چاپ پیگمنت منسوجات: شیمی اتصال دهنده‌ها

در این مقاله به شیمی مواد اتصال دهنده و عملکرد آنها در چاپ پیگمنت منسوجات پنبه‌ای توضیح داده شده است. چاپ محصولات نساجی احتمالاً به عنوان یک هنر صنعتی توصیف می‌شود که دارای سابقه‌ای طولانی و آینده‌ای مطمئن است. چاپ منسوجات متنوع‌ترین و مهم‌ترین روش برای معرفی رنگ و طرح به پارچه‌ها است.

در چاپ پیگمنت، رنگدانه‌های نامحلول، که هیچ گونه تمایلی به الیاف ندارند، با عوامل اتصال دهنده یا اتصال دهنده‌ها بر روی الیاف تثبیت می‌شوند. در چاپ منسوجات، رنگ‌ها یا رنگدانه‌ها با خمیرهای چاپ به پارچه منتقل می‌شوند. اتصال دهنده‌ مکانیزمی است که برای حفظ رنگ بر روی پارچه هنگام استفاده از پیگمنت‌ها برای چاپ منسوجات استفاده می‌شود.

انتخاب اتصال دهنده‌ها به الزامات ثبات نهایی و همچنین هزینه مورد نیاز بستگی دارد. این مقاله تأکید بیشتری بر نیاز و عملکردهای اتصال دهنده در چاپ پیگمنت و همچنین شیمی مواد اتصال دهنده و عملکرد آن در تثبیت رنگدانه بر روی بستر منسوجات دارد.

اتصال دهنده چیست؟

اتصال دهنده‌ها محصولاتی شیمیایی هستند که پیگمنت‌ها را به الیاف سلولزی در چاپ پیگمنت‌ منسوجات متصل می‌کنند. تقریباً همه اتصال دهنده‌های مورد استفاده در چاپ پیگمنت‌ منسوجات، محصولات پلیمریزاسیون اضافی هستند. اتصال دهنده‌ یک ماده تشکیل دهنده فیلم است که از درشت مولکول‌های زنجیره بلند تشکیل شده است و هنگامی که بر روی منسوج همراه با پیگمنت‌ اعمال می‌شود، یک شبکه سه بعدی ایجاد می‌کند.

اتصال دهنده‌های مختلفی برای این منظور ساخته شده و در نهایت منجر به استفاده از امولسیون‌های آب در روغن و روغن در آب شده است. این امر استفاده از پیگمنت‌ها در چاپ نساجی را بسیار تسریع کرد و پس از آن پیگمنت‌ها به مهم‌ترین ماده رنگرزی مورد استفاده در فرآیند چاپ تبدیل شدند.

 چاپ پیگمنت‌

در حال حاضر، چاپ پیگمنت‌ شاید رایج‌ترین و گسترده‌ترین تکنیک برای چاپ منسوجات باشد. در چاپ پیگمنت، رنگدانه‌های نامحلول، که هیچ گونه تمایلی به الیاف ندارند، با عوامل اتصال دهنده یا اتصال دهنده‌ها بر روی الیاف تثبیت می‌شوند. این توصیف شاید بیش از حد ساده شده باشد، اما بدیهی است که پیگمنت‌ها را از رنگزاهایی که در الیاف جذب می‌شوند و در نتیجه واکنش‌های خاص در الیاف تثبیت می‌شوند، متمایز می‌کند. خمیر چاپ مولفه اصلی چاپ است که امکان ایجاد الگوهای از پیش تعریف شده را فراهم می‌کند. خمیر چاپ برای چاپ پیگمنت به طور کلی شامل پیگمنت‌ها، امولسیفایرها، اتصال دهنده‌ها، نرم کننده‌ها، ضخیم کننده‌ها، مواد ضد کف و عامل اتصال عرضی است.

با این حال، چاپ پیگمنت‌ دارای چندین مشکل از جمله درجه حرارت نسبتا بالا، زیر دست سخت و استحکام ضعیف محصولات چاپی می‌باشد. این معایب مربوط به اتصال دهنده مورد استفاده است. بنابراین، برای بهبود کیفیت این کالاها، خواص کلی مواد اتصال دهنده باید بهبود یابد. روش‌های کاهش دمای عمل آوری بیشترین توجه را به خود جلب کرده است زیرا فرآیند پخت در دمای بالا نه تنها انرژی را هدر می‌دهد بلکه خطر تخریب بسترهایی که نمی‌توانند درجه حرارت بالا را تحمل کنند نیز به همراه دارد.

