气相转移印花法1.doc

气 相 转 移 印 花 法
刘乃全
气相转移印花法又称升华转移法或热转移法。其工艺过程为: 纸张的准备 ; 将分散染料调制成印墨 ; 将印墨印到纸上形成图案 ( 此纸叫转移纸 ): 将转移纸与被印织物在热转移机上通过热压 , 使分散染料升华而转移到被印织物上.
气相转移印花法特别适用于涤纶针织物 ; 它能印制其他印花方法无法印制的艺术性高 ; 轮廓精细、层次多的、类似于照相一 样的图案。转移纸可以存放,随时使用 , 适应性强,可做衣片和小批量生产. 气相转移法在转移后不需要进行洗涤等后处理 , 无污水和污染问题, 能量消耗低。在转移前可剔除有疵点的转移纸,从而减少印花疵布。销售灵活 , 根据市场需要灵活生产 ,印花布的库存量可减少, 而且培养操作工人也较容易。
但是 , 气相转移印花法纸张的消耗量大 , 成本有所提高 , 废纸处理麻烦。气相转移法用的分散染料 , 其升华牢度较差 , 不适用于需高温定褶的服装.印深浓色花纹也有一定局限性。适用的纤维品种不多 , 以涤纶和三醋酯纤维织物为主. 分散染料的利用率也不高,而且无法进行防染和拔染印花.
( 一 ) 气相转移法用的分散染料
气相转移法用的分散染料在转移时必须升华。升华牢度越差的分散染料,升华性能越好。转移印花用的分散染料必须在小于纤维软化点的温度以下升华。升华温度一般在 150 -220 ℃之间。 分散染料对转移用的纸张应没有(或有很小)亲和力;而对合成纤维却具有较高亲和力,且具有足够的日晒和湿处理牢度.拼用的染料需具有相同的气化速率。染料的得色量高,在 210 ℃、30S转移条件下 , 在涤纶织物上的上染率最好能达到90% .染料的温度--转移率曲线和染料的转移时间--率曲线都应选用平坦型的。

B
用于转移印花的分散染料主要是单偶氮及氨基惠酶结构的染料。分散染料在受热时的相图如图11-6所示.
压强 /Pa

A

温度 /K
图 11-6 分散染料的相图
OA-升华压强曲线 OB-溶融压强曲线
OC-蒸气压曲线
图 11-6的O点如是染料的固相,液相和气相共存的三相点.OC是分散蓝BCN(Latyl Blue,C.I.Disperse Blue 56)及分散黄3G(Latyl Yellow C.I.Disperse Yellow 54)的曲线.
OˊCˊ是分散红FB(C.I.Disperse RED 54) 的曲线.
分散染料的相图说明,分散染料在加热时并非都是从固相升化成气相,在某外界压强以上时,现熔融,然后在气化的;在此压强以下,染料直接气化.降低压强可使升化温度和液态染料蒸发,气化温度降低.
分散染料的升化温度很大程度上取决于染料的相对分子质量和极性基的多少.适用于升华转移的分散染料其相对分子质量在250-400之间,一般低于350没有明显的界限.因相对分子质量小的染料如含有极性基,其升化速率反而比相对分子质量大的染料小. 染料分子中不宜含有较多的极性基团,如-NO,-CN,-SO2R等.到目前为止, 染料的分子结构与转移印花的适用性之间的关系还未彻底弄清楚.
经测试, 分散染料的蒸气压与转移率之间具有线性关系.
目前染料厂供应转移印花用的染料按3Os 热压下 , 转移率达到 90% 所需的温度分成高能、中能、低能三类 :拼色时即要考虑到能级 , 更要注意到在热转移时,由于条件变化色相是否相同的问题.例如 ,高能级的蓝色染料在热压3Os和60s达到90% 转移率, 所需的温度分别为 250 ℃和180 ℃ , 而中能级的橙 A 染料则分别为 225℃和217℃ , 橙B染料为 225 ℃和 l60℃ ( 见图11-7) 。如果将此三种染料在不同温度热压3Os转移率作图,则得图11-80 .用橙A染料与蓝色染料拼色, 如热压条件有些变化,因转移率不一致,织物上的色相便不一样.如果用橙B染料与蓝色染料相拼, 因具有相似的转移率而在不同 条件下热压, 其色相几乎不变。所以 , 拼色染料的升华速率要基本接近 , 最好用同一能级的染料 , 以免在转移印花机上辊筒横向温度稍有差异时造成织物左中右色差。
252
90

