蚕丝_粘胶交织物表面改性对喷墨印花效果的影响.pdf

印染（2024 No.3）蚕丝/粘胶交织物表面改性对喷墨印花效果的影响杨海贞，马闯，胡亚雯，周泽林，彭苏杭()中原工学院 纺织学院，河南 郑州 450007摘要：为提升墨滴在蚕丝/粘胶交织物表面的颜色性能及清晰度，采用羧甲基纤维素钠（CMC）、海藻酸钠（SA）对蚕丝/粘胶交织物进行改性处理。探究了CMC及SA对织物改性效果的影响，测试了不同工艺下改性织物表面的墨滴铺展面积和颜色性能，并通过扫描电子显微镜、红外光谱和接触角仪对改性前后织物的表观形貌、化学结构和润湿性能进行了分析。结果表明，经过CMC+SA改性后，青色和品红色墨滴铺展面积分别减小到148.1 mm2和199.6 mm2，青色和品红色块的K/S值分别提升了8.4和11.4，表明CMC与SA填充了纤维间的孔隙，织物的润湿性增加，有效抑制墨滴在织物表面的扩散，增加了活性染料与纤维共价结合的可能性，进而改善了喷墨打印图案的效果。关键词：喷墨印花；羧甲基纤维素钠；墨滴铺展；蚕丝/粘胶交织物；活性染料中图分类号：TS194.434文献标志码：BDOI：10.3969/j.yinran.202403021Effect of surface modification on inkjet printing of silk/viscose mixtureYANG Haizhen,MA Chuang,HU Yawen,ZHOU Zelin,PENG Suhang()School of Textile,Zhongyuan University of Technology,Zhengzhou 450007,ChinaAbstract:In order to improve the color performance and clarity of ink droplets on the surface of silk/viscose mixture,sodium carboxymethyl cellulose(CMC)and sodium alginate(SA)are used to modify the silk/viscose mixture.The effects of CMC and SA on the modification effect of the fabric are investigated,and the spread areaand color performance of ink droplet on the surface of the modified fabric are tested under different processes.The apparent morphology,chemical structure and wettability of the fabric before and after modification are analyzed by scanning electron microscopy,infrared spectroscopy and contact angle instrument.The results showthat after CMC+SA modification,the spreading area of blue and magenta ink droplets decreases to 148.1 mm2and 199.6 mm2,respectively,and theK/Svalues of cyan and magenta blocks increase by 8.4 and 11.4,respectively,indicating that CMC and SA fill the pores between fibers,increasing the wettability of fabrics,effectivelyinhibiting the diffusion of ink droplets on the surface of the fabric,increasing the possibility of covalent bindingbetween reactive dyes and fibers,and thereby improving the effect of inkjet printing patterns.Key words:ink jet printing;sodium carboxymethyl cellulose;ink droplet spreading;silk/viscose mixture;reactivedye蚕丝是目前最常用的天然纺织品之一，因其质地轻、光泽优雅、耐热、吸湿性好、透气性好等优点1-2，广泛用于制作高端服装和床上用品。