織物數碼印花若干問題探討

陸宗魯 山東省紡織科學研究院（266032）

【摘要】在織物數碼印花的發展中，備受關注的是：噴墨印花的噴嘴、墨水、基本色及其與色牢度有關的問題。本文引證資料，對幾個方面作了清楚的介紹與論證。認為，涂料工藝、連續式噴嘴有較好的發展前景。有關顏料、粘合劑的納米級產品已經出現，日曬與濕磨牢度正在解決中，需要重點研究的應該是織物三元基本色的標準化。有自主知識產權的織物數碼印花技術，將為我國紡織品生產的擋次提升、節水節能、環境治理、增加效益，創造條件。

【關鍵詞】數碼印花 噴墨 噴嘴 納米 顏料 涂料粘合劑 色牢度

一、一、概述

六年前，浙江宏華電腦技術公司已開始生產用于織物的活性染料6色數碼印花機[1]，上海華綸印染公司曾用它生產了幾百套花樣。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]。

當時，用水溶性染料作著色劑，印花織物的色牢度較易達到指標要求。棉、滌、真絲、羊毛、尼龍、腈綸都可以選用相應的染料作墨水。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。而涂料印花當時存在的問題是：深色欠濃，淺色欠艷，印制清晰度較差，易堵塞噴嘴[3]。

五年來，織物數碼印花技術有了較大發展，但要進行規模生產，若干技術尚需進一步完善。現從獲取的信息中歸納，分析，探討以下幾個問題，供大家參考指正。

二、關于數碼印花手段

數碼印花包括‘讀’和‘寫’二個內容：第一次‘讀寫’是數碼攝像機或掃描機，讀取光輻射信號，分解為XYZ三刺激值，調制成數碼寫入RAM存儲器。第二次&

從理論上講，紅、黃、藍三元色色光相混，可以得到‘白色’，紅、黃、藍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，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、藍外加黑色，可以調出各種顏色。CIE三原色光的波長分別是：紅700.0；綠546.1；藍435.8[4]，如果紅、綠、藍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出各種顏色。但是，色光如此純正的顏料實際上并不存在，祗不過是所含雜色有多有少而已。這樣，減法混合用互補色消減對方時，必然會帶進第三色成份，進一步降低顏色的鮮艷度。這樣，顏料混合不可能采用紅、黃、藍三元色，而取品紅（紅紫）、黃、青（藍綠），或者用紅、綠、藍作為’三元基本色’，以提高綠色與紅紫色的鮮艷度。因為，人的視覺對這二個色相的鮮艷與否，比較敏銳。

噴墨打印機有三色(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。織物數碼印花，目前采用噴墨打印技術。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

圖注：* Ima je S4

***印制清晰度可達1440dpi。

‘連續式’相當于施壓2個大氣壓的水槍，連續噴射，用電感改變液滴走向，或射向織物或射向回收槽，優點是打印速度快，缺點是精細度欠佳[7]；‘氣泡式(Bubble Jet-BJ)’或稱熱噴射：如同汽槍，液滴按需滴入槍膛，噴頭熱元件瞬時升溫至350℃，墨水中低沸點成份迅速蒸發，產生爆炸性壓力，將液滴噴出，優點是清晰度高，缺點是噴墨方向散亂，噴嘴容易被堵塞；壓電式：如同唧水筒，用脈沖電流導致壓電陶瓷變形，急速擠出噴槍中的墨水，有的機型還可以控制不同壓強改變墨滴大小[10]，打印精度較高。優點是：噴墨時不需要加熱，所以墨水不會發生化學變化，噴嘴不易堵塞，缺點是噴頭成本較高[6]。先前應用最為廣泛的辦公用臺式噴墨打印機，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。現在佳能也新增了壓電式。

在打印速度方面，連續式噴射周期為62500滴/秒，印刷速度是300米/分。記錄速度為2000符號/秒，每小時可印報紙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，都可以噴出超精微墨滴2微微升（直徑小于發絲的1/10）。頻率為每秒5000次[6]，可算得是：精工細作。

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，墨點擴散小，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，特別是照片與畫報的印制質量相比。

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

三、三、關于顏料

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，是基本色色點排列組合，由視覺合成的結果。對圖象的認知，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，祗要形象不錯就行。但是，織物印花如與原樣有明顯色差，客戶不會接受。在必須符合原樣這一點上，織物噴墨印花比照片的要求還要高。

