1

МАСТИЛА ЗА ДИГИТАЛЕН ПЕЧАТ НА

ТЕКСТИЛНИ МАТЕРИАЛИ

Дигиталното текстило печатене е нова технология, която търпи развитие през последните години и продължава да търси решения за различията си с традиционното печатане чрез съвремени научни методи на изследване.

Мастила

Малко история Приблизително преди 5000 години е направена черна рисунка върху камък в Китай.Това „старо” мастило е било смес от сажди от опушен бор,агнешка мазнина и желатин от животинска кожа или пот.Получавани са и цветни мастила от природни растителни и животински продукти.Около 1600 години назад във времето популярна рецепта на мастило съдържала желязна сол/феросулфат/, восък смесен с танин и сгъстител.Поставено върху хартия това мастило дава синкаво черен цвят, който след престой във времето се променя до тъмно кафяв.През 15 век нов тип мастила са развити в Европа и са познати като Гръцко и Римско мастило за писане/различни състави на феросулфат,масло от орех, растителна смола/гума и вода.

Определението за МАСТИЛА е: течни системи, съдържащи освен багрила или пигменти и специфични материали като разтворители, смоли, биндери, смазващи вещества,флуоресцентни средства и др.вещества.Всеки от компонентите на системата има определена роля като напр. преносители на мастилото, добавки за контрол на течението,контрол на гъстотата и поведението на мастилото по време на сушенето и др.

Мастилата от багрила имат за основен компонент багрила ,които са разтворени в течна фаза.Тя може да бъде органична или водна.В зависимост от вида им е възможно да протече взаимодействие на багрилните молекули с влакнообразуващите полимери ,което ще се отрази благоприятно върху устойчивостите на получените изображения.Като допълнително предимство може да се приеме и възможността багрилните молекули да взаимодействат химически с други компоненти от състава на мастилото.Споменатото взаимодействие обаче ще се превърне в недостатък , когато цветното вещество напр. е оптически избелител, тъй като ще настъпи промяна в излъчвателната способност на молекулите, в резултат на която няма да

2

се наблюдава характерният ефект на оптическо избелване.Друг недостатък е по-ниската устойчивост на светлина на някои класове багрила, поради която протича тяхното фотообезцветяване ,под въздействие на слънчева и ултравиолетова светлина.

Основната разлика между багрилата за мастила и тези за конвенционален печат е в ЧИСТОТАТА ИМ.За мастилата те трябва да бъдат с висока степен на чистота с цел предотвратяване запушването на дюзите в печатнатеа глава/могат да бъдат или не водоразтворими/.

За графичната индустриа се използват само 4 цвята./CMYK-син, червен,жълт и черен цвят/

Конвенционалният текстил обаче изисква 8-12 основни цвята и ползва над 15 багрила,поради високите изисквания за устойчивости на отпечатъка върху ТМ както и поради разликата в площите на двете цветни пространства.

Макар че разликата между дветe цветни пространствa /CMYK и CIELab/ видимо не е много голяма човешкото око наблюдава значими разлики - не е възможно да се печата истинско кралско синьо ,брилянтно оранж както и скарлет с графични мастила .

3

Графичната индустрия трупа опит от изображенията, докато

текстилният печат изучава предварителната подготовка на субстрата,подбора на багрилата,фиксирането и заключителната обработка.И двата сектора са бизнес възможности на дигиталната печатна техника.

. Даден вид влакна се багрят и печатат с подходяща група багрила и определящо за това е т.н. афинитет, който осигурява преминаването и трайното оставане на багрилните молекули върху влакната. В този смисъл като принадлежност към съответните групи по техническата класификация или като химически структури багрилата за багрене и за печатане са еднакви ,но с допълнителни ограничения, когато се прилагат за конвенционален печат и с допълнителни изисквания, когато са за дигитален печат,

Конвенционалният текстилен печат се прилага за артикули с масово приложение и в теоретичен аспект процесите, протичащи при ротационния и сито печата имат своята яснота и обяснение.

Дигиталното текстило печатене е нова технология,която търпи развитие през последните години и за която се приготвят мастила, притежаващи комплекс от свойства, за разлика от багрилата, прилагани за традиционните методи на багрене и печатане Последните десетилетия се наблюдава засилен интерес към този печат и неговото прилагане за текстилни цели.

4

Багрилата и пигментие, които се прилагат са под формата на мастила , трябва да притежават:висока степен на чистота, лимитиран размер на частиците, нисък вискозитет, ниско повърхностно напрежение,специфичана електропроводимост,стабилност,pH-стойност,пенообразуване с цел предотвратяване запушването на дюзите в печатнатеа глава/могат да бъдат или не водоразтворими/.Това всъщност са изисквания за дигиталния печат.