طبقه‌بندی اتصال دهنده‌ها و عملکرد آنها

به طور کلی اتصال دهنده‌های چاپ پارچه به دو دسته واکنشی و غیر واکنشی طبقه‌بندی می‌شوند. اتصال دهنده‌های غیر واکنشی حاوی گروه‌های واکنشی نیستند. به دلیل عدم وجود گروه‌های واکنشی، آنها در حین تثبیت یا پخت خود پیوند متقابل ندارند. بنابراین افزودن ماده تثبیت کننده برای تشکیل یک فیلم چسبنده پایدار بر روی بسترها مورد نیاز است. اتصال دهنده‌های واکنشی معمولاً حاوی گروه‌های واکنشی هستند که معمولاً ناشی از کوپلیمریزاسیون با مونومرهایی مانند N-methyl acrylamide یا ترکیبات مشابه است. این اتصال دهنده‌ها قادر به اتصال خود به خود هستند و در حین تثبیت، فیلم پایداری ایجاد می‌کنند.

اتصال دهنده‌ها معمولاً به خمیر چاپ اضافه می‌شوند تا:

• پیگمنت‌ها را پوشانده و اجازه دهند پراکندگی‌های بسیار ریز چاپ شوند

• از پیگمنت‌ها در برابر سایش مکانیکی محافظت کنند

• پیگمنت‌ها را در الیاف تثبیت کنند

ویژگی‌های اساسی اتصال دهنده‌ها

اتصال دهنده‌ مورد استفاده در چاپ پیگمنت‌ باید دارای ویژگی‌های خاصی باشد. اتصال دهنده‌ نباید به دلیل نیروهای برشی در حین چاپ منعقد شود. در صورت انعقاد، انسداد صفحه و مسدود شدن حکاکی‌های غلطک‌های چاپ صورت می‌گیرد. فیلم اتصال دهنده باید شفاف، دارای ضخامت یکسان، صاف و نه خیلی سخت و نه خیلی نرم باشد. باید به طور ذاتی الاستیک باشد، بدون اینکه چسبناک باشد، چسبندگی خوبی به بستر داشته باشد، مقاومت خوبی در برابر فشارهای شیمیایی و مکانیکی داشته باشد و باید به راحتی از روی نقش‌های غلطک چاپ و صفحه‌ها جدا شود.

در میان این خواص، می‌توان یکی را با هزینه دیگران بهبود بخشید. اتصال دهنده‌های مرغوب، ترکیباتی بی‌رنگ و بی‌بو هستند که به راحتی و به آرامی در خمیرهای چاپی بدون تأثیر منفی بر ویسکوزیته پراکنده شده و به راحتی از تجهیزات چاپی مانند صفحه نمایش و غلطک برداشته می‌شوند. اتصال دهنده‌ها باید فیلم‌های انعطاف پذیری تشکیل دهند که ذرات پیگمنت را در خود جای داده و هنگام شستشو و خشک شویی بدون تورم به پارچه‌ها می‌چسبند.

اتصال دهنده‌های نساجی برای تشکیل یک ماتریس برای به دام انداختن ذرات پیگمنت ضروری هستند و باید در برابر نیروهای خارجی مانند شستشو یا مالش که تمایل دارند پیگمنت را از بستر منسوج خارج کنند، پایدار باشند. همچنین، یک اتصال دهنده باید ویژگی‌های دیگری نیز داشته باشد تا اثر رنگرزی پیگمنت را افزایش دهد. از آنجایی که رنگرزی پیگمنت‌ یک اثر افزایشی بر روی بستر است، اجزای این افزودنی تمایل به تغییر حس زیر لایه پارچه دارند.