（一）試驗條件

數碼相機500萬象數；

Canon BJC 255SP汽泡式三色打印機；

AcerScan-320P掃描機用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，原裝三色墨水祗用來打印最終的‘文件稿’，以正確反映試驗中出現的各種顏色變異現象，（注：論文集印刷則祗能用黑白稿）

（二）操作方法

用數碼相機拍攝底片；底片用打印機打出照片；掃描機將打印出來的照片再掃成‘翻拍’底片；底片的連續多次放大都在計算機word文件中進行（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。一次性放大最高可達2×106倍，如欲進一

（三）試驗結果：

1、從圖3看出數碼相機拍攝的底片，和打印機打出來的照片，實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比

2、原底片與翻拍底片，各取下巴局部，連續多次放大，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，祗能換用著色力高的青色顏料。實驗說明，要求三元基本色的色濃度匹配是一個關鍵。

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行顏料化。

四、四、關于清晰度

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溶劑含量，可以促進快干，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]，但這些措施都對環保不利。我們選用不同毛效的打印紙進行對比，以探索改善織物噴墨打印清晰度的可能性。

目前大多認為，打印墨滴不滲化，可以提高清晰度，如若滲化就會引起漠糊[14]。對于水性墨水來說，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。紙能在墨水上升時將碳素吸附，而亞光紙與新聞紙則無此現象。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比試驗

我們將圖3中的褐色調圖片Image-1-2，用Canon三色打印機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原本是褐色調較重的圖片，由于墨水的原因，打印出來依然紅色調很重。

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（累計為2×1012）后，用黑色墨水打印得到的（A2-2，B2-2），萱紙上的墨點黑白分明，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）。

上述實驗結果，可以斷言：無毛效的雖然能抑制液滴（向受體內，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、與色澤濃艷度有關的問題

有人提出，商業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際祗有2g／㎡，與傳統篩網印花相比，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，進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]

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

六、關于色牢度

顏料達到納米級分散度時，唯一缺點是日曬牢度降低[4]。

有人發現連接劑（粘合劑）對顏料的耐曬牢度有重要影響，除了個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，日曬牢度很好。再聯系到，用丙烯酸乳液作涂料印花粘合劑時，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條件下的穩定性，不意，用它作涂料粘合劑時，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。有關納米

涂料配方中顏料和粘合劑粒徑在同一水平時，按空間排列的上下、左右、前后六個方位，顏料與粘合劑的用料比應該是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方位全部是粘合劑，用料比應調整為6︰7，顏料6、粘合劑7。

分散細度不同時，顆粒數與表面積之比，按下式計算：

△Nd/D = [1/(d/D)]3

△Ad/D = [1/(d/D)]2

△N — 顆粒增多倍數； △A — 表面積加大倍數；

d — 小顆粒直徑； D — 大顆粒直徑

顆粒直徑相差10倍，小顆粒的顆粒數增加1000倍，面積則增加100倍。假設顏料的粒徑是0.5µm，粘合劑的粒徑是0.05µm，如果用料比還是1︰1的話，相當于1000個粘合劑包圍1個顏料顆粒，干濕摩和刷洗牢度必然會有提高。以下是幾個涂料粘合劑及其印花產品的實際檢測數據。

表1 納米涂料粘合劑舉例

表2 色牢度舉例

七、七、關于環保指標

目前大多用自交聯丙烯酸乳液作粘合劑，自交聯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），游離甲醛含量在（1.2%×1-3%）范圍，最多不會超過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，則織物上的游離甲醛含量會小于10PPM。除了嬰兒服，一般都不會超過環保指標。

由于日曬牢度的原因，取代丙烯酸酯粘合劑的可能性不大。要達到無甲醛要求，可以用‘他交聯’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、問題討論和設想

1、數碼印花的來樣（特別是網絡傳送的圖片）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，有三個基本色就行。

3、研制納米級顏料、粘合劑與化學穩定的聚氨酯交鏈劑，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、當前已成為發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的生產能力。設備一次性投資與消耗成本加大。從現今報紙的印制效果來看，將連續法噴墨方式用于織物印花，很有可能。連續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，它就有很大發展優勢。