Textilpigmentdruck: Chemie der Bindemittel

Nanjiba Nur

Dieser Artikel beschreibt die Chemie von Bindemitteln und ihre Wirkung beim Pigmentdruck von Baumwolltextilien. Das Drucken von Textilmaterialien lässt sich wahrscheinlich am besten als industrielle Kunst beschreiben, die eine lange Geschichte und eine gesicherte Zukunft hat. Der Textildruck ist die vielseitigste und wichtigste Methode, um textilen Stoffen Farbe und Design zu verleihen. Beim Pigmentdruck werden unlösliche Pigmente, die keine Affinität zu Fasern haben, mit Bindemitteln oder Bindemitteln auf den Fasern fixiert. Beim Textildruck werden Farbstoffe oder Pigmente durch Druckpasten auf Textilgewebe übertragen. Bei der Verwendung von Pigmenten zum Bedrucken von Textilien werden Bindemittel verwendet, um die Farbe auf dem Stoff zu halten. Die Auswahl der Bindemittel hängt immer von den endgültigen Echtheitsanforderungen sowie den Kostenanforderungen des Prozesses ab. Dieser Aufsatz konzentriert sich stärker auf die Notwendigkeit und Funktion von Bindemitteln beim Pigmentdruck sowie auf die Chemie von Bindemitteln und ihre Wirkung bei der Fixierung des Pigments auf dem Textilsubstrat.

Was ist Binder?

Bindemittel sind chemische Produkte, die beim Textilpigmentdruck die Pigmente mit den Zellulosefasern verbinden. Fast alle im Textilpigmentdruck verwendeten Bindemittel sind Additionspolymerisationsprodukte. Dabei handelt es sich um eine filmbildende Substanz aus langkettigen Makromolekülen, die beim Auftragen auf das Textil zusammen mit dem Pigment ein dreidimensionales Netzwerk bilden. Zu diesem Zweck wurden auch verschiedene Bindemittel entwickelt, die schließlich zur Verwendung von Wasser-in-Öl- und Öl-in-Wasser-Emulsionen führten. Dadurch beschleunigte sich der Einsatz von Pigmenten im Textildruck erheblich, und Pigmente wurden zu wichtigen Farbstoffen für Drucke.

Pigmentdruck

Derzeit ist der Pigmentdruck vielleicht die am häufigsten und am weitesten verbreitete Technik zum Bedrucken von Textilien. Beim Pigmentdruck werden unlösliche Pigmente, die keine Affinität zur Faser haben, mit Bindemitteln im gewünschten Muster auf dem Textil fixiert. Diese Beschreibung ist vielleicht zu stark vereinfacht, aber sie unterscheidet Pigmente offensichtlich von Farbstoffen, die in die Faser aufgenommen und dort aufgrund farbstoffspezifischer Reaktionen fixiert werden. Druckpaste ist der Hauptbestandteil des Drucks, der die Bildung der vordefinierten Muster ermöglicht. Die Druckpaste für den Pigmentdruck enthält im Allgemeinen Pigmente, Emulgatoren, Bindemittel, Weichmacher, Verdickungsmittel, Antischaummittel und Vernetzungsmittel.

Allerdings gibt es beim Pigmentdruck einige Probleme: die Aushärtung bei relativ hohen Temperaturen, die steife Haptik und die schlechte Beständigkeit der gedruckten Waren. Diese Nachteile hängen mit dem verwendeten Bindemittel zusammen. Um die Qualität von Pigmentwaren zu verbessern, müssen daher die Gesamteigenschaften der Bindemittel verbessert werden. Methoden zur Senkung der Härtungstemperatur haben die größte Aufmerksamkeit erhalten, da der Härtungsprozess bei hoher Temperatur nicht nur Energie verschwendet, sondern auch das Risiko birgt, Substrate zu zerstören, die Hochtemperaturprozessen nicht standhalten können.

Bindemittelklassifizierung und ihre Funktion

Im Allgemeinen werden Bindemittel für den Textildruck in reaktive und nicht reaktive Bindemittel eingeteilt. Nicht reaktive Bindemittel enthalten keine reaktiven Gruppen. Aufgrund des Fehlens reaktiver Gruppen vernetzen sie sich während der Fixierung oder Aushärtung nicht selbst. Daher ist die Zugabe von Fixiermittel erforderlich, um einen stabilen Bindemittelfilm auf den Substraten zu bilden. Reaktive Bindemittel enthalten reaktive Gruppen, die normalerweise aus der Copolymerisation mit Monomeren wie N-Methylacrylamid oder ähnlichen Verbindungen stammen. Diese Bindemittel sind in der Lage, sich selbst zu vernetzen und während der Fixierung einen stabilen Film zu bilden.

Typischerweise werden der Druckpaste Bindemittel zugesetzt, um:

• Beschichten Sie das Pigment und ermöglichen Sie das Drucken sehr feiner Dispersionen.