Прилагането им за текстилни материали налага още един комплекс от изисквания като: субстантивност, устойчивост на пране, приятен опип, сравнимост с конвенционалните резултати. Последните трябва да издържат на пране, химическо чистене и гладене, без оцветяването да промeня нюанса си.

Обобщението е, че съставът, чрез който багрилата и пигментите се прилагат по различни технологии, е различен, докато цветното вещество е багрило или пигмент и неговият химичен строеж е еднакъв.Поради това и основните методите за определяне на цветни вещества са едни и същи, независимо от сферите на прилагането им-текстилни материали,полиграфия, полимерни материали и др.

Групите на киселите и металкомплексните багрила са основни за багрене и печатане на протеинови и полиамидни влакна ,реактивните багрила са предпочетени за целулозни влакна.

Дисперсните багрила са единствената група, развила се за багрене на полиестерни влакна.Дисперсните мастила се прилагат за трансферен печат. Тази техника включва получаване на изображението първоначално върху хартия и последващото му пренасяне бърху полиестера чрез сублимация.Този процес изисква дисперсни багрила с малки молекули,които за къс период от време да преминат в газова фаза.Поради простотата на процеса/без топлинно-влажностна обработка, без пране/ този метод заема все по-голямо част в обема на дигиталния печат.

По-голямо е участието на дисперсните мастила за получаването на директен печат върху полиестер. Фиксирането им чрез топлина е източник на недостатък-някои от багрилата могат да мигрират извън субстрата/в газовата фаза/,след което да кондензират, оформайки се като петна при следващия процес. За да се предотврати такова поведение трябва багрилните молекули да имат по-голяма молекулна маса.

5

За тези багрила освен високата чистота се изисква в същата степен и малък размер на частиците и по-голямата им еднаквост по размер/хомогенност/ в сравнение със същите за конвенционалния както и устойчивост в условия на температурно въздействие/преминаване през печатната глава.

ПИГМЕНТНИ МАСТИЛА

За момента печатането с пигменти по конвекционалния метод заема около 50% от текстилния печат.Обективните причини за това широко разпространение са две-семпъл метод, който е много лесно изпълним и приложим за различните видове субстрати.

Прилагането на пигментите е възможно да става чрез т.н. „биндери” или свързватели, който образуват върху повърхността на влакната фин филм, в който пигментните частици са пълнители.Поради тази причина свързвателите трябва да се подбират много внимателно,тъй като те оказват съществено влияние върху опипа и устойчивостите на получените отпечатъци.

Пигментните мастила по необходимост съдържат сьщо биндери, свързващи вещества, които трябва да осигурят задържането на пигментните частици върху повърхността на напечатания текстилен материла и да предотвратят отпадането им при механично триене.Този факта може да се очаква, че е предимство на печатането, тъй като разполагането по повърхността ще реализира по-малък разход на оцветители в сравнение с проникването им в дълбочина при постигането на еднаква наситеност. По тази причина тяхното прилагане се препоръчва за материали, неподлагани на триене.Размерът на пигментните частици е от изключителна важност за дифузионната способност на тези мастила. Качеството под формата на нюанс,наситеност, брилянтност и чистота е присъщо на мастилата и много силно зависи от източника и типа на пигмента.

Биндерите влияят върху вискозитета на мастилата, тъй като добавката на полимерните свързватели към мастилото влияе върху неговия вискозитет. При конвенционалните методи постигането на желани качества на отпечатъка се осъществява чрез добавянето на около 15% свързвател към печатната паста. Ако такова количество се добави към мастилото за дигиталнен печат неговият вискозитет ще бъде извън нормите необходими за работа с най-популярният метод-пиезо „капка на поискване”. Няма универсални разтвори на мастила,

6

тъй като те зависят от вида на принтиращите глави, специфични за различните машини и технологии.Прилаганите сега в текстила пиезо мастилено струини печатащи глави работят с мастила, които съдържат биндери и допускат вискозите >10мPas.Нисък вискозитет около 5 мPas не съдържа биндери ,поради което постигането на необходимото качество на отпечатъците ще изисква допълнителна обработка след печатането.

Основното заключение, което се оформя е, че е необходим нов химически подход за получаването на мастла за пиезо мастилено струен печат с нисък вискозитет. Този нов подход очевидно трябва да осигури получаването на отпечатъци,които постигат качество подобно на това, което се постига с конвенционалния метод.Базира се на използването на нови мултифункционални полимерни дисперсни средства. Те осигуряват постигнето на устойчивости и опип без добавянето на биндери в мастилото. Новият химичен подход включва различни полимерни структури като блок съполимери, дендримерни структури,силно разклонени полимери и съполимери. Дендримерните структури в сравнение със силно разклонените такива са добре познати и имат точно определена разклонена или глобуларна структура. Обаче синтезирането на такива структури изисква много стъпки между лабораторното и промишленото прилагане. Структурите могат да бъдат постигнати чрез различни подходи за синтез и могат да включват анионни или катионни групи както и хидрофилни и хидрофобни фрагменти.Като блок съполимери се ползват: поливинилалкохол, поливинилацетат, полистирен, поливинилформамид, поливиниламин.

