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纺织品印花的技术进步与创新

来源:印染在线 发布时间:2015年04月01日

1.前言

纺织品印花历史悠久,它是一门包含生理学、色度学、化学、美学、艺术学等学科知识的综合科学与艺术。公元前五世纪希罗杜托斯(Harodotus)就报道过使用靛蓝染料的漆印技术,我国西汉时就有多套色敷彩锦袍的涂料印花技术,该袍现珍藏于浙江丝绸博物馆内。十七世界印度人将艳丽的纯棉手工印花纺织品输入欧洲市场,东西方的文化贸易交流,激发了时值资本主义工业革命中印花先驱者的创造性。由英格兰人率先制造出印花机器,到1842年时英国90%的印花布为机器生产。印花的英文一词Printing,是由拉丁文压印和印刷派生出来,并创于十八世纪。近现代纺织品印花技术源于欧洲,随着工业革命的推进和发展,取得了很大的进步。在二十世纪中后期筛网印花技术突飞猛进,新纤维、新染料/颜料、高分子新材料不断问世,并快速应用于此领域,取得极大的商业成功。进入二十一世纪后,多学科交叉的高新技术,如IT行业渗入纺织品印花领域,再次激发了人们的创造欲望,出现了数码喷射印花新技术,使纺织品的印花步入了科学艺术殿堂,正在实现纺织品印花技术革命性的变革,取得了骄人的成绩。笔者多年从事纺织品印花技术的研究和应用,收集整理了相关资料,撰写此文,愿与业内同仁共同探讨,一起进步。

2.市场现状与发展趋势

从纺织品印花技术的现状看,发达国家虽然仍处于领先地位,但新兴工业化国家紧追不舍差距逐步缩小,且其印花市场份额的下降与衰落已成定局。可从纺织品印花市场的地理分布所显示占有份额见此趋势。

表1纺织品印花市场地理分布

地理区域

市场占份额

地理区域

市场占有份额

远东

50%

中东

7%

西欧

11%

非洲

7%

北美

11%

东欧

4%

拉美

10%

/

/

数据表明远东、中国和印度印花布所占市场份额最大,是全球印花布主产区,其原因是:

(1)自上世纪九十年代中期始,在新建印花工厂上大量投入资金。全球平网印花产量增速加快,圆网也有增加,远东地区是劳动力低廉的新兴工业化国家,在制成品的价

格因素上具有对欧美市场的强大竞争力。

(2)第二个原因是印花布平均的生产长度减少,以适应市场对纺织品印花小批量、多品种、多花色的要求。目前圆网印花为59%,占主流,但从地区分布看,亚洲的印度、日本、韩国和泰国、欧洲的西班牙、葡萄牙、意大利均以平网印花为主。全球印花厂商获取利润最重要的手段就是小批量、多品种、高附加值、快速交货的运作方式,向市场提供高品质的印花布,从每一色位生产印花布的长度变化就可见此趋势。

表2每一色位生产印花布长度变化(m)

印花设备

九十年代初

九十年代末

辊筒印花机

5410

3032

圆网印花机

4160

2625

平网印花机

2030

2520

(3)纺织品印花技术的简优化。现代涂料(颜料)印花方式在全世界得到最广泛的应用占53%,自1994年以来增长了7%,随着棉纤维印花布市场需求的上升,活性染料快速湿短蒸工艺的应用,使其用量升至27%左右,如此一来,进一步提高了远东地区印花厂商的竞争力。我国和印度属全球型纺织品印花大国,我国的纺织品印花生产总产量约为50~60亿米,其数量居全球之冠。

尽管全球经济运行速度有减缓趋势,能源、水和自然资源紧张,难以预测纺织品印花全球大背景下的变化,但笔者认为总趋势是乐观的,新技术、新材料、新产品的不断研发将会为印花业创造出数字化印花技术的产业化应用美好前景。

3.纺织品印花准备工序

严格而符合标准的现代印花,要求全过程均能做到在线检测,进行全面质量监督并即时交货。首先从花样设计至投入生产的每步均需进行监控记录。由于IT行业涉足于此领域,才使得数码技术的应用并得以逐步普及。专门开发用于纺织品印花的CAD和CAM系统可以应用于快速打小样,小批量多品种量产,镍网的激光雕刻、色浆配方优化及自动调浆系统的应用。


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3.1纺织品花样设计

改革开放前各大国营企业均设有花样设计室、市场化之后悉数关闭,人才流失。在我国工业化原始积累阶段,印花设计队伍几

乎全军覆没,所以才会形成绝大多数印花工厂按客人订单提供的花样组织生产,由于花样图案设计工序的缺失,使得“印花分色”变成了纺织品的第一位工序。这种现状是不正常的,因为现代生活中,人们对于审美的追求是多元化的,这种市场需求本应催生生机盎然的纺织品高品质印花布市场,然而这二十多年来,国内印花厂商(多为民营),在尽快获利的短期行为的思维影响下,取消了设计队伍,本土设计人员的匮乏已是不争的事实,更无全球眼光的大师级设计师。近两年来已有业者意识到我国纺织品印花,正处于由量的扩张向高品质转型的“量—质”的转变关键时期,开始重新建立、培养和组织印花设计队伍,悉心培养人才,期待将来能重振雄风。

