章少武，陸必泰

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顏料墨水色漿的制備

章少武，陸必泰*

(武漢紡織大學(xué) 化學(xué)與工程學(xué)院，湖北 武漢 430073)

顏料墨水?dāng)?shù)碼打印具有適用性廣、前處理和后處理工藝簡(jiǎn)單、節(jié)約能源和無(wú)污水排放等優(yōu)點(diǎn)，是數(shù)碼印花墨水的發(fā)展方向。墨水的制備過(guò)程首先把顏料、分散劑、表面活性劑和去離子水研磨成顏料色漿，然后再添加其他助劑便制備成顏料墨水。該文對(duì)顏料墨水色漿的制備進(jìn)行了研究，包括顏料墨水色漿體系中的粒徑大小、粘度和表面張力等。

數(shù)碼印花；墨水色漿；制備；性能測(cè)定

數(shù)碼印花是數(shù)碼墨水受到數(shù)碼印花機(jī)施加的作用力后，通過(guò)打印噴嘴，一滴滴直接噴射到紡織品上形成所需圖案的技術(shù)。該過(guò)程要借助電子掃描儀、電腦圖片處理軟件和數(shù)碼印花專(zhuān)用軟件（RIP）等輸入手段，把需要的打印圖案以電腦電子信息符號(hào)形式輸入數(shù)碼印花控制打印電腦中，然后經(jīng)過(guò)分色掃描系統(tǒng)（CAD）處理后，再通過(guò)電腦控制的數(shù)碼印花機(jī)，直接將數(shù)碼墨滴噴射到纖維織物上，并形成所需的圖案[1]。數(shù)碼印花技術(shù)與傳統(tǒng)印花技術(shù)相比，具有以下特點(diǎn)：(1) 直接印花，不需要進(jìn)行制版分色，節(jié)省了大量時(shí)間和成本；(2) 印花精度高，色彩豐富，可印制各種類(lèi)型的圖案；(3) 經(jīng)濟(jì)批量下，適合紡織品生產(chǎn)發(fā)展潮流，產(chǎn)品個(gè)性化強(qiáng)；(4) 印花及時(shí)，精確生產(chǎn)不會(huì)造成浪費(fèi)，打印過(guò)程全部電腦化，打印產(chǎn)品無(wú)次品，打印環(huán)境無(wú)污染對(duì)人體無(wú)危害[2]。對(duì)比傳統(tǒng)印花，數(shù)碼印花的優(yōu)勢(shì)非常明顯，因此，數(shù)碼印花是紡織工業(yè)印花發(fā)展的方向，是印花工業(yè)的發(fā)展潮流趨勢(shì)。

數(shù)碼噴墨印花機(jī)、噴墨印花墨水、數(shù)碼印花軟件并稱(chēng)為數(shù)碼噴墨印花技術(shù)的三要素[3]。數(shù)碼墨水作為數(shù)碼噴墨印花技術(shù)中不可缺少的一個(gè)要素，正受到越來(lái)越多得關(guān)注和研究，是紡織工業(yè)領(lǐng)域研究的一大熱點(diǎn)。噴墨印花墨水一般由色素、去離子水和添加劑（如分散劑、粘合劑、潤(rùn)濕劑、pH緩沖劑和防菌劑）等組成[4]。噴墨印花墨水分為染料墨水和顏料墨水，其中，染料墨水制備技術(shù)比較成熟，并且現(xiàn)在數(shù)碼噴墨打印采用的是染料墨水打印。但是，顏料墨水打印紡織品對(duì)比染料墨水有以下優(yōu)勢(shì)[5]：（1）色譜廣而齊全，色光鮮艷；（2）顏料印花產(chǎn)品的色曬牢度很優(yōu)良；（3）顏料對(duì)酸堿不敏感、耐酸堿穩(wěn)定性好；（4）顏料色譜齊全，所以拼色方便；（5）顏料能適用在各種纖維織物上；（6）顏料印花過(guò)程簡(jiǎn)單，印花速度快、印花產(chǎn)品生產(chǎn)快速和高效；（7）顏料印花產(chǎn)品圖案輪廓清晰，線條光潔；（8）顏料印花過(guò)程中耗能少、污水排放量少、對(duì)環(huán)境污染很小；（9）對(duì)人體安全性高，不易被皮膚吸收。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料和藥品

炭黑；高分子分散劑M；潤(rùn)濕劑；去離子水水。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

行星式球磨機(jī)PM（南京馳順發(fā)展科技公司）；激光粒度分析儀LS13320（美國(guó)貝克曼庫(kù)爾特公司）；離心機(jī)；分光光度計(jì)；NDJ—79旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)；JYW—200A表面張力儀（承德益和檢測(cè)設(shè)備有限公司）；電子pH計(jì)。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 顏料色漿制備