Диспергиращи средства

За да съответстват на високите изисквания,могат да се постигнат чрез комбинирането на хидрофобни и хидрофилни или йонни „строителни блокове”. Хидрофобните фрагменти и йонните гурпи осигуряват взаимодействие с повърхността на пигментните частици, докато хидрофилните фрагменти и йонните групи осигуряват стабилност във водната среда чрез стерични и йонни стабилизатори (полиетилегликол, функционализирани с хидроксилни групи акрилати, които се вграждат в стабилизиращите блокове). Електростатичното стабилизиране най-добре се постига чрез вграждане на йонни групи, но трябва да бъде съобразено с обкръжаващите йони, pH на средата и тоталната концентрациа на йоните.

7

За текстилни цели Tg и гъвкавостта на полимерите имат значение и трябва да бъдат взети предвид. Важният за текстила опип както и твърдостта силно зависят от тези две свойства. Идеално молекулно тегло за полимерно диспергиращо средство е 10 000 гмол. По-високо молекулно тегло води до разклоняване чрез включване на пигменти, в резултат на което се образуват неравномерни агрегати от частици, а също така с тези големи частици трудно се постига необходимия дисперзитет. За разлика от тях по-ниското молекулно тегло осигурява бързо умокряне на повърхността на пигментните частици, без обаче да може да осигури необходимата пространствена стабилност. Тези системи са по-силно зависими от pH, йонното съдържание и температурата.

Новите мултифункционални диспергиращи средства са не само диспергатори и стабилизатори на пигментните частци, в нисковискозната среда, но също така притежават и допълнителни свойства, необходими за този вид печат.

Пигментните мастила не са победители в пространството на дигиталния текстилен печат. Причината за това състояние е не тяхната достъпност а възможните проблеми при печатането-незадоволителна наситеност на цвета, ограничени устойчивости и опасност от запушване на дюзите при условие на предварително загряване на биндера. По настоящем само гамата на средните тонове е достижима. Тъмните тонове са недостижими,тъй като.изискват големи количества биндер и спомагателни средства, което неизбежно се отразява на опипа и устойчивостите. Алтернативна възможност-двустепенен процес, който включва печатане с пигмента и последваща обработка с биндер.

Системата пигмент/биндер в мастилата в сравнение с коментираните мастила от багрила са най-трудно получаващите се системи,тъй като към всички коментирани до тук изисквания се добавя и необходимостта от биндери, без които фиксирането на пигментите е невъзможно. Стабилността на такива системи в много по-голяма степен зависи от биндера/смола/. Последните трябва да бъдат съвместими с разтворите на мастилото. Типични смоли са акрилатните и полиестерните. Компромисът е достадъчно количество смола,за да се фиксират пигментните частици,но не толкова много, че да предизвика запушване на дюзите и повишаване на вискозитета. На практика това е трудно за постигане и това е главната причина мастила с багрила за сега да са предпочетени пред пигментните мастила.

8

Бъдещето може да бъде описано като развитие на багрилта само и единствено за дигитален печат. Това би било по-икономично и ще покрие по-голяма област. Може би ще бъде възможно и обединяването на химикалите за предварителна обработка както и за фиксиране с мастилата като по този начин процесът ще стане по-семпъл. Предстои още изследователска работа относно системата пигмент/биндер, можеща да постигне необходимия опип, устойчивости в условията на употреба и поддръжка на текстилните материали.

По принцип мастилата имат много по-нисък вискозитет от този на печатните пасти за конвекционалното печатане. Относително високото повърхностно напреженние изисква употребата на компоненти за мастилата с висока чистота. Ниската концентрация на багрилата и ниският вискозитет са главното предизвикателство при печатането на текстила. В някои от случайте може да се наложи включването на ПАВ за намаляване на повърхностното напрежение или за подпомагане на проникването.

Основни доставчици на мастила за мастилено струен печат са фирмите: Ciba, DyStar and BASF. Всички те са развили предлаганите мастила на основата на графичните четири багрила. Предпочетено е развитието на мастилата в посока употреба на хромофорите,прилагани за конвенционалния печат с цел повторяемост на резултатите, аналогично на класическия случай. Ciba покрива цялото цветно пространтво с групи от всички видове багрила-дисперсни за полиестер,сублимиращи дисперсни за синтетични влакна, кисели,пигменти,реактивни за останалите видове влакна.

DyStar-кисели и реактивни; BASF-дисперсни и пигменти, Lyson-дисперсни мастила, разтворими в натурални масла, Epson-реактивни и кисели багрила.