设计师是美学工作者,花样是否新颖,色彩是否艳丽,配色是否合理等等是纺织品印花能否成功的关键。虽说现代技术提供了全局效果,彩幻效果等等特种印花手段,但设计者往往还会从经典的东西方古老文明的火花中去寻找创作灵感,我们经常会看到俗称“火腿”花样就是典型实例,欧洲人仍然喜爱这种流行以苏格兰“佩斯利涡旋纹”花样和十八世纪的枝叶装饰纹为基础的花样。东西方的博物馆和现代的美术—艺术学院的学院派花样的源自于大自然的各种自然现象与色彩,均是设计师的灵感所在。我国的花样设计工作,虽然处于这种现状,但在印花分色方面已有了较为知名的印花分色软件,如金昌EX系列印花设计分色系统,其中尤以EX-9000系统著名,宏华AT系列印花分色设计系统,已发展到AT2000系列,开源anseries变色龙系统。在花样设计CAD技术的研发应用方面,浙江大学人工智能研究所研发出先进的“智能图案创作开发系统”,并建立了图案数据库,该系统具有强大的编辑和绘图功能,能通过计算机生成复杂的图案,可以快速自动地完成人工智能化图案设计。

花样设计工作,作为一种知识,其版权的保护,在国外尤其是欧洲,有防止成功花样被非法复制的严格法规,但是在世界其它地方侵害版权,

非法复制的事时有发。国内也如此,今后应该以严肃的态度来认识纺织品花样设计的知识版权,切勿仿冒别人花样,侵犯知识产权。

3.2织物印前处理和印花浆的准备

任何具有真正商业价值的印花织物,在开印之前都必须经过合理并充分的前处理,这样才能得到均匀、渗透适度、高得色量、色彩纯正、色光鲜艳的印花产品。总之任何纤维织造的织物都应经过充分的前处理,才能送去印花。以纤维素纤维织物为例,如以NaOH进行适当处理,能使纤维膨化,可提高印花织物的得色量和白度。用波美6~8度的NaOH缓和地处理粘胶纤维也可获得良好的印花效果。织物的前处理领域近年来又有了阳离子预处理和高效率的等离子处理等先进方法。

国内纺织品的前处理自八十年代末以来,在处理工艺、设备和化学助剂的研究开发和应用方面有了长足的进步。

C/T布的前处理,已广泛采用先进的氧化退浆和碱氧漂白工艺。漂白工艺采用气蒸法和冷轧堆法等一步法者也越来越多。

棉织物的丝光工艺方面,成功地进行了松堆丝光,该工艺在理论与实践上均有很大的突破,解决了紧密织物在采用松堆丝光工艺产生的拉伸不足问题,使生产得以顺利进行。

印花浆的制备需要人们小心从事,应严格按要求注意各种物料和助剂和数量,加料先后次序和条件的重演性。从生产车间的组织到实际操作,首先要考虑的是人和环境的安全,各种染料与化学助剂在正确条件下贮存,准确称量染料或颜料浆,以确保颜色的重演性。无论是人工设计量还是自动计量调制印花浆,均应认真对待。自动调浆系统早期从国外引进,水土不服,究其原因是该类设备与当时国内印花设备及实际生产状况存在一定差距。近年来,国内印花行业印制水平逐步提高,产品质量得到提升,国内的开源公司涉足此领域较早,研发了相关设备。其设计制造的爱丽自动调浆CAN系统,以电脑为控制平台,设计母色28种以上,可存储百万种以上配色方案,配浆精度达十五万分之一。已在本省的美欣达,富润等大企业得到较好的实际应用。<

.3印花筛网的准备

总体看来,传统的感光制网版方法,仍然用来加工印花筛网,但是CAD技术在印花制网方面,应用成熟,且越来越多。由于国内的宏华、开源、金昌等公司的努力,在较长时期的研发基础上,结合国内印花行业的实际,强调实用性,功能性、可靠性和运算快速,在分色软件的自主研发方面成绩显著。以金昌EX6000计算机分色系统为例,其市场占有率超过50%以上,出口东南亚和韩国、台湾地区。1999年与激光照排机结合,开发了数控印花激光制网机,为印花行业作出了有益的贡献,全球约有20%以上的筛网采用激光雕刻制网技术来生产印花筛网。

印花筛网领域,人们已采用了数码喷墨和喷蜡制网技术,它是用数码控制的扫描头将黑色色墨或不透明的热熔状蜡按所需花型。喷射到涂有感光胶的筛网上,然后用传统法去感光,这种方法可省却分色黑白稿的制作,制网速度比激光雕刻法更快,且成本更低,其中喷蜡法比传统法省40%费用,喷墨法则更低。

国外瑞士Luscher公司的Jetserpeen和德国CST公司采用圆/平网喷蜡/墨制网机技术制网时,使得圆网精度可达90dpi,平网精度高达1000dpi,使纺织品印花精细度达到了极高水平。绍兴轻纺科技开发中心与国外合作,制成的数控印花激光制网机,加工一只1600mm*640mm圆网仅需30分钟,精度1016dpi。此外,国内镍网制作上已步入第三代印花镍网,即具有沙漏型剖面对色浆阻力小,花纹精度可达125~250dpi的NOVA型镍网。

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4.纺织品印花机

纺织品印花其实质是指局部着色技术,可以分为:布匹印花和衣片(含成衣)印花,隶属于纺织印染行业。布匹印花企业多为基础好、实力强、产品大批量出口,是印花业的主力,衣片(成衣)印花则不同,多数规模小、基础弱、少数装备较好,多数生产手段不全,多为内销,少数外销,技术水平低,总体实力不强,但发展快。随着队伍迅速壮大,将是一支产业生力军

。自上世纪80年代起至今,纺织品印花产品更新换代加快,尤其以服饰局部印花的市场兴起,因需求的变化,致使传统布匹印花布(绸)总量下降。从印花匹布的出口转向印花成衣,产业结构发生了变化,对传统布匹印花形成了冲击。企业的构成、国企、外企、合资民企、集体、个体多元结构的市场,需要的是多元化的印花技术。采用不同的印花机械来进行生产。

