Nanjiba Nur
W artykule opisano chemię spoiw i ich działanie w druku pigmentowym tekstyliów bawełnianych. Drukowanie materiałów tekstylnych można chyba najlepiej opisać jako sztukę przemysłową, mającą długą historię i pewną przyszłość. Drukowanie na tekstyliach jest najbardziej wszechstronną i ważną metodą wprowadzania koloru i wzoru na tekstylia. W druku pigmentowym nierozpuszczalne pigmenty, które nie mają powinowactwa do włókien, są mocowane do włókien za pomocą środków wiążących lub spoiw. W druku na tekstyliach barwniki lub pigmenty są przenoszone na tekstylia za pomocą past drukarskich. Spoiwa to mechanizm używany do utrzymywania koloru na tkaninie podczas używania pigmentów do drukowania tekstyliów. Wybór spoiw zawsze będzie zależał od wymagań dotyczących ostatecznej trwałości, jak również wymagań dotyczących kosztów procesu. Niniejsza praca przeglądowa kładzie większy nacisk na potrzebę i funkcje spoiwa w druku pigmentowym, a także chemię spoiwa i jego działanie w utrwalaniu pigmentu na podłożu tekstylnym.
Co to jest Binder?
Spoiwa to produkty chemiczne, które wiążą pigmenty z włóknami celulozowymi w tekstylnym druku pigmentowym. Prawie wszystkie spoiwa stosowane w druku pigmentowym na tekstyliach są produktami polimeryzacji addycyjnej. Jest to substancja błonotwórcza złożona z długołańcuchowych makrocząsteczek, które po nałożeniu na tkaninę wraz z pigmentem tworzą trójwymiarową siatkę. W tym celu opracowano również różne spoiwa, co ostatecznie doprowadziło do zastosowania emulsji woda w oleju i olej w wodzie. To znacznie przyspieszyło wykorzystanie pigmentów w druku na tekstyliach, a następnie pigmenty stały się głównymi barwnikami stosowanymi w drukach.
Druk pigmentowy
Obecnie druk pigmentowy jest prawdopodobnie najczęściej i najszerzej stosowaną techniką drukowania tekstyliów. W druku pigmentowym, nierozpuszczalne pigmenty, które nie mają powinowactwa do włókna i są przymocowane do materiału tekstylnego za pomocą środków wiążących w wymagany wzór. Ten opis jest być może zbyt uproszczony, ale oczywiście odróżnia pigmenty od barwników, które są wchłaniane do włókna i tam utrwalane w wyniku reakcji specyficznych dla barwnika. Pasta drukarska jest głównym składnikiem druku, który umożliwia tworzenie predefiniowanych wzorów. Pasta drukarska do druku pigmentowego ogólnie zawiera pigmenty, emulgatory, spoiwa, zmiękczacze, zagęszczacze, środki przeciwpieniące i środek sieciujący.
Druk pigmentowy wiąże się jednak z kilkoma problemami – stosunkowo wysoką temperaturą utwardzania, sztywną ręką i słabą wytrzymałością drukowanych towarów. Wady te są związane z zastosowanym spoiwem. Tak więc, aby poprawić jakość wyrobów pigmentowych, należy poprawić ogólne właściwości spoiw. Najwięcej uwagi poświęcono metodom obniżania temperatury utwardzania, ponieważ proces utwardzania w wysokiej temperaturze nie tylko powoduje marnowanie energii, ale także stwarza ryzyko zniszczenia podłoży, które nie wytrzymują procesów w wysokiej temperaturze.
Klasyfikacja spoiwa i jego funkcja
Ogólnie spoiwa do drukowania na tekstyliach dzielą się na reaktywne i niereaktywne. Spoiwa niereaktywne nie zawierają grup reaktywnych. Ze względu na brak grup reaktywnych nie ulegają one samosieciowaniu podczas utrwalania lub utwardzania. Dlatego dodanie środka utrwalającego jest wymagane w celu utworzenia stabilnej warstwy wiążącej na podłożach. Reaktywne spoiwa zawierają reaktywne grupy zwykle pochodzące z kopolimeryzacji z monomerami, takimi jak N-metyloakryloamid lub podobne związki. Spoiwa te są zdolne do samosieciowania i tworzenia stabilnej błony podczas utrwalania.
