亞東技術學院教師產學研究計畫成果報告
熱昇華轉印法用於靜電植絨加工
計畫編號：98-5-01-102
執行期限：98 年 9 月 1 日至 99 年 07 月 31 日
主持人：黃茂全 單位名稱：材纖系
共同主持人：郭富良、林新惠 單位名稱：通識中心
參與學生：郭顯明、黃偉珉、鄭旨伶
合作廠商：旭順企業股份有限公司
摘要
熱昇華轉印具有極佳的耐光、耐摩、水洗等染色堅牢度；植絨技術是兼具紡織、染 整、電氣、機械及化學技術的綜合，產品立體感強、顏色鮮豔、手感柔和、不脫絨耐摩 擦。一般染色以水為媒介，染整廢水如果處理不當，常造成水污染及公害等問題，因此 本研究計畫將靜電植絨與熱昇華印花法做結合，來使基布可以經由昇華作用達到上色， 再經由移染性使絨毛上色，減少基布或絨毛染色時的程序。實驗條件包括：昇華染料熱 轉移率、對絨毛移染性及染色堅牢度性能測試等，期望與一般傳統染色比較下減少時間 及製作程序。一、 創作理念
植絨產品符合大部分工業技術要求，如：密封性、公差調整、防止震動產生的噪音、 流暢的移動感、防水性、高溫下的觸摸保護、降低噪音、高吸收功能、防滑功能。當用 於外觀和設計時，植絨是達到獨特結構組成的最為理想的加工工藝。靜電植絨的目的是 使物體表面變得精緻及美觀，早期的植絨主要用於制鞋業和建築業，發展到今天植絨技 術已廣泛用於服裝、裝飾布、汽車內裝飾和密封件、文具用品、玩具、建築裝璜、儀器 儀錶等眾多行業。我國自60 年代初開始小規模生產植絨布，80 年代初，從日本、臺灣、 德國等地引進了多條絨毛生產線和植絨生產線，改變了我國靜電植絨生產的落後面貌， 使植絨作為輕紡行業中的一個門類，具一定規模。 熱昇華染色法是依靠熱昇華染料受熱變成氣態對絨毛纖維具有擴散和親和力的作 用來完成著色的一種染色工藝，其主要特點是轉印圖像色彩鮮明，層次豐富，其效果可 與印刷相媲美。與印刷不同之處在於熱轉印是在高溫下使轉印油墨中的染料受熱昇華， 滲入物體表面，承印物凝固後即形成色彩亮麗的圖像。所以熱轉印產品經久耐用，圖像 不會脫落、龜裂和褪色。因此本研究希望將靜電植絨與熱昇華印花法做結合來使絨毛及 基布可以同時上色達到減少基布或絨毛染色時的程序。可以根據消費者的不同愛好，預 先製備各種轉移植絨花型紙，然後將該放在需要轉印的織物的適當部位上，經高溫壓燙 後，紙上的植絨花型便轉移到織物上了，達到多元樣色的變化。二、 學理基礎
熱昇華轉移是利用分散性染料的昇華性而轉印上。昇華現象是固體不經過液態而直 接氣化成氣態，冷之又直接凝聚成為固態，此種物態變化謂之昇華（Sublimation）。纖 維聚合物皆具備結晶區與非結晶區二部份，被吸收染料只能滲入非結晶區。聚酯纖維結 晶分子排列緻密，使的染料分子難以滲入於內，除非將聚酯纖維細孔變大才可使染料分 子進入。在熱轉移溫度下（約 200℃）高分子聚合物非結晶區鏈節有著激烈的移動，變 成軟化或半熔狀態，有利於分散性染料分子藉由昇華作用進入非結晶區。熱昇華染色法 如下圖1 所示，是依靠熱昇華染料受熱變成氣態對纖維具有擴散和親和力的作用來完成 著色的一種染色工藝。其方法是將昇華染料加在植絨黏合劑中，在植絨上膠時，染料也 隨膠塗布在基材上；待植絨後焙烘時，染料從黏合劑中昇華為氣狀逸出，轉移至織物上， 染色與固化同時完成。 圖1 熱昇華染色法 靜電植絨（flocking）是利用電荷同性相斥異性相吸的物理特性，將絨毛放在帶負 電荷的容器中，使絨毛帶上負電荷，把需要植絨的織物放在零電位或接地的條件下，移 動容器靠近被植絨織物使帶負電荷容器與被植物體之間形成一個高壓電場，絨毛在容器 內帶的是負電荷，受到異電位被植織物的吸引，成垂直狀加速飛到需要植絨的織物表面 上，由於被植織物塗有膠粘劑，烘乾後絨毛就被垂直粘植在被植織物上。 圖2 靜電植絨作法及原理三、 主題內容
絨毛及基布篩選 → 樹脂+昇華墨水 → 植毛工程 → 移 染 性
‧基布前處理 ‧樹脂種類 ‧塗佈方式 ‧溫度
