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            材料沉積噴墨打印及
            涂層系統解決方案

            新聞資訊

            為推動多種溶液法加工及納米材料沉積噴墨打印技術在印刷電子和生物等科學研究及工業領域的應用和發展而不懈努力。

            活性染料色團與二甘醇的相互作用對噴墨打印性能的影響

            發布時間:2021-02-01
            發布人:RUIDU

            數字噴墨印刷在紡織工業中得到了廣泛的應用。染料溶液和噴墨液滴的質量限制了噴墨打印的性能,這對在織物上獲得高質量的噴墨打印圖像至關重要。該研究將二甘醇(DEG)分別添加到活性藍49和活性橙13的染料溶液中,研究了染料發色團與DEG分子的相互作用。結果表明,染料的發色團存在于聚合體中。在染料溶液中加入DEG可以有效地分解活性染料團簇,消除衛星墨滴,從而提高織物上噴墨打印圖像的分辨率。在相同DEG濃度下,活性橙13的解聚效果比活性藍49更明顯。活性橙13溶液中需要較高的DEG濃度才能形成完整穩定的墨滴。測定了染料溶液的表面張力和粘度,并對其在棉織物上的印花性能進行了評價。研究了染料發色團與二甘醇分子的相互作用機理。研究結果對高質量的織物噴墨打印圖像有一定的參考價值。

            數字噴墨打印技術以其成本低、方便快捷、環保等無可比擬的優勢,在許多領域得到了應用。活性染料因其顏色鮮艷、性能優良、適用性強等優點,在噴墨印花棉織物染色中得到了廣泛的應用。然而,打印圖像的相對粗糙分辨率仍然是該技術的一個局限性。首先,活性染料分子在水溶液中容易通過氫鍵和范德華力等分子間力聚集。在深顏色染色時,會出現較多的聚集現象,而染料濃度需要較高的濃度。過多的聚集會導致染料結晶沉淀,導致噴墨打印過程中噴嘴堵塞。這一現象是噴墨打印圖像不均勻的主要障礙。通過了解活性染料的物理和化學性質,以及染料和添加劑之間的相互作用,抑制聚集的形成受到了廣泛關注。其次,噴墨液滴形成不良,如衛星液滴,也是降低打印圖像分辨率的嚴重問題。在噴墨打印過程中,溶質/油墨傾向于沿液滴周邊沉積,在織物上形成低分辨率圖像,形態不均勻,邊界不清。

            本文以二甘醇(DEG)為有機溶劑制備反應性染料溶液/油墨。以蒽醌類結構的活性藍49和偶氮類結構的活性橙13為反應染料模型。藍49、橙13、二乙二醇的化學結構如圖1所示。研究了反應染料發色團對噴射性能和打印圖像的影響。結果表明,活性染料發色團在水溶液中的聚集行為具有一定的特征。在染料溶液中加入DEG不僅能有效抑制溶液中染料分子聚集的形成,還能降低表面張力,從而改善液滴的形成。在最佳條件下,活性橙13和活性藍49溶液中使用的DEG濃度不同。活性橙13染料溶液需要較高的℃濃度來消除衛星墨水的液滴并產生理想的液滴。在相同DEG濃度下,活性橙13的解聚效果比活性藍49的解聚效果更明顯。采用紫外-可見吸收光譜法研究了染料分子在水溶液中的聚集行為。測定了染料溶液的表面張力和粘度。對棉織物的墨滴形成和噴墨印花性能進行了評價。

            活性染料發色團與二甘醇的相互作用對噴墨打印性能的影響.jpg

            不同DEG濃度染料溶液的紫外-可見吸收光譜。(a)活性藍49,(b) 活性橙13

            染料與DEG的相互作用的聚集狀態是影響其噴墨印刷行為的重要因素,染料的大量聚集可能導致噴嘴堵塞,使染料分子難以滲透并擴散到織物中。染料溶液中存在聚集體可能會影響其光物理行為。通過紫外-可見吸收光譜研究了染料聚集體狀態。結果如上圖所示。在染料溶液中加入DEG后,兩種染料溶液的兩個主峰均增大,這意味著DEG分子可以將大的染料聚集體分離為更多的小的聚集體和染料單體。與活性藍49相比,活性橙13的吸收峰增強更為明顯,這說明相同的DEG濃度與活性橙13染料分子的相互作用更多,并促進染料釋放出更多的小聚集物和染料單體。

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            DEG分子和染料分子之間可能的相互作用如上圖所示,在不添加DEG的情況下,活性藍49的疏水蒽醌環傾向于聚集,導致染料分子聚集。a圖加入DEG后,DEG分子打破活性藍49蒽醌環周圍的水,蒽醌環被DEG分子的疏水部分包圍,使蒽醌環親水。結果表明,蒽醌環在水溶液中能夠穩定,不會形成聚集。這種現象也發生在活性橙色13染料上。DEG的加入導致染料分子的解聚(圖b)。活性橙13染料分子萘環的疏水面積小于活性藍49蒽醌環,但萘環的DEG分子比蒽醌環的DEG分子少。因此,在使用相同量的DEG時,DEG對活性橙13的分解作用比活性藍49更明顯。

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            上圖為使用Jetlab?Ⅱ噴墨打印系統,配制DEG-染料溶液打印的圖像。研究了不同DEG濃度,液滴擴散的影響。(a) 0 mol/L (b) 1 mol/L (c) 2 mol/L (d) 3 mol/L。結果發現,隨著DEG濃度的增加,液滴的擴散面積明顯減小。這是因為DEG的引入提高了染料溶液的粘度,增加了分子的固有相互作用,從而有助于防止油墨的擴散。在相同DEG濃度下,活性橙13液滴的擴散面積也大于活性藍49的液滴擴散面積。

            本研究表明,活性染料發色團在水溶液中具有聚集形態,DEG分子可以將大的染料聚集分解為小的聚集。在相同DEG濃度下,活性橙13溶液的解聚效果比活性藍49溶液更明顯。DEG的加入降低了染料溶液的表面張力,提高了染料溶液的粘度;因此,DEG可以改善墨滴的形成,防止衛星滴的形成。當染料溶液中加入DEG時,會阻礙油墨的滲透,從而印刷出邊緣清晰、分辨率高的色塊。與活性橙13相比,活性藍49溶液的表面張力下降更明顯,粘度提高更明顯。結果表明,在相同濃度的DEG下,藍色49溶液的衛星滴數較少,在織物上的擴散面積較小,印花性能優于活性橙13染料溶液。


            參考文獻:

            Zhang L , Fang K , Zhou H . Interaction of Reactive-Dye Chromophores and DEG on Ink-Jet Printing Performance[J]. Molecules, 2020, 25(11):2507.

            DOI: 10.3390/molecules25112507

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