淺析環(huán)保產(chǎn)業(yè)中的數(shù)碼印花技術(shù)

淺析環(huán)保產(chǎn)業(yè)中的數(shù)碼印花技術(shù)

近年來，隨著數(shù)字印花行業(yè)的新興數(shù)字印花技術(shù)的蓬勃發(fā)展，市場上數(shù)字印花訂單的快速增加和數(shù)字印花技術(shù)的日益完善，所有能夠承擔齊擔責任的領(lǐng)導人都重視這一新興技術(shù)對傳統(tǒng)印刷行業(yè)的挑戰(zhàn)和機遇。盡管作為新生事物的數(shù)碼印花在發(fā)展過程中還存在一些問題,但作為未來印花工藝發(fā)展的趨勢,數(shù)碼印花已得到了業(yè)界的廣泛認同。1數(shù)碼印花主要市場情況數(shù)碼印花工藝的出現(xiàn),給歐美的印染企業(yè)帶來了巨大的轉(zhuǎn)機。據(jù)了解,目前歐洲印染企業(yè)已停止新增傳統(tǒng)印染加工能力,其中平網(wǎng)生產(chǎn)線的市場份額基本由數(shù)碼印花替代。圓網(wǎng)印花因速度較快、成本較低,還有部分企業(yè)維持運行,但隨著高速數(shù)碼印花設(shè)備的推陳出新,傳統(tǒng)印花的市場份額會被不斷壓縮。如今,歐美地區(qū)新增加的印花產(chǎn)能幾乎全部為數(shù)碼印花。有資料顯示,2012年全球印花行業(yè)年產(chǎn)量約300億m2,年產(chǎn)值約1650億美元,年均增長率約1%~2%。而根據(jù)最新的SmithersPira研究報告《數(shù)碼印花2017年展望》,數(shù)碼印花從2009年到2012年,以每年23%的速度增長,且未來有加速發(fā)展的趨勢。預計到2015年,數(shù)碼印花面料總年產(chǎn)量將達25~30億m2,其中數(shù)碼印花發(fā)展最快的歐洲,2013年的數(shù)碼印花產(chǎn)量已占到全年總印花產(chǎn)量的40%。全球數(shù)碼印花的市場概況見圖1,傳統(tǒng)印花的全球分布情況見圖2。由圖1、圖2可知,歐美在數(shù)碼印花市場上占有比率很高,作為傳統(tǒng)印染行業(yè)最集中的亞洲地區(qū)(中國、印度、東南亞),在數(shù)碼印花的發(fā)展上卻遠落后于歐美國家。2數(shù)字印花與傳統(tǒng)涂料的比較2.1數(shù)碼印花較簡單,容易實現(xiàn)及其他、可實現(xiàn)各種色彩的變化傳統(tǒng)印花工藝采用的專色印花技術(shù),需要根據(jù)印花圖案進行分色、調(diào)色、制版,打樣等工序?？紤]到成本及設(shè)備的技術(shù)水平等因素,網(wǎng)版精度及數(shù)量(套色數(shù))是有一定限制的,基于現(xiàn)有的工藝水平,套色數(shù)及印花精度已無法大幅度提高。目前,較為先進的平網(wǎng)及圓網(wǎng)印花機套色數(shù)可達16~20套色,網(wǎng)版精細度一般在250~300dpi。而且在進行多套色印花時,工藝要求嚴格,對設(shè)備及人員的操作水平要求也很高。相比傳統(tǒng)印花的復雜流程,數(shù)碼印花工藝就簡便許多。只需將印花圖案在計算機中編輯完成,經(jīng)分色軟件處理后,就可輸入數(shù)碼印花機進行打印。數(shù)碼印花采用CMYK四分色拼色原理,所有顏色均由4個基準色拼疊形成,對印花圖案的顏色完全沒有限制,理論上可拼出1670萬種色彩。同時,印花的清晰度大幅度提高,最高可實現(xiàn)2400dpi的清晰度,達到照片級的印花效果。采用數(shù)碼印花可輕松實現(xiàn)各種色彩的濃淡過渡效果(云紋)及明暗變化,這些在傳統(tǒng)印花機上是很難做到的。