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通过控制复合染料与二醇分子的相互作用提高喷墨图像质量

发布时间:2021-06-08
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纺织品数字喷墨打印技术因其具有灵活性、创造性、通用性和竞争力等优点,近十年来受到学术界和工业界的极大关注。活性染料具有色谱范围广、颜色鲜艳、适用性强、固色性好、使用方便等优点,在纤维素和蛋白质织物的数字喷墨印花中应用最为广泛。尽管活性染料喷墨印花技术在织物图案印花方面取得了重大进展,但在实际应用中仍存在一些问题。其中一个挑战是活性染料油墨的低质量。一些提高活性染料油墨性能的策略已被报道。例如,Lykidou等人合成了适用于数字喷墨打印的偶氮乙烯基磺活性染料,经处理的织物耐洗牢度高,耐光牢度中等。此外,在活性染料墨水中加入表面活性剂、聚合物等添加剂,调节其化学和物理性能(如表面张力、粘度、密度等),从而提高喷墨打印性能。然而,目前报道的大部分研究都只是部分解决了问题,活性染料喷墨打印工艺仍存在一些问题,如高速打印可能会产生卫星墨滴,导致图像质量下降,在染料墨水中加入添加剂可能会导致喷嘴堵塞。

另一个重要的挑战是在织物上打印高分辨率的图像。现有的活性染料在喷墨打印中由于染料在溶液中的聚集和/或墨滴在织物表面的大面积扩散而表现出较差的图像分辨率。到目前为止,高性能活性染料油墨的制备仍然是油墨配方、化学和纺织工业的一大挑战。染料油墨的化学性质和物理性质对喷墨打印图像的质量起着重要的决定作用。在青岛大学房宽峻教授课题组“通过控制复杂染料和二醇分子的相互作用提高喷墨图像质量”的研究中,采用乙二醇和二甘醇两种环保有机溶剂制备了活性黑8溶液,用于棉织物上的数字喷墨打印图案。活性黑8是一种重要的染料,在喷墨打印中应用广泛,但是关于喷墨打印中黑色染料的研究工作很少。研究团队对油墨的化学和物理性能进行了表征,并对油墨在棉织物上的印花性能进行了评价。

结果表明,将这些溶剂引入活性黑8中。溶液能有效地增加染料溶液的粘度,降低染料溶液的表面张力,从而导致形成完整稳定的油墨液滴。溶剂对活性黑8具有解聚作用。在活性黑8溶液中加入5mol/L二甘醇或乙二醇,可以形成稳定的墨滴,减少墨滴在棉织物上的扩散面积,从而在棉织物上产生高质量、高分辨率的图案。该研究报道了一种在活性黑8油墨中引入环保溶剂的简单方法,用于棉织物的高质量、高分辨率喷墨印花。


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完整稳定的墨滴的形成是打印准确图案的前提。上图是使用MicroFab的Inkjet喷墨打印系统,用不同的溶剂对不同墨滴在棉织物上的形态和扩散面积进行了研究。可以清楚地看到从,乙二醇和二甘醇的显示完整和稳定的墨滴形状,显著提高油墨形态(图b, c),而没有乙二醇和二甘醇时,会生成卫星液滴。


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上图为100mmol/L的活性黑8染料在不同浓度(A)乙二醇或(B)二甘醇下的打印图案扫描图像。(1-6:溶剂浓度0mol/L-5mol/L)喷墨印花前,采用1%海藻酸钠、2%碳酸钠、10%尿素的上浆配方对棉织物进行预处理。然后,用含有不同浓度的乙二醇或二甘醇的活性稳定黑8染料在纯棉织物上进行了图案印花。溶剂的引入可以显著提高打印清晰度,使图案清晰细致。这是因为加入乙二醇或二甘醇提高了染料溶液的喷射性能,减少了卫星墨滴,形成了完整稳定的墨滴。溶剂的存在减小了墨滴的扩散面积,提高了印刷图案的边缘渗透能力。对于含有乙二醇的油墨溶液,打印图案的质量随着乙二醇浓度的增加而不断提高。当浓度达到4mol/L时,打印图案的清晰度开始呈现良好状态。在浓度为5mol/L时,成像效果最好。二甘醇显著提高了打印图案的清晰度,。当染料溶液中二甘醇的浓度达到3mol/L时,打印清晰度较好。这可能是因为二甘醇对染料溶液的粘度有很强的调节作用。当二甘醇浓度达到5mol/L时成像效果最好。

本研究中,乙二醇和二甘醇均通过改善活性黑8染料的喷射性能和减少墨滴扩散来提高活性黑8喷墨印花的图案细度。乙二醇和二甘醇可以通过疏水作用解聚活性黑8染料簇,从而增加油墨溶液的粘度,降低油墨溶液的表面张力。在相同浓度下,二甘醇染料溶液效果较好。溶剂的加入减少了卫星液滴的产生,减少了墨滴的扩散面积和印品的边缘渗透,导致印品清晰。


参考文献:
Zhang X ,  Fang K ,  Zhou H , et al. Enhancing inkjet image quality through controlling the interaction of complex dye and diol molecules[J]. Journal of Molecular Liquids, 2020:113481.

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