將炭黑與分散劑、潤(rùn)濕劑和去離子水混合，放入不銹鋼研磨罐中，使用研磨機(jī)研磨一定時(shí)間后，過(guò)濾，得到顏料色漿。

1.3.2 色漿性能測(cè)試

（1）顏料色漿顆粒粒徑的測(cè)定

將研磨好的色漿稀釋100倍后，滴加一滴到美國(guó)貝克曼庫(kù)爾特公司生產(chǎn)的激光粒度分析儀LS13320中，進(jìn)行粒徑大小的測(cè)試。激光粒度分析儀的測(cè)量范圍是4nm—2000μm。

（2）色漿分散穩(wěn)定性能的測(cè)定

首先把顏料墨水稀釋1500倍，用分光光度計(jì)測(cè)出最大吸收波長(zhǎng)和吸光度A，然后從剩余墨水中取出一部分放入離心管中，分別分離不同的時(shí)間后，再測(cè)定分離后墨水的吸光度A1，墨水的分散穩(wěn)定性可用比吸光度（%）表示，公式如下：

（3）色漿粘度的測(cè)定

墨水體系的粘度借助NDJ—79型旋轉(zhuǎn)粘度測(cè)試儀來(lái)進(jìn)行測(cè)試。選擇測(cè)量范圍是1~10mP·S的旋轉(zhuǎn)粘度測(cè)試儀第三單元，在室溫條件下測(cè)試，并記錄使用數(shù)據(jù)。

（4）色漿表面張力的測(cè)定

使用JYW—200A全自動(dòng)表面張力儀測(cè)試墨水的表面張力，測(cè)試時(shí)選用珀金環(huán)，在室溫下測(cè)試，每個(gè)墨水樣品測(cè)試5次，取品均值。

2 結(jié)果與討論

2.1 分散劑對(duì)色漿顆粒粒徑的影響

由于色漿體系中顏料顆粒粒徑很小，比表面積較大造成顏料顆粒容易相互吸引、產(chǎn)生顏料顆粒間的團(tuán)聚出現(xiàn)沉淀或者分層現(xiàn)象[6-7]。為了確保顏料色漿體系中顏料顆粒良好的分散性，需要借助分散劑的分散作用。為了得到分散劑的最佳添加量，配置了不同添加量分散劑的顏料色漿，分散劑用量對(duì)顏料粒徑的影響結(jié)果如圖1所示。

圖1 分散劑對(duì)粒徑的影響

從圖1可知，顏料色漿顆粒粒徑大小首先隨著高分子分散劑M的用量從5%增加到13%的過(guò)程中逐漸下降達(dá)到最小值110nm，這個(gè)階段分散劑的用量對(duì)色漿中顏料顆粒粒徑的下降起到促進(jìn)作用。當(dāng)分散劑用量從13%增加到20%的時(shí)候，色漿中顏料顆粒粒徑的大小反而增大。這是因?yàn)榉稚┯昧窟^(guò)大時(shí)，色漿中游離的聚合物也多，聚合物之間相互碰撞的機(jī)會(huì)也多，就會(huì)影響聚合物結(jié)構(gòu)中的聚合鏈相互纏繞鏈，從而造成顏料粒子隨同包覆的聚合物發(fā)生絮凝現(xiàn)象，導(dǎo)致了色漿中顏料粒徑過(guò)大和沉降穩(wěn)定性差的現(xiàn)象[8-9]，但是變化不大。

2.2 分散劑對(duì)分散穩(wěn)定性的影響

把不同高分子分散劑含量的顏料色漿稀釋后用離心機(jī)離心半個(gè)小時(shí)，用分光光度計(jì)測(cè)定吸光度，并計(jì)算出比吸光度，測(cè)試結(jié)果如圖2所示。

高分子分散劑M的用量為顏料用量的13%色漿的比吸光度達(dá)到100%，此時(shí)色漿的穩(wěn)定性能最好，說(shuō)明色漿的沉降穩(wěn)定性最好，當(dāng)用量繼續(xù)增加時(shí)，比吸光度有一定幅度的下降，此時(shí)色漿的沉降穩(wěn)定性有稍微下降。

2.3 表面活性劑對(duì)顏料色漿的影響

表面活性劑在色漿中起潤(rùn)濕的作用，防止色漿在長(zhǎng)期儲(chǔ)存時(shí)因水分蒸發(fā)而干燥，同時(shí)當(dāng)墨水噴印到織物上以后，它可以帶動(dòng)水分的揮發(fā)，使墨滴在織物基質(zhì)上很快地形成有效點(diǎn)，并且不會(huì)因?yàn)閲婎^的運(yùn)動(dòng)摩擦而使墨水玷污印花織物[10]，常用的表面活性劑為丙醇。