數(shù)碼印花靈活快速、圖案細膩、色彩絢麗等特點給現(xiàn)代服裝設(shè)計師帶來了巨大便利,可以利用現(xiàn)代科技的各種手段及素材,給印花圖案設(shè)計帶來無限的可能。近年來,眾多設(shè)計師喜歡將數(shù)碼印花作為主要元素應用到時裝設(shè)計當中,顛覆了印花面料僅能作為點綴裝飾的傳統(tǒng)理念。2.2數(shù)碼印花工藝符合法傳統(tǒng)印花因制版、對小樣等原因,制作小樣時間通常需要2周左右時間。在生產(chǎn)繁忙季節(jié),企業(yè)根本無法滿足客戶快速試樣的要求?？紤]到成本因素,對于小批量、多花色的時裝訂單,很多工廠更是有心無力。而數(shù)碼印花工藝恰恰符合了當今市場快速變化的要求。無須制版,按照客戶的要求,可實現(xiàn)1m起印。正常情況下,采用數(shù)碼印花工藝,企業(yè)1~2天內(nèi)就可交單,大大縮短了生產(chǎn)周期,如圖3所示。2.3數(shù)碼印花廢水回收利用的必要性傳統(tǒng)印花在帶給人們美感的同時,也帶來了嚴重的環(huán)境污染。以我國印染行業(yè)集中地紹興地區(qū)為例,該地區(qū)集中了400多家印染企業(yè)。盡管傳統(tǒng)印染行業(yè)對紹興地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展做出了巨大貢獻,但當?shù)氐沫h(huán)境已無力支撐傳統(tǒng)印染行業(yè)的大規(guī)模運行。當?shù)卣槍τ∪酒髽I(yè)出臺了嚴苛的減產(chǎn)整改政策,強制企業(yè)每年按20%比例減少廢水廢液排放,采取將部分印染企業(yè)遷移到專業(yè)工業(yè)區(qū),對廢水廢氣集中處理等措施。當?shù)赜∪酒髽I(yè)面對著高昂的能源費用及環(huán)保成本,傳統(tǒng)印染行業(yè)已陷入困境,進行升級換代是必由之路。而發(fā)展經(jīng)濟附加值高、污染低的數(shù)碼印花工藝已成為業(yè)界的共識。傳統(tǒng)印花大約有30%的染料不能與纖維結(jié)合,在水洗時被洗去而產(chǎn)生大量有色污水,而數(shù)碼噴墨印花的墨水色素粒度細、墨水色濃度高,因此其得色率高。同樣深度的花型,數(shù)碼印花染料用量只有傳統(tǒng)印花的40%,而且只有5%的浮色在后道處理時被洗去。產(chǎn)生的污水量僅為傳統(tǒng)印花工藝的1/15~1/25。綜合能耗僅相當于傳統(tǒng)印花的1/3~1/4。數(shù)碼印花節(jié)能環(huán)保的優(yōu)點解決了印染行業(yè)困擾已久的難題。3一般攝影3.1數(shù)字印花風格3.1.1再通過熱壓轉(zhuǎn)移隨著升華染料的使用及噴墨寫真機的成熟,最早在紡織品上進行批量數(shù)碼印花的是數(shù)碼轉(zhuǎn)移紙印花。該工藝采用數(shù)碼噴繪機將分散升華染料打印在專用的轉(zhuǎn)移印花紙上,形成圖案;再通過熱壓工序?qū)⑥D(zhuǎn)移印花紙與紡織面料進行熱壓轉(zhuǎn)移,染料以氣態(tài)方式轉(zhuǎn)印到紡織面料上。因印花圖案首先噴印在光潔的紙張上,相對于具有紋理的紡織面料來說,該工藝具有色彩艷麗、圖案銳麗的特點,且印花完成后無須蒸化、水洗等工序,工藝簡潔環(huán)保,目前在市場上所占份額較大。該工藝缺點是目前僅有分散升華型染料比較成熟,所以只能用于滌綸纖維面料;同時,因染料是以氣態(tài)升華轉(zhuǎn)印到面料上,印花滲透效果差、手感比較干澀;另外,高質(zhì)量的轉(zhuǎn)移印花紙的價格不菲,以上幾點因素限制了該工藝的進一步發(fā)展。