حقایقی در مورد اتصال دهنده‌های چاپ پیگمنت

اغلب اتصال دهنده‌های چاپ پیگمنت موجود در بازار، کوپلیمرهای ماکرومولکولی هستند که از طریق فرآیندهای پلیمریزاسیون امولسیونی از مونومرهای مبتنی بر وینیل تشکیل شده‌اند. آنها حاوی بخش‌های آب دوست هستند که باعث می‌شود در فرمولاسیون‌های خمیر چاپی و گروه‌های عملکردی زنجیره جانبی پراکنده شوند، برخی از آنها با واکنش‌های پیوند عرضی قادر به تشکیل فیلم هستند.

پیوند عرضی “چسبی” است که به فیلم‌های اتصال دهنده‌ محصور و در اینجا پیگمنت‌ها به پارچه ساختار می‌دهد. گروه‌های عملکردی که معمولاً پیوندهای عرضی ایجاد نمی‌کنند عبارتند از متیل، اتیل و بوتیل آکریلات، آکریلونیتریل، استایرن و گروه‌های اتیل. از طرفی دیگر، گروه‌هایی که برای ایجاد پیوندهای عرضی واکنش نشان می‌دهند عبارتند از آکریل آمید، متیلواکریل آمید، هیدروکسیل اتیل اکریلات، اسید اکریلیک، مت اکریلیک اسید و اسید فوماریک. بسیاری از این گروه‌ها آبگریز هستند و به جلوگیری از تورم خمیر چاپ در آب کمک می‌کنند.

استفاده از گلوتن گندم اصلاح شده شیمیایی به عنوان یک اتصال دهنده در خمیرهای چاپ پیگمنت برای منسوجات مورد بررسی قرار گرفته است. با استفاده از روش‌های اقتصادی اصلاح شیمیایی، خواص عملکردی مورد نیاز در اتصال دهنده‌های پیگمنت نساجی برای پوشاک و کاربردهای داخلی قابل دستیابی است. این مطالعه، حلالیت در محلول‌های قلیایی و خواص فنی ناشی از اصلاح شیمیایی گلوتن برای اتصال دهنده‌های کاغذ را بهبود بخشیده است. گلوتن گندم از دو پروتئین نامحلول در آب که در آرد گندم یافت می‌شود، گلوتنین و گلیادین تشکیل شده است. مولکول‌های گلوتنین دارای پیکربندی خطی و پتانسیل تشکیل دی سولفید و سایر پیوندهای عرضی هستند. گلیادین از مولکول‌های کوچک کروی تشکیل شده است، نرم است و خاصیت چسبندگی خوبی دارد.

به دلیل عدم حلالیت پیگمنت‌ها، خواص ثبات خراش پارچه‌های چاپ شده با پیگمنت کمتر از پارچه‌های چاپی واکنشی است. با این حال، می‌توان با انتخاب اتصال دهنده مناسب، استحکام خراش را بهبود بخشید. براساس بررسی‌های انجام شده، برخی از الیگومرهای آبی جدید (اتصال دهنده) پلی اورتان آکریلات بر پایه‌ی پلی اتیلن گلیکول یا گلیسرول اتوکسیلات-کو پروپوکسیلات با ترکیبات آلی فرار صفر، می‌توانند بدون خطر برای تهیه خمیر چاپ برای چاپ اسکرین بر روی انواع پارچه‌ها با استفاده از رنگ‌های پیگمنت استفاده شوند.

بدون توجه به نوع پارچه چاپ شده، برای نمونه‌های چاپ شده با استفاده از پلی اورتان اکریلات بر پایه‌ی گلیسرول اتوکسیلات کوپروپوکسیلات، بالاترین استحکام رنگ (K/S) حاصل می‌شود و ثبات نمونه‎‌ها در محدوده خوب تا عالی است. کمترین K/S در صورت استفاده از Ebecryl 2002 به عنوان اتصال دهنده  تجاری به دست می‌آید. اتصال دهنده PUA بر پایه‌ی PEG2000 K/S در مقایسه با اتصال دهنده PUA بر پایه PEG1000+2000، K/S بهتری برای انواع پارچه‌های چاپی ارائه می‌دهد، مگر در مورد پارچه‌های پشمی که عکس آن صادق است.

