喷墨印花

英文技术名：Textile Digital Printing

中文名：纺织品数码喷墨印花

20世纪90年代以来，喷墨印花技术开始广泛运用在纺织品上，化学品、打印头、印刷机、织物以及软件制造商开始尝试互相合作。各行业的合作使纺织品的印花质量超过了传统的印花标准。然而合作新纪元的出现对用户来说既有优点也有缺点。大多数优点是各行业的合作出现了合适的机器、组件、化学品和软件，这些保证了程序的安全性。第一流的爱普生打印头的出现为纺织品喷墨打印机树立了里程碑，几乎所有相关的墨水都能被应用在这些打印头上。其中一个缺点是竞争体系之间缺乏兼容性，比如，在盟重新城公司和荷兰Stork公司与Huntsman公司和Reggiani公司之间各自的系统出现兼容性的问题。

墨水包括溶剂性墨水、弱溶剂墨水，这其中除了大家熟悉的CMYK这个用于热转移印花的四分色（青，品红，黄，黑）外，还有一些特殊的颜色比如暗蓝色，深红色以及橙色。目前，许多生产厂家比如位于美国Brookfield 的Trident公司生产的墨水都已经达到了12色。

由爱普生公司制造而成的打印机配有压电晶体式传感器喷嘴，它能精确的将色滴喷射在织物上，技艺精湛，可变式的打印头可以运用不同的墨水，比如溶剂性墨水、升华墨水，活性墨水以及颜料墨水。

许多喷墨印花机供应者也都提供有相应的软件（可以是自己生产也可以是合作生产），运用这些软件，将一些图像数据修改成命令，通过计算机来进行控制。虽然打印头可能会因为不同厂家或同一厂家不同批次而不同，但作为喷墨印花系统的心脏部分的“RIP”软件必须为每一个打印头量身定制。

RIP软件的基本任务是接受扫描的数字化图像、分色和颜色管理，由数字技术控制喷墨系统。

现在，不同设计的干燥机可以干燥溶剂性墨水，有红外干燥机、紫外干燥机，它们按顺序被安装在印刷机上并且与印花速度相匹配。印花速度一般在30-50 m2hr，也有速度能达到150 m2hr或更大，比如HP Scitex公司的TS8300和意大利Reggiani公司的DreAm数码喷射印花机。

但总的来说，最重要的一点就是印花质量，据了解，通常印花质量越好，速度越慢。

颜料墨水：现在有许多厂家出售，有德国巴斯夫公司、Huntsman股份公司、杜邦公司、美国Wilmington公司，也有一些小的生产家，中国郑州的 数码科技股份有限公司，还有Trident公司。颜料型墨水由于开发起步稍晚，且其技术难度也大，喷墨印花时，颜料颗粒大小对堵塞喷嘴、墨水的流变性和稳定性影响特别敏感。目前世界印花织物中采用颜料印花工艺生产的数量平均为40%－50%。颜料必须被粉碎成极小的颗粒并分散在水溶液里，形成墨水，这样的墨水可看成是水溶性墨水。这样的墨水不必要进行预处理，只要在印花后干燥即可。据说，紫外干燥剂将会在颜料型墨水上发挥它更大的优势，通常直接安在印刷机上。

抗紫外墨水：主要用于户外旗帜、条幅上，美国杜邦公司推出了一种特殊的Artistri-Solar Brite墨水，它的光照牢度据说是超乎寻常的。

用于深色织物发光印花的墨水：对一些深色织物进行白色或发光印花主要用于广告T恤。

目前美国U.S. Screen Print & Inkjet Technology公司可以生产能达到这个要求的墨水，比如他们的FastInk2，这些都是颜料性墨水。印花时，就像在在筛网印花和转移印花一样，预处理程序很必要，它可在织物表面形成一个封闭的体系，这样可防止白色的印刷颜料渗透到织物中。另外，使用过Fastink技术的专家Ralf Benz介绍说，在这个预处理过程中，颜料喷雾枪是必须要用的，特别是在处理颜色深的T恤时。Ralf Benz是位于德国盖斯林根的Schilder + Druck Werbetechnik公司的负责人，也是FastInk技术的使用者。生产商说虽然它的牢度不能象增塑溶胶印刷物的牢度，但它足够能够达到上述的目的，并且耐洗牢度也很好。

