В последние годы повышение уровня жизни населения России обуславливает постоянный и устойчивый спрос на высококачественные изделия из хлопчатобумажных тканей. В связи с сокращением производства текстильных материалов на отечественных предприятиях легкой промышленности и высокими ценами на качественные изделия из хлопка на мировом рынке повышается актуальность разработки новых экономичных технологий отделки хлопчатобумажных тканей, обеспечивающих повышение количества и качества выпускаемой продукции, обновление ассортимента и экологическую безопасность.
Улучшение качества выпускаемой продукции и повышение производительности труда в отделочном производстве связано с внедрением более совершенных технологических процессов и использованием новых высокоэффективных технологий и способов нанесения изображения на ткань. Достижения в области цифровых технологий последних лет привели к их широкому внедрению в высокотехнологичные производственные процессы. В частности, были разработаны новые цифровые способы нанесения изображения на текстильный материал.
Цифровые способы нанесения рисунков на ткань или цифровая печать — это одно из наиболее перспективных направлений в области текстильной печати. Под этим названием в текстиле принято понимать процесс нанесения рисунка на ткань с помощью широкоформатных струйных принтеров, которые управляются персональным компьютером.
Цифровая печать характеризуется высоким качеством рисунков, большой гибкостью, высокой скоростью смены рисунка, возможностью получения бесконечного раппорта, экологической чистотой и компактностью размещения технологического оборудования. Цифровая печать позволяет оперативно получать такое разнообразие рисунков тканей в различных цветовых гаммах, которые нельзя получить другими видами печати.
Особенностью цифровой печати является нанесение на предварительно подготовленную ткань красителя в виде точек, образующих требуемый рисунок. Обязательная предпечатная подготовка текстильного материала перед цифровой печатью проводится с целью придания ткани определенной жесткости (бумагоподобности), предотвращения растекания чернил, обеспечения устойчивой окраски. Предварительно на ткань наносится предпечатная композиция, содержащая все компоненты традиционных печатных красок кроме красителя, который находится в чернилах вместе с набором вспомогательных веществ. После печати на струйном принтере проводят тепловые операции для фиксации окраски. В качестве чернил для струйных принтеров используются специальные жидкие формы текстильных красителей.
В настоящее время предварительная подготовка ткани под цифровую печать ориентируется на особенности чернил, на основе текстильных красителей в соответствии с рекомендациями фирм — производителей. В основу рецептур предпечатной композиции заложены не всегда оправданные, завышенные или слишком обобщенные концентрации текстильных вспомогательных веществ (ТВВ). Завышенные или несбалансированные концентрации ТВВ приводят к удорожанию печати, ухудшению колористических показателей рисунка, снижению степени фиксации красителя на ткани.
Улучшение качества производимых текстильных материалов связано с применением эффективных технологий подготовки ткани для цифровой печати, основанных на введении в состав предпечатной композиции препаратов, повышающих фиксацию красителей. При этом задачи формирования эффективных составов предпечатных композиций с применением катионных соединений для обработки хлопчатобумажных тканей или не решены, или находятся в стадии разработки. В этом плане актуальность, значимость и полезность разработки эффективной технологии подготовки хлопчатобумажной ткани под цифровую печать активными красителями являются несомненными.
Целью проводимых в диссертационной работе исследований является повышение качества цифровой печати (интенсивность окраски) хлопчатобумажных тканей чернилами на основе активных красителей за счет формирования эффективных рецептур предпечатных композиций с использованием в их составе катионных соединений, изменяющих заряда волокна с отрицательного на положительный и тем повышающих сорбцию и фиксацию анионных активных красителей.
С этой целью в работе проведены экспериментальные исследования влияния различных компонентов и их концентраций в составе предпечатной композиции на качество нанесения рисунка на ткань. Для достижения цели диссертационной работы решены следующие задачи:
— предложен современный методический подход к формированию эффективных концентраций ТВВ в составе предпечатной композиции на основе системного подхода к исследованию свойств текстильных материалов, красителей, компонентов предпечатной композиции и их влияния на качество цифровой печати;
— исследовано и проанализировано действие катионных соединений различного химического строения в процессе предпечатной подготовки хлопчатобумажной тканей под цифровую печать на свойства текстильного материала, красителей и качество печати;
— исследованы условия фиксации активных красителей при применении катионных соединений в предпечатной композиции;
— исследовано влияние вида и концентрации загустителей, щелочных агентов, гидротропного вещества и слабого окислителя в составе предпечатной композиции на жесткость хлопчатобумажных тканей и интенсивность получаемых окрасок.
