книги из ГПНТБ / Применение пигментов в текстильной промышленности [обзор]

Применение бензина для приготовления загусток вызывает ряд проблем, связанных со взрывоопасностью, наличием запаха и не­ обходимостью очистки отработанного воздуха.

В гравюре валов, ячейках шаблонов, на резиновых покрытиях, подкладке и чехле образуется прочная пленка связующего.

Все преимущества пигментной печати могут быть реализованы лишь при наличии хороших связующих, которые должны обладать сильной адгезией -к волокнистым материалам, давать совершенно эластичную пленку и быть устойчивыми к действию всех разруша­ ющих агентов. Кроме того, они должны быть стойкими к старению при действии света и погоды. В качестве связующих веществ мо­ гут применяться производные акриловой кислоты, особенно ее эфи­ ры, производные бутадиена и винилацетата, а в некоторых слу­ чаях производные мочевины, меламина и другие соединения, ис­ пользуемые в производстве формальдегидных смол.

Для получения связующих с желаемыми свойствами обычно используют два типа мономеров: образующие жесткую хрупкую пленку (стирол, метилметакрилат, акрилонитрил, винилхлорид') и образующие мягкую, но липкую пленки (бутилакрилат и бутадиен).

Смешивая бутиловый эфир акриловой кислоты (60% )— при комнатной температуре он очень пластичен — со стиролом (40%), который при тех же условиях является твердым, можно получить полимеризат с хорошими свойствами [20]. Помимо этих компонен­ тов для улучшения прочности пленки можно вводить мономеры, содержащие активные группы, способные к образованию при на­ гревании поперечных связей между соседними макромолекулами. К таким мономеррм относятся акриламид и метакриламид, имею­ щие свободные аминогруппы, взаимодействующие с соответству­ ющими, би- и полифункциональными соединениями типа мочевинонли меламиноформальдегидных предконденсатов. Можно также ис­ пользовать метилакриламид и метилолметакриламид или их про­ стые эфиры, макромолекулы которых способны образовывать между собой поперечные связи. В тех случаях, когда печатная краска имеет щелочную среду, обычно применяют мономеры, со­ держащие эпоксиили хлоргидриновые группы.

Связующие, полученные на основе этих мономеров (основных и вспомогательных), выпускаются в виде водных дисперсий с содер­ жанием твердых частиц 30—50%• Несмотря на высокое содержа­ ние этих частиц, дисперсия имеет низкую вязкость. Для получе­ ния связующего готовят водную эмульсию смеси мономеров в воде в присутствии специально подобранного эмульгатора. Затем до­ бавляют инициаторы полимеризации и другие вспомогательные ве­ щества, включая небольшое количество водорастворимых мономе­ ров. Тип и количество вспомогательных веществ и условия поли­ меризации оказывают влияние на свойства конечного связующего агента, длину макромолекулы, размер частиц, а следовательно и поведение коллоидных растворов. Все эти факторы, а также тип

30

мономера определяют устойчивость дисперсии связующего к меха­ ническому воздействию, электролитам, старению и т. д.

От свойств используемых мономеров зависит также жесткость или эластичность пленки, а следовательно и ее прочность. Связу­ ющие, пленки которых устойчивы к химчистке, почти всегда содер­ жат акрилонитрил, придающий им устойчивость к набуханию в ор­ ганических растворителях. Связующие, способные к образованию поперечных связей, обеспечивают хорошую прочность к мокрым обработкам и трению. Однако количество образовавшихся попе­ речных связей должно быть оптимальным, в противном случае будет наблюдаться ухудшение туше ткани.

В последнее время были получены связующие с улучшенными свойствами, однако для обеспечения всех необходимых условий используют их смеси.

Из зарубежных препаратов наибольшее применение находит связующее гелизарин UG, обладающее хорошей устойчивостью -к старению, электролитам и хорошей кроющей способностью, но низ­ кой устойчивостью к химчистке. Получают его сополимеризацией акриловых эфиров со стиролом.

Хорошую устойчивость к старению к химчистке имеет гелизарнн NTA, содержащий большое количество акрилонитрила и ак­ риловых эфиров, но получаемое при его использовании туше мате­ риала не всегда удовлетворительно.