颜料墨水的完整解决方案

目前，用于纺织品喷墨印花用的颜料墨水还不多，所用的墨水主要是染料墨水。作为印染行业的两大巨头，巴斯夫和荷兰Stork公司正合作开发一种用于纺织品数字印花的易用、高性能颜料墨水，Stork公司在纺织行业和广告衫工业中是第一大拥有印花解决方案的公司。这种新型颜料型墨水在今年6月在伊斯坦布尔举行的土耳其国际纺织机械展览会上已经正式推向市场。不仅BASF公司关于墨水的高科技知识使颜料型墨水的颜色变得五彩斑斓也使印花速度更加适合，而且Stork公司的对印花工艺流程的研究以及墨水喂入系统更加使这些性能成为可能。这种颜料型墨水已通过Stork U See认证，在印花质量方面，Stork U See已经被认做是一个很权威的标准。Stork U See的资格认证使人们可以在任何地点、任何时间得到相同的印花质量，比如，印花可以在亚洲制造中心进行，而产品可以在当地生产。

DPA在世界上是第一个具有生产标准数码纺织品的纺织品数码印花厂，荷兰Print Unlimited公司是最近刚刚具有资格生产这种产品的印花公司。现在这种样品服务体系的网络正计划向世界各大设计中心拓展。

不断发展的数码印花机

位于韩国首尔的d.gen公司是一家生产系列数码印花机的公司，该公司型号为TX V8 74”的Teleios系列数码印花机打印幅宽可达到187厘米，现在，此类印花机又有了新的特征从而使其生产效率更加提高。V8印花机目前的打印头已达8个，而不是6个，这使打印时更加容易变换颜色。Teleios V8数码喷射印花机采用2×4色方案，配有合适的染料贮存器，分别贮存大约1升的不同颜色的染料。据介绍，这样的装置在生产过程中不用人工来添加染料或更换染料贮存器，调料时间和温度要和喷墨和印花速度相适合。

从工作开始到结束，印花和调料可以是同步进行的。在印花机上直接连有一个有效的外置式抽出系统，系统可以在段时间内抽出进行调料，这样可以防止染料蒸汽蒸发。这种系统也提高了生产效率，有望能使印花速度达到50m2hr。d.gen公司的 Teleios TX 100”数码印花机仍是6个打印头，幅宽可达260厘米，可采用1×6色或4×4色方案。

HP Scitex公司现在向大家推荐一种德国3P InkJet Textiles公司的产品——TruColor数码喷墨印花机，使用溶剂墨水（TJ8300）和紫外墨水（TJ8500）时 3P TruColor 均可保证其印花质量，3P纸迭片结构保证了在印花过程中最好的媒介转移。特殊的Trucolor涂层整理阻止了紫外光、湿度以及磨损对织物的影响。

位于德国Krefeld 的Seidenweberei Güsken公司是一个生产提花机织物的比较权威的公司，目前推出了一种新型品牌“Artido！”，据公司负责人介绍，新品牌的推出是为了开拓更广泛的市场。Artido将会利用其独特的印花技术建立一套新的质量标准。人们足不出户就可以拿到让自己满意的产品，只要将你的数据传输给“Artido！”网站，表明你的要求，并输入自己的详细地址，Güsken公司就会将数据通过数字化程序仔细的传输到网版上。

目前，美国Leggett & Platt Digital Technologies公司的Virtu7200打印头附带有一种新型的自动负载体系，它将使织物横切程序简化。除此之外，打印头还安装有DirectUV，它能在织物上直接印花，而不用通常的转移印花用纸。该公司还供应VirtuPrint织物成品。

在广告用纺织品上，数字印花技术已经成为一门比较成熟的科技，而在服用纺织品方面，数字印花仍限制在样品、一次性工作服以及短流程上。在未来的几年里，数字印花的质量将进一步提高，成本将进一步大幅降低。在普通的辊筒印花机上，如果能实现每种颜色印制300米，这将是印花业的一大科技突破。令人可喜的事，能实现这样目标的印花机已经存在，比如HP Scitex公司的Reggiani印花机。

一些用于广告横幅行业的小幅宽台式打印机（幅宽最大为3.3米）销路非常好，比如杜邦公司的Artistri 3320印花机，其中一些用于加工家用纺织品和衣服的印花机幅宽为120-220cm。杜邦的Artistri印花机已经列在公司的国际网站上展示销售。

