織物數(shù)碼印花若干問題探討

陸宗魯 山東省紡織科學(xué)研究院（266032）

【摘要】在織物數(shù)碼印花的發(fā)展中，備受關(guān)注的是：噴墨印花的噴嘴、墨水、基本色及其與色牢度有關(guān)的問題。本文引證資料，對(duì)幾個(gè)方面作了清楚的介紹與論證。認(rèn)為，涂料工藝、連續(xù)式噴嘴有較好的發(fā)展前景。有關(guān)顏料、粘合劑的納米級(jí)產(chǎn)品已經(jīng)出現(xiàn)，日曬與濕磨牢度正在解決中，需要重點(diǎn)研究的應(yīng)該是織物三元基本色的標(biāo)準(zhǔn)化。有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的織物數(shù)碼印花技術(shù)，將為我國紡織品生產(chǎn)的擋次提升、節(jié)水節(jié)能、環(huán)境治理、增加效益，創(chuàng)造條件。

【關(guān)鍵詞】數(shù)碼印花 噴墨 噴嘴 納米 顏料 涂料粘合劑 色牢度

一、一、概述

六年前，浙江宏華電腦技術(shù)公司已開始生產(chǎn)用于織物的活性染料6色數(shù)碼印花機(jī)[1]，上海華綸印染公司曾用它生產(chǎn)了幾百套花樣。工藝采用棉布練漂絲光→軋堿（純堿2%+尿素10%+海藻膠+防染鹽S適量）→烘干→活性染料墨水噴墨印花→汽蒸（102℃，8分鐘）→水洗→皂洗，印花效果與色牢度基本滿足要求[2]。

當(dāng)時(shí)，用水溶性染料作著色劑，印花織物的色牢度較易達(dá)到指標(biāo)要求。棉、滌、真絲、羊毛、尼龍、腈綸都可以選用相應(yīng)的染料作墨水。但由于色濃度、上染率、固色率不匹配等原因，混色的色相和濃淡很難完全符樣，這在活性、分散、酸性染料噴墨印花中普遍存在。而涂料印花當(dāng)時(shí)存在的問題是：深色欠濃，淺色欠艷，印制清晰度較差，易堵塞噴嘴[3]。

五年來，織物數(shù)碼印花技術(shù)有了較大發(fā)展，但要進(jìn)行規(guī)模生產(chǎn)，若干技術(shù)尚需進(jìn)一步完善。現(xiàn)從獲取的信息中歸納，分析，探討以下幾個(gè)問題，供大家參考指正。

二、關(guān)于數(shù)碼印花手段

數(shù)碼印花包括‘讀’和‘寫’二個(gè)內(nèi)容：第一次‘讀寫’是數(shù)碼攝像機(jī)或掃描機(jī)，讀取光輻射信號(hào)，分解為XYZ三刺激值，調(diào)制成數(shù)碼寫入RAM存儲(chǔ)器。第二次&

從理論上講，紅、黃、藍(lán)三元色色光相混，可以得到‘白色’，紅、黃、藍(lán)三元色顏料相混可以得到‘黑’色。光的顏色屬于加成混合，紅、黃、藍(lán)，加白光可以拼出各種色光和明度，有如在電視屏上所見。色的混合屬于減法混合，用紅、黃、藍(lán)外加黑色，可以調(diào)出各種顏色。CIE三原色光的波長分別是：紅700.0；綠546.1；藍(lán)435.8[4]，如果紅、綠、藍(lán)三種顏料反射光恰好符合以上三原色波長要求，則可以按不同比例調(diào)出各種顏色。但是，色光如此純正的顏料實(shí)際上并不存在，祗不過是所含雜色有多有少而已。這樣，減法混合用互補(bǔ)色消減對(duì)方時(shí)，必然會(huì)帶進(jìn)第三色成份，進(jìn)一步降低顏色的鮮艷度。這樣，顏料混合不可能采用紅、黃、藍(lán)三元色，而取品紅（紅紫）、黃、青（藍(lán)綠），或者用紅、綠、藍(lán)作為’三元基本色’，以提高綠色與紅紫色的鮮艷度。因?yàn)?，人的視覺對(duì)這二個(gè)色相的鮮艷與否，比較敏銳。

