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数字喷墨印刷在纺织工业中得到了广泛的应用。染料溶液和喷墨液滴的质量限制了喷墨打印的性能，这对在织物上获得高质量的喷墨打印图像至关重要。该研究将二甘醇(DEG)分别添加到活性蓝49和活性橙13的染料溶液中，研究了染料发色团与DEG分子的相互作用。结果表明，染料的发色团存在于聚合体中。在染料溶液中加入DEG可以有效地分解活性染料团簇，消除卫星墨滴，从而提高织物上喷墨打印图像的分辨率。在相同DEG浓度下，活性橙13的解聚效果比活性蓝49更明显。活性橙13溶液中需要较高的DEG浓度才能形成完整稳定的墨滴。测定了染料溶液的表面张力和粘度，并对其在棉织物上的印花性能进行了评价。研究了染料发色团与二甘醇分子的相互作用机理。研究结果对高质量的织物喷墨打印图像有一定的参考价值。

数字喷墨打印技术以其成本低、方便快捷、环保等无可比拟的优势，在许多领域得到了应用。活性染料因其颜色鲜艳、性能优良、适用性强等优点，在喷墨印花棉织物染色中得到了广泛的应用。然而，打印图像的相对粗糙分辨率仍然是该技术的一个局限性。首先，活性染料分子在水溶液中容易通过氢键和范德华力等分子间力聚集。在深颜色染色时，会出现较多的聚集现象，而染料浓度需要较高的浓度。过多的聚集会导致染料结晶沉淀，导致喷墨打印过程中喷嘴堵塞。这一现象是喷墨打印图像不均匀的主要障碍。通过了解活性染料的物理和化学性质，以及染料和添加剂之间的相互作用，抑制聚集的形成受到了广泛关注。其次，喷墨液滴形成不良，如卫星液滴，也是降低打印图像分辨率的严重问题。在喷墨打印过程中，溶质/油墨倾向于沿液滴周边沉积，在织物上形成低分辨率图像，形态不均匀，边界不清。

本文以二甘醇(DEG)为有机溶剂制备反应性染料溶液/油墨。以蒽醌类结构的活性蓝49和偶氮类结构的活性橙13为反应染料模型。蓝49、橙13、二乙二醇的化学结构如图1所示。研究了反应染料发色团对喷射性能和打印图像的影响。结果表明，活性染料发色团在水溶液中的聚集行为具有一定的特征。在染料溶液中加入DEG不仅能有效抑制溶液中染料分子聚集的形成，还能降低表面张力，从而改善液滴的形成。在最佳条件下，活性橙13和活性蓝49溶液中使用的DEG浓度不同。活性橙13染料溶液需要较高的℃浓度来消除卫星墨水的液滴并产生理想的液滴。在相同DEG浓度下，活性橙13的解聚效果比活性蓝49的解聚效果更明显。采用紫外-可见吸收光谱法研究了染料分子在水溶液中的聚集行为。测定了染料溶液的表面张力和粘度。对棉织物的墨滴形成和喷墨印花性能进行了评价。

不同DEG浓度染料溶液的紫外-可见吸收光谱。(a)活性蓝49，(b) 活性橙13

染料与DEG的相互作用的聚集状态是影响其喷墨印刷行为的重要因素，染料的大量聚集可能导致喷嘴堵塞，使染料分子难以渗透并扩散到织物中。染料溶液中存在聚集体可能会影响其光物理行为。通过紫外-可见吸收光谱研究了染料聚集体状态。结果如上图所示。在染料溶液中加入DEG后，两种染料溶液的两个主峰均增大，这意味着DEG分子可以将大的染料聚集体分离为更多的小的聚集体和染料单体。与活性蓝49相比，活性橙13的吸收峰增强更为明显，这说明相同的DEG浓度与活性橙13染料分子的相互作用更多，并促进染料释放出更多的小聚集物和染料单体。

DEG分子和染料分子之间可能的相互作用如上图所示，在不添加DEG的情况下，活性蓝49的疏水蒽醌环倾向于聚集，导致染料分子聚集。a图加入DEG后，DEG分子打破活性蓝49蒽醌环周围的水，蒽醌环被DEG分子的疏水部分包围，使蒽醌环亲水。结果表明，蒽醌环在水溶液中能够稳定，不会形成聚集。这种现象也发生在活性橙色13染料上。DEG的加入导致染料分子的解聚(图b)。活性橙13染料分子萘环的疏水面积小于活性蓝49蒽醌环，但萘环的DEG分子比蒽醌环的DEG分子少。因此，在使用相同量的DEG时，DEG对活性橙13的分解作用比活性蓝49更明显。

上图为使用Jetlab®Ⅱ喷墨打印系统，配制DEG-染料溶液打印的图像。研究了不同DEG浓度，液滴扩散的影响。(a) 0 mol/L (b) 1 mol/L (c) 2 mol/L (d) 3 mol/L。结果发现，随着DEG浓度的增加，液滴的扩散面积明显减小。这是因为DEG的引入提高了染料溶液的粘度，增加了分子的固有相互作用，从而有助于防止油墨的扩散。在相同DEG浓度下，活性橙13液滴的扩散面积也大于活性蓝49的液滴扩散面积。

本研究表明，活性染料发色团在水溶液中具有聚集形态，DEG分子可以将大的染料聚集分解为小的聚集。在相同DEG浓度下，活性橙13溶液的解聚效果比活性蓝49溶液更明显。DEG的加入降低了染料溶液的表面张力，提高了染料溶液的粘度;因此，DEG可以改善墨滴的形成，防止卫星滴的形成。当染料溶液中加入DEG时，会阻碍油墨的渗透，从而印刷出边缘清晰、分辨率高的色块。与活性橙13相比，活性蓝49溶液的表面张力下降更明显，粘度提高更明显。结果表明，在相同浓度的DEG下，蓝色49溶液的卫星滴数较少，在织物上的扩散面积较小，印花性能优于活性橙13染料溶液。

参考文献：

Zhang L , Fang K , Zhou H . Interaction of Reactive-Dye Chromophores and DEG on Ink-Jet Printing Performance[J]. Molecules, 2020, 25(11):2507.

DOI: 10.3390/molecules25112507

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