与传统印花相比，数码喷墨印花具有生产过程灵活性高、重现性好、精度高、适应小批量快交货的市场营销体制、符合清洁性生产要求和可远程订货的优点，这些优点使得数码喷射印花成为重点研究对象。纺织品数码喷墨印花不仅对墨水和计算机软件开发有严格要求，对打印机、前处理设备、后处理设备、织物等级和幅宽也有要求。企业在投资喷墨印花时，要考虑材料的耗费比如墨水、化学品、织物，以及对员工的培训费也要考虑在内。

喷墨印花技术是一种全新的印花方式，它摒弃了传统印花需要制版的复杂环节，直接在织物上喷印，提高了印花的精度，实现了小批量、多品种、多花色印花，而且解决了传统印花占地面积大、污染严重等问题，因此具有广阔的发展前景。[2]

1.喷墨印花打破了传统印刷方式的版数限制，可以灵活地进行小批量生产，一台中性设备一个人就可完成操作。生产空间也可以更小。

2.设计输出—印版制作—印刷—烧成，传统的丝网印刷至少需要三天时间，辊筒印刷至少需要两天时间。而喷墨印花技术，从设计输出到喷墨印花再到烧成只需要三、四个小时，大大提高了生产效率。

3.喷墨印花技术由于省略了制版、取消了设计和印刷数量上的限制，从而大大降低了产品开发或转产的成本。成品可随需印制，实现零库存。

4.喷墨印花采用喷洒技术，本身耗费的油料和颜料较少，墨水利用率高，几乎没有浪费。此外，效率高、能耗低、良率高、废料和排放少也是喷墨印花技术在降低能耗方面的主要表现。

5.喷墨印花技术改变了传统的接触式压力印刷，能用于凹凸面、斜面、薄瓷砖的印刷，可实现多角度、高致密性印花，完全呈现瓷砖的立体造面效果。喷墨印花分辨率提升到360dpi以上，逼真度高，在同一片瓷砖上可表现几十种颜色，甚至可以表现出颜色的渐变，在色彩和质感上都可重现各种自然质地。相比传统丝网印刷的四种颜色(特殊的六种)，喷墨印花的色彩表现更为丰富炫丽。

6.由于不需要传统印刷方式的制版，图案可以是常用的大理石纹理，也可以是街头随手拍来的风景照，设计更为自由，能充分发挥设计师的专业能力，为顾客量身打造最适合的产品。^[1]

　　经过十几年的探索和发展，纺织品喷墨印花技术已开始进入实用阶段。喷墨印花具有传统印花难以比拟的优点，但印花墨水所用色料价格昂贵，数只专用墨盒就相当于一台低端喷墨打印机的价格，是目前阻碍喷墨印花技术规模应用的瓶颈。^[2]

　　喷墨印花所用的染料是墨水配制中最重要的组分，其性能直接决定喷墨印花的效果。目前，喷墨印花大多采用无盐或少盐染料，因为过高的含盐量会对染料的溶解度及喷墨打印性产生影响。这种要求直接导致喷墨印花墨水成本的上升。印染企业若自行选择染料配制墨水进行印花生产，则存在如墨水的组成、性能、配制步骤以及应用方法等一些技术难点。

　　鉴此，本试验以降低活性染料喷墨印花墨水的成本为目的，选用常规染化助剂配制活性染料喷墨印花墨水，并进行打印试验，测试墨水的有关性能，分析染料浓度、添加剂对墨水表面张力、黏度及其它相关性能的影响。

　　试验

　　一、材料与设备

　　织物 半漂白纯棉机织布(114g/m)。

　　染料 P型活性染料(泰兴市锦鸡染料有限公司，上海染料化工八厂，Clariant公司，上海康顿精细化工有限公司和Huntsman公司)。

　　药品 丙三醇;一缩二乙二醇;1，2一己二醇;乙二醇;N一甲基_2吡咯烷酮;乙醇;乙二胺四乙酸二钠;碳酸氢钠;尿素;乙酸;三羟基氨基甲烷;聚乙烯吡咯烷酮K一30和海藻酸钠。

　　设备 DCA322表面张力及接触角仪，SNB-2型数字旋转黏度计，SentronpH计，uV一3000紫外可见光光度计，Datacolor电脑测色配色仪，磁力搅拌器，0.15及0.45Ixm水性滤膜及过滤器，Rapid轧车，瑞士Mathis—DHE高温汽蒸烘箱，Lifejet200平板喷墨印花机，Ep—sonC67打印机，DDS一307雷磁电导率仪(上海兰科仪器)。