转移温度/

170
30
190 200 210 220
转移温度 / ℃
热压时间 /s

30
60

图11-8 转移温度与转移率的关系

图11-7 90% 转移率的热压时间与转移温度的关系
转移印花用的分散染料.一般都是不含润湿剂和分散剂的纯染料,最好不含有染料的副产品. 以免降低鲜艳度. 转移印花专用染料是采用溶剂对分散染料进行提纯而得的无稀释剂和分散剂的染料. 分散染料锦纶和二醋酯纤维上的湿处理牢度都不够理想.染料的上染性能则因纤维而异,大致的次序为:锦纶短纤维>涤纶短纤维>腈纶、二醋酯纤维和维纶.目前三醋酯纤维及涤纶织物多用分散染料进行转移印花。腈纶织物可以用硫酸铵前处理,再用三芳甲烷结构的游离碱形式的阳离子染料进行升华转移,但水洗及门晒牢度较常规印花法差。
染料印墨印在纸上的厚度仅为2µm
(二) 转移印花用的基质
用作升华转移印花的基质有纸张、金属, 以纸最常用。转移印花用纸需要有足够的强度 , 在高温时不发脆 , 在经受 200℃、 30S 或更长时间的转移处理后,仍保留一定的强度,且在热处理时收缩性要小。分散染料除对纸张 的亲和力应低外,染料转移时在纸张内的扩散速率应小。纸对染料的转移要没有阻碍。用作转印用的纸张, 最好经高压轧光,增加纸张的致密度并获得光滑的表而。纸张需具有一定的透过性,使油墨或其他施加物能透过并到达纸的表而层,但渗透性不宜过高,否则将影响图案的清晰度和染料向织物的转移 , 并易于使气化染料透过纸张。一般推荐使用 55-80g/m2( 常用 55/m2)的有光纸.
( 三 ) 转移印墨
转移印花用的印墨是用预先经过研磨或三辊研磨机粉碎成微细颗粒的分散染料 , 再加粘着剂研磨而成。印墨分为水分散型和溶剂分散型两类 , 后者又分为醇分散型和油分散型两类。印墨的类型根据印刷方法确定 , 例如平版印刷用油分散型 , 凸版印刷则用水分散型或醇分散型 , 筛网印花常用水分散型或醇分散型。
在印墨中,分散染料分散在水相或溶剂相中。印墨中的树脂用作分散染料在纸上的粘着剂 , 还可加入添加剂聚乙二醇,以提高转移率
分散染料研磨如不充分,转移纸上会出现色点及条花,但也不宜磨得过细,否则会增加染料的絮凝作用,有利于染料粒子在印墨介质中溶解,导致在贮藏和使用 过程中再结晶。
水分散型的分散介质是水 , 使用的粘着剂是水溶性的原糊 , 如海藻酸纳糊。醇分散型的分散介质是甲醇,乙醇、正丁醇、异丙醇、异丁醇、乙二醇等 , 使用的粘着剂是纤维素醚等 , 如乙基纤维素。分散染料必须难溶于分散介质中 , 以免造成染料溶解、再结晶等。溶剂分散型印墨的分散介质是有机溶剂。
印墨中的分散染料与粘着剂的比例婴适当 , 粘着剂用量多 .覆盖染料的能力强 , 但妨碍染料的气化.分散染料与粘着剂的比例是 2:1.使用的粘着剂以低含固量的高粘度物质为好。
粘着剂或原糊在纸上干固后便形成厚的浆膜,阻止染料向外扩散 , 因此影响转移率。使用四种糊料 , 以不同的染料与糊料比 , 将转移印花 (Sublaprint) 蓝 70032( LBH) 染料制成印墨印花后 , 测定其初始上染率 , 发现在染料与糊料比较高时 , 某初始上染率基本接近 ,与原糊种类元关。但当染料与糊料比下降时,有些原糊会使初始上染率也随之下降,说明糊料对染料有一定的亲和力 , 使染料留在纸上的量增加 !(图11-9).

