Использование наноразмерного синтезированного полиуретан-акрилата в качестве связующего при печати по текстилю

Почему эта история о ткани важна

От спортивной одежды до постельного белья — большинство цветов на печатных тканях получаются благодаря крошечным твердым частицам, называемым пигментами. В отличие от красителей, пигменты не прикрепляются к волокнам естественным образом, поэтому для фиксации цвета принтеры используют «клей» — связующее. В этом исследовании рассматривается новая группа наноразмерных связующих, которые призваны сделать отпечатки ярче, долговечнее и более экологичными — с использованием меньшего количества химикатов и энергии по сравнению с многими существующими продуктами.

Как цвет держится на ткани

В пигментной печати частицы цвета располагаются на поверхности ткани, а не проникают в нее. Чтобы они не стирались и не смазывались, производители смешивают пигменты с жидким связующим, которое образует тонкую пленку при нагреве. Обычные связующие, часто изготовленные из нефтехимических полимеров, имеют ряд недостатков: они могут трескаться или делать ткань жесткой, требовать высоких температур и длительного отверждения, со временем выцветать или желтеть и не всегда быть экологичными. Поскольку пигментная печать применяется более чем в 80% печатных текстилей, даже небольшие улучшения в химии связующих могут существенно повлиять на комфорт, долговечность, стоимость и устойчивость изделий.

Новый нано-клей для текстиля

Авторы работали с четырьмя близкородственными полиуретан-акрилатными связующими, синтезированными в наноразмерном диапазоне. Эти связующие, в основном полученные с помощью микроволнового нагрева, а не традиционных масляных бань, формируют чрезвычайно мелкие и однородные частицы — вплоть до нескольких десятков нанометров. Команда использовала их в водных печатных пастах с экологичным коммерческим пигментом и наносила пасты на три распространенных типа ткани: чистый хлопок, чистый полиэстер и смесь хлопка с полиэстером 50/50. Печать выполняли плоским трафаретом, затем контролируемо нагревали при разных температурах и в разное время для отверждения связующей пленки.

Оценка насыщенности цвета и прочности

Для оценки производительности исследователи измеряли насыщенность цвета (насколько глубок и интенсивен отпечаток) и ряд показателей «стойкости», включая устойчивость к стирке, поту и истиранию в сухом и влажном состоянии. Концентрацию связующего варьировали от очень низкой (5 граммов на литр пасты) до 25 граммов на литр и сравнивали эти результаты с широко используемым коммерческим связующим, рекомендованным производителем в 50 граммов на литр. Также изучали температуры отверждения от 80 °C до 160 °C и время от 4 до 8 минут, чтобы найти практичные режимы, экономящие энергию без потери качества.

Что показали микроскопы

Изображения, полученные с помощью электронного микроскопа, дали крупный план поведения новых связующих на поверхности ткани. Без связующего пигментные частицы оставались отдельными вкраплениями, которые легко удалялись при стирке. С наноразмерными полиуретан-акрилатными связующими волокна были покрыты гладкой непрерывной пленкой, в которой частицы пигмента равномерно встроены. Это однородное покрытие наблюдалось на хлопке, полиэстере и смешанных тканях, что указывает на возможность применения одной и той же химии для широкого спектра материалов, используемых в одежде и домашнем текстиле.

Ярче цвета при меньшем расходе химикатов и энергии

Во всех типах тканей нано-связующие обеспечивали насыщенность цвета, равную или превышающую коммерческий продукт, при использовании лишь пятой части концентрации связующего. Например, на хлопке при печати с всего 5 граммами на литр нескольких нано-связующих, значения насыщенности цвета превосходили те, что получали при использовании коммерческого связующего в 50 грамм на литр. Аналогичные преимущества наблюдались на полиэстере и смесовых тканях. Лучшие результаты достигались при отверждении тканей примерно при 140 °C в течение 4 минут; повышение температуры или времени давало лишь незначительный прирост, что позволяет фабрикам экономить энергию. Устойчивость к стирке и поту в целом варьировала от очень хорошей до отличной. Сухое трение было хорошим и очень хорошим для всех тканей, тогда как влажное трение оставалось более сложной задачей для материалов с высоким содержанием полиэстера, но все же улучшалось при использовании некоторых новых связующих.

Что это значит для повседневных тканей

Для широкой аудитории вывод таков: эти наноразмерные связующие действуют как более «умный» клей для печати по ткани. Они позволяют закрепить яркий цвет с меньшим количеством материала и при более щадящем нагреве, что помогает снизить затраты и воздействие на окружающую среду. При этом они поддерживают или улучшают прочность, так что отпечатки остаются яркими после многократных стирок и носки. Внедрение такого подхода в промышленности может привести к более комфортным и гибким печатным тканям, которые дольше сохраняют вид при меньшей нагрузке на энергопотребление и использование химикатов.

Цитирование: Haggag, K.M., El-Molla, M.M., El-Shall, F.N. et al. Use of nano-scale synthesized polyurethane acrylate as a binder in textile printing. Sci Rep 16, 10477 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-42613-w

Ключевые слова: печать по текстилю, связующее для пигмента, полиуретан-акрилат, нано покрытия, прочность тканей