噴墨打印機(jī)有三色(品紅、黃、青)、四色（三色加黑）、六色（四色加淡青和淡品紅）、七色（六色加淡黑）等多種[6]。用于織物活性染料印花的6-8色墨水，除四基色外，有選用綠色、紅色、藍(lán)色、橙色的，各油墨公司的基本色搭配不盡相同[5]。不管是用什么顏色的活性染料，由于本身顏色不純，二次讀寫復(fù)制出來的圖象，色相與原樣不能完全一致。

打印方式有：針式、噴墨、激光等多種打印機(jī)?？椢飻?shù)碼印花，目前采用噴墨打印技術(shù)。噴墨打印有三種形式的噴嘴，噴嘴直徑大多在10-100µm范圍，它們都曾

圖1 噴墨印花三種噴嘴示意圖與重要參數(shù)

圖注：* Ima je S4

***印制清晰度可達(dá)1440dpi。

‘連續(xù)式’相當(dāng)于施壓2個(gè)大氣壓的水槍，連續(xù)噴射，用電感改變液滴走向，或射向織物或射向回收槽，優(yōu)點(diǎn)是打印速度快，缺點(diǎn)是精細(xì)度欠佳[7]；‘氣泡式(Bubble Jet-BJ)’或稱熱噴射：如同汽槍，液滴按需滴入槍膛，噴頭熱元件瞬時(shí)升溫至350℃，墨水中低沸點(diǎn)成份迅速蒸發(fā)，產(chǎn)生爆炸性壓力，將液滴噴出，優(yōu)點(diǎn)是清晰度高，缺點(diǎn)是噴墨方向散亂，噴嘴容易被堵塞；壓電式：如同唧水筒，用脈沖電流導(dǎo)致壓電陶瓷變形，急速擠出噴槍中的墨水，有的機(jī)型還可以控制不同壓強(qiáng)改變墨滴大小[10]，打印精度較高。優(yōu)點(diǎn)是：噴墨時(shí)不需要加熱，所以墨水不會(huì)發(fā)生化學(xué)變化，噴嘴不易堵塞，缺點(diǎn)是噴頭成本較高[6]。先前應(yīng)用最為廣泛的辦公用臺(tái)式噴墨打印機(jī)，佳能(Canon)和惠普(HP) 兩家公司采用氣泡式，愛普生(EPSON)公司采用壓電式。現(xiàn)在佳能也新增了壓電式。

在打印速度方面，連續(xù)式噴射周期為62500滴/秒，印刷速度是300米/分。記錄速度為2000符號(hào)/秒，每小時(shí)可印報(bào)紙48000份，其工作效率高出其它打印方式10多倍。其他兩式目前的高端噴墨打印機(jī)，都可以噴出超精微墨滴2微微升（直徑小于發(fā)絲的1/10）。頻率為每秒5000次[6]，可算得是：精工細(xì)作。

辦公打印紙張，一般用亞光打印紙；照片打印，用涂層較厚的高光相紙；高光紙吸墨能力強(qiáng)，墨點(diǎn)擴(kuò)散小，印制的照片清晰銳利，暗部密度大，晶瑩透澈，非常逼真[5]。織物噴墨印花的清晰度和濃艷度尚難與紙張，特別是照片與畫報(bào)的印制質(zhì)量相比。

近年來，發(fā)展多頭、多嘴、大墨盒織物噴墨印花機(jī)，生產(chǎn)能力已從0.1m/min提升到2m/min[7,8]。壓電式噴嘴，已占市場應(yīng)用的80%[5]

三、三、關(guān)于顏料

噴墨打印的墨滴落在受體（紙或布）上，是呈矩陣排列的，互不壓疊，見圖2[14]