• Schützen Sie das Pigment vor mechanischem Abrieb,

• Fixieren Sie das Pigment auf den Fasern und

Wesentliche Eigenschaften von Bindemitteln

Beim Pigmentdruck verwendete Bindemittel müssen bestimmte Eigenschaften aufweisen. Das Bindemittel darf aufgrund der beim Drucken auftretenden Scherkräfte nicht koaguliert werden. Kommt es zu einer Koagulation, kommt es während des eigentlichen Druckvorgangs zu einer Verstopfung des Siebes und zu einer Blockierung der Gravuren der Druckwalzen. Der Bindemittelfilm muss klar, gleichmäßig dick, glatt und weder zu hart noch zu weich sein. Es sollte von Natur aus elastisch sein und eine gute Haftung auf dem Untergrund aufweisen, ohne klebrig zu sein. Es sollte eine gute Beständigkeit gegenüber chemischen und mechanischen Beanspruchungen aufweisen und sich leicht von den Gravuren der Druckwalzen, Siebe, Hinterzüge und Gummitücher entfernen lassen. Unter diesen Eigenschaften kann eine auf Kosten anderer verbessert werden. Gute Bindemittel müssen farb- und geruchlose Verbindungen sein, die sich leicht und gleichmäßig in Druckpasten verteilen lassen, ohne die Viskosität zu beeinträchtigen, und die sich leicht von Druckgeräten wie Sieben und Walzen entfernen lassen. Bindemittel sollten flexible Filme bilden, die Pigmentpartikel einkapseln und beim Waschen und chemischen Reinigen an Stoffen haften, ohne aufzuquellen.

Textile Bindemittel sind notwendig, um eine Matrix zum Einschließen der Pigmentpartikel zu bilden, und müssen gegenüber äußeren Kräften stabil sein, die dazu neigen würden, das Pigment vom Textilsubstrat zu lösen, wie z. B. Waschen oder Reiben. Ein Bindemittel muss sich gut verarbeiten lassen und andere Eigenschaften aufweisen, um die Farbwirkung des Pigments zu verstärken. Da es sich bei der Pigmentfärbung um einen Zusatzeffekt zum Substrat handelt, verändern die Komponenten dieses Zusatzes tendenziell die Haptik des Substrats des Stoffes.

Fakten zu Bindemitteln für den Pigmentdruck

Die meisten Pigmentdruckbindemittel auf dem Markt sind makromolekulare Copolymere, die durch Emulsionspolymerisationsverfahren aus vinylbasierten Monomeren gebildet werden. Sie enthalten hydrophile Abschnitte, die sie in Druckpastenformulierungen dispergierbar machen, sowie funktionelle Seitenkettengruppen, von denen einige in der Lage sind, durch Vernetzungsreaktionen Filme zu bilden. Vernetzung ist der „Kleber“, der den Bindemittelfilmen, die die Pigmente einkapseln, Struktur verleiht. Funktionelle Gruppen, die normalerweise keine Vernetzungen bilden, sind Methyl-, Ethyl- und Butylacrylate, Acrylnitril, Styrol und Ethylgruppen, während die Gruppen, die unter Bildung von Vernetzungen reagieren, Acrylamid, Methylolacrylamid, Hydroxylethylacrylat, Acrylsäure, Methacrylsäure usw. sind Fumarsäure. Viele dieser Gruppen sind hydrophob und tragen dazu bei, das Quellen der Druckpaste in Wasser zu verhindern.

Bei der Verwendung von chemisch modifiziertem Weizengluten als Bindemittel in Pigmentdruckpasten für Textilien wurde untersucht, dass die erforderlichen Leistungseigenschaften von Textilpigmentdruckbindemitteln für Bekleidungs- und Innenanwendungen durch wirtschaftliche Methoden der chemischen Modifikation erreicht werden können. Diese Studie verbesserte die Löslichkeit in alkalischen Lösungen und die technischen Eigenschaften, die sich aus der chemischen Modifikation von Gluten für Papierbindemittel ergeben. Weizengluten besteht aus zwei wasserunlöslichen Proteinen, die in Weizenmehl vorkommen: Glutenin und Gliadin. Gluteninmoleküle haben lineare Konfigurationen und das Potenzial, Disulfid- und andere Vernetzungen zu bilden. Gliadin besteht aus kleinen kugelförmigen Molekülen, ist weich und hat gute Klebeeigenschaften.

Aufgrund der Unlöslichkeit der Pigmente ist die Kratzfestigkeit von mit Pigmenten bedruckten Stoffen geringer als die von reaktiv bedruckten Stoffen. Durch die Wahl des geeigneten Bindemittels lässt sich jedoch die Kratzfestigkeit verbessern. untersuchten, dass einige neuartige vorbereitete wässrige Oligomere (Bindemittel) von Polyurethanacrylat auf der Basis von Polyethylenglykol oder Glycerinethoxylat-co-propoxylat ohne flüchtige organische Verbindungen sicher zur Herstellung von Druckpasten für den Siebdruck aller Arten von Textilgeweben unter Verwendung von Pigmentfarbstoffen verwendet werden können . Die höchste Farbstärke (K/S) wird erreicht und die Echtheitseigenschaften liegen bei Mustern, die mit Polyurethanacrylat auf Basis von Glycerinethoxylat-Copropoxylat bedruckt wurden, zwischen gut und ausgezeichnet, und zwar unabhängig von der Art des bedruckten Stoffes. Der niedrigste K/S-Wert wird bei Verwendung von Ebecryl 2002 als handelsübliches Bindemittel erzielt. Das auf PEG2000 basierende PUA-Bindemittel ergibt für alle Arten von bedruckten Stoffen ein besseres K/S als das auf PEG1000 plus 2000 basierende PUA-Bindemittel, es sei denn, bei bedruckter Wolle ist das Gegenteil der Fall.