在对蚕丝织物进行喷墨印花时发现，由于蚕丝织物的强吸收性和粗糙度，活性染料墨水可能会扩散过度和不均匀，从而影响打印的准确性和颜色性能3-4。因此，如何控制喷墨印花质量引起了广泛关注5-7。LIU等8发现羟丙基甲基纤维素（HPMC）优异的水溶性缩短了预处理溶液的制备时间，有效提高了蚕丝织物喷墨打印的效率。LI等9发现，墨水液滴在织物上的铺展和扩散受到表面改性剂的表面能、吸水能力和毛细管分布的影响，而尿素有利于墨水从表面改性膜渗透到蚕丝纤维内部。XU等10采用大气等离子体射流与纳米壳聚糖相结合的新技术，制备了一种抗菌喷墨印花蚕丝面料，液滴在改性蚕丝表面的渗透时间仅为未处理时间的1/12；此外，织物颜色深度也得到了改善。针对喷墨印花丝织物中颜色浅、图案边缘轮廓清晰度差等问题，本文采用海藻酸钠（SA）、羧甲基纤维素钠（CMC）、CMC+SA对蚕丝/粘胶交织物改性，分析了织物表面物理性能和化学成分变化对成像机理的影响，为CMC+SA在蚕丝/粘胶交织物喷墨印花预处理中的应用提供一定的理论参考。1试验部分1.1织物、试剂与仪器织物蚕丝/粘胶交织物（五枚三飞经面缎纹，经向收稿日期：2023-11-01；修回日期：2024-03-01基金项目：河南省科技攻关项目（222102230065）；中原工学院青年人才创新能力基金项目（K2020QN003）；国家级大学生创新创业训练计划项目（202210465036）；国家级大学生创新创业训练计划项目（202310465017）。作者简介：杨海贞（1989），女，讲师，博士，硕士生导师，主要研究方向为纺织品清洁染整技术。E-mail：。62蚕丝/粘胶交织物表面改性对喷墨印花效果的影响印染（2024 No.3）50D/24粘胶，纬向3/20/22D桑蚕丝，55 g/m2，吴江市飞丝纺织有限公司）试剂尿素、NaHCO3（山东优索化学科技有限公司），聚丙烯酰胺（PAM）、羧甲基纤维素钠（CMC）（工业级，天津市科密欧化学试剂有限公司），防染盐S（麦克林生化科技有限公司），墨水（杭州宏华数码科技股份有限公司），海藻酸钠（SA）仪器FA2204B电子天平（上海越平科学仪器有限公司），GP-560H phenom台式扫描电镜（昆山高品精密仪器有限公司），Tensor 37型红外光谱仪（德国布鲁克公司），H-TS-III汽蒸机（天津华谱合力科技有限公司），Reacolor轧车（厦门瑞比机械有限公司），CA100D型接触角测量仪（上海盈诺精密仪器有限公司），Y571L染色摩擦色牢度仪（德恩斯仪器科技有限公司），Datacolor SF600型测色仪（美国Datacolor公司），YG065H-250型织物强力机（苏州康洋自动化有限公司）1.2蚕丝/粘胶交织物的表面改性配制预处理液：1%SA、1%CMC、1%CMC+SA（质量比1 1），1.5%防染盐S，2%NaHCO3，8%尿素，87.5%水。以一浸一轧的方式浸轧到蚕丝/粘胶交织物上，带液率保持在80%90%，80 烘干备用。1.3墨滴铺展及织物后处理使用接触角测量仪在蚕丝/粘胶交织物上30个不同位置滴5 L的青色和品红色墨水，然后在102 饱和蒸汽中汽蒸10 min，经洗涤去除浮色，80 干燥待用。1.4活性染料喷墨印花喷墨印花：在蚕丝/粘胶交织物上打印青色和品红色块（100%填充，分辨率为720 dpi 720 dpi）。后处理：102 汽蒸10 min，水洗后80 烘干。1.5测试与表征1.5.1墨滴铺展面积使用Image J图像处理软件测试30个青色和品红色墨滴的扩散面积，并计算平均值。1.5.2颜色参数通过Datacolor SF600型测色仪测量色块的K/S值和颜色指标，测8次，取平均值。试验条件：D65光源，10视角，孔径6 mm。1.5.3表面形貌观察使用GP-560H phenom台式扫描电镜对纤维表面结构进行观察。1.5.4红外光谱分析采用Tensor 37型红外光谱仪对蚕丝/粘胶交织物进行表征。1.5.5润湿性测试利用CA100D型接触角测量仪拍摄10 s内液滴在蚕丝/粘胶交织物表面的形状，测试接触角。1.5.6色牢度测试按照GB/T 39202008 纺织品 色牢度试验 耐摩擦色牢度 和GB/T 39212008 纺织品 色牢度试验 耐皂洗色牢度 进行测试。1.5.7断裂强力测试按照GBT 3923.12013 纺织品 织物拉伸性能 第1部分：断裂强力和断裂伸长率的测定（条样法）进行测试。2结果与讨论2.1墨水在织物表面的铺展扩散采用SA、CMC和CMC+SA分别对蚕丝/粘胶交织物进行改性处理，并在改性前后的蚕丝/粘胶交织物上滴5 L青色墨水和5 L品红色墨水，测试其铺展面积，观察不同改性剂对墨滴扩散行为的影响，结果见表1。