织物印前处理研究进展

■ 文/天津科技大学 姚晨筱，陈蕴智

随着人们生活水平的提高，纺织品印花越来越受到欢迎。涤纶织物由于耐热性高，面料柔软，穿着舒适，受到越来越多的人喜欢。涤纶是乙二醇和对苯二甲酸经过缩聚反应形成的高分子聚合物，分子排列紧密、结构对称，具有断裂强度高、耐热性好等优点，常被用作喷墨印刷基材，但涤纶大分子中除了两端各有一个羟基外再无其他极性基团，造成涤纶纤维的亲水性较差[1]。真丝纤维表面光滑，织物的亲水性和保水性较差，数码印花的图案不清晰甚至容易出现褪色、掉色等现象。很多织物因自身局限性导致织物印花易出血，图案产色率低，容易掉色，大大限制了织物的发展与应用。

目前，织物表面处理方法有物理法和化学法。物理法包括电晕法处理、等离子体聚合处理、电子束辐照等，主要是通过改变织物表面性质来改善油墨沉积效果，提高涤纶织物印花的色彩性。物理法减少污水排放，在环保方面占有优势。化学法包括涂层改性和接枝聚合改性等。化学法处理后再喷墨印花，上色效果明显改善。

一、织物结构对喷墨印刷的影响

织物表面的特性影响了喷墨数码印花的色牢度、明度等质量，织物结构和纹理高度多样化也使喷墨印花受到影响，Hajipour等[2]以涤纶为原料，采用喷墨打印技术，在各种组织结构如平纹(M10)、2/2斜纹(M20)、3/1斜纹(M30)、3/2斜纹(M40)、4/1(M50)斜纹等织物上，对经纬向的印刷质量进行了研究，用ImageJ软件以经线方向在M10、M20、M50样品上打印出1 mm宽度线条的图像如图1所示，可以清楚地看出，经向印刷线条的最佳印刷质量是由M50样品获得的，而M20样品的印刷质量要优于M10样品；在纬线方向打印的线条图像也通过ImageJ软件进行处理，处理后的1 mm宽度的打印线条图像如图2所示，可以看出，M10样品的打印质量最差，研究表明织物组织结构改变了油墨的扩散形状，打印方向也会影响打印质量。Gao等[3]研究了织物结构参数对喷墨图像质量的影响，印花质量与织物的重量和结构密切相关，如图3为不同印花涤纶织物的剖面图（分散油墨r4、y4、b4、k4），分散油墨没有完全渗透到1号织物，因为1号织物单位面积重量大，毛细度小，单位面积重量较大的织物可以防止油墨的扩散，结果表明织物单位面积重量越大，印花效果越好。

图1 扫描和处理(a) M10、(b) M20和(c) M50样品上经线方向打印的图像

图2 扫描和处理(a) M10、(b) M20和(c) M50样品上纬线方向打印的图像

图3 #不同印花涤纶织物剖面图（分散油墨r4、y4、b4、k4）

二、物理法

物理法主要是改变织物表面形态从而提高数码喷墨效果，该方法不会产生废液污染环境并且不引起其本体性质的很大变化，操作简单效果显著。

（一）电晕法

Mahdieh等[4]将聚酯/纤维素织物（P/C）暴露于空气中，电晕放电处理，没有任何额外的化学处理，通过扫描电镜发现聚酯/纤维素织物形貌和表面粗糙度发生变化，如图4(a)和(b)所示，聚酯/纤维素织物的未处理织物表面相对光滑，经过300 W-10 min电晕放电处理后，聚酯/纤维素织物表面的一层污染物被降解，并在平均直径为20 nm处产生了几个新的纳米级的空洞，如图4(c)所示，经过800 W-10 min电晕放电处理后的聚酯/纤维素织物表面出现微尺度粗糙度，如图4(d)，宏观上在一定范围内表面的平均粗糙度随着功率增加而增加。另外，未经处理的聚酯/纤维素织物的水接触角约为138°，输入功率300 W电晕放电后，水接触角增加到167°，呈现超疏水P/C织物。相反，输入功率为800 W的电晕放电水接触角明显减小，成为超亲水P/C织物。电晕处理后的织物亲水性能得到改善。Kiakhani等[5]利用电晕放电对真丝织物进行表面改性，研究者用两种活性染料 RY84和RB198对电晕处理不同时间的真丝织物进行染色，染色织物的K/S值表明，电晕处理时间越长，织物的色强越高，这可能是电晕处理使真丝织物表面加入—OH、—COOH等氧基团，增加了电负性所致。