ثبات سایشی پارچه پلی استر به قابلیت ارتجاعی اتصال دهنده، چسبندگی به منسوجات و پراکندگی ناهموار پیگمنت در خمیر چاپ، بستگی دارد. پراکنده شدن اتصال دهنده به خوبی و قابلیت ارتجاعی یکسان آن، نشان داده است که درمان با پلاسما، چسبندگی پارچه‌ها به خمیر چاپ و اتصال دهنده را بهبود می‌بخشد. نتایج استحکام سایشی را می‌توان به استحکام بهتر فیلم اتصال دهنده در پارچه‌های فرآوری شده با پلاسما نسبت به پارچه‌های معمول نسبت داد. پس از فرآوری با پلاسما، میزان پیوند میان اتصال دهنده و الیاف و مقاومت پیوندهای شیمیایی به دلیل افزایش گروه‌های قطبی، افزایش یافته است.

در تثبیت پیگمنت به منسوجات با استفاده از مواد اتصال دهنده؛ اشعه ماوراء بنفش و همچنین فناوری‌های تابش اشعه، به دلیل مصرف کم انرژی، دوره کوتاه راه اندازی، پخت سریع و قابل اعتماد، آلودگی کم محیط، پخت در دمای اتاق، صرفه جویی در فضا و غیره استفاده می‌شوند.

عملکرد اتصال دهنده در تثبیت پیگمنت

تفاوت میان فرآیندهای رنگرزی و چاپ پیگمنت در این است که منسوجات چاپ شده با پیگمنت نیاز به یک فرآیند پخت دارند. از آنجا که پیگمنت‌ها تمایلی به منسوجات ندارند، تثبیت پیگمنت بر روی منسوجات متکی به مواد اتصال دهنده است که برای نگهداری پیگمنت‌ها بر روی منسوجات نیاز به فرآیند پخت دارد. پخت معمولی یک فرآیند حرارتی است که در آن منسوجات چاپی باید خشک شوند و سپس با حرارت پخت شوند تا پایه آلی نرم (مونومر و/یا الیگومر) به پلیمر مقاوم تبدیل شود.

عمل آوری با اشعه ماوراء بنفش جایگزینی برای فرآیند حرارتی است. فرمولاسیون رزین پخت UV حاوی الیگومرها، مونومرها و آغازگرهای عکس است. این اجزا را می‌توان با مکانیسم رادیکال آزاد، پلیمریزه (سفت) کرد و با استفاده از آغازگر عکس باعث ایجاد واکنش پخت تقریباً فوری در مواجهه با نور UV می‌شود. بنابراین عمل آوری با اشعه ماوراء بنفش یک شبکه کاملاً پلیمریزه را در ثانیه تولید می‌کند و سریع‌تر از عمل آوری حرارتی است. پخت ماوراء بنفش برای چاپ پیگمنت مورد مطالعه قرار گرفته است، مشکلات مربوط به این فرآیند شامل ثبات خراش کم، زیر دست سخت پارچه و راندمان پایین پخت رزین هنگام دخالت پیگمنت‌ها است.

چاپ با پیگمنت‌های پراکنده در ترکیبات مایع قابل پخت با اشعه و پخت با اشعه ماوراء بنفش، مرحله خشک شدن را حذف کرده و انرژی مورد نیاز برای پخت را تا حد زیادی کاهش می‌دهد. سرعت عمل آوری بالا، تراکم اتصال زیاد و عدم وجود حلال‌های آلی، عمل آوری UV را به یک فناوری ثابت شده برای انواع کاربردهای پوشش و جوهر تبدیل کرده است.

امروزه، تعداد زیادی مونومر و الیگومر قابل درمان با اشعه ماوراء بنفش مانند پلی اتر، پلی استر، اپوکسی، پلی اکریلات و اکریلات‌های اورتان در دسترس هستند. با انتخاب مواد اولیه برای مثال الیگومرها به عنوان اتصال دهنده و مونومرهای همراه و آغازگرهای عکس، خواص فیلم مانند سختی، انعطاف پذیری، مقاومت و چسبندگی را می‌توان به روشی بسیار انعطاف‌پذیر کنترل کرد. خواص ثبات چاپ به نوع اتصال دهنده استفاده شده و همچنین نوع پارچه انتخاب شده بستگی دارد. هم غلظت و هم نوع اتصال دهنده بر ثبات رنگ چاپ‌های UV تاثیرگذار است.