Мягкого туше можно достичь при применении гелизарина TS, полученного на основе сополимера бутадиена. Этот препарат не­ устойчив.к старению при длительном воздействии света, что объ­ ясняется наличием некоторого количества двойных связей. За счет введения акрилонитрила можно улучшить прочность окрасок к химчистке, но устойчивость их к электролитам остается по-преж­ нему недостаточно высокой.

Помимо водных дисперсий можно использовать в качестве свя­ зующего высокомолекулярные соединения. Преимуществом их является легкость очистки печатного оборудования и хорошая кроющая способность, а основным недостатком — высокое содер­ жание солюбилизирующих групп, наличие которых обуславливает низкую устойчивость полученных расцветок к мокрым обработкам. Связующие, растворимые в воде, обычно более устойчивы к дей­ ствию растворителей и к сухой чистке. Связующие же в виде дис­ персий более стойки к стирке, но очень быстро образуют пленку при вынужденных остановах оборудования.

В случае применения связующего, молекулы которого не имеют групп, способных образовывать поперечные связи, в печатную краску рекомендуется добавлять предконденсаты термореактивных смол. Применение предконденсатов типа диметилолмочевины, диметилолэтиленмочевины, гексаметилолмеламина или их эфиров позволяет повысить прочность расцветок к трению, стирке и хим­ чистке, однако может ухудшить туше материала. Но даже если молекулы связующего имеют группы, способные образовывать по-

31

перечные связи, рекомендуется вводить небольшое количество предконденсатов термореактивных смол для улучшения прочности окраски, особенно на волокнах с гладкой поверхностью.

Принципиальной отличительной чертой пигментной печати яв­ ляется использование эмульсионных загусток. Основная роль за­ густей заключается в том, чтобы препятствовать растеканию крас­ ки во время печати и сушки, но при последующих обработках загустка должна быть полностью удалена с тка-ни, так как она при­ дает ей жесткость. Вследствие отсутствия при пигментной печати процесса промывки обычные загустей использовать нельзя. При этом способе печати нашли применение эмульсионные загустей, состоящие из воды и бензина, которые улетучиваются в процессе термической обработки и полностью удаляются с ткани.

При приготовлении эмульсий попользуют минеральные масла, получаемые при перегонке нефти. Точка кипения масла должна быть в пределах от 140 до 200°С. Большое значение имеет лету­ честь масел. В случае очень высокой или, напротив, недостаточной летучести стабильность эмульсий ухудшается. Если точка кипения масла выше 200°С, сушка напечатанной ткани затрудняется. Если же точка кипения очень низкая, то испарение масла происходит при комнатной температуре.

Успешное применение для пигментной печати находят эмуль­ сионные загустей на основе уайт-спирита и воды. Для придания эмульсиям устойчивости добавляют защитные коллоиды, которые можно вводить в пасты пигментов, дисперсий связующих и непо­ средственно в печатную краску. В этих целях используют альгина­ ты, производные целлюлозы и продукты оксиэтилирования. Зна­ чительное увеличение вязкости достигается при добавлении за­ щитного коллоида в количестве 2—5 г на 1 кг печатной краски. При этом соотношение других компонентов изменяется незначи­ тельно. Защитные коллоиды можно добавлять также с целью уменьшения в печатной краске содержания уайт-спирита. В связи с высокой стоимостью уайт-спирита и вызываемым им загрязнением воздуха в последнее время в пигментной печати нашли примене­ ние композиции, содержащие небольшое количество уайт-спирита или совсем не имеющие его в своем составе.

В качестве заменителей уайт-спирита используются водораст­ воримые синтетические загустители, представляющие собой поли­ кислоты с большим молекулярным весом. Растворы этих кислот после нейтрализации приобретают высокую вязкость при низком содержании твердых частиц. Однако вследствие особенностей хи­ мической структуры они неустойчивы к действию электролитов. Выпускаются такие загустители в виде порошка или пасты, пред­ ставляющей собой суспензию в органических растворителях или в воде. Примером загустителей такого типа может служить лютексаль (фирма БАСФ, ФРГ), являющийся одно;временно загустите­ лем и связующим.

32

Добавление таких загустителей в небольшом количестве в эмульсии типа «масло в воде» позволяет без снижения вязкости загустки уменьшить количество используемого уайт-спирита, почти на 50%• Кроме того, новые загустители, проявляющие одновре­ менно свойства защитного коллоида, позволяют уменьшить коли­ чество вводимого эмульгатора. В результате этого печатная крас­ ка имеет хорошую кроющую способность и легко удаляется с пе­ чатного вала.