图4 (a)和(b)未经处理的与(c)和(d)电晕处理功率不同的聚酯/纤维素混织物FESEM照片

（二）等离子体聚合法

Kuanjun Fang等[6]将真丝织物用低温氧等离子体进行处理，由动态接触角分析表明，经等离子体处理真丝织物表面后，真丝纤维的亲水能力得到明显改善，其原因可能是等离子体处理不仅给真丝纤维表面带来了刻蚀效应，而且引入了极性基团(—OH,＝＝COOH, —C＝＝O,—NH2)，同时与未经处理的真丝织物相比，经低温氧等离子体处理后的真丝织物上的喷墨图案色彩更深、更鲜艳。Zhang等[7]采用大气压下的空气、空气/Ar和空气/O2等离子体对丝绸样品进行处理，改变其物理形态，用于颜料喷墨印花，图5(a)色块或条纹上的四种油墨很容易向纬向和纵向扩散，认为油墨颗粒难以在润湿性较低的纤维光滑表面上被吸收；图5(b)改性织物的渗透得到了有效的抑制，相对清晰的色块和线条表明，等离子体明显提高了样品的抗渗性能。结果表明，等离子体中形成的含氧自由基被引入到真丝表面，由于织物表面性能的提高，直接在织物上进行的印花具有明显的印刷边缘和较高的色彩强度。

图5 抗出血的照片

（三）电子束辐照法

近30年来，电子束辐照技术已被广泛应用于各种织物涂层的固化。Ibrahim等[8]对棉织物、棉/聚酯混纺织物和尼龙织物进行了表面涂覆改性研究，发现通过恒定剂量为50 kGy的电子束照射可以使表面涂层固化效果提高。周莉等[9]研究了棉织物的高效抗菌性，以氯苯咪唑为抗菌剂对棉织物进行抗菌整理，发现整理剂质量分数15%、浸泡时间60 min、辐照剂量65 kGy为电子束辐照的优化工艺条件。Payamara等[10]知道聚丙烯(PP)具有一个非常低的表面自由能值(大约20- 25 mJ/m2)，因此，它的亲水性很弱，对任何染料如阳离子或阴离子染料都没有亲和力，他们的研究中用掩膜覆盖了PP织物的某些部分，然后用不同能量的电子辐照它们，如图6，PP织物是使用佳能EOS 400D相机的照片，（a）为未经处理的染色样品（b）为经过处理和未经处理的染色部分的样品，（c）为处理后染色的样品，（d）样品经EB辐照染色洗涤后的印刷外观，这是由于在疏水性织物上引入亲水位点可以提高纤维的可染性，因此EB的改性会在织物表面产生不饱和键和/或自由基，对织物的整体表面变化也会产生显著影响，进而影响织物的可染性。扫描电镜（SEM）和红外光谱（FTIR）结果表明，EB辐照对PP织物的处理形成了C ＝＝O和O—H键（负基团），增强了阳离子染料的可染性。此外，表面已变得粗糙，这些表面变化导致了PP织物的高阳离子染色能力。

图6 印刷样本照片

三、化学法

喷墨印花的油墨主要由色素、水、有机溶剂组成，墨滴中带有大量负电荷。化学法可以通过织物纤维阻碍墨滴中负电荷向周围扩散来改善图案清晰度，或用氧化、聚合等化学原理法改变织物性质，从而提高喷墨印刷效果。还有一些化学物质抑制染料在基板上的迁移。