l5

l:1

1:3
2:l

染料与糊料比例

图11-9 在 200 ℃时印墨中转移印花 {Sulaprint} 蓝 70032(LBH)与糊料比对初始吸着率的关系
――骤乙烯醇缩丁醛 一一乙基纤维素 ――醋酯纤维素 ――羧甲基纤维素

l:2

( 四 ) 转移纸的印刷方法
以气相转移的转移纸 , 印染厂可以自己印制 , 也可由印刷厂来印制。印制方法有凹版印刷、胶版印刷 (凸版印刷 ) 、平版印刷、筛网印花、喷墨印花、激光打印等数种。印染厂常用平网、圆网、喷墨印花法印制。

( 五 ) 热转移机
热转移就是在加热情况下将转移纸上的染料气化而转移到织物上去的过程. 热转移的设备有间歇式和连续式两种,每种又可分为普通转移和真空转移两种。间歇式转移主要用于服装类和装饰布的印花。
1,间歇式平板热压转移机
这类机器的结构有的简单 , 有的可以制成有输送带转动供料平台的结构比较复杂的机器。机上设有平台,台上铺设转移纸和被转移的织物。上面有一个可以起落的热板,热板温度保持在 180-220 ℃之间,温度必须均匀。转移时,热板下压,使转移纸力加热,染料便气化转移到与转移纸紧密接触的织物上。转移时间为 15- 30S, 能自动控制 , 到时间后热板向上升起。转移纸和织物可以人工铺设,也可以由输送带按时自动送入热压机内. 其机构如图11-10 所示。

2. 连续式转移印花机
连续式转移印花饥 由加热辊筒和耐热的循环毯子组成。转移纸的正面与被印织物的正面相帖进入热辊简与毯子之间,循环毯子使其产生压力,使转移纸和热辊筒相紧贴 ( 图11-11). 在织物和毯子之间有一层衬纸。衬纸可以是全幅或仅在织物的两边, 它的作用是防止转移纸两边的印墨在毯子上沾污。加热辊筒的表面温度必须均匀一致,以满足染料的转移率相同,防止产生色差. 加热的方式有电加热、油载体加热和煤气加热,效果较好的是在加热辊筒的壳体内部加热载体如导热油或联苯和二苯隧的混合物,当剩余空气抽尽并将辊筒密封后,内加热使热载体沸腾,蒸汽在内表而冷凝,冷凝热的释放提供了均匀高速的热传导并保证整个加热辊筒表面温度均匀。循环毯子是用芳纶制成的(特氟隆) 其软化点在 350 ℃以上。

图11-11 连续式转移印花机示意图
连续式转移印花机的车速取决于加热辊筒的直径和织物与加热辊筒的紧贴程度。涤纶常在210 ℃ 时转移30S 或 230 ℃时转移10S, 直径为 lm 的加热辊筒车速约4m/min, 直径为2 m的约为8m/min,目前有的转移设备最高车速可达20m/min .
3. 真空转移机
平板热压转移机及连续式转移机都可以抽空使转移时的压力低于大气压,从而降低转移温度,提高印透性和转移率,织物的手感也可改善。例如 ,在连续转移机上, 用一表面多孔的辊简代替加热辊筒,多孔辊筒内部抽真空,运转时,织物与转移纸被多孔辊筒吸住就不需要再用毯子,多孔辊筒外面是一红外线加热器,其表面温度可以控制。图 11-12 是真空转移印花机的示意图