‧絨毛之篩選 ‧添加劑種類 ‧塗佈張力 ‧時間
‧絨毛飛昇試驗 ‧加工液之黏度 ‧植毛條件 ‧pH
‧油墨濃度 ‧烘乾條件
→ 上 色 率 分 析 → 色 牢 度 測 試 → 放 大 實 驗
‧表觀色力度 ‧昇華牢度 ‧放大參數修正
‧色差 ‧摩擦次數 ‧流程設計
‧均染性 ‧水洗牢度 ‧建立最適化製程
四、 方法與技巧
4-1 實驗材料： (1)植毛絨毛種類：Nylon 1.2 D×0.4mm，Nylon 3.0D×1.0mm (2)基材種類：PET (170×142/50D) (3)黏著劑：水性壓克力膠（南寶公司） (4)染料：昇華分散墨水 Red、Yellow、Blue（電光 e 族創意店） 4-2 實驗設備： (1)植毛機：儀昌電機公司，EH-100F (2)烘乾機：CHERNG HUEL Co. ST-60A (3)摩擦牢度試驗機：高逸企業公司，GT-7020(4)纖維電阻試驗機：Maag Flockmachine GmbH，DMB-10
(5)纖維長度試驗機：Maag Flockmachine GmbH ，Flock-IN-SPECT (6)電子顯微鏡：JEOL Co.，JSM-5610
(7)飛昇試驗機：Erich Schenk Co.，SPG 40 4-3 上色率測試 (1) 將染色後織物使用電腦配色系統測試。 (2) 以電腦配色系統（Data Color）測試，使其在穩定狀態下，先予以校正測試後，再 正式進入測試。 (3) 進入系統內，選取需測試項目，再將試樣放於待測位置。使用電腦配色系統測量 其表觀色強度（K/S 值）。其數據乃依據下式： K ( 1-R )2 S = 2R K：吸收係數、S：散射係數、R：最大吸收波長的反射率
4-4 耐摩擦次數 將在摩擦前端包覆摩擦用白棉布，並使試片固於試驗臺上依據 CNS 1499 織物試驗 法施以2N 之載重、試片 100 mm 距離間，以每分鐘 30 次的速度作往復摩擦次數，看絨 毛可承受耐摩擦的次數。 4-5 耐昇華牢度 依據CNS 9021 B法，附布將試樣夾於其中，置於昇華牢度試驗機中，測試條件溫度 180±2℃，時間30秒。最後從測試後附布的表觀濃度值經由分光光度儀及電腦換算處理， 可得知其耐昇華染色堅牢度(堅牢度級數共有1~5級，5級最佳，1級為最差)
五、 成果貢獻
1. 植絨加工熱昇華染色對織物上色率昇華墨水加入植絨用黏著劑（水性壓克力膠），利用植絨加工的烘乾過程中使染 料昇華至織物內部進行染色。由於絨毛本身為尼龍材質，故在昇華過程中無法進行染 色，必須經由附著在基布上的多餘油墨染料經移染作用使絨毛上色。如圖3 所示，油墨 染料到10%時對聚酯織物的上色率達到飽和，增加由墨濃度後上色率提升不多。由於植 絨加工以塗佈的方式進行，油墨染料在塗佈或昇華的過程中可能會造成油墨分佈不均一 性，因此由表1 可看出色差值(ΔE)皆在 1~2 之間，顯示不會造成昇華過程中染色不均的 現象。經過移染後也可使絨毛達到上色。一般聚酯染色過程中需要高溫高壓下才可使分 散性染料進入纖維內部，期望藉由熱轉移印花的優點使染色過程能在短時間內完成、產 量提高並可節省水和能量之消耗，降低生產成本提高市場的競爭力。 0 1 2 3 4 5 6 7 5 10 15 dye concentration(wt%) K/ S Yellow Red Blue 圖3 植絨加工中染料昇華後對織物之上色率(K/S)