Auch hier hängt die Reibechtheit von Polyestergewebe von der Elastizität des Bindemittels, der Haftung auf den Textilmaterialien und der ungleichmäßigen Verteilung des Pigments in der Druckpaste ab. Das Bindemittel war gut dispergiert und hatte die gleiche Elastizität; Diese Ergebnisse zeigten, dass die Plasmabehandlung die Haftung des Stoffes an Druckpaste und auch Bindemittel verbesserte. Die Ergebnisse der Reibechtheit können auf eine bessere Bindemittelfilmfestigkeit von plasmabehandelten Stoffen im Vergleich zu unbehandelten Stoffen zurückgeführt werden. Nach der Plasmabehandlung nahmen der Bindungsgrad zwischen Bindemittel und Fasern und der Widerstand der chemischen Bindungen aufgrund der zunehmenden polaren Gruppen zu.

Bei der Fixierung von Pigmenten auf Textilien durch den Einsatz von Bindemitteln; Aufgrund des geringen Energieverbrauchs, der kurzen Anlaufzeit, der schnellen und zuverlässigen Aushärtung, der geringen Umweltbelastung, der Aushärtung bei Raumtemperatur, der Platzersparnis usw. werden in der Textilindustrie sowohl UV- als auch Strahlungshärtungstechnologien eingesetzt.

Wirkung des Bindemittels bei der Pigmentfixierung

Der Unterschied zwischen Färbeverfahren und Pigmentierung besteht darin, dass pigmentgefärbte Textilien einen Härtungsprozess erfordern. Da Pigmente keine Affinität zu Textilien haben. Die Pigmentfixierung auf Textilien beruht auf Bindemitteln, die einen Aushärtungsprozess erfordern, um die Pigmente auf einem Textil zu halten. Bei der konventionellen Härtung handelt es sich um einen thermischen Prozess, bei dem pigmentgefärbte Textilien getrocknet und dann mit Hitze ausgehärtet werden müssen, um die weiche organische Basis (Monomer und/oder Oligomer) in ein zähes Polymer umzuwandeln. Die UV-Härtung ist eine Alternative zum thermischen Verfahren. UV-härtende Harzformulierungen enthalten Oligomere, Monomere und Photoinitiatoren. Diese Komponenten können durch den Mechanismus freier Radikale polymerisiert (gehärtet) werden, wobei ein Fotoinitiator bei Einwirkung von UV-Licht eine nahezu sofortige Härtungsreaktion auslöst. Somit erzeugt die UV-Härtung in Sekundenschnelle ein vollständig polymerisiertes Netzwerk und ist schneller als die thermische Härtung. Die UV-Härtung für den Pigmentdruck wurde untersucht. Zu den mit dem Verfahren verbundenen Problemen gehören eine geringe Scheuerfestigkeit, ein steifer Stoffgriff und eine geringe Härtungseffizienz des Harzes, wenn Pigmente beteiligt sind. Durch das Drucken mit in strahlungshärtbaren flüssigen Zusammensetzungen dispergierten Pigmenten und die Härtung mit ultravioletter Strahlung entfällt der Trocknungsschritt und die für die Härtung erforderliche Energie wird erheblich reduziert. Hohe Härtungsgeschwindigkeiten, hohe Vernetzungsdichten und der Verzicht auf organische Lösungsmittel haben die UV-Härtung zu einer etablierten Technologie für alle Arten von Beschichtungs- und Tintenanwendungen gemacht.

Heute stehen zahlreiche UV-härtbare Monomere und Oligomere wie Polyether-, Polyester-, Epoxid-, Polyacrylat- und Urethanacrylate zur Verfügung. Durch die Auswahl der Rohstoffe Oligomere als Bindemittel und Begleitmonomere sowie Photoinitiatoren können die Filmeigenschaften wie Härte, Flexibilität, Beständigkeit und Haftung sehr flexibel gesteuert werden. Die Echtheitseigenschaften der Drucke hängen von der Art des verwendeten Bindemittels sowie der Art des gewählten Textilgewebes ab. Sowohl die Konzentration als auch die Art der Bindemittel beeinflussen die Farbstärke der UV-gehärteten Drucke.

Wichtige Referenzen:

• Die Rolle von Bindemitteln und ihrer Chemie im Textilpigmentdruck, Journal of Textile Science & Engineering

• Die Theorie der Färbung von Textilien. Gesellschaft der Färber und Koloristen

Die Entwicklung des Pigmentdrucks in den letzten 50 Jahren. Rückblick auf Fortschritte in der Kolorierung und verwandte Themen