1

3

图 11-12真空转移印花机的示意图
l-- 转移纸 2 --使用过的转移纸 3 --红外线加热器

地毯转移印花时,一般宜用真空转移法,它可以避免地毯绒毛压瘪和染料转移率低的缺点, 但需用真空度高的设备,以降低转移温度和转移时间,还可使用蒸气压较低的分散染料以利于提高其湿处理牢度。真空度可达 67 ×102Pa(5OmmHg), 一般织物为80 ×102Pa(6OmmHg). 根据分散染料的相图(图 11-6), 转移温度的降低程度取决于真空度的大小. 平板热压机的真空转移设备比较简单,用多孔台板代替普通台板,真空度为27×102Pa(2OmmHg) 或小于27×102Pa(2OmmHg).
转移印花的工艺条件主要取决于被印的纤维材料和转移时的真空度。在大气压力下转移时,各种纤维材料转移的温度和时间大致如下 :
涤纶织物 2 00 -225 ℃ 35-10 S
变形涤纶织物 195-205 ℃ 30 S
三醋酯纤维织物 190-2 00 ℃ 40-30 S
锦纶织物 190-200 ℃ 40-30
在真空度为80 ×102Pa(6OmmHg) 的真空转移机上转移,其转移温度可比在大气以下转移的降低 30 ℃ .涤纶织物甚至可在 160℃以下转移.
(六) 分散染料气相转移的机理
在气相转移印花中,染料从转移纸向纤维转移的机理如图11-13所示.
油墨 空气间隙 织物
转移纸

纤纬
图11-13 气相转移机理示意图

1 –油墨中染料气化而成气体 2--染料气体分子从空气间隙向织物扩散
3 –染料分于在织物内部空隙扩散 4—染料分子被纤维吸附 5—染料分子在纤维内部扩散
6—染料分子从纤维内部向纤纬外层扩散 7—染料分子从纤维上解吸
转移前转移纸上的印墨层厚度大约在10µm以下。转移时, 转移纸背面加热,使转移纸、印墨和织物的温度很快升高,达到与加热辊筒表面相接近的温度.当温度升高时,染料气化,染料蒸气压升高,染料蒸气在转移纸和织物间的空隙里扩散,在纤维上发生吸附并向纤维内部扩散,直到和纤维上染料蒸气压平衡为止.
若染料的颗粒足够小 (〈 10μm〉, 染料的气化速率不受颗粒表面能的限制,染料的蒸气压随温度的升高而增加。如表 11-2 所示。
表11-2 某些分散染料在各种温度下的蒸气压
分散染料
在各种温度下的蒸气压/10-3Pa
180℃
190℃
200℃
210℃
220℃
230℃
24O℃
250℃
260℃
C.I.分散黄54
2
4
9
18
34
一
133
239
289
C.I.分散红60
17
36
63
142
231
462
892
1350
1990
ci分散蓝56
8
14
22
31
50
97
136
187
285

设染料蒸气呈理想气体状态,染料到达单位面积基质的速率 (g.m2.S-1)可按下式计算
M
速率 =P(------) ( 11- 3 )
2πRT

式中 :M 为染料的相对分子质量 ; P 为蒸气压( 以大气压计); T 为热力学温度 ;R为气体常数 , 即 0.0819.L.atm.K-1mOl-1 它们的浓度 cg(g/L) 可按气体方程计算而得
PV = n R T ( 11- 4 )

nM
Cg = ------- ( 11- 5 )
V

PM
Cg = ------- ( 11- 6 )
RT
表 11-2 中三个染料在 210 ℃的饱和浓度为 :
C.I .分散黄54 0.107 × 10-3 g/L
C.1.分散红60 1.164 × 10-3 g/L
C.I.分散蓝56 0.263 × 10-3 g/L
由此可见,染料的饱和浓度在10-3—10-45/L 之间。染料气体分子到达纤维表面,就发生上染, 平衡时,符合:
Cf
-Δμº = RTln----- ( 11-7 )
Cg

Cf 为染料在纤维上的浓度(g/L), 而染料在纤维中和染料在气相中的分配系数(Kf) 为 :