Spoiwa są zwykle dodawane do pasty drukarskiej w celu:
Powlekają pigment i umożliwiają drukowanie bardzo drobnych dyspersji,
Chronią pigment przed mechanicznymi otarciami,
Zamocuj pigment do włókien i
Podstawowe właściwości spoiw
Spoiwo stosowane w druku pigmentowym musi mieć określone właściwości. Spoiwo nie powinno ulegać koagulacji pod wpływem sił ścinających działających podczas drukowania. W przypadku koagulacji dochodzi do zapychania się sita i blokowania grawerunków wałków drukarskich podczas samego drukowania. Warstwa wiążąca musi być przezroczysta, o równej grubości, gładka, ani za twarda, ani za miękka. Powinien mieć charakter elastyczny, dobrze przylegać do podłoża, nie kleić się. Powinien mieć dobrą odporność na naprężenia chemiczne i mechaniczne oraz powinien być łatwy do usunięcia z grawerunków na wałkach drukarskich, sitach, tylnych szarościach i obciągach. Wśród tych właściwości jedną można ulepszyć kosztem innych. Dobre spoiwa muszą być bezbarwnymi, bezzapachowymi związkami, które łatwo i płynnie dyspergują w pastach drukarskich bez negatywnego wpływu na lepkość i są łatwe do usunięcia z urządzeń drukarskich, takich jak sita i wałki. Spoiwa powinny tworzyć elastyczne błony, które otaczają cząsteczki pigmentu i przylegają do tkanin bez pęcznienia podczas prania i czyszczenia na sucho.
Spoiwa tekstylne są niezbędne do utworzenia matrycy do uwięzienia cząstek pigmentu i muszą być odporne na działanie sił zewnętrznych, które miałyby tendencję do usuwania pigmentu z podłoża tekstylnego, takich jak pranie lub pocieranie. Spoiwo musi nadawać się do zastosowania i mieć inne właściwości wzmacniające efekt barwienia pigmentu. Ponieważ zabarwienie pigmentu jest efektem addytywnym do podłoża, składniki tego dodatku będą miały tendencję do zmiany odczuć podłoża tkaniny.
Spoiwa do drukowania pigmentowego Fakty
Większość spoiw pigmentowych dostępnych na rynku to kopolimery makrocząsteczkowe, które powstają w procesie polimeryzacji emulsyjnej z monomerów na bazie winylu. Zawierają sekcje hydrofilowe, które czynią je dyspergowalnymi w formulacjach past drukarskich i grup funkcyjnych łańcuchów bocznych, z których niektóre są zdolne do tworzenia filmów w reakcjach sieciowania. Sieciowanie to „klej”, który nadaje strukturę filmom wiążącym, które zamykają, a tutaj pigmenty, w tkaninach. Grupy funkcyjne, które zwykle nie tworzą wiązań poprzecznych, to akrylany metylu, etylu i butylu, akrylonitryl, styren i grupy etylowe, podczas gdy grupy, które reagują tworząc wiązania poprzeczne, to akryloamid, metyloakrylamid, akrylan hydroksyetylu, kwas akrylowy, kwas metakrylowy i Kwas fumarowy. Wiele z tych grup jest hydrofobowych i pomaga zapobiegać pęcznieniu pasty drukarskiej w wodzie.
Zbadano zastosowanie chemicznie modyfikowanego glutenu pszennego jako spoiwa w pastach do druku pigmentowego na tekstyliach, aby właściwości użytkowe wymagane w spoiwach do drukowania pigmentowego na tekstyliach do zastosowań odzieżowych i wewnętrznych można było osiągnąć ekonomicznymi metodami modyfikacji chemicznej. Badania te poprawiły rozpuszczalność w roztworach alkalicznych oraz właściwości techniczne wynikające z chemicznej modyfikacji glutenu do spoiw papierniczych. Gluten pszenny składa się z dwóch nierozpuszczalnych w wodzie białek znajdujących się w mące pszennej, gluteniny i gliadyny. Cząsteczki gluteniny mają konfiguracje liniowe i mogą tworzyć mostki dwusiarczkowe i inne wiązania poprzeczne. Gliadyna składa się z małych kulistych cząsteczek, jest miękka i ma dobre właściwości adhezyjne.
Właściwości odporności na zagniecenia tkaniny z nadrukiem pigmentowym są mniejsze niż odporność na zaprasowanie reaktywnej tkaniny z nadrukiem, ze względu na nierozpuszczalność pigmentów. Odporność na pęcznienie można jednak poprawić, wybierając odpowiednie spoiwo. zbadali, że niektóre nowe przygotowane wodne oligomery (spoiwo) akrylanu poliuretanu na bazie glikolu polietylenowego lub ko-propoksylanu etoksylanu glicerolu o zerowej zawartości lotnych związków organicznych mogą być bezpiecznie stosowane do przygotowania pasty drukarskiej do sitodruku wszystkich rodzajów tekstyliów przy użyciu barwników pigmentowych . Najwyższą intensywność koloru (K/S) uzyskuje się, a właściwości trwałości wahają się od dobrych do doskonałych dla próbek drukowanych z akrylanu poliuretanu na bazie kopropoksylanu etoksylanu glicerolu, niezależnie od rodzaju drukowanej tkaniny. Najniższe K/S uzyskuje się w przypadku stosowania Ebecryl 2002 jako spoiwa handlowego. Spoiwo PUA na bazie PEG2000 daje K/S lepsze niż spoiwo PUA na bazie PEG1000 plus 2000 dla wszystkich rodzajów tkanin drukowanych, chyba że w przypadku wełny drukowanej jest odwrotnie.