4.1印花设备生产技术条件拟以下列表格介绍为妥:

表3不同印花设备的生产技术条件比较

筛网印花

平网印花

印花方式

最大花回尺寸

套色

接板印子

手工台板印花

660

无限制

自动平网印花

456.916~3000

受印花导带长度限制

圆网印花

标准花回:642~1018

大花回为:1200.1680~3200

12~24

辊筒印花

450~460

8

数码印花


无限制

印花设备的总体现状可概括为:辊筒印花机日趋衰落(1934年至今),80~90年代逐步被平网和圆网印花机所取代,只有生产灯芯绒类织物工厂还有使用者,筛网印花,特别是平、圆网印花机大行其道,需求量增加,数码喷墨印花异军突起,前途无量。

4.2我国印花企业主流印花设备,可从表4中看清楚现状:

表4国内纺织品印花机主流设备现状

纺织品单位

现状主流设备

郑纺机

M1336型平网印花机

日本东伸公司

IchinoseSuper7000型平网印花机

瑞士布塞公司

MagnoPTINT平网印花机

韩国大铉(株式社会)

DH99000S型平网印花机

台湾奇正公司

KEYCHENG(简称KC型)平网印花机

台湾福源兴业

(AsKMe)平网(椭圆式印花工位)印花机

上海太平洋奥地利IS公司

SHANGHAI-IS磁棒式圆网印花机

荷兰Stork公司

RD-IV圆网印花机

荷兰Stork公司

RD-DD型和Pegasus型圆网印花机

德国MBK公司

2020G型磁棒圆网印花机

奥地利ZimmerRetascreen

圆网印花机

奥地利IS公司

圆网印花机

4.3服饰印花设备

多为手工台板,部分为自动和半自

动(裁片和成衣)印花机,对成衣尤其是T恤衫进行筛网印花。中、美两国为全球两大T恤衫生产国和出口国,占全球T恤衫总量的60`70%,但两国T恤衫的品质差异很大,获取的利润的差距很大,可参见表5。

表5

T恤衫生产国别

利润

基数(出口价)

中国印花企业

微利润

1

美国印花企业

高利润

10以上

目前国内服饰(裁片、成衣)印花手动设备约占90%,自动设备仅为10%左右,且全自动设备多为进口机,发展极不平衡。目前国内使用较多的自动服饰(裁片、成衣)印花机国外品牌主要有:MHM、MR、TAS三大全自动印花机,以其先进的技术,使印花产品向更高层次发展。业内人士认为,国内纺织品印花特别缺乏使用和操作全自动印花机的从业技术熟练工人,在普及使用过程中,不能得心应手,须知专业技工的养成是需要时间的,人才的培养和储备需要的是耐心和卓有成效的远见。据业内相关人士估计3-5年,慢则10年,国内将会制造出高水平的全自动服饰印花机和培养成相当熟练的高级印花技工。


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4.4印花机械的技术进步

(1)平网印花机

由于市场的多元化,印花品种多变,小批量生产的趋势明显加快,从经济上而言,平网印花是有其一定的优势的,凡小于1000米的定单,平网印花成本低于圆网印花成本。有两种新的机型,可将平网印花的导带加温至50˚C,这样就使得平网可得到与手工台板印花相同的色彩浓艳花型精细的印花效果。

(2)圆网印花机

圆网印花机械的研发了一种有效系统,努力减少织物和色浆的浪费,对花和定线不准。采用了激光束校对筛网的排列和定位。Zimmer公司的圆网印花机采用了AC伺服电机系统,从而消除了因传统齿轮的间隙或驱动轴扭力变形引起的误差。荷兰的Stork公司则靠采用直接驱动筛网的分级或无级环型电机,并安装了机头传感器以确保导带与筛网的同步,此项技术为Stork公司的专利,简称为BPMS。该公司的RD-DD型和毕加索型圆网印花机,在每个印花机头

上均安装有单独的传动系统,各自配备有环形电机,省去了易产生误差的齿轮传动系统,配备有BPM定位系统的设备,其对花精度可达0.06mm。而提高小批量印花效率的关键是快速更换圆网时间:

瑞士Buser公司称,一台7色平网印花机,只需15分钟的换网时间,如按每天换网25次计,该台机的效率为70%。

荷兰Stork公司已有了在线洗网,即不卸网洗网系统,毕加索型印花机即是15套色圆网的清洗,15分钟左右可完成。

对圆网中的刮刀和磁棒对色浆的剪切行为的理论研究表明,磁棒并无明显优势。奥地利Zimmer公司研发的液压条缝式给刮浆系统适合于泡沫印花或地毯印花,它对绒类织物有良好的渗透效果。

日本Ichinose(东伸)公司推出一款倾斜式圆网印花机,印花时色浆由上而下输送,始终保持均匀定量地提供新鲜色浆,减少了因刀架杂质导致的刮痕和供浆不匀造成的段痕,印花布的质量得以提高。

国内印花机的研发制造虽有黄石、上海、新昌等企业,但总体上讲在功能、性能和生产稳定性等方面仍有一定差距。

(3)数码印花机

回顾纺织品数码印花简史,认识它的过去,可以更好地了解其现状,并展望其未来。上世纪六十年代美国斯坦福大学的Sweet首用连续喷墨技术;七十年代IBM公司对此技术在计算机控制喷墨打印机中的应用进行了大量研究,七十年代晚期出现了DOD(按需喷墨)方式技术。

1975年美国Milliken(米利肯)公司率先制成Milliken-Millitron地毯印花机,采用的是当时先进的电子喷浆印花法。与此同时,奥地利的Zimmer公司开发了Chromojet系统。以上均是通过计算机系统精确控制采用使墨滴偏转的阀门而实现喷墨印花的,所以精度不高,只有9~18dpi的分辨率,用于地毯印花。