В качестве математического аппарата исследований использованы теория планирования эксперимента, теория вероятностей.
В результате проведенных экспериментальных исследований определены эффективные концентрации компонентов в составе предпечатной композиции для цифровой печати. Полученные в результате исследований эффективные составы предпечатной композиции успешно апробированы в производственных условиях.
Данная работа является одной из первых работ в России, посвященных развитию предпечатной подготовки с использованием катионных соединений под прямую цифровую печать активными красителями.
Научная новизна диссертации состоит в разработке методического подхода к формированию эффективных составов предпечатных композиций для цифровой печати с применением перспективных препаратов различного химического строения. Особенностью методического подхода является применение метода потенциала протекания (измерение электрокинетического — потенциала хлопкового волокна) для исследования влияния катионизации текстильного материала на изменение поверхностного заряда волокна и повышенную сорбцию анионов активного красителя. Доказано электрохимическими исследованиями (измерение? — потенциала), что волокна хлопка под воздействием препаратов катионного типа приобретают положительный заряд и большую сорбционную способность по отношению к анионным активным красителям.
Практическая значимость полученных результатов состоит в том, что они дают необходимый для реализации эффективной технологии цифровой печати состав предпечатной композиции, позволяющий повысить качество печати (интенсивность окраски) хлопчатобумажных тканей в цифровой печати.
Основные научные результаты, выводы и рекомендации прошли апробацию на 3-х межведомственных научно-технических конференциях и на предприятии «Колор — плюс». По теме диссертации автором опубликовано 5 научных трудов, из которых 2 напечатано в изданиях, рекомендуемых ВАКом.
Результаты диссертационной работы реализованы на предприятии «Колорплюс» и «Скифы», что подтверждается актами реализации, полученными из этих организаций.
На защиту выносятся следующие новые научные результаты:
— методический подход к формированию предпечатных композиций для эффективной технологии подготовки хлопчатобумажных тканей под цифровую компьютерную печать активными красителями;
— выявленную зависимость между степенью катионизации целлюлозного волокна и эффективностью фиксации активных красителей;
— эффективные составы предпечатной композиции с применением катионных соединенийэффективные условия фиксации активных красителей на хлопчатобумажных тканях при применении катионных соединений в составе предпечатной композиции.
Диссертация состоит из введения, литературного обзора, методической части, экспериментальной части, заключения, списка литературы и приложения. Полный объем диссертации составляет 139 листов, из них основной текст 100 листов, рисунки и таблицы 45 листов.
Список литературы
состоит из 80 наименований.
Выводы по литературному обзору.
Проведенный анализ традиционной и цифровой печати показал:
1. Цифровая компьютерная печать обладает рядом существенных преимуществ, особенно при производстве малых партий текстильных материалов. Цифровая печать отличается высоким качеством и широким ассортиментом, оперативностью, экономичностью, простотой реализации и экологичностыо.
2. Текстильный материал перед цифровой печатью требует обязательной предпечатной подготовки с целью придания ткани определенной жесткости, предотвращения растекания чернил, обеспечения устойчивой окраски.
3. Существующие технологии подготовки текстильного материала из целлюлозного волокна под цифровую печать не учитывает специфики оборудования и особенностей технологии печати. Рецептуры предпечатных композиций содержат необоснованные концентрации ТВВ, что приводит к удорожанию печати или снижению прочности окраски.
4. Обзор строения и свойств чернил на основе активных красителей и различных препаратов для предпечатной подготовки ткани выявил, что необходимо применение катионных соединений в составе предпечатных композиций для обеспечения наилучших колористических показателей окраски текстильного материала.
5. Совершенствования предпечатной подготовки хлопчатобумажной ткани под струйную печать чернилами на основе активных красителей наиболее перспективное направление повышения качества печати. При этом формирование эффективной, сбалансированной по своему составу предпечатной композиции с использованием катионных препаратов в процессе предпечатной подготовки для катионизации ткани представляет наибольший интерес для проведения исследований.