Для увеличения адгезии связующего к волокну в процессе пе­ чатания, особенно при печатании по тканям из синтетических во­ локон, применяются специальные вещества различного химическо­ го строения. Так, могут быть использованы хлорированные угле­ водороды. 'Для гладких волокон и стекловолокна рекомендуется использовать силиконы низкого молекулярного веса, например аминосиланы. Адгезию на синтетических волокнах повышают и некоторые синтетические загустители, имеющие свойства связую­ щего.

Для получения более мягкой пленки связующего можно вво­ дить пластификаторы в количестве 30% от сухого остатка связую­ щего. В качестве пластификаторов применяют низкомолекулярные соединения, способствующие набуханию пленки.

Для получения водных дисперсий связующих можно применять различного рода неионогенные и анионактивные диспергаторы в количестве 2—5% от веса твердых частиц. При приготовлении эмульсионных загусток добавляют также эмульгаторы неноногенного характера (около 1%), чаще всего оксиэтилированные про­ изводные ароматических спиртов и производные оксиэтилена (>перегаль О, перуниосол АР и др.). Например печатная краска на основе эмульсии «масло в воде» содержит 50 г/кг пасты пигмента и 100 г!кг дисперсии связующего. Следовательно, общее содержа­ ние диспергатора в этом случае составляет 20—25 г на 1 кг пе­ чатной краски.

обеспечения устойчивости пигмента, получения водных дисперсий связующего и эмульсионных загусток. Применяемые диспергаторы должны быть совместимы и обеспечивать устойчивость всех трех компонентов дисперсии.

Тип диспергатора и изменение его концентрации при высыхании краски оказывают влияние на устойчивость эмульсии, а следова­ тельно, на процесс образования пленки, ее свойства, яркость и прочность окраски. Установлено, что на 1 кг печатной краски при­ ходится 40—50 г пленкоо'бразующего вещества. Таким образом, со­ отношение диспергатора и связующего должно быть 1 : 2.

Для замедления испарения воды из печатной краски, преду­ преждения забивания гравюры печатного вала или сетчатого шаб­ лона и облегчения их очистки в печатную краску добавляют гид-

ротропные вещества. В качестве последних могут быть использо­ ваны вещества с низкой летучестью: полиопирты типа этиленгли­ коля, глицерина, диэтиленгликоля и мочевина. Однако следует учитывать, что при использовании их в большом количестве мо­ жет наблюдаться ухудшение прочности окраски.

Часто для замедления испарения воды достаточно повысить величину pH печатной краски до 8—9, добавив раствор аммиака или нелетучего основания типа триэтаноламина. Избытка триэта­ ноламина следует избегать, так как это затрудняет при последу­ ющей фиксации получение кислой среды, необходимой для поли­ меризации смолы. Для создания кислой среды используют кисло­ ты, такие как щавелевая, муравьиная или уксусная, а также соли (нитрат цинка, сульфат аммония, роданистые соли, хлористый маг­ ний). Необходимо иметь в виду, что некоторые пигментные кра­ сители, прежде всего белые и оливковые, желтеют под влиянием паров, выделяемых нитратом аммония. В этом случае лучше при­ менять роданистый аммоний или двузамещенный фосфат аммония.

При составлении печатной краски для пигментной печати наи­ большие трудности возникают при приготовлении качественной эмульсионной загустки. Эмульсионную загустку типа «масло в во­ де» готовят на турбосмесителе, медленно добавляя бензин в воду, содержащую эмульгатор. Скорость турбосмесителя 1000— 1500 об/мин. Высокая скорость турбосмесителя вызывает повы­ шенную дислерность внутренней фазы, что приводит к увеличению вязкости загустки. Если во время перемешивания эмульсия загус­ тевает, можно добавить немного воды, а затем постепенно добав­ лять бензин. Вязкостьэмульсии может также увеличиваться при введении обычных загустителей, таких как альгинат натрия, тра­ гант или производные целлюлозы. Добавление небольших коли­ честв загустителя увеличивает стабильность эмульсии и позволяет избежать миграции смолы, однако при этом ухудшается туше на­ печатанной ткани. Некоторые связующие в форме суспензий имеют сами определенную вязкость, но их введение приводит к получе­ нию менее эластичной пленки. Их следует смешивать со связу­ ющими, обладающими молекулами меньших размеров, более те­ кучими, с высокой пластичностью.