噴墨打印的各種混合色，是基本色色點(diǎn)排列組合，由視覺合成的結(jié)果。對(duì)圖象的認(rèn)知，是視覺通過心理比較得到的形象。照片中面部顏色與真人完全一致也好，不一致也好，祗要形象不錯(cuò)就行。但是，織物印花如與原樣有明顯色差，客戶不會(huì)接受。在必須符合原樣這一點(diǎn)上，織物噴墨印花比照片的要求還要高。

（一）試驗(yàn)條件

數(shù)碼相機(jī)500萬象數(shù)；

Canon BJC 255SP汽泡式三色打印機(jī)；

AcerScan-320P掃描機(jī)用600dpi；

打印紙張：亞光打印紙、新聞紙、萱紙；

織物毛效測試儀。

注：打印機(jī)用的打印墨水有三種：①原裝單色打印黑墨水；②原裝三色打印墨水；③市售散裝三色墨水。散裝三色墨色用作打印試驗(yàn)，原裝三色墨水祗用來打印最終的‘文件稿’，以正確反映試驗(yàn)中出現(xiàn)的各種顏色變異現(xiàn)象，（注：論文集印刷則祗能用黑白稿）

（二）操作方法

用數(shù)碼相機(jī)拍攝底片；底片用打印機(jī)打出照片；掃描機(jī)將打印出來的照片再掃成‘翻拍’底片；底片的連續(xù)多次放大都在計(jì)算機(jī)word文件中進(jìn)行（圖像拉長（豎向或橫向）10倍后剪掉9/10，再拉長10倍，再剪掉9/10…如此反復(fù)。一次性放大最高可達(dá)2×106倍，如欲進(jìn)一

（三）試驗(yàn)結(jié)果：

1、從圖3看出數(shù)碼相機(jī)拍攝的底片，和打印機(jī)打出來的照片，實(shí)際上與真人的臉面顏色都不相同。

圖3 原底片與翻拍底片色相對(duì)比

2、原底片與翻拍底片，各取下巴局部，連續(xù)多次放大，分別得到 Image-1-1、Image-1-2、Image-2-1、Image-2-2等四幅圖像（見圖3），

3、從圖3看出，用散裝墨水打出來的Image-2比原底片Image-1紅了許多，取下巴局部分別放大103-106倍，則可以看出Im

4、三元基本色打印，不可能用增加青色噴墨墨滴來修正色相。唯一可行的是提高青色墨水的濃度，而若濃度不能提高時(shí)，祗能換用著色力高的青色顏料。實(shí)驗(yàn)說明，要求三元基本色的色濃度匹配是一個(gè)關(guān)鍵。

5、散裝墨水是用染料配制的，青色染料顏色很淡的原因，是受染料溶解度限制，。

6、如若用涂料作噴墨墨水，就可以不受染料溶解度和固色率的限制。并且可以在各種染料中選擇著色力較高的染料進(jìn)行顏料化。

四、四、關(guān)于清晰度

在噴嘴直徑很小的情況下，清晰度還決定於墨滴的吸收和滲化特性。它既決定於墨水，也決定於織物。清晰度好：色塊邊緣整潔，顏色分明，線條流暢；清晰度差則圖像漠糊。水性涂料墨水中提高低沸點(diǎn)溶劑含量，可以促進(jìn)快干，以提高清晰度[10]，打印紙或織物陽離子化可以加快染料的固定[10,12,16]，但這些措施都對(duì)環(huán)保不利。我們選用不同毛效的打印紙進(jìn)行對(duì)比，以探索改善織物噴墨打印清晰度的可能性。

目前大多認(rèn)為，打印墨滴不滲化，可以提高清晰度，如若滲化就會(huì)引起漠糊[14]。對(duì)于水性墨水來說，紙張親水性越差，滲潤越小，打印清晰度越好。因此，現(xiàn)在的亞光打印紙幾乎是不吸水的。

我們用亞光紙、新聞紙和萱紙，按織物毛效測試方法（在水中加微量碳素墨水），測定其毛效，和吸色性。見圖4。

圖4 萱紙的吸水與吸色性

萱紙的毛效測試條，上淺下深，可見明顯色階。紙能在墨水上升時(shí)將碳素吸附，而亞光紙與新聞紙則無此現(xiàn)象。萱紙的吸水性好，吸色性好，清晰度也好。

亞光紙與萱紙打印效果對(duì)比試驗(yàn)