表1不同改性剂对墨滴铺展面积的影响Table 1The effect of different modifiers on the spreading areaof ink droplets改性处理未改性SACMCCMC+SA青色墨滴铺展形状铺展面积/mm2汽蒸前391.5219.2155.7153.6汽蒸后373.4211.8150.9148.1品红色墨滴铺展形状铺展面积/mm2汽蒸前485.8287.6232.1208.0汽蒸后464.6279.3224.2199.6由表1可以看出，汽蒸前，青色和品红色墨滴在未改性蚕丝/粘胶织物上铺展的面积最大，墨滴在织物上铺展形状的轮廓线较模糊，沿经纬方向的渗透较为明显4,11。经SA、CMC和CMC+SA改性后，墨滴的铺展面积减小，其中CMC+SA改性效果最好，青色和品红色墨滴的铺展面积分别减小到148.1 mm2和199.6 mm2，说明CMC和SA协同作用，有效阻止了墨滴沿织物经纬向的扩散，使墨滴形状从最初的十字形逐渐趋近于圆形。此外，与汽蒸前织物比，汽蒸后织物的铺展面积变小。主要是由于在汽蒸过程中，饱和蒸汽提供了热量和水分，导致纤维吸湿溶胀，迫使更多的活性染料分子渗入纤维内部，进而与纤维共价键结合12。另外，可能是由于织物组织结构是五枚三飞经面缎纹，其浮长线较长，使得墨水与织物之间的有效接触面积增加，进而有利于控制染料分子在织物表面的运动，减小墨滴在织物上的铺展面积13-15。63印染（2024 No.3）2.2润湿性能按1.5.5节工艺对织物的润湿性进行测试，发现未改性的蚕丝/粘胶交织物接触角为19.7，经SA、CMC和CMC+SA改性后，蚕丝/粘胶交织物的接触角分别减小到10.2、15.4和13.9。与未改性织物比，CMC+SA改性织物的润湿时间减少，表明CMC+SA改性的蚕丝/粘胶交织物的表面润湿性能提升，与墨滴的扩散模式相呼应。这主要是由于CMC和SA中含有大量的羧基和羟基，这提高了织物的保水性16-17，使得墨滴能够以相对较小的渗透面积渗透到织物内部，更多的活性染料分子与纤维共价键结合，使得蚕丝/粘胶交织物的色深增加。2.3喷墨印花织物的颜色效果图1为不同改性处理的喷墨印花蚕丝/粘胶交织物的K/S值曲线。.6#KQP6$&0&0&6$（a）青色.6#KQP6$&0&0&6$（b）品红色图1不同改性处理的喷墨印花蚕丝/粘胶交织物的K/S值曲线Fig.1 K/S value curves of inkjet printed silk/viscose mixture withdifferent modification treatments从图 1 可以观察到，以青色为例，SA、CMC 和CMC+SA改性织物的K/S值高于未改性织物，表明改性织物的表观色深有了显著改善，其中，CMC+SA改性织物的颜色最深。原因是CMC+SA在蚕丝/粘胶交织物表面形成薄膜，填充了纱线与纱线之间的孔隙，以及纤维之间的毛细管孔隙，从而抑制活性染料墨水在纱线上的进一步铺展和扩散15,18，迫使更多的染料分子吸附在纤维表面，从而改善喷墨打印织物的颜色深度。品红色块也表现出相同的规律，CMC+SA改性后织物表观颜色深度增加。进一步测试改性前后喷墨印花蚕丝/粘胶交织物的颜特征值，结果见表2。表2 不同改性处理的喷墨印花蚕丝/粘胶交织物的颜色特征值Table 2 Color characteristic values of inkjet printed silk/viscosemixture with different modification treatments墨水青色品红改性剂未改性SACMCCMC+SA未改性SACMCCMC+SAL*43.0436.0731.2331.0541.1131.3929.3627.34a*-20.12-16.02-12.51-12.4833.1240.8832.632.75b*-20.33-22.66-22.84-26.79-2.754.595.725.12C*28.6025.8726.0431.2233.2441.1433.133.15h225.29241.15241.28239.12355.256.419.958.88由表2可知，以青色为例，与未改性织物相比，SA、CMC和CMC+SA改性后，蚕丝/粘胶交织物的亮度值L*降低，a*值增加，b*值降低，饱和度C*值增加，表明改性蚕丝/粘胶交织物喷墨印花亮度下降，偏绿光减少，偏蓝光增加，亮度增加。观察喷墨印花图案也发现，与未改性的织物相比，经过SA、CMC和CMC+SA改性处理的织物，喷墨印花效果显著提升。其中，CMC+SA改性织物具有最佳的喷墨打印效果。原因是CMC和SA增加了蚕丝/粘胶交织物的表面亲水性，促进了活性染料墨水向纤维的渗透，使更多的染料分子与纤维共价键结合，提高了喷墨打印的色深和清晰度18-19。2.4表面性能分析2.4.1表面形貌图2为SA、CMC和CMC+SA改性前后蚕丝/粘胶交织物的形态变化。