表1 昇華染色後不同光源下之色差值 ΔE 光源 試驗項目 CWF A TL84 D65 Red 1.81 2.05 1.96 2.11 Yellow 1.72 1.65 1.74 1.61 5% Blue 1.87 1.86 1.87 1.93 Red 1.80 1.96 1.87 1.93 Yellow 1.96 1.88 1.98 1.87 10% Blue 1.01 1.03 1.02 0.93 2. 植絨昇華染色後織物水洗牢度 染色堅牢度依所使用的染料而有所不同，同一染料中也會依其染著狀態或被染物纖 維的性狀而有所差異，或者因染色物中所添加的處理劑、染色助劑及其它的附著劑或吸 濕程度等而產生不同程度的堅牢度。由表-2 水洗牢度評級中，變褪色均達到 4 級，染污 方面對Nylon 及 Cotton 染污程度大，這是因為經油墨染料昇華染色後，對於其他纖維還 有移染的效果，相對的可對絨毛纖維進行移染，使織物上色外還可對絨毛進行染色。依 據ISO 水洗染色堅牢度測試，黏著劑本身為水溶性，植絨製品因所需用的地方不同黏著 劑的配方也略不同，本實驗所使用的為一般水溶性壓克力樹脂，經過水洗牢度測試後還 保有黏附絨毛的能力。 表2 昇華染色後織物耐水洗牢度 5% 10% 試驗項目
附布評級 Red Yellow Blue Red Yellow Blue 變褪色 4 4-5 4 4 4-5 4-5 Acetate 3 3-4 2-3 3-4 3-4 1-2 Cotton 4 4-5 4-5 2 4-5 4 Nylon 3-4 3 3 2 3 3 PET 4 4 4 3 4 4 Acrylic 4-5 4-5 4 4 4-5 4-5 染污 Wool 4 4-5 4 3 4-5 3-4 3. 耐昇華堅牢度之測量 以三種不同顏色（Red、Yellow、Blue）油墨染料混入粘著劑後，經植絨加工中烘 乾使其染料昇華染色後測試其昇華牢度。依據CNS 9021 B法，附布將試樣夾於其中，置 於昇華牢度試驗機中，測試條件溫度180±2℃、時間30秒，測得結果如表-3，因為熱昇 華染色法是利用染料的熱昇華性而達成轉印，所以其昇華牢度略差，其中3種顏色以藍 色油墨染料昇華牢度較為差。不同的昇華染料及轉印布顏色堅牢度也會因轉印的纖維不 同而異，昇華牢度的評估標準取決於轉印布的最終用途而定，有時稍微略差是可以接受 的。
表3 經植絨加工後油墨染料昇華牢度 昇華牢度 染料濃度 試驗項目 5% 10% Red 2-3 2-3 Yellow 3 3 短毛 Blue 2-3 1-2 Red 2-3 2-3 Yellow 3 3 長毛 Blue 2-3 2-3 4. 植絨絨毛耐摩擦牢度 植絨加工雖然能賦予織物表面有絨毛之立體感，植絨所選用的黏著劑對印染後加工 有著重要作用。常用黏著劑分為外交聯型黏著劑和自交聯型黏著劑。外交聯型黏著劑在 其分子中含有羧基（-COOH）或醯胺基（-CONH2）、氨基（-NH3）等能與外加交聯劑 的官能團發生交聯反應的基團。植絨條件以45KV×12 秒，比較長、短絨毛的耐摩次數， 由表 4 看出整體耐摩次數短毛>長毛，在植絨加工過程中經高壓靜電場帶電，使絨毛垂 直加速飛到需要植絨的織物表面上，絨毛就被垂直粘植在被植織物上，隨絨毛長短不同 觸感也不同。摩擦試驗過程中長絨毛與附布接觸面積較大且較久，故在摩擦往復下長絨 毛較易與黏著劑脫離，所以造成短毛摩擦牢度較好。 表4 植絨加工後織物耐摩擦次數 摩擦次數 染料濃度 試驗項目 5% 10% Red <500 <500 Yellow <500 <500 短毛 Blue <500 <500 Red <200 <200 Yellow <200 <200 長毛 Blue <200 <200
成果效益：
1. 熱轉移印花成本低作業空間小，不需要高度熟練的技術，花費時間短不需要水及蒸 氣與一般染整作業流程相比不會造成廢水及空氣問題。 2. 植絨烘乾過程中可使染料昇華達到染色效果，並經由移染後可以絨毛上色，可減少 原本基布及絨毛的染色程序。 3. 昇華染色法可取代一般聚酯纖維的高溫高壓染色，藉由植絨烘乾過程達到上色且均 染性優良。 4. 植絨昇華染色後，水洗牢度優良對耐摩擦次數短絨毛可達約 500 次。 5. 熱昇華印花昇華牢度略差，昇華牢度的評估標準取決於轉印布的最終用途而定。六、 參考文獻
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