我們將圖3中的褐色調(diào)圖片Image-1-2，用Canon三色打印機(jī)分別打印亞光紙和萱紙，然后掃描為翻拍底片（A1-1和B1-1）再放大（×106倍）打印。另外，將Image-1-2圖像格式改為‘灰度’，用黑墨水打印-掃描-放大。見圖5

圖5 亞光紙與萱紙的打印清晰度

從圖5中看出：

1、 1、 Image-1-2原本是褐色調(diào)較重的圖片，由于墨水的原因，打印出來依然紅色調(diào)很重。

2、 2、 A1-2與B1-2相比，萱紙上色澤比較豐滿。

3、 3、 灰色圖片放大（累計(jì)為2×1012）后，用黑色墨水打印得到的（A2-2，B2-2），萱紙上的墨點(diǎn)黑白分明，清晰度比亞光紙好，亞光紙漠糊處的淺灰色，祗能視作黑墨水滲化（墨水中的溶劑成份也能引起滲化）。

上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以斷言：無毛效的雖然能抑制液滴（向受體內(nèi)，和向周邊）滲透，但并非沒有‘滲化’。毛效好的，如果吸色性好，也可獲得較好的清晰度。我們認(rèn)為：提高毛效，提高吸色性，是提高織物噴墨印花清晰度的有效方法之一。

五、與色澤濃艷度有關(guān)的問題

有人提出，商業(yè)化打印墨水中染料的濃度僅為10％左右。而墨滴的大小祗有150µµl上下，即使墨滴打滿一平方米織物，墨水用量祗有20g／㎡左右，留在織物上的染料實(shí)際祗有2g／㎡，與傳統(tǒng)篩網(wǎng)印花相比，留在織物上的染料，是噴墨的5倍，兩者的濃艷度肯定會(huì)有差距。如果，噴墨印花能施加多重墨水，就可以提高印制色深[5]。

以上說法有一定道理。但染料用量少五倍的先天不足問題，有辦法可予補(bǔ)償：1、選擇著色力高的染料；2、將染料顏料化，生成色淀，使不受溶解度和固色率的制約；3、將色淀粉碎至納米級(jí)，進(jìn)一步提高色澤濃艷度。

顏料顏色首先決定於它的光吸收特性，決定於化

在顏料化制造過程中，首先形成許多分子狀態(tài)的顏料，然后成長和聚集成基本粒子(Ultimate Particles)。這些基本粒子一般祗有0.01-0.04µm，由于粒子小，具有很高的表面能，形成強(qiáng)烈的降低表面能量的趨勢，因此很快相互凝聚成為比較牢固而不易分開的α-粒子群，其大小約為0.03-0.06µm然后再聚集為更大的β-粒子群，粒子大小約為0.1-1µm [4]

要得到納米級(jí)的顏料分散體系，可以在合成色原時(shí)采用分散劑，降低色淀的表面能。另一個(gè)方法是采用‘體質(zhì)顏料’制備方法，將溶解好的染料先染附在吸附體質(zhì)上，如氫氧化鋁、碳酸鈣等內(nèi)比表面較高的疏松顆粒中，然后進(jìn)行能使染料生成色淀的反應(yīng)，并在合成后將體質(zhì)顏料粉碎。這樣可以得到很高的分散度。

六、關(guān)于色牢度

顏料達(dá)到納米級(jí)分散度時(shí)，唯一缺點(diǎn)是日曬牢度降低[4]。

有人發(fā)現(xiàn)連接劑（粘合劑）對(duì)顏料的耐曬牢度有重要影響，除了個(gè)別粘合劑本身有日曬泛黃而影響顏料日曬牢度下降之外，一般的合成樹脂都有提高染料日曬牢度的作用。耐曬牢度次序如下：