（一）涂层改性法

刘慧敏等[11]研究了利用壳聚糖对棉织物进行预处理，棉织物经壳聚糖处理后，织物表面含氨基数量增加，织物与染料亲和度增加，结果表明壳聚糖质量分数45%，浸渍温度80℃，浸渍时间20 min为壳聚糖对棉织物较佳处理工艺条件，经壳聚糖处理棉织物在染色后，耐摩擦色牢度和耐皂洗色牢度均得到明显改善。Yuen等[12]用海藻酸钠、尿素、酒石酸铵等做预处理印花膏，以及喷墨印花后蒸煮后处理，在蒸煮的过程中，凝结的蒸汽会使海藻酸钠膜膨胀，在纤维表面形成一个微型的染色槽，然后染料溶解并通过膨胀的海藻酸钠膜扩散到纤维表面，结果表明海藻酸钠、尿素、酒石酸铵的用量和蒸煮时间对喷墨印花羊毛织物的显色率均有影响。An等[13]开发了一种蛋白酶和海藻酸钠（SA）的新型环保复合工艺，用于毛织物喷墨印花前处理，如图7（A）未经处理的；（B）蛋白酶处理；（C） SA处理；（D）蛋白酶-SA混合处理，所有织物以 600 dpi分辨率打印，在102℃蒸汽中蒸10分钟，用2 g/L皂洗剂洗涤，通过FESEM、XPS和润湿性分析，发现大部分羊毛鳞片被蛋白酶去除，SA在新形成的纤维表面形成均匀致密的膜，亲水性更强，接触角为70.1°，润湿时间为3.5 s，经蛋白酶-SA处理的羊毛织物表现出良好的耐洗耐摩擦牢度和强度，结果表明，蛋白酶与SA的结合大大提高了活性染料的喷墨印花性能，降低了活性染料的强度损失。

图7 扫描图像的数字印刷羊毛样品

（二）接枝聚合法

接枝聚合就是在聚合物的分子链上产生接枝点，在一定条件下与接枝物反应结合。彭勇刚等[14]选择高碘酸钠对棉织物进行选择性氧化反应，接着立即用壳聚糖溶液处理，制得壳聚糖接枝氧化棉织物（CGCF）。壳聚糖接枝氧化棉织物的反应如图8所示，壳聚糖与棉织物之间产生牢固的化学键交联，发现交联后染色织物 K/S值增大即颜色深度提高，但织物断裂强力逐渐降低。刘倩[15]采用预浸单体，再经等离子体照射的方法将二甲基二烯丙基氯化铵接枝到涤纶织物上，接枝后的丙纶无纺布对酸性红染料的结合量可达到151.4 μg/cm2。

图8 壳聚糖接枝氧化棉织物的反应

四、织物印前处理的应用

随着我国社会经济的发展和纺织技术的不断进步，我国织物在产量上、功能上、种类上不断增加，加上织物印前处理后，织物会染上色彩绚丽的图案，处理后的织物还会有抗菌性，力学性能也会增加，这在包装、医疗、装饰等领域也有了很好的应用前景。

（一）包装领域

随着社会的发展，不少织物包装代替传统塑料包装。塑料包装的环保性和纸包装的耐用性与织物包装相比，印有绚丽图案制作的绸袋、绸盒，不仅新颖美观，还富有艺术性，促使消费者消费。90%的零售食品，除了中低档商品还使用纸质包装外, 中高档产品将全部用纺织品包装[16]。开发防伪包装纺织品也已经成为潮流，将荧光防伪性能的表面涂层嫁接到织物上，采用这种方式制作防伪包装纺织品，保护消费者合法权益，拓宽纺织品应用领域。

（二）医疗领域

含有壳聚糖预处理后的织物不仅在印刷上有很好的显色效果，而且具有良好的抗菌效果，如：抗菌类的床单、床帘，不仅色彩鲜明，还具有抗菌性，减少人们患部分感染病的概率；对于医护人员来说，他们的工作服可以添加抗菌免疫功能，当然抗菌面料对降低感染效果暂未获得充分证明, 还需进一步的临床试验来明确。

（三）装饰领域

如今人们越来越重视生活品质，对装饰要求也越来越高，纺织品在生活中也是必不可少的。如桌布、地毯、床帘等具有独特色彩和丰富的图案，可以烘托氛围，也可以根据消费者需求印染消费者喜爱的图案。有些上浆提高织物柔软性，聚合法提高织物耐磨性，织物印前处理可以大大提高印染效果，满足消费者消费水平。

五、展 望

随着人们生活水平的提高，纺织品的环保功能和健康越来越受到人们的重视，我们相信纺织品印前处理在不久的将来会成为一种时尚，图案丰富健康环保的织物在日常生活中将成为人们的主要选择。随着科技的进步、表面处理技术的发展，相信会有大批量安全环保的生产处理方法对纺织品数码喷墨前进行处理，提高纺织物印花质量。