　　二、试验方法

　　1.墨水制备

　　称取一定质量分数的染料，加入各种助剂(保湿剂、pH值调节剂、螯合剂、杀菌剂等)，再加入去离子水，充分混合搅拌0.5—1h，可稍微加热以加速染料溶解，得混合溶液。将墨水密封，于一1O℃处理24h后，立即过滤，先用0.45m滤膜过滤一遍，再用0.15um滤膜过滤两遍之后，装入喷墨印花机打印测试。

　　2.墨水相关性能测试

　　表面张力采用DCA322表面张力及接触角仪，以玻片插入法测得。

　　黏度采用SNB一2型数字旋转黏度计测试(25℃，O#转子，转速60r/rain，黏度范围0～10mPa·s)。

　　pH值 由SentronpH计测得。

　　电导率 由DDS一307雷磁电导率仪测得。

　　墨水的稳定性 以高温、低温及常温储存条件下有无沉淀及固色率等指标表征。高温试验条件为70℃下对溶液保温处理3h，低温在～l0℃和一20℃放置72h，常温则在室温下自然存放3个月以上。

　　3.打印性能测试

　　将配制好的墨水装入打印机内，在Photoshop软件中以360dpi分辨率满幅依次打印单色墨水，分连续和问歇打印测试墨水的打印流畅性。测试连续打印时，满幅打印l0张-A4纸，观察喷头堵塞情况，是否有断线。测试问歇打印时，将喷头归位放置一周后再开机，测试喷头堵塞情况。墨水流畅性测试后，将墨水喷印到织物上，用Dataco]or电脑测色配色仪测其颜色

　　(K/S值)。

　　4.喷墨印花工艺

　　配制预处理液(海藻酸钠3%，碳酸氢钠20L，尿素3OL，其余为蒸馏水)一浸轧预处理液(二浸二轧，轧余率70%)一烘干(80℃)一压平一喷墨印花一汽蒸(100%HD，110oC×3min)一水洗、皂洗(85℃×10min一水洗一烘干

　　5.固色率的测定

　　采用尿素剥色法测定固色率]，按式(1)计算染料固色率(F)：

　　F=(1一(A2/m2)/(A1/m1))×100% (1)

　　式中：A1——固色前试样溶液的吸光度;

　　A2——固色后试样溶液的吸光度;

　　m1——固色前试样的质量;

　　m2——固色后试样的质量。

　　结果与讨论

　　一、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一甲基-2-毗咯烷酮作为染料助溶剂，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一2Na)为螯合剂。三羟基氨基甲烷与EDTA一2Na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。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。据报道，加人低挥发性溶剂和一种高挥发性溶剂，对整个墨水体系有益¨，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、聚乙烯醇和聚乙烯毗咯烷酮K一30等。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。

　　二、染料的选择及其浓度确定

　　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100～200g/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。Clariant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200g/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%一40%，Hunts-man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NovacronBlackP—GR150%，NovacronRedP-4BCran，NovacronYellowP-6GSCran，NovacronTurquoiseP—GR150%。

　　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，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。

　　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。

　　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。

　　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l6%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%一10%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。

　　三、墨水的配方及性能

　　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一甲基一2-吡咯烷酮、乙醇和1，2.己二醇等有机溶剂的用量为20%一30%;三羟基氨基甲烷、聚乙烯吡咯烷酮K.30、杀菌剂和EDTA一2Na的用量为0.5%一2%;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。

　　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。本试验所配墨水性能指标基本处于此区间。

　　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。将墨水低温一1O℃放置72h，70℃下对溶液保温处理3h，以及常温放置6个月，均未发现产生沉淀，而10℃放置72h后墨水黏度有所增大。另外，一2O℃放置72h的墨水部分凝结，l0℃和20℃放置后的墨水再于常温静置2h，仍会恢复原来状态。墨水于70℃高温处理3h(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。

　　70℃保温处理3h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。

　　3.墨水打印性能

　　据报道，墨水电导率应低于10000p~S/cm，以避免在喷头处形成结晶引，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10000uS/cm;自配墨水的电导率虽然亦远超10000txS/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24h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。

　　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CIE 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。

　　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。

　　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。