顏料墨水色漿的制備

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單、節(jié)約能源和無污水排放等優(yōu)點，是數(shù)碼印花墨水的發(fā)展方向。墨水的制備過程首先把顏料、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。該文對顏料墨水色漿的制備進行了研究，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；性能測定

數(shù)碼印花是數(shù)碼墨水受到數(shù)碼印花機施加的作用力后，通過打印噴嘴，一滴滴直接噴射到紡織品上形成所需圖案的技術(shù)。該過程要借助電子掃描儀、電腦圖片處理軟件和數(shù)碼印花專用軟件（RIP）等輸入手段，把需要的打印圖案以電腦電子信息符號形式輸入數(shù)碼印花控制打印電腦中，然后經(jīng)過分色掃描系統(tǒng)（CAD）處理后，再通過電腦控制的數(shù)碼印花機，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：(1) 直接印花，不需要進行制版分色，節(jié)省了大量時間和成本；(2) 印花精度高，色彩豐富，可印制各種類型的圖案；(3) 經(jīng)濟批量下，適合紡織品生產(chǎn)發(fā)展潮流，產(chǎn)品個性化強；(4) 印花及時，精確生產(chǎn)不會造成浪費，打印過程全部電腦化，打印產(chǎn)品無次品，打印環(huán)境無污染對人體無危害[2]。對比傳統(tǒng)印花，數(shù)碼印花的優(yōu)勢非常明顯，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。

數(shù)碼噴墨印花機、噴墨印花墨水、數(shù)碼印花軟件并稱為數(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)中不可缺少的一個要素，正受到越來越多得關(guān)注和研究，是紡織工業(yè)領(lǐng)域研究的一大熱點。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比染料墨水有以下優(yōu)勢[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）顏料印花過程簡單，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）顏料印花過程中耗能少、污水排放量少、對環(huán)境污染很小；（9）對人體安全性高，不易被皮膚吸收。

1 實驗

1.1 實驗材料和藥品

炭黑；高分子分散劑M；潤濕劑；去離子水水。

1.2 實驗儀器

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

1.3 實驗方法

1.3.1 顏料色漿制備

將炭黑與分散劑、潤濕劑和去離子水混合，放入不銹鋼研磨罐中，使用研磨機研磨一定時間后，過濾，得到顏料色漿。

1.3.2 色漿性能測試

（1）顏料色漿顆粒粒徑的測定

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

（2）色漿分散穩(wěn)定性能的測定

首先把顏料墨水稀釋1500倍，用分光光度計測出最大吸收波長和吸光度A，然后從剩余墨水中取出一部分放入離心管中，分別分離不同的時間后，再測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）色漿粘度的測定

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

（4）色漿表面張力的測定

使用JYW—200A全自動表面張力儀測試墨水的表面張力，測試時選用珀金環(huán)，在室溫下測試，每個墨水樣品測試5次，取品均值。

2 結(jié)果與討論

2.1 分散劑對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，分散劑用量對顏料粒徑的影響結(jié)果如圖1所示。

圖1 分散劑對粒徑的影響

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%的過程中逐漸下降達(dá)到最小值110nm，這個階段分散劑的用量對色漿中顏料顆粒粒徑的下降起到促進作用。當(dāng)分散劑用量從13%增加到20%的時候，色漿中顏料顆粒粒徑的大小反而增大。這是因為分散劑用量過大時，色漿中游離的聚合物也多，聚合物之間相互碰撞的機會也多，就會影響聚合物結(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離心半個小時，用分光光度計測定吸光度，并計算出比吸光度，測試結(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%，此時色漿的穩(wěn)定性能最好，說明色漿的沉降穩(wěn)定性最好，當(dāng)用量繼續(xù)增加時，比吸光度有一定幅度的下降，此時色漿的沉降穩(wěn)定性有稍微下降。

2.3 表面活性劑對顏料色漿的影響

表面活性劑在色漿中起潤濕的作用，防止色漿在長期儲存時因水分蒸發(fā)而干燥，同時當(dāng)墨水噴印到織物上以后，它可以帶動水分的揮發(fā)，使墨滴在織物基質(zhì)上很快地形成有效點，并且不會因為噴頭的運動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，測試色漿粘度。測試結(jié)果如圖3所示。

圖2 分散劑用量對比吸光度的影響

圖3 丙醇用量對色漿粘度的影響

從圖3可得出，丙醇對色漿的粘度有影響，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。這是因為丙醇自身的粘度為2.1mP·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，測試色漿表面張力。測試結(jié)果如圖4。

從圖4可以得出，沒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。這是因為丙醇是一種可溶于水的親水性有機溶劑，丙醇分子結(jié)構(gòu)中不僅含有很強的親水基團羥基，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 丙醇用量對表面張力的影響

圖5 丙醇用量對色漿顏料粒徑大小的影響

（3）丙醇用量對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%，此時色漿中顏料顆粒粒徑最小。這可以從潤濕性能方面進行解釋，在顏料分散過程中，顏料的潤濕是顏料分散的首要過程，良好的潤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濕性。當(dāng)丙醇用量過小時，不利于顏料粒子的潤濕，但若丙醇用量過大，色漿體系的粘度增大也會影響到顏料的潤濕，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，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，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，色漿體系中顆粒直徑達(dá)到最小。此后，隨著丙醇用量的進一步增加，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