Textielpigmentdruk: chemie van bindmiddelen

Nanjiba Nur

Dit artikel beschrijft de chemie van bindmiddelen en hun werking bij het bedrukken van katoentextiel met pigment. Het bedrukken van textielmaterialen kan waarschijnlijk het best worden omschreven als een industriële kunst, met een lange geschiedenis en een verzekerde toekomst. Textieldruk is de meest veelzijdige en belangrijkste methode die wordt gebruikt om kleur en design in textielstoffen te introduceren. Bij pigmentdruk worden onoplosbare pigmenten, die geen affiniteit hebben met vezels, met bindmiddelen of bindmiddelen op de vezels gefixeerd. Bij het bedrukken van textiel worden kleurstoffen of pigmenten overgebracht op textiel door middel van drukpasta's. Bindmiddelen zijn het mechanisme dat wordt gebruikt om de kleur op de stof te behouden bij het gebruik van pigmenten voor het bedrukken van textiel. De keuze van bindmiddelen zal altijd afhangen van de uiteindelijke echtheidseisen en de kosteneisen van het proces. Deze paperreview legt meer nadruk op de noodzaak en functies van bindmiddel bij pigmentdruk en ook op de chemie van bindmiddelen en de werking ervan bij het fixeren van het pigment op het textielsubstraat.

Wat is Binder?

Bindmiddelen zijn chemische producten die de pigmenten binden met de cellulosevezels bij het printen van textielpigmenten. Bijna alle bindmiddelen die worden gebruikt bij het bedrukken van textielpigmenten zijn additiepolymerisatieproducten. Het is een filmvormende substantie die bestaat uit langketenige macromoleculen die, wanneer ze samen met het pigment op het textiel worden aangebracht, een driedimensionaal netwerk vormen. Hiervoor werden ook verschillende bindmiddelen ontwikkeld, wat uiteindelijk resulteerde in het gebruik van water-in-olie- en olie-in-water-emulsies. Dit heeft het gebruik van pigmenten in textieldruk enorm versneld en vervolgens zijn pigmenten belangrijke kleurstoffen geworden die in drukwerk worden gebruikt.

Pigment afdrukken

Momenteel is pigmentdruk misschien wel de meest gebruikte en meest gebruikte techniek voor het bedrukken van textiel. Bij pigmentdruk worden onoplosbare pigmenten, die geen affiniteit hebben met de vezel en op het textiel worden gefixeerd met bindmiddelen in het gewenste patroon. Deze beschrijving is misschien te simpel, maar het onderscheidt duidelijk pigmenten van kleurstoffen die in de vezel worden opgenomen en daar worden gefixeerd als gevolg van reacties die specifiek zijn voor de kleurstof. Drukpasta is het hoofdbestanddeel van afdrukken dat de vorming van de vooraf gedefinieerde patronen mogelijk maakt. De drukpasta voor pigmentdrukken bevat over het algemeen pigmenten, emulgatoren, bindmiddelen, weekmakers, verdikkingsmiddelen, antischuimmiddelen en vernettingsmiddelen.

Pigmentprinten heeft echter een paar problemen: uitharding bij relatief hoge temperatuur, stijve hand en slechte crock-vastheid van gedrukte goederen. Deze nadelen houden verband met het gebruikte bindmiddel. Om de kwaliteit van pigmentgoederen te verbeteren, moeten dus de algemene eigenschappen van de bindmiddelen worden verbeterd. Methoden om de uithardingstemperatuur te verlagen hebben de meeste aandacht gekregen omdat het uithardingsproces bij hoge temperatuur niet alleen energie verspilt, maar ook het risico met zich meebrengt dat substraten worden vernietigd die niet bestand zijn tegen processen met hoge temperaturen.

Bindmiddelclassificatie en zijn functie

Over het algemeen worden bindmiddelen voor textieldruk geclassificeerd in twee categorieën: reactief en niet-reactief. Niet-reactieve bindmiddelen bevatten geen reactieve groepen. Vanwege de afwezigheid van reactieve groepen verknopen ze zichzelf niet tijdens fixatie of uitharding. Toevoeging van fixeermiddel is dus vereist om een ​​stabiele bindmiddelfilm op substraten te vormen. Reactieve bindmiddelen bevatten reactieve groepen, gewoonlijk afkomstig van copolymerisatie met monomeren zoals N-methylacrylamide of soortgelijke verbindingen. Deze bindmiddelen zijn in staat tot zelfverknoping en vormen een stabiele film tijdens fixatie.