Эмульсия -должна готовиться таким образом, чтобы макси­ мальная вязкость ее достигалась в процессе перемешивания. В противном случае могут возникнуть трудности при печатании.

Вязкость эмульсионной загустки в значительной степени за­ висит от природы смолы эмульгатора, соотношения фаз, качества керосина, скорости мешалки и количества загустителя. Вязкость эмульсий и печатных красок может изменяться во время хране­

ния, поэтому перед употреблением их необходимо перемешать. Для стабилизации печатных красок часто добавляют нашатыр­ ный спирт в количестве 5—10 см3/кг.

34

Печатание пигментами можно осуществлять на различном обо­ рудовании: на печатных машинах с ротационными и плоскими шаблонами или на цилиндрических печатных машинах. Гравюра печатных валов должна быть неглубокой, а давление — макси­ мальным, чтобы получить хорошее проникновение печатной крас­ ки в структуру ткани и тонкую пленку.

новном термофиксацию проводят при температуре 140—150°С в течение 6—5 мин.

Некоторые специалисты предлагают совмещать , термофикса­ цию с сушкой напечатанной ткани. Однако лучше проводить эти операции раздельно, чтобы избежать активного выделения рас­ творителя, содержащегося в эмульсионной загуетке и обеспечить равномерность образования пленки и узорчатой расцветки па ткани.

Пигментные красители могут быть с успехом использованы для набивки тяжелых хлопчатобумажных тканей, например мах­ ровых полотен. Набивка махровых полотен пигментами намного проще, чем кубовыми или активными красителями, а чистота фона значительно лучше. Махровые полотна широко используют­ ся для изготовления полотенец, купальных халатов, спортивной, пляжной одежды, и требования, предъявляемые к этому ассор­ тименту тканей и изделий (мягкость полотна, очень высокая ус­ тойчивость к действию солнечного света, хлору и морской воды) при набивке пигментами обычно удовлетворительны.

Как было уже сказано, при пигментной печати на ткань нельзя наносить печатной краски больше, чем это необходимо для покрытия ее поверхности, так как из-за отсутствия промывки на ткани остается излишек сухого вещества. Этот принцип, лишь условно осуществляется для махровых тканей, поскольку их по­ верхность образована петлями, прижимаемыми при нанесении печатной краски к футерным нитям. Слой печатной краски дол­ жен не только полностью покрывать петли, но и проникать вглубь пряжи, образующей петли. Если же последнее условие не соблюдается, то при отрыве напечатанных петель от грунта тка­ ни (в основном после первой стирки) на ней появляются непропечатанные места.

Для набивки махровых полотен используют фотофильмпечать, в том числе цилиндрическими шаблонами. Необходим правиль­ ный выбор величины прижима ракли и степени вязкости краски. Даже увеличением числа проходов ракли до двух-трех и измене­ нием номера шаблонного сита нельзя комненсировать неправиль­ ный выбор величины прижима. При слишком сильном прижиме наносится избыток печатной краски и прочность окраски падает

35

при одновременном ухудшении грифа ткани; при слабом при­

400—450 г/м2), необходимо обеспечивать хороший отвод отрабо­ танного воздуха от сушильной машины для удаления паров бен­ зина. Кроме того, стремятся попользовать печатные краски с ми­ нимальным содержанием бензина или совсем без него. Печатные краски с уменьшенным содержанием бензина (около 350 г/кг) можно приготовить на основе эмульсионных загусток типа «мас­ ло в воде». Но при этом следует помнить, что потерю вязкости, связанную с уменьшением количества бензина, необходимо ком­ пенсировать введением подходящего высокомолекулярного веще­ ства, не вызывающего нежелательных побочных явлений. Хоро­ шие результаты получены при использовании специальных про­

ухудшением яркости окраски, но при использовании первого и второго рецептов этого не наблюдается. Хорошие результаты по­ лучаются и при использовании третьего и четвертого рецептов,

36

не содержащих бензина, хотя яркость окрасок меньше, чем в случае использования первого и второго рецептов.

Преимущества машин с цилиндрическими шаблонами по срав­ нению с машинами с плоскими шаблонами (более высокая про­ изводительность) при набивке махровых тканей проявляются не так сильно, как при набивке обычных тканей. Скорость печата­ ния равна 10—20 м/мин. Для увеличения скорости печатания не­ обходимо применять печатные краски с небольшой вязкостью и повышать производительность сушильной Мишины. Но удовлетво­ рение этих требований часто невозможно из-за образования де­ фектов печати, хотя иногда скорость печатания удается повысить до 40 м/мин.

