王大同， 张丽平， 李 敏， 谭 莹， 付少海

(1. 江苏省纺织品数字喷墨印花工程技术研究中心， 江苏 无锡 214122； 2. 生态纺织教育部重点实验室(江南大学)， 江苏 无锡 214122； 3. 苏州市世名科技股份有限责任公司， 江苏 昆山 215337)

喷墨参数对包覆颜料墨水印花清晰度的影响

王大同1,2,3， 张丽平1,2， 李 敏1,2， 谭 莹1,2， 付少海1,2

(1. 江苏省纺织品数字喷墨印花工程技术研究中心， 江苏 无锡 214122； 2. 生态纺织教育部重点实验室(江南大学)， 江苏 无锡 214122； 3. 苏州市世名科技股份有限责任公司， 江苏 昆山 215337)

为提高颜料墨水喷墨印花的清晰度，确定适宜的自制颜料墨水的打印参数，以包覆颜料墨水为研究对象，探讨了喷射电压、电压输出波形、频率、喷射距离、喷墨量和基材温度等对其在纯棉织物上喷墨印花清晰度的影响。研究结果表明：喷射电压大，墨滴飞行速度快，会导致喷墨图案清晰度差；选择合适的喷射频率、电压输出波形和喷射距离，均可有效提升喷墨图案的清晰度；提升基材温度可很好地抑制墨水的渗化；喷墨量大，图案边缘渗化严重，印花图案清晰度差；包覆颜料墨水较佳的喷墨打印参数为喷射电压18 V，喷射频率10～30 kHz，喷射距离0.6～0.8 mm，基材温度40 ℃。

喷墨印花参数； 包覆颜料墨水； 喷墨印花； 清晰度

近年来，纺织品数码喷墨印花因其工艺简单、能耗低、污染少等优点引起了人们的普遍关注，目前，已经形成了喷墨印花设备、耗材、产品等完整的产业链。可以预见，在不久的将来，随着纺织品清洁生产的进一步发展，喷墨印花将在较大程度上替代传统印花[1]。目前，数码喷墨印花中常用的墨水主要是染料墨水和颜料墨水，其中颜料墨水通用性强，工艺流程短，引起了人们的广泛关注。当前市场上商品化的颜料墨水主要有如Helizarin EVOP-100系列、Irgaphor系列、Atistri700系列和Pinks 系列[2]。

喷墨印花清晰度是衡量喷墨印花效果的重要指标，清晰度的高低与墨水的性质、基材表面形貌以及喷墨打印参数密切相关。当前，研究者在喷墨打印清晰度研究方面，主要集中在墨水的理化性质和基材表面形貌上，如张桂芳等[3]研究了墨水添加剂对分散墨水渗化面积和干燥时间的影响。邰晶磊等[4]研究纸张表面结构对喷墨打印图像清晰度的影响，发现打印纸涂层结构的均一性对打印墨点和线条质量影响最大。王潮霞等[5]研究了颜料墨水对不同织物喷墨印花的适应性，认为织物表面性能是影响喷墨打印清晰度的主要因素。国外也有类似研究，如Wang等[6]采用高速摄像机记录了墨滴在织物表面的润湿、扩散过程，证明了织物表面对喷墨印花清晰度的影响较大。然而当前有关喷墨打印参数对喷墨印花清晰度影响的研究报道较少，仅王枭雄等[7]在颜料墨水喷墨打印过程中采用了加热板，提高了基材的表面温度，抑制了墨水的渗化程度，较大程度地提高了打印图案的清晰度。除此之外，有关喷墨参数对印花清晰度影响的研究鲜有报道。

前期已经采用细乳液聚合法成功制备了包覆颜料色浆，该色浆稳定性好，且喷印后具有良好的颜色牢度。在此基础上，本文制备了各项理化指标符合喷墨打印要求的自制颜料墨水，研究了喷射电压、喷射波形、喷墨量、喷射频率、喷射距离和基材温度对喷墨印花清晰度的影响，为找到符合自制墨水的打印参数奠定了基础。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

材料：纯棉机织物(30 tex×30 tex，236根/10 cm×236根/10 cm，经退煮漂加工处理)。包覆颜料蓝分散体(颜料含量15%)，炔二醇乙氧基化合物S- 465(美国空气及化工产品有限公司)，乙二醇(分析纯，国药集团化学试剂有限公司)，丙三醇(分析纯，国药集团化学试剂有限公司)，一缩二乙二醇(分析纯，国药集团化学试剂有限公司)，消泡剂FB-50(南京古田化工有限公司)。

仪器：Nano-ZS 90型Zeta电位及粒径分析仪(英国Malvern公司)，DV-Ⅲ型流变仪(美国Brookfiled公司)，DMP-2800型Materials Printer(美国Dimatix公司)，A201全自动表面张力仪(美国KINO公司)，XYM型金相视频显微镜(舜宇光学科技有限公司)。1.2 实验方法