世界上第一台喷墨印花机是1987年出现于ITMA(国际纺机展)上的地毯喷墨印花机,此为第一代喷墨印花机产品。1991年德国汉诺威ITMA展会上,荷兰St

ork公司展出了使用活性染料的墨水,分辨率为360~720dpi,生产能力为4.6m²/h的宽幅数码印花机,是为第二代产品,在欧洲得到了推广应用。

日本是以研发办公室喷墨打印机和广告喷绘机技术领先的国家。Seisen(世联)公司是世界上第一个把数码印花技术产业化的公司,该公司拥用200多台Viscotecs数码印花机进行批量生产,这是纺织品的数码印花跨出的具有决定性意义的一步。

我国杭州宏华数码科技股份有限公司创立于1992年,自1993年起陆续成功开发了GGSALOHA电脑印花分色系统,激光照排机、ATDESIGN服装面料设计系统。1999年起倡导“数码纺织”概念,自主开发了DPM-1800A型数码喷射印花机,国家纺织工业局鉴定为“达到国际先进水平”,为国内首创。深入研究了以数码印花为基础,以计算机网络为依托的数码纺织品一体化解决方案,先后取得了数码印花打样系统A’tex-1300和1600和数码印花生产系统PrintMaster2200R和2200B,它的最大有效喷射范围2200mm,分辨率为360dpi时是打印速度可达100m²/h。2002年DPM-1800A数码喷射印花机被国家经贸委认定为国家重点新产品。2004年公司承担的国家“863“计划研究项目通过了科技部的鉴定。

数码印花机喷印速度的变化趋势为:

1990年1m²/h

2000年6m²/h

2004年12.6m²/h~32m²/h

2007年80m²/h~150m²/h

染料从4色发展到6~8色,和2×6~8色,控制软件功能逐步完善,应用工艺日臻成熟。

1999年在法国巴黎ITMA展会上,瑞士Pertecta公司推出的PrintMaster2000R数码印花机,速度可达100m²/h。Zimmer公司则推出了印制速度可达1.5m/min的Chromotex喷墨印花机。该机采用的是由Jemtex开发的:“多水平带电液滴”喷印方

式,只使用点状色彩,液滴比其它机型大,花纹分辨率在100~125dpi。

数码印花产业的现状是:目前欧洲印花业已有90%以上企业采用数码印花打样及承接300~500码的订单,加工费约为40欧元/m²。2004年10月上海国际纺织面料及辅料展览会上,欧美客商展示的印花布洋中约有70%以上为数码印花样,证实了欧洲数码印花市场的变化趋势。这与他们以纺织品产品设计为中心有关,设计师可以即时确认花样,客观上促进了纺织品数码印花的产业化。

截止2004年资料,欧洲的数码印花机以14m²/h的8色机为主,总量有300~500台,在20~30家数码印花工厂进行生产,它们分布于意大利、西班牙、葡萄牙、英国和法国等国家。

我国的杭州宏华公司,自2005年设立了拥有20台数码印花机的示范工厂,进行批量为2000~5000m织物订单的加工。

数码印花是一项系统工程,其关键技术为设备、软件、色墨水的研究与开发。

国外大公司在此项技术的研发中,多依托在不同领域中拥有领先的先进技术的公司组合形式,联合开发。例如由美国Encad公司、Iris公司、日本Innotech公司制硬件,比利时Sophis公司设计软件、瑞士Ciba公司制色墨的联合开发的NovaJetProbo和TexPrint2000整体化喷墨印花机,意大利的Reggiami公司制造的DREAM印花机,以色列Aprion公司设计软件及喷头,DOD其压电式喷墨技术,釆用多层点阵式喷嘴,以实现高速打印,使用Ciba公司研制的墨水,匹配高速数码印花机用于印花。

2008年1月8日,浙江杭州宏华公司与浙江大学计算机学院合作历时八年研发的“纺织品数码喷印系统及其应用”项目荣获“2007年度国家技术发明二等奖”,该项目成功地解决了不同复杂组织结构、厚度、表面结构的纺织品喷墨印花高速、高精度、高重演性难题,是集计算机处理、精密机械、光机电一体化于一体的纺织工业领域的国际前

沿技术。

2008年1月1日杭州宏华公司正式推出了命名为VEGA(织女星)系列的高速导带式数码喷射印花机,分三种不同幅宽,分别为DBP1600、DBP2500、DBP3200供应市场。该机采用世界先进的美国Spectra512只喷嘴的工业级喷头,最高印花速度为140m²/h,真正实现了工业化数码喷墨印花生产。

VEGA高速机与传统印花机相比较,省电50%,省水70%,省染料60%,树脂用量下降为原来的1/200,废弃耗材垃圾处理下降至1/30,经过技术创新改进的VEGA高速机墨水成本降至3~6元/m²,几乎与传统平网印花持平。消息一经披露,印花业者振奋不已,深受印花业者的欢迎。

任何一项新技术都会有其不足之处,有待努力改进。就数码印花而言,目前大多数数码印花机均使用青、品红、黄和黑(C、M、Y、K)四种墨水,按计算堆积数字控制信号向织物喷射墨水,并以点阵组合形成各种色彩,形成各种图案。尽管人们努力且有越来越多的设备和软件将墨水数量的C、M、Y、K四“原色”提高到8种,但是这种点阵组色方法仍然在颜色数量和色谱宽广度上存在一定程度的局限性。业者在制造印花机的同时,设计选用可靠的软件系统,以确保花样设计选定的颜色,能在印花机上顺利喷印和重演是很重要的一项工作。经过众多业者的努力,数码印花机在技术上和经济实用性原来存在的一些问题正在解决中,有望在纺织品印花方面,每年增加5%的市场份额。世纪之初,IT行业与纺织印染业的结合,激发了人们的创新欲望,这种以高科技为代表的印花技术的研发与应用,尤其是步入了产业化的应用国内外几乎同步,正处在方兴未艾的上升推广应用阶段,前景广阔。