Bindmiddelen worden doorgaans aan drukpasta toegevoegd om:

• Bedek het pigment en laat afdrukken van zeer fijne dispersies toe,

• Bescherm het pigment tegen mechanische slijtage,

• Bevestig het pigment aan de vezels en

Essentiële eigenschappen van bindmiddelen

Bindmiddel dat bij pigmentdruk wordt gebruikt, moet bepaalde eigenschappen hebben. Bindmiddel mag niet gaan klonteren als gevolg van afschuifkrachten die tijdens het printen optreden. Als er coagulatie optreedt, vindt tijdens het eigenlijke printen verstopping van de zeef en blokkering van de gravures van de drukrollen plaats. De bindfilm moet helder, gelijkmatig dik, glad en niet te hard en niet zacht zijn. Het moet elastisch van aard zijn, goed aan de ondergrond hechten zonder kleverig te zijn. Het moet goed bestand zijn tegen chemische en mechanische spanningen en moet gemakkelijk kunnen worden verwijderd van de gravures van de drukrollen, schermen, grijstinten en dekens. Onder deze eigenschappen kan er een worden verbeterd ten koste van andere. Goede bindmiddelen moeten kleurloze, geurloze verbindingen zijn die gemakkelijk en soepel in printpasta's worden gedispergeerd zonder de viscositeit nadelig te beïnvloeden en die gemakkelijk kunnen worden verwijderd van printapparatuur, zoals schermen en rollen. Bindmiddelen moeten flexibele films vormen die pigmentdeeltjes inkapselen en aan stoffen hechten zonder op te zwellen tijdens het wassen en chemisch reinigen.

Textielbindmiddelen zijn nodig om een ​​matrix te vormen om het pigmentdeeltje in te sluiten en moeten bestand zijn tegen krachten van buitenaf die de neiging hebben het pigment van het textielsubstraat los te maken, zoals wassen of wrijven. Een bindmiddel moet zich lenen voor toepassing en andere eigenschappen hebben om het kleureffect van het pigment te versterken. Aangezien pigmentkleuring een additief effect is op het substraat, zullen de componenten van deze toevoeging de neiging hebben om het gevoel van het substraat van de stof te veranderen.

Pigmentdruk Bindmiddelen Feiten

De meeste bindmiddelen voor pigmentdruk op de markt zijn macromolecuulcopolymeren die worden gevormd door emulsiepolymerisatieprocessen van op vinyl gebaseerde monomeren. Ze bevatten hydrofiele secties, waardoor ze dispergeerbaar zijn in printpasta-formuleringen en functionele zijketengroepen, waarvan sommige in staat zijn films te vormen door verknopingsreacties. Crosslinking is de "lijm" die structuur geeft aan bindfilms die inkapselen en hier de pigmenten in weefsels. Functionele groepen die gewoonlijk geen verknopingen vormen, zijn methyl-, ethyl- en butylacrylaten, acrylonitril-, styreen- en ethylgroepen, terwijl de groepen die reageren om verknopingen te vormen acrylamide, methylolacrylamide, hydroxylethylacrylaat, acrylzuur, metharylzuur en fumaarzuur. Veel van deze groepen zijn hydrofoob en helpen zwelling van de printpasta in water te voorkomen.

Het gebruik van chemisch gemodificeerde tarwegluten als bindmiddel in pigmentdrukpasta's voor textiel werd onderzocht om na te gaan of de prestatie-eigenschappen die nodig zijn in textielpigmentdrukbindmiddelen voor kleding en interieurtoepassingen kunnen worden bereikt door economische methoden van chemische modificatie. Deze studie verbeterde de oplosbaarheid in alkalische oplossingen en technische eigenschappen als gevolg van chemische modificatie van gluten voor papierbinders. Tarwegluten is samengesteld uit twee in water onoplosbare eiwitten die voorkomen in tarwemeel, glutenine en gliadine. Gluteninemoleculen hebben lineaire configuraties en kunnen disulfide en andere verknopingen vormen. Gliadine bestaat uit kleine bolvormige moleculen, is zacht en heeft goede hechtende eigenschappen.

De crocking-echtheid van met pigment bedrukte stof is minder dan de crocking-echtheid van het reactieve bedrukte doek, vanwege de onoplosbaarheid van pigmenten. De breekvastheid kan echter worden verbeterd door het juiste bindmiddel te kiezen. onderzocht dat sommige nieuwe bereide waterige oligomeren (bindmiddel) van polyurethaanacrylaat op basis van polyethyleenglycol of glycerolethoxylaat-copropoxylaat zonder vluchtige organische verbindingen veilig kunnen worden gebruikt voor het bereiden van drukpasta voor zeefdrukken van alle soorten textielweefsels met behulp van pigmentkleurstoffen . De hoogste kleursterkte (K/S) wordt verkregen en de echtheden variëren tussen goed en uitstekend voor monsters bedrukt met polyurethaanacrylaat op basis van glycerolethoxylaat-copropoxylaat, dit geldt ongeacht het type bedrukte stof. De laagste K/S wordt verkregen bij gebruik van Ebecryl 2002 als commercieel bindmiddel. Het bindmiddel van PUA op basis van PEG2000 geeft K/S beter dan het bindmiddel van PUA op basis van PEG1000 plus 2000 voor alle soorten bedrukte stoffen, tenzij in het geval van bedrukte wol het omgekeerde waar is.