Цели и задачи исследования.
Современная текстильная промышленность активно внедряет новые способы колорирования текстильных материалов. Наиболее широкое применение находит цифровая печать чернилами на основе активных красителей, обеспечивающая высокую цветопередачу и фотографическое качество рисунка.
При традиционной печати текстильно-вспомогательные вещества наносятся вместе с печатной краской, содержащей краситель, а в цифровой печати все препараты наносятся отдельно на ткань. В цифровой печати краситель наносится на уже подготовленную перед печатью ткань. Предпечатная композиция должна обеспечивать благоприятные условия для нанесения и фиксации красителя. Основной недостаток существующих рецептур предпечатных композиций состоит в необоснованно завышенном содержании текстильно-вспомогательных веществ и не обеспечение эффективного использования активных красителей (относительно не высокая интенсивность окраски).
Цель настоящего исследования заключалась в разработке технологии эффективной подготовки хлопчатобумажной ткани под цифровую печать активными красителями, обеспечивающей повышение качества окраски, вследствие изменения нанесения текстильно-вспомогательных веществ на ткань перед печатью.
Для решения поставленной задачи исследования проводились в следующих направлениях:
— разработка эффективного состава композиции для предпечатной подготовки целлюлозных материалов, колорированных активными красителями с применением катионизирующих препаратов;
— определение эффективных концентраций традиционных ТВВ в составе предпечатной композиции, обеспечивающих получение высоких показателей интенсивности и устойчивости окраски текстильного материала;
— определение эффективности использования и концентраций катионных соединений в составе предпечатной композиции для повышения интенсивности окрасок текстильных материалов, колорированных чернилами на основе активных красителей;
— определение эффективных условий фиксации активных красителей на ткани при печати на струйных принтерах с применением эффективных составов предпечатных композиций с использованием катионных соединений.
2. Методическая часть.
2.1. Методический подход к формированию эффективных составов предпечатных композиций.
Методический подход к решению задачи формирования эффективных концентраций ТВВ в составе предпечатной композиции представляет собой систему взаимосвязанных методов и методик проведения исследований свойств текстильных материалов, красителей, компонентов предпечатной композиции и их влияния на качество цифровой печати (ЦП). Необходимость разработки методического подхода обусловлена внутренними и внешними факторами:
— во-первых, технология цифровой печати включает совокупность разнородных по своей природе элементов: разнесенные во времени и пространстве этапы (предпечатная подготовка (ПП), цифровая печать, после печатная обработка (ПО), материалы (текстильные материалы (ТМ), ТВВ, чернила) и технические системы (компьютеры, струйные принтеры, зрельники, и др.);
— во-вторых, элементы технологии цифровой печати взаимодействуют между собой так, что качество печати зависит как от их собственных свойств и характеристик, так и от влияния других элементов технологии;
— в-третьих, цифровая печать реализуется в условиях внешних ограничений на ассортимент и качество текстильных материалов и чернил, характеристики технических систем.
Оптимизация состава предпечатной композиции требует экспериментального определения и учета свойств и особенностей каждого элемента технологии цифровой печати, а так же их влияния на качество цифровой печати.
Содержанием методического подхода является его структура, логическая организация, методы и средства использования по целевому назначению.
Методический подход определяет:
— научный аппарат (методы) описания и исследования свойств основных элементов технологии цифровой печати;
— состав и структуру (внутреннюю организацию) методического обеспечения исследований;
— порядок применения (технологию) и средства реализации методического обеспечения в процессе проведения исследований.
Методический подход (рис. 2.1) включает:
1. Методики учета особенностей этапов цифровой печати текстильных материалов чернилами на основе активных красителей: методику предпечатной подготовки, методику цифровой компьютерной печати, методику после печатной обработки;
2. Методики исследования характеристик объектов ЦП: текстильных материалов, чернил на основе активных красителей, катионных соединений, традиционных текстильных вспомогательных веществ, технических систем;
3. Методики определения содержания веществ и оценки влияния ТВВ на свойства ткани и предпечатпой композиции: методику определения содержания активной формы красителей в составе чернил, методику определения катионизации волокна, методику оценки влияния загустителей на жесткость ткани, методику определения реологических свойств и вязкости предпечатной композиции;
4. Методики определения качественных характеристик окрасок: методику определения интенсивности окраски напечатанных образцов, методику определения четкости рисунка, методику определения степени фиксации активных красителей, методику определения устойчивости окраски.