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5.纺织品印花工艺与染料/颜料

5.1直接印花工艺

在纺织品印花中,约有95%的印花织物是棉布和T/C布,这些织物多采用涂料(颜料)、活性和还原染料直接印花的方式进行,分散染料仅用于涤纶织物直接印花,各种纤

维织物印花所占比例见表6:

表6不同纤维织物印花所占比例

不同纤维织物

所占比例(%)

53

C/T

18

粘胶

9

*从全球范围看,聚酰胺(尼龙),聚丙烯,羊毛,丝绸仅占印花织物很少的一部分,酸性/金属络合染料用于这些纤维织物的印花,究竟选用什么染料印花是取决于所印的基材和纺织品整理中的固色加工方法。

涂料印花

涂料(颜料)印花在全世界广泛使用占53%以上,活性染料和分散染料印花分别占27%和15%。15~20年前人们还在大量使用白火油的乳化增稠浆(A帮浆)来进行涂料印花,如今发展的新趋势是,因为对环境保护的标准要求越来越高,如何在纺织品印花生产中既实现高质量印花,又避免在印花生产过程中减少对大气和水源的污染(如减少重金属,含氮化合物,有机卤素等)是每个企业和印染业者必须考虑、研究面对的新课题。为此众多业者采用了BASF公司、CIBA公司和BAYER公司制造的低或者无溶剂的合成增稠剂来制备涂料(颜料)/活性/分散染料的印花糊料。迄今为止,世界上大公司制造的各种商品粘合剂基本上均进入了国内市场,其化学结构多为丙烯酸酯(PA)类,极少量的为聚氨酯(PU)类和羧基丁腈(NBR)类。

在棉和C/T布上的涂料印花可以得到很好的耐久性,但在涤纶和尼龙上印花时,粘着力不如在棉上好,这是由于纤维表面形态和其材料结构有关,于是人们对此进行了深入的研究,在制备粘合剂时加入新型交联组份,以提高其交联能,期望提高粘着力,这方面日本的触媒公司研究的含有Oxazoline基的聚合物-水性交联剂,商品名EPOCROSWS系列是杰出的代表。在涤纶织物上印花的耐干湿摩擦牢度均可达4级水平。

纤维素织物的活性染料印花

活性染料以其色谱广,色泽艳、牢度好,以它加工的印花织物向来为印花业者和的消费者所喜爱,在纤维素织物印花上占有重要的地位。在欧洲东部,日本、韩国、台湾和非洲均为人们所青睐。近年来,全球各大染料公司均在致力于新型活性染料的

研发,并已向毛、锦纶纤维织物的应用方面发展,其主流发展方向是生态节能型的活性染料。早在上世纪的九十年代国外大公司如CIBA、DYSTAR、CLARIANT就已开发出一些节能型活性染料,国内的沈阳化工研究院和大连理工大学的吴祖望教授等为针对我们纺织印染业处在能源紧张,环境严重污染的现状,利用现代的“超分子化学”理论,研究和分析了如何开发节能增效的活性染料,取得了可喜的成果。

通常活性染料的直接印花工艺均按常规的汽蒸法(102˚C×7-8min)进行,而欧洲的印花企业为了节省能源,提高染料的固着率和印花布的品质,多采用两相印花法进行纤维素纤维织物的活性染料印花。其简单流程为:无碱印花糊料印花-织物浸轧或单向施碱然后以极短时间20~30秒完成活性染料的汽蒸固着-水洗-烘干-成品。采用此工艺印花的染料,以Dystar公司的著名商品RemazolRGB系列活性染料(乙烯砜结构)最为合适。

国内上海万得化工有限公司生产的具有双活性基因的商品名MegafixBPS活性染料系列品种其固色率高,汽蒸时间比一般的K型活性染料缩短了3/5。MegafixBPS型和日本住友化学株式会社生产的SumifixSupra产品(M型)在化学结构上既具有一氯均三嗪型结构染料的性能,又具有乙烯砜型结构染料的性能,是一种节能型的印花活性染料。万得公司在这方面不断努力,在2007年又成功推出了一套适用于湿短蒸工艺的活性染料,商品名为MegafixB-CPB共8只品种的新型活性染料供应市场。

纤维素织物的还原染料印花

众所周知还原染料的印花市场正逐步为活性染料所取代,但不可否认的是,由于还原染料有其优越的耐日晒和水洗牢度,在一些特殊的和高牢度要求的印花织物上还有市场。

(1)高质量要求的家俱布等家纺织物。

(2)军用迷彩、防伪、防红外战斗服装。

(3)手感优异、牢度好、且色彩鲜艳的拔染印花织物。

一般而言,还原染料的直接印花多采用

两相法(亦称两步法)工艺来生产:

织物-染料印花(无化学品)-烘干-浸轧碱性还原液-高效快速蒸化(湿短蒸)-水洗皂洗后处理-烘干-印花成品,这种方法所以为印花者所采用,究其原因,是具有以下优点:

(1)印花工艺蒸化时间短,节约蒸汽省能源,设备为塔式高效蒸化机占地面积小。

(2)印花操作工序简化,一般印花后,可以将蒸化和水洗工序并联合在一条生产线上进行。

(3)印花布和印花浆料的稳定性好,这是因为布与浆中都只有染料,而不含碱剂、还原剂等化学品,故工艺条件稳定且安全,成品品质较好控制。


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其实,不论是纤维素织物的还原染料印花和活性染料印花,若能采用两相法工艺,是

现今较为理想的好方法。

聚酯纤维的分散染料印花

上世纪五十年代初,英国(ICI)卜内门公司首推聚酯纤维以来,由于其良好的性能和低廉的价格,很快成为纺织服用的重要纤维。从化学结构看,最重要的是有聚对苯二甲酸二乙酯制备的聚酯纤维,这种纤维发展至八十年代时生产技术上有了重大进步,出现了纤维纤度为1dtex以下的长丝,通常我们将0.44~1.1dtex者称为细旦纤维,而0.11dtex以下者称之为超细扁纤维,这种超细纤维纺织成的织物,经过辊(单辊或多辊)式起绒机起绒后,织物表面因纤维原纤化,得到了外观逼真的鹿皮和桃皮绒风格的面料,用它制成运动、休闲、时装等深受消费者欢迎。原来市场上流行的以碱减量方法制造的涤纶防真丝织物被其取代了相当大的部分。

但超细纤维织造的面料,难以用常规普通的分散染料染色,因为超纤维织物上的的得色量与其纤维线密度的平方根成反比,当同等的染色深度时,耗染料量要比普通聚酯纤维多2~3倍,且普通分散染料在超纤维织物上应用时,其水洗和日晒牢度很差。为此,国外染料厂商又推出适用于超纤的分散染料,具体见表7。

表7超纤的聚酯纤维适用的分散染料厂商

染料制造厂商

分散染料商品名称

德国BASF公司

PalanilFD型

德国Dy

star公司

K型分散染料

英国ICI(卜内门)公司

DispersolC型

瑞士Clariant公司

ForonRD型

瑞士Ciba公司

AutotopNF型

日本三菱公司

DianixAC-E型

由上所述,可见聚酯纤维织物的技术进步和染料的发展趋势。

蛋白质纤维的印花

环顾全球的纺织品印花市场,以桑蚕丝织物为主的真丝织物的印花市场分额很小,仅占1%左右。这1%量的真丝织物主要印花加工国家为中国、印度、日本、意大利,后两个国家多采用高端印花加工方式进行。

在印花中所用的染料有从酸性向活性发展的趋势。笔者和企业结合,近年来成功采用了“真丝绸涂料拔染”印花技术,制得手感好,牢度好的拔印产品。此项技术在节能水方面有创新,具有实用价值。

全毛织物印花数量更低,但毛衫、高附加值的羊绒围巾等毛织物印花的市场需求,近年有上升趋势。因为纤维本身昂贵,这类织物多以数码印花方式作印花加工。染料既有酸性也有活性,笔者就曾专门研究过山羊绒织物的数码印花浆料,并用于生产。此外国际羊毛局推荐的,可用于毛衫织物的冷印花技术,也是颇具有吸引力的。

转移印花

转移印花技术的发明,迄今已近半个世纪了,这种靠分散染料在加热后升华的气相转移印花工艺简单,设备投资少,当时被认为是技术的重大突破。它还有无废水排放利于环境保护的优势,众多业者曾经预言该项技术会广泛被采用。但是,从实践中,人们发现它不能适应市场的小批量、快交货的要求,且不能对天然纤维织物进行转移印花,多年来限制了它的发展。

1995年时全球的转移印花顶峰时曾达到过15亿m²,占纺织品印花市场分额也只有5~6%,此后消费者趋向于购买天然纤维纺织品,于是国内外许多研究者开始开发天然纤维织物的热转印技术,如果能开发出设备简单、工艺成熟、产品稳定的纤维素织物,蛋白质纤维织物的热转移印花技术,那将是具有重要意义的技术突破,也一定会得到更多的纺织品印花的市场份额。

T恤衫上的颜料热熔或薄膜转移早已进

入市场,但在耐洗性和手感方面是存在问题的。至于说活性染料的转移印花技术的开发研究方面,欧洲丹麦人的CottonArt技术,是用一种特殊的转移印花纸,经专门设计的Kuesters轧辊,据称可以使90%的活性染料转移并用固着在织物上。也有人用湿转移技术来进行活性染料印花,但由于织物仍需经过碱预处理,印后仍需冷蒸和水洗,工艺流程并不短,也不便捷,意义不大。

转移印花的优势与不足

(1)利用分散染料热升华特性,转移至织物上的分散染料完全固着,色牢度优良。

(2)无水处理工艺,无污水排放问题,是符合生态环保的生产方式。

(3)染化料成本低,正品率高,图案清晰度高,层次感分明,得色均匀立体感强,半色调效果优。

(4)生产流程短,生产易控制,合格率高。

(5)唯一不足之处,为在天然纤维织物上难以实现印制令人很满意的印花总体效果,国内外业者正在进一步努力。

目前高端订单,已采用数码技术对聚酯织物进行热转移印花,除了喷印纸转移之外,近年来更发展出无须耗纸的直接喷印技术,颇受用户欢迎。

天然纤维的热转移印花技术,近十余年来笔者曾见过各种相应的技术和相关报导,感兴趣者,可从北京纺织研究所、青岛印染研究所、南通工学院、北京服装学院等研究者的成果中去找。但笔者认为,迄今为止,尚未见到较为理想的天然纤维转移印花织物。从业者尚须更大的努力,方能真正突破。

5.2纺织品的防拔染印花

防拔染印花可分为防染印花和拔染印花,两者不同之处可作如下描述:

(1)防染印花是在待印织物上预先印上防染剂,再对织物进行染色的印花方法。

(2)拔染印花是在已染可拔地色染料的织物上,印上加有拔白(还原剂或氧化剂)剂和耐拔染料或涂料着色剂的印花方法。

一般而言,称染好色的纺织品,除花形之外的染色区为“地色”,它是背景色,当印上耐拔的着色染料或涂料之后,这个主色也会发出艳丽的颜色,从而在黑地色或藏青等深地色上,衬托出艳丽明亮的花形来,这是一种极具有商业价值

的印花方法,为了表示清楚,可见表8所示:

表8防拔染印花的异同点

相同点

防染/防印印花法

拔染印花法

在地色上得到白色或着色花形

在地色上得到白色或着色花形

差异点

用物理或化学的防染剂预先印在未染色的织物上,印花后采用浸轧或罩印上合适的染料地色。

在印有防染剂的部分能阻止地色染料的着色上染,从而得到防白印花和着色的效果。

拔染剂印在地色上,经后处理,花形处的地色染料被破坏,水洗后可得到轮廓清晰的白色或彩色花形于地色上,带来背景衬托的美丽效果。

还原染料作为着色剂用于拔染印花,可制得高品质的产品,但由于工艺条件控制有一定的难度,如今已被活性/涂料拔染工艺取代了。化学结构为乙烯砜型的,即使是含醌结构的蓝色活性染料,也易拔净,这是因为汽蒸时这种染料在碱性条件下,染料与纤维之间的化学链会断裂。

现在的订单如棉或粘胶织物的拔染印花,多以乙烯砜型染料染地色,而用还原或涂料作为着色剂。而日本则多喜采用防染印花技术来进行织物印花,其具体方法如下:用一氯均三嗪结构的活性染料作为花形的着色部分,用乙烯砜型的活性染料染地色,稳定性较好的亚硫酸盐作为防染助剂,它利用的是亚硫酸盐使乙烯砜型染料失去活性,而一氯均三嗪染料不反应的原理来进行生产,效果较好。

国内针对靛蓝染料染色的牛仔服系列产品的拔染剂,以天津朱瀛洲先生等人研制成功其化学结构类于BASF公司的咬白剂W的JN拔染剂和K拔染剂为代表,前者在酸性条件下汽蒸拔印而后者K则为免汽蒸的拔染剂。均以含粘合剂的涂料拔染浆作为印花浆,以耐拔涂料作为着色剂印花。

聚酯纤维织物的拔染印花在亚洲和欧洲的一些地区,多使用氯化亚锡或加工锡作为拔染助剂。典型的聚酯纤维拔染印花新工艺是英国(ICI)卜内门公司推出的。突破了传统,以DispersolPC分散染料进行,这类染料能够在固着之前,简单地用碱拔去,而后已耐碱的分散染料作为印花的着色染料,据称,色谱领域宽广,具有颜色十分艳丽的品种,以还原

拔印老工艺更为符合环保要求,而且它的拔印或者防白效果都非常之好。

防拔染印花的市场可以分为主市场和辅市场,按织物所含纤维来分类,则可分为:

(1)纤维素织物印度、印尼、意大利、荷兰为主,法国、德国为辅;

(2)聚酯织物中国、意大利、印度为主,德国、西班牙为辅;

(3)蛋白质纤维织物中国、意大利、日本、韩国为主,奥地利、瑞士为辅;

唯以意大利对这三种纤维织物的应用均为主流。


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5.3纺织品的特种印花

由于市场的多元化,人们追求新、奇、异的印花效果,在激烈竞争的市场大背景下,众多的印花业者,致力于开发加工具有特殊效果的印花产品来适应市场的需求。服饰印花以其色彩、图案、动感和时尚的艺术效果来打动顾客,其加工生产方式也是多元化的。以表现出男、女、老、少均能喜爱而又迥然不同的流行色调和表现风格。为此,采用涂料印花工艺在多种不同纤维构成的织物表面,进行光线反射、折射、吸收等多种视觉效果的特种印花为消费者所青睐,诸如:植绒、发泡、金银粉、葱片(金属光泽)、珠光、夜光、反射回归、消光、透明、烂花、隐形、凹凸、立体、温敏变色、湿敏变色等特种印花在纺织品印花中随处可见。

国内的北京纺织研究所、上海印染所、浙江丝科院的研究工作者多年来均有实用成果,大多进入生产阶段,基本可满足企业应用要求。国外公司进入中国市场的以意大利和日本的特种印花材料、印浆等较常见。

6.纺织品印花浆料进展

从公开可查阅的,或会议中收集的资料来看,染料商在新品的研发上主要集中新型的活性染料和分散染料方面。它们研发的目的是希望能生产出具有以下特点的新品种:

(1)希望能研制出能取代蒽醌结构,价格便宜、力份更高的染料。

(2)扩大色谱范围,得到各项牢度,尤其是耐日晒牢度更好的染料。

(3)工艺上使用方便,在印浆中具有优良的相容性,工作时稳定不敏感。

(4)更符合生态及环保的要求,符合自动化生产之需要。

在这方面国内外的染料生产、供应商已有

一些成功的染料应市,以供纺织品印花,其中:“活性染料方面”

(1)研发了非蒽醌结构的艳蓝染料,其染料索引号为CI活性蓝198,但Ciba公司反其道而行,它推出一只全新的蒽醌结构的活性染料,商品名称为CibacronBlaueP-6B,可以替代酞菁染料用于粘胶纤维织物的印花。

(2)含有一氯均三嗪结构和乙烯砜结构的所谓具有双活性基团的活性染料。例如,日本住友化学株式会社生产的SumifixSupra产品(M型)和上海万得公司的MegafixBPS,它们都具有高固着率和良好的使用稳定性、重演性。