（1）取定量的顏料、分散劑和去離子水，添加不同量的丙醇研磨后，測(cè)試色漿粘度。測(cè)試結(jié)果如圖3所示。

圖2 分散劑用量對(duì)比吸光度的影響

圖3 丙醇用量對(duì)色漿粘度的影響

從圖3可得出，丙醇對(duì)色漿的粘度有影響，隨著其用量的不斷增加，墨水的粘度從1.5mP·s上升到3.2mP·s。這是因?yàn)楸甲陨淼恼扯葹?.1mP·s（20℃），本身粘度要大于色漿的主題介質(zhì)，所以隨著丙醇用量的增大，必然會(huì)增大體系的粘度。

（2）取定量的顏料、分散劑和去離子水，添加不同量的丙醇研磨后，測(cè)試色漿表面張力。測(cè)試結(jié)果如圖4。

從圖4可以得出，沒(méi)有添加丙醇的色漿表面張力最大，隨著丙醇用量的增加表面張力逐漸減少。這是因?yàn)楸际且环N可溶于水的親水性有機(jī)溶劑，丙醇分子結(jié)構(gòu)中不僅含有很強(qiáng)的親水基團(tuán)羥基，顏料色漿體系中添加丙醇后，丙醇分子中親水部分往顏料色漿體系內(nèi)部伸展，而憎水的碳鏈則朝著顏料色漿的外界伸展，這樣就改變了顏料色漿表面間的相互作用力，從而降低了表面張力[11]。

圖4 丙醇用量對(duì)表面張力的影響

圖5 丙醇用量對(duì)色漿顏料粒徑大小的影響

（3）丙醇用量對(duì)顏料色漿粒徑的影響，如圖5所示。

從圖5可得，色漿中顏料顆粒粒徑的大小隨著丙醇用量的增大先減少后增大，當(dāng)丙醇用量為色漿用量的12%，此時(shí)色漿中顏料顆粒粒徑最小。這可以從潤(rùn)濕性能方面進(jìn)行解釋?zhuān)陬伭戏稚⑦^(guò)程中，顏料的潤(rùn)濕是顏料分散的首要過(guò)程，良好的潤(rùn)濕性能可以使顏料粒子迅速地與分散介質(zhì)相互接觸，有助于粒子的粉碎，丙醇可以提高顏料粒子的潤(rùn)濕性。當(dāng)丙醇用量過(guò)小時(shí)，不利于顏料粒子的潤(rùn)濕，但若丙醇用量過(guò)大，色漿體系的粘度增大也會(huì)影響到顏料的潤(rùn)濕，從而影響色漿中顏料粒徑的大小[12]。

3 結(jié)論

（1）顏料色漿中顏料粒子的直徑隨高分子分散劑M用量的增大呈現(xiàn)先變小后變大的規(guī)律，當(dāng)分散劑用量為顏料用量的13%時(shí)，顏料色漿中粒子的直徑最小。

（2）高分子分散劑M用量逐漸增大至13%時(shí)，顏料色漿的分散穩(wěn)定性逐漸達(dá)到最佳。隨著分散劑M用量的進(jìn)一步增加，顏料色漿的分散穩(wěn)定性稍微下降，顏料色漿體系的穩(wěn)定性改變很小。

（3）隨著表面活性劑丙醇用量的增加，顏料色漿體系中的粘度逐漸增大，而體系的表面張力反而逐漸變小。

（4）顏料色漿體系中顆粒直徑大小隨著表面活性劑丙醇的用量的增加先逐漸變小，當(dāng)丙醇的用量為色漿百分比的12%時(shí)，色漿體系中顆粒直徑達(dá)到最小。此后，隨著丙醇用量的進(jìn)一步增加，色漿體系中顆粒的直徑逐漸變大。

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The Preparation of Digital Pigment Ink

ZHANG Shao-wu，LU Bi-tai

(School of Chemistry and Chemical Engineering, Wuhan Textile University, Wuhan Hubei 430073, China)

The function of the pigment ink printing: it is applied to printing all kinds of textile materials and the process of the pretreatment and post treatment is simple, at the same time, It has perfect characters of energy saving and emission reduction, pigment ink is the development trend of inks. Ink preparation process, first of all, the pigment, dispersant, surface active agent and deionized water to pigment paste, then add the other additives and preparation into pigment ink. This paper studied the preparation of pigment ink printing ink, including the particle size of pigment ink paste system, viscosity and surface tension, etc.

Digital Printing; Pigment Ink; Preparation; Performance Measurement

陸必泰（1958-），男，教授，研究方向：功能紡織品、生態(tài)染整.

TQ630.16

A

2095－414X(2014)03－0063－04