1.2.1 包覆颜料墨水的制备

将包覆颜料蓝分散体在1 000 r/min条件下离心处理30 min，用1 000 nm孔径滤膜过滤，去除大颗粒。按照如下质量分数配方制备包覆颜料墨水：包覆颜料蓝分散体25%，表面活性剂1.5%，乙二醇5%，丙三醇5%，一缩二乙二醇20%，消泡剂FB-50 0.1%，余量用去离子水补至100%。将上述物质混合在一起，搅拌0.5 h后用500 nm孔径滤膜过滤，测定包覆颜料墨水基本性能，结果见表1。

表1 包覆颜料墨水的物理性能Tab.1 Basic properties of prepared nano coated pigment ink

1.2.2 喷墨打印

采用Dimatix DMP-2800型喷墨打印机，在恒定环境(湿度(25 ± 5)%，温度 (20 ± 1) ℃)下，分别调节喷墨电压、波形、喷墨量、频率、距离和温度在织物上进行喷墨印花。

1.3 性能测试

1.3.1 多相流体基本性能测定

采用A201型全自动表面张力仪测定多相流体的表面张力，每个样品测试3次，取其平均值；采用Nano-ZS 90型纳米粒度及 Zeta电位分析仪测定其在25 ℃ 条件下的粒径和Zeta电位；利用 DV-Ⅲ型流变仪黏度计测试多相流体的黏度；参照文献[8]测定墨水稳定性。

1.3.2 印花清晰度测试

在XYM型金相视频显微镜下，放大100倍观察在不同打印参数下所得图案的边缘形貌，通过测量打印图案边缘渗化的最大宽度D评价喷墨印花图案的清晰度，渗化宽度越大，图案的清晰度越差，测定示意图如图1所示。

2 结果与讨论

2.1 电压输出波形对印花清晰度的影响

固定频率30 kHz，喷射距离0.8 mm，喷射电压18 V，室温条件下按不同波形在织物上进行单层打印，研究波形对印花清晰度的影响，结果如图2所示。图中所示的电压输出波形织物印花中，图案均出现了凹凸不规整边缘，且图2(d)电压输出波形中还出现了卫星状的溅射点。图2(e)、(f)中所示打印图案边缘较规整，清晰度高。说明包覆颜料墨水喷墨印花的清晰度和喷射电压输出波形密切相关。可见，不同理化性能的喷墨墨水需要选择匹配的电压输出波形。对本文实验包覆颜料墨水可考虑选择图2(e)、(f)所示的电压输出波形5和6。

图1 图案边缘最大宽度D测定示意图Fig.1 Determination on maximum width of pattern edge D

图2 喷射波形对喷墨印花清晰度的影响Fig.2 Effect of jetting waveform on imagine definition. (a) Waveform 1; (b) Waveform 2; (c) Waveform 3; (d) Waveform 4; (e) Waveform 5; (f) Waveform 6

2.2 喷射电压对印花清晰度的影响

固定喷射频率30 kHz，喷射距离0.8 mm，输出波形5，在不同喷射电压下进行单层印花，研究喷射电压对喷墨印花清晰度的影响，结果见表2。

表2 喷射电压对喷墨印花清晰度的影响Tab.2 Effect of jetting voltage on imagine definition

表2说明喷射电压为18 V时喷墨印花图案边缘的渗化宽度较小。这是因为当喷射电压较低时，墨滴运动速度慢，相同条件下进入纤维内部的墨量小，墨滴主要堆积在织物表面，易发生渗化。而当喷射电压过大时，墨滴运动速度快，与基材产生的冲击力大，墨滴易破碎，从而扩大了图案边缘的渗化宽度，导致图案清晰度下降[9]，故包覆颜料墨水合适的喷射电压为18 V。

2.3 喷墨层数对印花清晰度的影响

固定频率30 kHz，喷射距离0.8 mm，输出波形5，喷射电压18 V，在印花织物上分别喷射不同层数，研究喷墨层数对印花清晰度的影响，结果见表3。

由表3可看出，喷墨层数越少，图案边缘的渗化宽度越小，喷墨图案的清晰度越高。这是因为喷墨印花的出墨量与喷墨层数成正比，在相同区域内，墨水量较少时能够被基材全部吸收，故图案边缘的渗化宽度小。然而，由于基材所能吸收墨水量是有限的，继续增加墨量，多余的墨水会向四周扩散，造成渗化宽度变大，印花清晰度下降。