Cf
Kf = ----- ( 11-8)
Cg

聚酯纤维的 cf 约为 10-100g/L 。所以,在 210 ℃时 ,Kf 值在 104-106的数量级之间. 这个数值较分散染料在水溶液中染色时大得多. 因此,一旦气化染料同纤维接触,染料便能很快地被纤维表面吸附。
染料分子在 0.lMPa(latm) 气相中的扩散系数较大 (10-l-10-2cm2/s),故一旦出现浓度梯度,染料即从纤维表而向纤维内部扩散。每一染料在纤维中的扩散系数很大程度上取决于温度,符合阿累尼乌斯公式. 分散染料于210℃在聚醋纤维中的扩散系数(Df) 约在 10-8cm2/s 数量级。温度每提高10℃,扩散系数约增加一倍.而染料的扩散系数在纤维相同的条件下,主要取决于染料的分子结构。一些染料的扩散系数与得色率的数据见表11-30.
要使染料有良好的转移性能,应有较高的蒸气压和扩散系数。但作为一个理想的分散染料,不仅要有好的转移性能,还应有较好的牢度。为此 , 蒸气压和扩散系数必须适当,蒸气压太高则升华牢度下降。根据实际研究,有人提出一个转移印花用分散染料的各项指标范围,对涤纶来说,它们为 :
蒸气压 (200℃) 5 ×10-2-- 5×10-3Pa
Df(200℃) 2.2 × 10-8- 6.O × 10-8cm2/s
升华温度 170~230 ℃
相对分子质量 〈 400
表11-3一些染料的扩散系数与得色率之间的关系
染料的化学结构
相对分子质量
200℃的Df/cm2.s-1
200℃、30S的得色率/%

242
5.3 x 10-8
84

329
2.5 x l0-8
77

298
2.2 x 10-8
46
针织物转移印花时宜采用真空转移。因为当转移时的压强从10 ×104Pa (760 mmHg) 降低到 80 × 102pa(60mmHg)时,转移所需时间约可降低到原来的 1/5 。所以真空转移就可采用较低温度、较长时间的转移条件,使针织物获得较好的印透 效果和柔软的手感.
( 七 ) 转移温度和转移时间
转移温度影响到印花均匀性、印透性、染料的转移率和织物的子础。从染料在纤维中的扩散来说,提高温度可提高扩散系数。从这点说,温度越高越好,但温度的提高受到纤维性质的制约。聚酶纤维的软化点为 230 ℃左右 , 熔点为 255- 260 ℃ , 因此转移温度最高不宜超过 230 ℃ , 最适宜的温度为 200 -225℃ 。转移温度高 , 织物手感硬。在转移温度下 , 宜选用高蒸气压的染料 , 且在不同温度下的蒸气 压变化要小些 , 以便一旦转移温度有变化时色泽的改变较小。
转移时间与转移温度有关。最佳转移时间是指在指定温度下以最短时间获得 所需的染料转移率。转移时间还与印墨中的染料浓度成正比。在 210 ℃时,多数染料需要 3Os的转移时间。

(八) 热转移油墨配方
配方---1
分散染料 : 16 - 17 % ---⑴ ⑴ + ⑵ 混合球磨40-50小时
异丁醇 : 40 % ---⑵
甲 醇 : 40 % ---⑶ ⑶ + ⑷ 混合搅拌均匀
聚乙烯醇缩丁醛 : 3–4 % ---⑷
稀料配方 :
聚乙烯醇缩丁醛 (PVB:23 S -25S) 4–5 %
甲 醇 96 %
例如: 300KG 油墨 稀料
分散染料 : 50 Kg 甲 醇 120 Kg
异丁醇 : 120 Kg 聚乙烯醇缩丁醛 5-6 Kg
甲 醇 : 120 Kg
聚乙烯醇缩丁醛 : 10 Kg

配方---2
水性墨
分散染料 : 20 %
粘结剂 : 40 %
水 : 40 %
粘结剂 : 甲基纤维素(MC) 羟丙基甲基纤维素(HPMC) 等
分散染料 : ( 200-400目,强度 100 )
3B红(品红,桃红) C.1.分散红60
普蓝 C.I.分散蓝56
嫩黄 C.I .分散黄54