3.1.2墨水噴印工藝顏料(涂料)墨水可分為水性顏料墨水、溶劑型顏料墨水和UV光固化顏料墨水3種。該工藝首先對紡織面料進行預處理、涂覆黏結(jié)劑,然后采用數(shù)碼印花機將墨水直接噴印在面料上,經(jīng)加熱烘干后形成成品。此工藝具有纖維適應面廣、工藝流程短的特點,幾乎所有的纖維面料,甚至薄膜等材質(zhì),均可以適用;且無須蒸化水洗,工藝非常環(huán)保。顏料墨水的特點是耐UV性(日曬色牢度)非常好,但因顏料是通過黏結(jié)劑與纖維以物理方式結(jié)合在一起,所以摩擦及水洗等牢度指標較差且手感偏硬。由于色素是以微小顆粒懸浮在墨水中,顏料墨水的穩(wěn)定性較差且容易堵塞噴頭。該工藝目前在家紡、成衣印花領(lǐng)域應用較多。3.1.3墨水發(fā)色機理染料墨水是由水溶性或溶劑性的活性、分散、酸性染料調(diào)配而成,染料能夠完全溶解于水或溶劑中,過濾后的染料墨水不含顆粒性成分,故不容易造成噴頭的堵塞。染料墨水的最大特點是色域非常廣、色彩艷麗;且染料成分及發(fā)色機理與傳統(tǒng)印花最接近,所以印花效果(滲透、手感、色牢度等)與傳統(tǒng)印花最為接近。該工藝面料適用面廣,已成為數(shù)碼印花的主流發(fā)展方向。不同染料墨水數(shù)碼印花所占市場份額,見圖4。3.2數(shù)碼印花噴印技術(shù)隨著數(shù)碼印花工藝的蓬勃發(fā)展,越來越多的國內(nèi)外廠家投入力量對數(shù)碼印花設(shè)備進行研發(fā)。目前,市場上的數(shù)碼印花機種類繁多,噴頭是噴墨印花機的核心部件,伴隨著噴頭技術(shù)水平的逐步提高,穩(wěn)定、高速的數(shù)碼印花生產(chǎn)才能逐步成為現(xiàn)實。在此結(jié)合噴印墨頭的情況對部分高速數(shù)碼印花機進行簡要介紹。按照噴頭的技術(shù)原理,數(shù)碼噴墨技術(shù)可分為連續(xù)噴墨技術(shù)(CIJ)和按需噴墨技術(shù)(DOD)。CIJ技術(shù)具有給墨量大、墨滴穩(wěn)定均勻的特點,有利于提高顏色深度及飽和度,可達到較高的印花速度;但因墨滴控制及回收系統(tǒng)非常復雜,且印花精度太低,CIJ噴頭已逐漸被紡織品印花市場淘汰。目前,在紡織品印花市場上的主流高速噴頭均采用DOD噴頭。DOD噴頭按驅(qū)動墨滴噴射的方式又分為壓電陶瓷噴頭(PIJ)及熱泡式噴頭(TIJ)。熱泡式噴頭在噴墨過程中要對墨水進行快速加熱,利用墨水加熱后產(chǎn)生氣泡的動力來驅(qū)動墨滴噴出。因熱泡式噴頭對墨水的熱穩(wěn)定性要求較高,且易產(chǎn)生堵頭現(xiàn)象。因此,目前主要使用壓電陶瓷噴頭。壓電陶瓷噴頭的材料為鋯鈦酸鉛(PZT)陶瓷,陶瓷材料上黏附著電接觸器材,當以特定的方向施加高電壓時,PZT陶瓷材料會產(chǎn)生變形,從而造成墨囊的體積變化,將墨水從噴嘴擠壓噴出,形成墨滴。電訊號消失后,壓電晶體恢復原狀,墨囊依靠毛細效應重新填滿墨水。壓電陶瓷式噴頭可達到很高的工作頻率,通常在15000~20000Hz左右。因噴頭的噴墨頻率及墨滴大小的范圍基本可代表其性能的優(yōu)劣,目前各噴頭生產(chǎn)廠家都在不斷提高噴頭的打印頻率及擴大墨滴體積的范圍。數(shù)碼印花噴頭的生產(chǎn)制造涉及壓電陶瓷材料、精密鑄造、微電子等多領(lǐng)域尖端技術(shù)。目前,數(shù)碼印花噴頭的生產(chǎn)技術(shù)幾乎全部由日美等少數(shù)廠家壟斷,我國在此領(lǐng)域還處于非常落后的地位。3.3墨水的選擇及用量范圍目前,在工業(yè)化的數(shù)碼噴墨印花生產(chǎn)中,針對不同的纖維面料,主要使用活性、分散和酸性染料墨水。