5. Физические методы проведения измерений характеристик хлопчатобумажных тканей, текстильных вспомогательных веществ, чернил, интенсивностей окрасок и испытаний устойчивости окрасок.
Методический подход к формированию эффективных составов предпечатных композиций.
Системность.
Учет особенностей этапов ЦП.
Методика ПП.
Методика ЦП.
Методика ПО.
Учет влияния объектов на качество ЦП.
Свойства объектов.
Взаимовлияние.
Внешние условия.
Методики исследования свойств и характеристик объектов цифровой печати.
Текстильный материал.
Активные чернила.
Предпечатная композиция.
Традиционные ТВВ.
Катионные соединения.
Технические системы.
Методики оценки качественных показателей цифровой печати.
Методики оценки свойств объектов.
Содержание активной формы.
Жесткость текстильного материала.
Катионизация волокна.
Вязкость и реологические свойства.
Методики оценки показателей качества.
Интенсивность окиаски.
Глубина и равномерность окраски.
Фиксация красителя.
Устойчивость окраски.
Физические методы измерений.
Метод определения Метод восходящей Метод Метод измерения жесткости бумажной кислотных вязкости вискохроматографии гидрозолей зиметром ВПЖ — 4.
Метод измерения Метод апергурных Метод электроМетоды испытаний реологических коэффициентов кинетического устойчивости свойств отражения потенциала окраски (ГОСТ).
Серии экспериментов «Вид и концентрация ТВВ — Показатель качества ЦП «.
Эффективный состав предпечатной композиции.
Рис. 2.1. Структурная схема методического подхода к формированию эффективных составов предпечатных композиций.
Предложенный методический подход базируется на апробированных в текстильной промышленности физических методах исследования и оценки характеристик объектов цифровой печати и их влияния на качество изделий. Применение методик и методов в рамках единого методического подхода позволяет решить задачу поиска зависимости в системе «Вид и концентрация ТВВ — Показатель качества ЦП» и формирования эффективных составов предпечатных композиций путем проведения скоординированной совокупности экспериментальных исследований.
2.2. Характеристика объектов исследования.
2.2.1. Текстильный материал При проведении исследований были использованы следующие текстильные материалы: бязь — артикул 152, ширина 150 см, отбеленная (в лабораторных условиях) — бязьартикул 32/23 ширина 150 см, отбеленная (производство ОАО «Трехгорная мануфактура») — саржа-артикул 33/24 ширина 150 см, отбеленная (производство ОАО «Трехгорная мануфактура»).
Основные технические характеристики тканей приведены в таблице 2.1.
Заключение
.
В результате выполненных исследований в диссертационной работе решена научно — практическая задача повышения качества цифровой печати хлопчатобумажных тканей чернилами на основе активных красителей за счет эффективной технологии предпечатной подготовки, оптимизации рецептур предпечатных композиций и использования в их составе катионных соединений.
Основные научные и практические результаты решения поставленной задачи сводятся к следующему:
1. Проведен анализ технологических особенностей и методических основ подготовки и цифровой печати чернилами на основе активных красителей, выбора и экспериментальных исследований состава компонентов предпечатной композиции. Установлено, что цифровая печать для своей реализации требует разработки технологии эффективной качественной предварительной предпечатной подготовки. Разработан методический подход к формированию эффективного состава предпечатных композиций.
2. Проведены исследования и анализ эффективности применения катионных соединений различного химического строения (четвертичное соединение полиаммония, четвертичная соль модифицированного полиалкиламина) в процессе предпечатной подготовки хлопчатобумажной ткани под цифровую печать. Выявлено, что применение катионных соединений повышают показатели интенсивности окраски в 1,5 — 2 раза в зависимости от структуры катионного соединения. Наилучшие результаты получены при применении катионных соединений на основе четвертичного соединения полиаммония.