DE6$F&0&G&0&6$图2不同改性处理后蚕丝/粘胶交织物的SEM照片Fig.2SEM images of silk/viscose interwoven fabric after different modification treatments64蚕丝/粘胶交织物表面改性对喷墨印花效果的影响印染（2024 No.3）由图2可知，未改性的蚕丝/粘胶交织物中纤维表面光滑。经SA、CMC和CMC+SA改性后，织物表面的粗糙程度不同，其中CMC+SA改性织物形成的薄膜结构较明显，减缓了活性染料墨水的铺展速度，增加了纤维局部的染料含量，在汽蒸过程中，更多的活性染料大分子随着水分子向纤维内部渗化，进而增加了蚕丝/粘胶交织物的颜色深度，使喷墨印花图案边缘轮廓线更清晰17,19。2.4.2化学结构为了研究不同改性剂对蚕丝/粘胶交织物化学成分的影响，采用红外光谱法对蚕丝/粘胶交织物表面的化学成分进行分析，结果如图3所示。6$&0&0&6$#FP图3不同表面改性蚕丝/粘胶交织物的红外光谱图Fig.3Infrared spectra of different surface modified silk/viscoseinterwoven fabrics由图3可以观察到，未改性织物在1 695 cm-1处出现蚕丝蛋白酰胺I的拉伸振动特征峰，在1 477 cm-1处出现酰胺II的拉伸振动特性峰，并且在1 151 cm-1处出现酰胺III的平面内变形振动峰。此外，织物在891 cm-1、983 cm-1和3 500 cm-1附近出现的吸收峰，分别对应于NH变形振动峰和OH吸收峰20-21。经SA、CMC和CMC+SA 改性后，1 477 cm-1处的峰强度增加且峰变窄。织物在3 500 cm-1处的羟基OH吸收峰变强，表明活性基团与纤维表面有效结合，也表明SA、CMC和CMC+SA成功吸附在蚕丝/粘胶交织物上。2.5织物的力学性能图4为不同改性处理对蚕丝/粘胶交织物断裂强力的影响。由图4可以发现，与未改性蚕丝/粘胶交织物相比，经过SA、CMC和CMC+SA改性后，蚕丝/粘胶交织物的经向和纬向断裂强力略有提高，但变化不大。这是因为附着在织物表面的聚合物没有被完全清理干净，少量改性剂停留在纤维与纤维之间的缝隙中22，从而导致蚕丝/粘胶交织物的断裂强力稍有提高。但总的来说，影响不大，织物可以正常使用。16$&0&0&6$54图4不同改性剂对蚕丝/粘胶交织物断裂强力的影响Fig.4Effect of different modifiers on the breaking strength ofsilk/viscose mixture2.6喷墨印花织物的色牢度表3为不同改性处理对蚕丝/粘胶交织物耐摩擦色牢度和耐皂洗色牢度的影响。表3不同改性剂处理后蚕丝/粘胶交织物的色牢度Table 3Color fastness of silk/viscose mixture with differentmodifers改性处理未改性SACMCCMC+SA耐摩擦色牢度/级干摩45454545湿摩43.544耐皂洗色牢度/级变色34444棉沾色4454545丝沾色4444从表3可以看出，经SA、CMC和CMC+SA改性后，蚕丝/粘胶交织物的耐摩擦和耐皂洗色牢度与未改性织物没有显著差异，SA改性织物的湿摩擦色牢度下降了0.5级，主要是因为织物的颜色越深，纤维表面和内部存在的活性染料越多。在湿摩擦过程中，更多的活性染料可能会沾染测试织物，导致与未经处理的原织物相比，耐湿摩擦色牢度较低11。但所有蚕丝/粘胶交织物都具有良好的色牢度，满足日常使用要求。3结论（1）羧甲基纤维素钠和海藻酸钠可以提高蚕丝/粘胶交织物喷墨打印的表观色深。与未改性织物相比，CMC+SA改性的蚕丝/粘胶交织物中青色和品红色块的K/S值分别增加了8.4和11.4。CMC+SA改性剂有效抑制了活性染料墨滴在织物表面的扩散行为，在一定程度上提高了喷墨打印图案的清晰度。（2）经SA、CMC和CMC+SA改性后，蚕丝纤维表面的粗糙度增加，织物表面出现连续的薄膜和改性剂的沉积，有效阻止了墨滴的铺展与扩散，使更多的活性染料与纤维共价结合，提高了喷墨印花图案的效果。此外，蚕丝织物的耐摩擦色牢度、耐皂洗色牢度和机械性65印染（2024 No.3）能没有显著变化，可正常使用。参考文献：1YANG T,GUAN J,TANG R,et al.Condensed tannin from dioscoreacirrhosa tuber as an eco-friendly and durable flame retardant for silktextileJ.Industrial Crops and Products,2018,115（5）：16-25.2LU Z,XIAO J,WANG Y,et al.In situ synthesis of silver nanoparticlesuniformly distributed on 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