Nogmaals, de wrijfvastheid van polyesterweefsel hangt af van de elasticiteit van het bindmiddel, de hechting aan de textielmaterialen en de ongelijkmatige verspreiding van het pigment in de printpasta. Het bindmiddel was goed gedispergeerd en had dezelfde elasticiteit; deze resultaten gaven aan dat plasmabehandeling de hechting van de stof aan drukpasta en bindmiddel verbeterde. De resultaten op het gebied van wrijfvastheid kunnen worden toegeschreven aan een betere bindmiddelfilmsterkte van met plasma behandelde weefsels dan onbehandelde weefsels. Na plasmabehandeling nam de hoeveelheid binding tussen bindmiddel en vezels en de weerstand van de chemische bindingen toe vanwege toenemende polaire groepen.

Bij fixatie van pigment op textiel door middel van bindmiddelen; UV- en stralingsuithardingstechnologieën worden in de textielindustrie gebruikt vanwege het lage energieverbruik, de korte opstartperiode, de snelle en betrouwbare uitharding, de lage milieubelasting, de uitharding bij kamertemperatuur, ruimtebesparing, enz.

Werking van bindmiddel bij pigmentfixatie

Het verschil tussen verfprocessen en pigmentatie is dat pigmentgekleurd textiel een uithardingsprocedure vereist. Omdat pigmenten geen affiniteit hebben met textiel. Pigmentfixatie op textiel is afhankelijk van bindmiddelen die een uithardingsproces vereisen om de pigmenten op een textiel vast te houden. Conventionele uitharding is een thermisch proces waarbij pigmentgekleurd textiel moet worden gedroogd en vervolgens met warmte moet worden uitgehard om de zachte organische basis (monomeer en/of oligomeer) om te zetten in een taai polymeer. UV-uitharding is een alternatief voor het thermische proces. UV-uithardende harsformuleringen bevatten oligomeren, monomeren en foto-initiatoren. Deze componenten kunnen worden gepolymeriseerd (uitgehard) door het vrije radicalen-mechanisme waarbij gebruik wordt gemaakt van een foto-initiator die een bijna onmiddellijke uithardingsreactie veroorzaakt bij blootstelling aan UV-licht. UV-uitharding produceert dus binnen enkele seconden een volledig gepolymeriseerd netwerk en is sneller dan thermische uitharding. Er is onderzoek gedaan naar UV-uitharding voor pigmentafdrukken. Problemen die met het proces gepaard gaan, zijn onder meer een lage crock-echtheid, een stijve stofhand en een lage uithardingsefficiëntie van de hars wanneer er pigmenten bij betrokken zijn. Afdrukken met pigment gedispergeerd in door straling uithardbare vloeibare samenstellingen en uitharden met ultraviolet elimineert de droogstap en vermindert de energie die nodig is voor uitharden aanzienlijk. Hoge uithardingssnelheden, hoge verknopingsdichtheden en de afwezigheid van organische oplosmiddelen hebben van UV-uitharding een gevestigde technologie gemaakt voor allerlei coating- en inkttoepassingen.

Tegenwoordig zijn tal van UV-uithardbare monomeren en oligomeren zoals polyether, polyester, epoxy, polyacrylaat en urethaanacrylaten beschikbaar. Door de keuze van grondstoffen namelijk oligomeren als bindmiddelen en bijbehorende monomeren, en foto-initiatoren kunnen de filmeigenschappen zoals hardheid, flexibiliteit, weerstand en adhesie op een zeer flexibele manier gestuurd worden. De echtheidseigenschappen van de prints zijn afhankelijk van het gebruikte type bindmiddel en het type van het geselecteerde textielweefsel. Zowel de concentratie als het type bindmiddel is van invloed op de kleurkracht van de UV-uitgeharde prints.

Belangrijke referenties:

• De rol van bindmiddelen en de chemie ervan bij het printen van textielpigmenten, Journal of Textile Science & Engineering

• De theorie van kleuring van textiel." Society of Dyers and Colorists

De ontwikkeling van pigmentafdrukken in de afgelopen 50 jaar". Overzicht van de voortgang op het gebied van kleuring en aanverwante onderwerpen