丙烯酸樹脂＞三聚氰胺樹脂＞尿醛樹脂＞體質(zhì)染料＞松香脂

我們熟知，陽離子染料的耐光性特差，而染著在腈綸上時(shí)，日曬牢度很好。再聯(lián)系到，用丙烯酸乳液作涂料印花粘合劑時(shí)，印花織物一般都不存在日曬牢度不合格的問題。丙烯酸乳液中硬單體一般都采用丙烯腈或甲基丙烯酸甲酯，以提高其在光照和熱處理?xiàng)l件下的穩(wěn)定性，不意，用它作涂料粘合劑時(shí)，也能明顯提高顏料的日曬牢度。

深色涂料印花濕摩牢度普遍偏低，噴墨印花屬于深色。有關(guān)納米

涂料配方中顏料和粘合劑粒徑在同一水平時(shí)，按空間排列的上下、左右、前后六個(gè)方位，顏料與粘合劑的用料比應(yīng)該是6︰6。由于粘合劑還必須與織物連接，因此，在排列中至少要有一個(gè)方位全部是粘合劑，用料比應(yīng)調(diào)整為6︰7，顏料6、粘合劑7。

分散細(xì)度不同時(shí)，顆粒數(shù)與表面積之比，按下式計(jì)算：

△Nd/D = [1/(d/D)]3

△Ad/D = [1/(d/D)]2

△N — 顆粒增多倍數(shù)； △A — 表面積加大倍數(shù)；

d — 小顆粒直徑； D — 大顆粒直徑

顆粒直徑相差10倍，小顆粒的顆粒數(shù)增加1000倍，面積則增加100倍。假設(shè)顏料的粒徑是0.5µm，粘合劑的粒徑是0.05µm，如果用料比還是1︰1的話，相當(dāng)于1000個(gè)粘合劑包圍1個(gè)顏料顆粒，干濕摩和刷洗牢度必然會(huì)有提高。以下是幾個(gè)涂料粘合劑及其印花產(chǎn)品的實(shí)際檢測數(shù)據(jù)。

表1 納米涂料粘合劑舉例

表2 色牢度舉例

七、七、關(guān)于環(huán)保指標(biāo)

目前大多用自交聯(lián)丙烯酸乳液作粘合劑，自交聯(lián)單體采用羥甲基丙烯酰胺，單體本身含有少量游離甲醛（約占單體的1-3%），用4%單體合成后的乳液（以含固量30%計(jì)），游離甲醛含量在（1.2%×1-3%）范圍，最多不會(huì)超過300PPM，若與顏料用量相等, 一平方米織物上有2克粘合劑的話，織物克重以150克/平方米計(jì)，則織物上的游離甲醛含量會(huì)小于10PPM。除了嬰兒服，一般都不會(huì)超過環(huán)保指標(biāo)。

由于日曬牢度的原因，取代丙烯酸酯粘合劑的可能性不大。要達(dá)到無甲醛要求，可以用‘他交聯(lián)’丙烯酸單體取代羥甲基丙烯酰胺，并以封閉型水性聚氨酯作交鏈劑[20]。

八、問題討論和設(shè)想

1、數(shù)碼印花的來樣（特別是網(wǎng)絡(luò)傳送的圖片）加工，顏色的符樣難度較

2、噴墨打印用的是‘三元’混色，顏色不要多，有三個(gè)基本色就行。

3、研制納米級(jí)顏料、粘合劑與化學(xué)穩(wěn)定的聚氨酯交鏈劑，不僅可以提高色牢度，還有利於防止噴嘴堵塞，降低消耗成本。

4、當(dāng)前已成為發(fā)展主流的織物壓電式噴墨印花，以多頭、多嘴、多色辦法來提升印花機(jī)的生產(chǎn)能力。設(shè)備一次性投資與消耗成本加大。從現(xiàn)今報(bào)紙的印制效果來看，將連續(xù)法噴墨方式用于織物印花，很有可能。連續(xù)法噴嘴可以與墨盒分體，噴嘴制作成本低，工作效率高，祗要噴嘴堵塞問題得到解決，它就有很大發(fā)展優(yōu)勢。