染料墨水中的色素在水或溶劑中以分子形態(tài)存在,故墨水性質(zhì)比較穩(wěn)定。高品質(zhì)的數(shù)碼噴墨墨水具有色澤穩(wěn)定、保質(zhì)時間長、流暢性好、無墨水霧化等優(yōu)點。制造墨水所選用的染料品質(zhì)及結(jié)構(gòu)直接影響著墨水的性能,染料批次之間的色差也會直接導致墨水批次之間存在色差。數(shù)碼噴墨印花發(fā)展初期,墨水普遍采用乙烯砜型結(jié)構(gòu)染料,該種染料因化學性質(zhì)不穩(wěn)定,容易發(fā)生水解而成酸性,從而對噴頭造成腐蝕;另外,該型染料的除鹽提純不充分,殘存的金屬離子在噴嘴內(nèi)部逐漸堆積形成顆粒,容易堵塞噴頭。國際上高端品牌墨水現(xiàn)均采用一氯均三氰結(jié)構(gòu)染料,該染料性質(zhì)穩(wěn)定、色光艷麗,但生產(chǎn)工藝復雜,要達到良好的流暢性對墨水的除鹽要求很高,因而墨水造價相對較高。在墨水配料中,為保持墨水長期存放的穩(wěn)定性及使用過程中的各項性能,還需添加多種助劑。各種墨水適用的纖維面料種類,見表1。噴墨印花的色域主要取決于墨水的色彩。目前市場上能夠提供比較完整種類、色系墨水的生產(chǎn)廠家主要有美國Dupont公司和德國Huntsman公司。另外,如荷蘭Stork公司、德國Solunaris公司、英國Xennia公司也都在銷售各自的高品質(zhì)數(shù)碼印花墨水。使用者應購買已通過噴頭廠家或設(shè)備廠家的測試或質(zhì)量認證的墨水,這樣對噴頭的使用壽命及印花質(zhì)量都有保證。因為進口高端墨水的價格都比較高,客觀上制約了數(shù)碼印花工藝在國內(nèi)的廣泛應用。近年來,國內(nèi)一些有實力的染化料生產(chǎn)企業(yè)都在積極研發(fā)數(shù)碼噴墨印花墨水。如上海新威、中國臺灣永光也都推出了數(shù)碼印花墨水,因質(zhì)量穩(wěn)定、價格具有競爭力,目前市場占有率已相當高。3.4數(shù)碼印花漿料的配方數(shù)碼印花工藝相對于傳統(tǒng)印花工藝主要減少了分色制版等工序,從而大大節(jié)約了時間。數(shù)碼印花與傳統(tǒng)印花的生產(chǎn)準備流程對比,見圖5。染料墨水進行噴墨印花時,染料與纖維結(jié)合所需的酸性或堿性條件無法在墨水中實現(xiàn),加上染料墨水黏度低,墨水直接打印在織物上會出現(xiàn)滲化的現(xiàn)象,因此要對織物進行預處理,即上漿。墨水及面料不同時,前處理的配方也不同,但應盡量滿足以下工藝要求:a.通過前處理,使被印面料盡量平整光滑(去除散毛),便于印花工序形成精細的印花效果;b.減少布面褶皺及毛邊,防止在生產(chǎn)過程中布面擦劃噴頭,形成疵品;c.增加布面的吸色能力,防止噴印及蒸化過程中墨水滲化。當然為取得良好的發(fā)色效果及提高得色率或更好的布面滲透效果,用戶還可以在漿料中添加相應助劑。普通數(shù)碼印花漿料配方成分為:海藻2.2%、尿素12%、小蘇打(碳酸氫鈉)3.5%、防染鹽(間硝基苯磺酸鈉)5%(因各地海藻的黏度不同,客戶面料不同,以上數(shù)據(jù)僅供參考)。噴印過程中,應保持印花機特別是噴頭處于良好穩(wěn)定的工作狀態(tài)。生產(chǎn)車間的溫濕度及潔凈度應進行嚴格控制。溫度一般應控制在25℃,相對濕度最好控制在50%左右。操作人員應勤檢布面,發(fā)現(xiàn)噴頭有漏墨或堵塞現(xiàn)象,應及時停機維修清理,減少疵品的產(chǎn)生。在印制過程中,要注意對相關(guān)的技術(shù)指標進行合理設(shè)置,如出墨量的控制、ICC曲線的制作、墨水的色彩組合等。