Некоторые специфические возможности пигментной печати реализуются при печатании по флокированньим материалам, та­ ким, как обои и декоративные ткани. Эти ткани после печати можно не подвергать термофиксированию или запариванию в связи с низкими требованиями к прочности окраски. Процесс можно осуществлять на цилиндрических и фотофильмпечатных машинах. Но в первом случае необходимо учитывать возможность получения готовых изделий с жестким лрифом, что обуславли­ вается нанесением избытка печатной краски. При печати на машинах с валами рекомендуется давать возможно более слабый прижим печатных валов во избежание растекания краски по ткани. После набивки производят сушку и, если требуется проч­ ная окраска, термофиксацию при температуре 130—140°С.

Особенности печатания пигментами 'по ^синтетическим волок­ нам и тканям из смеси природных и синтетических волокон. При пигметной печати по синтетическим волокнам особенно важно правильно вы'брать связующие, обладающие высокой адгезией к гладкой поверхности гидрофобных полимерных материалов. С этой целью фирма БАСФ (ФРГ) специально разработала пре­ параты лютексал HD и Гелизарин-фиксатор S, которые широко используются в зарубежной практике [21]. Первый из них .обла­ дает свойствами связующего, загустителя, эмульгатора и ката­ лизатора и характеризуется хорошей адгезией к синтетическим волокнам. Кроме того, при использовании лютексала HD обеспе­ чивается хорошая проходимость ткани на печатной машине, что для синтетических волокон не всегда имеет место. Благодаря наличию тиксотропных свойств можно применять печатные крас­ ки с лютекоалом HD высокой вязкости, так как в момент пере­ хода краски на ткань вязкость ее сильно падает, и она хорошо проходит через сита очень высоких номеров. Для обеспечения мягкости грифа ткани и прочности окраски к трению при печа­ ти по синтетическим волокнам необходимо применять сита воз­ можно более высокого номера. В случае использования для пе­ чати ротационных шаблонов также целесообразно использовать вязкие печатные краски, поскольку уменьшается опасность про­ текания краски на ткань при останове машины.

37

В зависимости от вида волокнистого материала, специфических

ее связи с субстратом. Поскольку при использовании его в боль­ ших концентрациях может наблюдаться ухудшение грифа, одно­ временно с ним рекомендуется вводить в печатную краску веще­ ства, улучшающие гриф ткани, например лупримол SIG.

Рекомендуется следующий рецепт печатной краски для фотофильмпечати ппгметными красителями тканей из полиамидных волокон (в г) :

Ниже приведен рецепт печатной краски для машины с гра­ вированными валами (в г):

чение 5 мин. при температуре 140—150°С. Оптимальной является

тканей нужно брать более вязкие краски и шаблоны с ситом вы­ сокого номера. При использовании сит из полиамидных волокон часто наступает засорение ячеек. Практика показывает, что засоряемость сит в значительной .мере можно уменьшить, снизив вязкость печатной краски путем введения в нее 5—10 г/кг эта­ нола. При этом улучшается протекание краски через шаблон, а стабильность эмульсии не ухудшается.

При печати на машинах с цилиндрическими валами применяют очень мелкую гравюру, чтобы количество нанесенной печатной краски было как можно меньше и не наступало ухудшения грифа

ткани.

Ткани из полиэфирных волокон набивают печатной краской,

38

Смесь полиэфирных и целлюлозных волокон можно также печатать по вышеприведенному рецепту. Хорошо зарекомендовал себя также следующий рецепт для фотофнльмпечатн (в г)-

При печати на машинах с цилиндрическими валами количе­ ство воды следует уменьшить до 220 г, а количество связующего увеличить до 180 г.

В этом рецепте в качестве катализатора, применен сульфат аммония. Препарат лютексал НД является катализатором и Чув­ ствителен к действию далее малых количеств электролита, но для большей прочности окраски желательно введение минерального катализатора.

Ниже приводится состав эмульсионной загустки и рецепт пе­ чатной краски (в г) для хлопко-лавсановой ткани арт. В-760 с использованием отделочных препаратов отечественного произ­ водства [22].

39