一縮二乙二醇, 兩者都可作為黏度調節劑。雖然聚乙烯吡咯烷酮K-30的加入量較少, 但其為固體, 對墨水黏度的影響也較大, 因而應控制用量, 以防因黏度過大造成墨水打印流暢性下降。根據以上試驗, 可基本確定噴墨印花墨水的組成及用量(表2)。試驗所用保濕劑不必*加入, 可選擇其中一種或兩種加入。另外, 還可加入適量的殺菌劑, 如

C IT /M IT-14( 5-氯-2-甲基-4-異噻唑啉-3-酮與2-甲基-4-異噻唑啉-3-酮的混合物)。同時, 還可考慮加入一定量表面活性劑調節表面張力和改善墨水的穩定性。染料的選擇及其濃度確定

2. 2. 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~ 200 g /L。前者較鮮艷, 但

黑光與商品墨水有差距; 后者紅K-2BP的顏色較理想, 但黃色染料配成高濃度染液后易分層, 活性翠藍染料的溶解度不夠理想。C lariant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200 g /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。染料提純可采用二甲基甲酰胺( 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% ~ 40% , Huntsman公司的染料除青色提取出25% 左右的鹽分外, 其余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?? 染料濃度的確定

根據上述試驗所確定的添加劑和染料, 配制CMYK 四色不同濃度的墨水, 按照1. 2. 4節, 通過墨水濃度與K /S 值和固色率的關系確定的染料濃度,并與商品墨水進行對比。圖3?? 墨水染料濃度與K /S 值的關系從圖3可見, 隨著染料濃度的增加, CMYK 四色的K /S 值均增大, 但在墨水濃度高于13%后, 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。

圖4?? 墨水染料濃度對固色率的影響

圖4中, 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, 青色明顯, 紅色在濃度超過13% 后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, 并不能反映噴墨打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。

表3?? 商品墨水固色率與K /S測試結果

顏色品紅色青色黃色黑色

固色率/% 58. 9 40. 1 51. 4 63. 3

K /S 值19. 609 12. 508 13. 525 20. 585

?? ?? 比較圖3和圖4與表3可知, 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16% 時, 與商品墨水K /S 值的差距在5左右, 此時墨水溶解度和打印流暢性都沒有問題, 因此品紅色的墨水可選擇此濃度。對于其它墨水, 青色墨水濃度在7% ~ 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。

2. 3 墨水的配方及性能

2. 3. 1 墨水配方的確定

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-甲基-2-吡咯烷酮、乙醇和1, 2-己二醇等有機溶劑的用量為20% ~30%; 三羥基氨基甲烷、聚乙烯吡咯烷酮K-30、殺菌劑和EDTA-2Na的用量為0. 5% ~ 2%; 剩余部分為去離子水。所配制墨水的各項性能指標如表4所示。表4?? 自配四色墨水的性能指標

顏色黏度/ (mPa?? s) 表面張力/ ( mN /m ) pH 值電導率/ ( ??S / cm )

紅4. 48 38. 4 7. 93 25 490

黃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, 即可在噴墨打印機上表現出良好的打印性能[ 11] 。本試驗所配墨水性能指標基本處于此區間。

2. 3. 2?? 墨水穩定性測試

分別對自制墨水進行高溫、低溫和常溫放置測試。將墨水低溫- 10 ?? 放置72 h, 70 ?? 下對溶液保溫處理3 h, 以及常溫放置6個月, 均未發現產生沉淀, 而10 ??放置72 h后墨水黏度有所增大。另外, - 20 ?? 放置72 h的墨水部分凝結, 10 ?? 和20 ?? 放置后的墨水再于常溫靜置2 h, 仍會恢復原來狀態。墨水于70 ?? 高溫處理3 h(相當于3周左右的加速貯存期)及常溫放置, 其固色率與K /S 值變化如表5所示。

表5?? 墨水穩定性測試結果

項目新配墨水70 ?? 保溫處理3 h 常溫放置6個月

固色率/% 65. 5 61. 9 63. 8

K /S 值15. 295 14. 689 14. 955

注: 均在相同前處理和汽蒸條件下完成。

從表4可見, 70 ?? 保溫處理3 h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應用的要求。

2. 3. 3?? 墨水打印性能

據報道, 墨水電導率應低于10 000 ??S /cm, 以避免在噴頭處形成結晶[ 12] , 此指標對于熱泡打印噴頭尤為重要。試驗發現, 紅色和黑色商品化墨水的電導率都超過了10 000 ??S /cm; 自配墨水的電導率雖然亦遠超10 000 ??S /cm, 但對于壓電式打印機及印染企業生產的模式來說, 應不會輕易造成堵塞噴頭。對墨水的打印性能、長期保存穩定性及墨水的兼容性進行了測試。連續滿幅打印10張A4紙后測試噴頭堵塞情況, 發現沒有斷線。讓噴頭離開墨墊暴露在空氣中24 h后, 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, 但清洗一次后測試沒有斷線。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淀。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, 并保持噴墨打印墨水有良好的穩定性和打印性能。通過添加有效的添加劑, 合理配制, 以及調整打印工藝可改善此問題。

2. 3. 4 墨水打印色域

將配制好的四色墨水, 打印具有代表性的不同顏色, 并測試這些顏色點的C IE L*a*b* 參數值, 獲得墨水打印顏域的大致范圍。

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打印色域。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。圖5?? 自配墨水與商品墨水色域比較

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

圖5中, 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、黃色區域的打印范圍相對大一些, 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, 但打印顏色區域并沒有因此受到很大影響, 自配墨水并沒有因為使用常規染料而使色域明顯減少。

3 結論

部分常規印花染料可用于配制噴墨印花墨水, 經壓電式噴頭連續打印或間歇打印試驗, 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*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。