4針對數(shù)字印刷的問題、市場應用和預測4.1數(shù)碼數(shù)碼印花目前,數(shù)碼印花已成為歐美印染企業(yè)的主流生產(chǎn)工藝,90%的歐洲印花企業(yè)已使用數(shù)碼印花工藝從事打樣或大批量訂單生產(chǎn)。目前,我國已有很多企業(yè)使用數(shù)碼印花機進行小樣試制,更有一些在業(yè)界有技術(shù)有實力的廠家開始采用高速數(shù)碼印花進行大批量生產(chǎn),如紹興地區(qū)的鼎記數(shù)碼印花公司,現(xiàn)有美佳公司(Reggiani)高速數(shù)碼印花機7臺,日產(chǎn)量已可達5~7萬m。但針對數(shù)碼印花工藝,國內(nèi)傳統(tǒng)印花企業(yè)仍存在一些疑慮,歸納起來主要在以下幾個方面。4.1.1紡織面料特性傳統(tǒng)印花企業(yè)習慣于以往固有的生產(chǎn)模式,希望數(shù)碼印花達到傳統(tǒng)平網(wǎng)甚至圓網(wǎng)印花機的水平,通過大批量生產(chǎn)降低生產(chǎn)成本。其實,依靠現(xiàn)有科技水平,通過增加噴頭的數(shù)量及提高計算機的運算速度,增加數(shù)碼印花機的噴印速度并不非常困難。但伴隨著人們對紡織服裝個性化的追求,紡織品印花市場近年來呈現(xiàn)出以下趨勢:印花訂單逐步趨向多品種、小批量;花色品種及設(shè)計風格變化日益加快;從花型設(shè)計到成品上市,要求生產(chǎn)商的交貨周期越來越短。因此,未來印花市場中,產(chǎn)能已不應再是廠家擔心的主要因素,如何快速滿足客戶的訂單要求才是廠家的制勝之道。4.1.2數(shù)碼印花的成本因數(shù)碼印花墨水的價格比傳統(tǒng)印花用的染料高出許多,超出一定的印花長度后,數(shù)碼印花的成本會超過傳統(tǒng)印花。近幾年,隨著高速數(shù)碼印花機在國內(nèi)的快速普及,墨水的市場銷量逐步增加,數(shù)碼印花墨水的價格較前期已有了大幅度的下降。4.1.3數(shù)碼印花的生產(chǎn)數(shù)碼印花技術(shù)與傳統(tǒng)印花技術(shù)的機理完全不同。因此,有些傳統(tǒng)印花廠家在接觸數(shù)碼印花工藝初期,無論在工藝還是設(shè)備上會不適應,因而產(chǎn)生了數(shù)碼印花工藝難控制、機器嬌貴等誤解。對比傳統(tǒng)印花的專色印花,數(shù)碼印花是通過計算機的測色配色系統(tǒng),采用CMYK拼色形成所需的顏色圖案。因此,嚴格控制從設(shè)計到生產(chǎn)的每一個環(huán)節(jié),對整個生產(chǎn)的穩(wěn)定性非常必要。目前較為先進的高速數(shù)碼印花機,都可兼容認讀市場主流的RIP軟件所制作的花稿文件,如瑞士Ergosoft公司的TextilePrinting及西班牙Inedit公司的Neostampa軟件?；ǜ鍒D案制備非常方便,同時這些高端印花機一般都具有噴頭自動檢測及清潔等功能,保證了噴印的穩(wěn)定性。因此,只要客戶使用性能穩(wěn)定的合格墨水,掌握制作相應的ICC曲線,保證生產(chǎn)車間的溫濕度環(huán)境,采用數(shù)碼印花工藝可以實現(xiàn)非常準確的色彩再現(xiàn)效果。4.2數(shù)碼印花工藝4.2.1作為傳統(tǒng)印花的替代工藝,數(shù)碼印花已可廣泛用于服裝、家紡等面料的印花。4.2.2高端數(shù)碼印花機可實現(xiàn)高清晰度圖案打印,最高可達2400dpi,并可實現(xiàn)圖案的精確定位。采用數(shù)碼印花,可打印出“以假亂真”的色織圖案,在視覺效果上完全可以與色織面料