3. Выявлено, что в основе эффективности действия препаратов катионного типа лежит доказанная в электрохимических исследованиях зависимость между степенью катионизации, изменением? — потенциала и сорбционными свойствами целлюлозного волокна. Положительный заряд целлюлозного волокна обуславливает повышенную сорбцию анионных активных красителей катионизированным волокном.
4. Проведены экспериментальные исследования влияния вида и концентрации загустителей в составе предпечатной композиции на жесткость хлопчатобумажных тканей и интенсивность получаемых окрасок. В результате исследований определены эффективные концентрации загустителей в составе предпечатной композиции, обеспечивающие наилучшее качество печати. Установлено, что качественную предпечатную подготовку хлопчатобумажной ткапи обеспечивают композиции, содержащие природные и синтетические загустители в концентрациях: манутекс R/S 0,7 — 1,2%, принтекс 1−1,2%.
5. Исследовано влияние концентраций щелочных агентов, гидротропного вещества (мочевины) и слабого окислителя (лудигол) в составе предпечатной композиции, содержащей катионное соединение, на интенсивность окраски хлопчатобумажной тканей чернилами на основе активных красителей. Установлено, что при сбалансированном введении в состав предпечатной композиции названных компонентов в концентрациях: щелочной агент (гидрокарбонат натрия) — 25 — 30 г/л, мочевина — 200 г/л, лудигол — 10 г/л достигается повышение интенсивностей окрасок на 15 — 20%.
6. Проведены исследования и оценка влияния катионных препаратов на устойчивость окраски текстильного материала к различным видам внешнего воздействия для различных загустителей. При использовании в предпечатных композициях катионных соединений получены хорошие показатели устойчивости окраски текстильного материала из целлюлозного волокна чернилами на основе активных красителей к мокрому и сухому трению, а также к мокрым обработкам. Устойчивость окраски повышается по сравнению с образцами, не обработанными катионными соединениями.
7. Экспериментально определены эффективные условия фиксации активных красителей при применении катионных соединений в предпечатной композиции. Такими условиями являются: фиксация насыщенным паром при Т = 102 °C и продолжительностью 8 мин при концентрации мочевины 200 — 250 г/л. Установлено, что предварительная предпечатная обработка хлопчатобумажной ткани катионными соединениями (Верификс ТР/35, Гидрокол ONE) повышает фиксацию красителей в 1,5 раза.
8. В результате проведенных экспериментальных исследований определены эффективные составы предпечатной композиции для цифровой печати.
Полученные составы предпечатной композиции обеспечивают высокие колористические показатели окраски хлопчатобумажных тканей при наименьших концентрациях компонентов в составе предпечатной композиции.
9. Исследованы технологические характеристики эффективного состава предпечатной композиции. Установлено, что введение катионных соединений в предпечатную композицию не оказывает существенного влияния на реологические свойства предпечатной композиции. Использование соединений на основе четвертичной соли полиаммония в составе предпечатных композиций обеспечивают хорошие показатели устойчивости предпечатной композиции.
10. Проведен экономический анализ эффективности применения катионных соединений в составе предпечатной композиции для подготовки хлопчатобумажной ткани под цифровую печать. Применение разработанной предпечатной композиции с катионными соединениями позволяет снизить затраты на цифровую печать хлопчатобумажного материала.
11. Разработанный состав предпечатной композиции с применением катионных соединений успешно апробирован в производственных условиях ЗАО «Колор — плюс». Подтверждено получение продукции более высокого качества по сравнению с традиционной цифровой печатью.
Достоверность полученных в работе результатов достигается полнотой учета факторов, влияющих на качество цифровой печати хлопчатобумажных тканей чернилами на основе активных красителей, корректным выбором основных допущений, ограничений и исходных данных, адекватно отражающих основные особенности предпечатной подготовки, и подтверждается результатами экспериментальных исследований.
Результаты и выводы диссертационной работы были использованы при выполнении рисунков на хлопчатобумажных тканях для производства остромодных моделей одежды и рекламных изделий на предприятиях «Колорплюс» и «Скифы».
Результаты диссертационной работы могут быть использованы при создании и эксплуатации технологических линий для цифровой печати текстильных материалов на отечественных предприятиях текстильной промышленности.