Ponownie, odporność tkaniny poliestrowej na tarcie zależy od elastyczności spoiwa, adhezji do materiałów tekstylnych i nierównomiernego rozproszenia pigmentu w paście drukarskiej. Spoiwo było dobrze rozproszone i miało taką samą elastyczność; wyniki te wskazują, że obróbka plazmowa poprawia przyczepność tkanin do pasty drukarskiej, a także spoiwa. Wyniki odporności na tarcie można przypisać lepszej wytrzymałości błony wiążącej tkanin poddanych obróbce plazmowej niż tkanin niepoddanych obróbce. Po obróbce plazmowej ilość wiązań między spoiwem a włóknami oraz odporność wiązań chemicznych wzrosła z powodu zwiększenia liczby grup polarnych.
W utrwalaniu pigmentu na tekstyliach za pomocą spoiw; Technologie utwardzania promieniowaniem UV i promieniowaniem są stosowane w przemyśle włókienniczym ze względu na niskie zużycie energii, krótki czas rozruchu, szybkie i niezawodne utwardzanie, małe zanieczyszczenie środowiska, utwardzanie w temperaturze pokojowej, oszczędność miejsca itp.
Działanie spoiwa w utrwalaniu pigmentu
Różnica między procesami barwienia a pigmentacją polega na tym, że tekstylia barwione pigmentem wymagają procedury utwardzania. Ponieważ pigmenty nie mają powinowactwa do tekstyliów. Utrwalanie pigmentu na tekstyliach opiera się na spoiwach, które wymagają procesu utwardzania, aby utrzymać pigmenty na tekstyliach. Konwencjonalne utwardzanie to proces termiczny, w którym tekstylia barwione pigmentem muszą być suszone, a następnie utwardzane ciepłem w celu przekształcenia miękkiej zasady organicznej (monomer i/lub oligomer) w twardy polimer. Utwardzanie UV jest alternatywą dla procesu termicznego. Preparaty żywicy utwardzanej promieniowaniem UV zawierają oligomery, monomery i fotoinicjatory. Składniki te mogą być polimeryzowane (utwardzane) za pomocą mechanizmu wolnorodnikowego, przy użyciu fotoinicjatora wyzwalającego niemal natychmiastową reakcję utwardzania po wystawieniu na działanie światła UV. W ten sposób utwardzanie UV tworzy całkowicie spolimeryzowaną sieć w ciągu kilku sekund i jest szybsze niż utwardzanie termiczne. Zbadano utwardzanie UV do drukowania pigmentowego. Problemy związane z tym procesem obejmują niską odporność na pękanie, sztywną tkaninę w dotyku i niską wydajność utwardzania żywicy, gdy zaangażowane są pigmenty. Drukowanie pigmentem rozproszonym w ciekłych kompozycjach utwardzanych promieniowaniem i utwardzanie ultrafioletem eliminuje etap suszenia i znacznie zmniejsza energię potrzebną do utwardzania. Wysokie prędkości utwardzania, wysokie gęstości usieciowania i brak rozpuszczalników organicznych sprawiły, że utwardzanie promieniami UV stało się technologią o ugruntowanej pozycji we wszelkiego rodzaju nakładach powłok i farb.
Obecnie dostępnych jest wiele monomerów i oligomerów utwardzanych promieniowaniem UV, takich jak polieter, poliester, żywica epoksydowa, poliakrylan i akrylany uretanu. Dzięki doborowi surowców, a mianowicie oligomerów jako spoiw i towarzyszących im monomerów oraz fotoinicjatorów, właściwości folii, takie jak twardość, elastyczność, odporność i adhezja, mogą być kontrolowane w bardzo elastyczny sposób. Trwałość wydruków zależy od rodzaju użytego spoiwa oraz rodzaju wybranej tkaniny. Zarówno stężenie, jak i rodzaj spoiwa wpływają na intensywność koloru wydruków utwardzanych promieniami UV.
Główne referencje:
Rola spoiw i ich skład chemiczny w druku pigmentowym na tekstyliach, Journal of Textile Science & Engineering
Teoria barwienia tekstyliów.” Towarzystwo Farbiarzy i Kolorystów
Rozwój druku pigmentowego na przestrzeni ostatnich 50 lat”. Przegląd postępów w koloryzacji i tematach pokrewnych