表3 喷墨层数对喷墨清晰度的影响Tab.3 Effect of printing layer on imagine definition

2.4 喷射频率对印花清晰度的影响

固定喷射距离0.8 mm，喷射电压18 V，输出波形5，改变喷射频率，在织物上进行单层打印，研究喷射频率对印花清晰度的影响，结果见表4。

表4 喷射频率对喷墨清晰度的影响Tab.4 Effect of jetting frequency on imagine definition

由表4可看出，喷射频率在20～30 kHz之间时，印花图案边缘渗化宽度小，图案清晰度高。墨滴喷射速度随喷射频率升高而增加[9]，当喷射频率较低时，墨滴飞行速度慢，沉积在织物表面的墨量大，图案边缘渗化现象严重。随喷射频率增大，墨滴飞行速度增大，更多的墨水进入纤维内部，渗化现象减弱，印花图案边缘规整。然而，当喷射频率进一步增大时，由于墨滴的飞行速度过快，与基材的撞击力大，产生溅射点，从而在织物表面产生疵点，因此，包覆颜料墨水喷印的喷射频率选择在20～30 kHz之间。

2.5 喷射距离对印花清晰度的影响

固定喷射频率30 kHz，喷射电压18 V，电压输出波形5，改变喷射距离，在织物上单层印花，研究喷射距离对印花清晰度的影响，结果见表5。

由表5可看出，喷射距离在0.6～0.8 mm之间时，图案边缘渗化宽度小。这是因为喷射距离过小，墨滴断裂产生的卫星点无法和主墨滴重合，导致卫星点散射在基材上[10]，渗化宽度变大；当喷射距离增大到0.6～0.8 mm之间时，卫星点和主墨滴重合，墨滴准确的定位能力提升，图案边缘渗化宽度变小；当喷射距离过大时，重力加速度的影响增大，墨滴飞行时间延长，冲击力变大，小液滴易破碎并散落在基材上，使得图案边缘渗化宽度变大，同时伴随较多的溅射点，印花图案清晰度下降[11]。

表5 喷射距离对喷墨清晰度的影响Tab.5 Effect of jetting distance on imagine definition

2.6 基材温度对印花清晰度的影响

固定喷射频率30 kHz，喷射距离0.7 mm，喷射电压18 V，按照电压输出波形5在织物上进行单层印花，研究基材温度对印花清晰度的影响，结果见表6。表6显示随着温度的升高，图案边缘渗化宽度减小，图案清晰度提升。这是因为随基材温度升高，墨水挥发速率加快，喷射在基材上墨水渗化程度降低，故图案清晰度提升[12]。由实验可知，包覆颜料墨水合适的喷墨基材的温度为40 ℃。

表6 基材温度对喷墨清晰度的影响Tab.6 Effect of substrate temperature on imagine definition

3 结 论

喷射电压、电压输出波形、喷墨量、喷射频率、喷射距离和基材温度是影响包覆颜料墨水喷墨印花清晰度的主要因素。包覆颜料墨水较佳的喷墨打印参数为电压输出波形选择5，喷射电压18 V，喷射频率为10～30 kHz，单层喷墨，喷射距离0.6～0.8 mm，基材温度40 ℃。

FZXB

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Influence of inkjet printing parameters on imagine definition of coated pigment ink inkjet printing

WANG Datong1,2,3, ZHANG Liping1,2, LI Min1,2, TAN Ying1,2, FU Shaohai1,2

(1.JiangsuEngineeringResearchCenterforDigitalTextileInkjetPrinting,Wuxi,Jiangsu214122,China; 2.KeyLaboratoryofEco-Textiles(JiangnanUniversity),MinistryofEducation,Wuxi,Jiangsu214122,China; 3.SuzhouSunmunTechnologyCo.,Ltd.,Kunshan,Jiangsu215337,China)

In order to improve the imagine definition of the pigment ink inkjet printing and determine suitable pigment ink printing parameters, taking nano coated pigment ink as the research object, the influence of the jetting voltage, waveform, inkjet amount, jetting frequency, jetting distance and substrate temperature on the accuracy of inkjet printing were studied. Experimental results showed that higher jetting voltage endowed the drops with faster speed which was related to irregular designs. Proper jetting waveform, jetting frequency and jetting distance could improve the accuracy of designs effectively. High temperature could suppress the degree of ink bleeding. The greater the inkjet amount was, the worse the degree of the bleeding. The proper printing parameters was jetting voltage of 18 V, jetting frequency of 10-30 kHz, jetting distance of 0.6-0.8 mm and temperature of 40 ℃.

inkjet printing parameters; coated pigment ink; inkjet printing; imagine definition

10.13475/j.fzxb.20150902105

2015-09-09

2016-04-13

国家自然科学基金项目(21346009)；中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(JUSRP11505， JUSRP51514)；苏州纳米技术专项(ZXG2013017)；江苏高校优势学科建设工程资助项目(苏政办发[2014]37号)

王大同(1990—)，男，硕士生。研究方向为纳米包覆颜料喷墨印花墨水性能。付少海，通信作者，E-mail:shaohaifu@hotmail.com。

TS 194.4

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