(3)在节能方面,Ciba公司设计了专用于羊毛和蚕丝织物用的商品名为LanasolCE活性染料,可按国际羊毛局推荐的方法进行冷印花加工。

(4)Dystar和Ciba两大公司研究了纯化活性染料并配制成喷墨印花墨水,成功用于纺织品的数码印花。

“分散染料方面”

(1)率先由英国卜内门(ICI)公司推出的DispersolPC分散染料,因其有碱性水解基团,利于水洗,之后由BASF公司生产的DispersolPC/XF/SF染料,既方便了水洗,又降低了印花废水污染等级。

(2)开发成功特别适用于超细纤维用的分散染料,染料索引号为CI分散红356和357,它们均具有优良的湿牢度和热升华牢度。廉价的替代蒽醌结构的新型单偶氮结构的分散染料和偶氮噻吩染料,即CIDisperseBlue366和367和CIDiserseBlue369。

(3)研制成功颗粒特细、分布合理的喷墨印花用的分散染料,如Ciba公司的TerasilTI染料,BASF公司的Bafixan染料DuPont公司的Artistri700系列染料。

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7.纺织印花后的固着与水洗

7.1固着工序

通常一步印花法多采用连续式悬挂蒸箱,在使用饱和蒸汽(102˚C)条件下,蒸化5~10min,完成染料的固着。全球三大公司的悬挂蒸箱商品为:意大利产

的Arioli、荷兰STORK、德国产的Artos,这类蒸化机适用性好,在100~200˚C范围得到令人满意的蒸化固着染料的效果。当前人们有致力于湿罩湿两相印花法的塔式高效蒸化机的改进制造,这些先进的蒸化机均装有复杂的自动控制系统,以保证固着工序顺利进行。这方面可查阅到大量的文献报道。

近年来国内印染业内为解决汽蒸箱因液封口进布,固着率低,固色不稳定,固色液温度易升高、变化大以至封口处染料脱落集聚,造成颜色变化头尾色差严重等问题,近年由江苏张家港市江海机械有限公司的科技人员对汽蒸箱进行了创造性的改进,推出“微正汽封高效节能印染固色汽蒸箱”,据称该科技成果节能减排成效显著,可以节约染料20%以上,节约固色剂40%以上。

由于节能、节水、节省染化料,其废水排放量相对减少,既利于环境又降低了污水处理费用,该项成果在同机种的固色蒸箱中占有多项发明专利(2007年8月国家鉴定),并处于领先地位,具有多项自主知识产权的创新型“微正压汽封固色蒸箱”在国际上也属先进,其智能化自动化水平较高,故为业者所欢迎。

7.2水洗工序

从提高用水的经济性减少环境压力考虑研发节能节水的高效水洗机,也是当今印花设备的热门话题,其可依的原则是符合经济效益,生态效益和具有优良的工艺再现性。

业者都知道印花汽蒸后织物的水洗工序,要达到较为理想的水洗效果,关键是需要较高的扩散系数,高的浓度梯度和短的扩散路程。要达到此目的,则需:

(1)提高洗涤温度,来提高扩散系数,可缩短洗涤时间;

(2)采用平幅洗涤方式,使得被洗织物表面洗液之间形成“界面层”,来交换被洗除物质;

(3)水洗过程系物质交换过程,要加快此过程,则需增大水洗液的浓度梯度。以新鲜的大流量的水“冲淋”——“锤击”织物表面,可使表面残余物质的去除率很高。

这种平幅水洗机中,从进布到出布均为阶梯排列,由低至高,尾部进水,逐格循序逆流,从而达到提高浓度梯度,节约用水的目的。

这类

机械设备国内外著名的商品有见表9:

表9国内外著名水洗机列表

高效水洗机商品名称

设备制造厂商名称

GPX六筒高效水洗机

江苏江阴福达印染机械公司

Extracta-LG高效水洗机

瑞士贝宁格公司

Injecta平幅冲洗机

瑞士贝宁格公司

总之,无论是活性染料还是分散染料印花,都需要一个节能节水合理的一个或数个高温水洗过程,它不仅仅可以加快水洗的物质交换过程,同时还可以减少织物—染料间的交叉沾色,先进的水洗设备均安装有传感器可以进行在线监测碱剂及电解质的洗除情况,自动化程度高,可获得另人满意的水洗效果。

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8.结束语

近二十年来,科学技术的进步推动了纺织品印花产业的发展,IT行业的威力渗透进国民经济和人们日常生活中,数码技术的革命性影响力正日益在全球显现。从个人电脑、手机、数码相机、扫描仪、打印机、传真机、可视电话到网络世界Email服务等等,所有这些对运用现代设备的纺织品印花业者都十分重要。

人们可以通过Email形式,进行即时的网络化的网上下单形式进行纺织品印花交易,可以形成从设计到试样阶段,至确认小批量或批量的生产过程,进行全程的有效监控。这样就会逐步形成无论需求者(客户)在世界何处,印花业者均能满足染料/颜料纺织品印花的商品要求。

我国三十年的改革开放,使得纺织品印花业处在一个产业结构调整的重要变革时期,挑战与机遇并行不悖。新世纪初,纺织品印花领域的重大变化将会继续下去。可以设想,数码印花以及以数码印花机为基础的并与传统筛网印花的有机结合,相互补充的局面会逐步形成。社会变革、技术变革是必然趋势。总之设计者在变,生产者在变,消费者的观念也在变化,世界是丰富多彩的,纺织品印花应该是“天上取样人间织,染作江南春水色”,有着想象力极其丰富的发展空间,相信未来是美好的!

参考文献:略。



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