分散染料数码喷墨印花墨水的配方研究

2019-09-07马金亮麻文效乔亚雅

印染助剂 2019年7期

马金亮，麻文效，乔亚雅

（内蒙古工业大学轻工与纺织学院，内蒙古呼和浩特 010080）

数码印花技术被誉为21世纪纺织工业技术革命的关键技术之一，突破了传统制版的复杂环节，有照片一样的精细度，速度快、生产灵活，适合消费者的个性化需求，占地面积小，无环境污染，获得了广泛关注［1］。与传统的印花工艺相比较，喷墨印花技术拥有更多优点［2-3］。近年来，印染企业很重视数码喷墨印花技术的研究和推广，印花速度慢和耗材成本高的问题逐渐得到了改善，数码喷墨印花技术的发展正在趋向成熟且普及程度越来越高，将会成为未来印染行业的主流。数码喷墨印花墨水的性能决定了印花效果，同时也决定了喷嘴喷出液滴的形状特征和印花系统的稳定性。数码印花分散墨水的配方研究成功可以打破数码喷墨印花墨水厂商的垄断经营，使数码喷墨印花的应用在印染企业大众化。本课题通过研究印花染液及所用染料、工艺、助剂等来探究分散染料数码喷墨印花墨水的基本配方，以降低数码喷墨印花的成本。

1 实验

1.1 材料与仪器

材料：分散黄（浙江科盛化工有限公司），分散剂NNO（上海染料研究所有限公司），二甘醇、乙二醇、丙三醇、聚乙二醇400、三乙醇胺（天津致远化学试剂有限公司），1,4-丁二醇，表面活性剂X-100（南京古田化工有限公司），滤膜（0.45 μm），织物为涤纶坯布（20 cm×20 cm）。

仪器：DDS-11A 数字式电导率仪，表面张力滴重计（自制），DV-Ⅱ型数字旋转黏度计，LEY306 型酸度计，GF-C 型内切式高速分散器，Nano-ZS 型纳米粒度分布仪。

1.2 分散染料色浆的制备

称取不同质量梯度的分散黄、分散剂NNO 和去离子水［4］进行分组实验：室温下快速搅拌预分散20 min，混合均匀后转移到大烧杯中，用内切式高速分散器快速搅拌以达到分散均匀；再用砂磨机进行研磨，每隔1 h 取出少量样品，用滤纸过滤估计其粒径；当粒径达到一定规格后取出样品，再经过0.45 μm 滤膜过滤，得到分散染料色浆。

1.3 分散染料数码喷墨印花墨水的制备

称取不同梯度的分散染料色浆，添加适量的有机溶剂、pH 调节剂、消泡剂等，同时调节黏度、表面张力及pH，快速搅拌30 min 使其混合均匀，再经过0.45 μm 滤膜过滤，即制得分散染料数码喷墨印花墨水。测试、对比各梯度印花墨水的性能，确定性能较好的分散染料数码喷墨印花墨水配方［5］。分散染料数码喷墨印花墨水的基本性能要求如表1所示。

表1 分散染料数码喷墨印花墨水的基本性能要求

1.4 测试

粒径［6］：取少量分散染料数码喷墨印花墨水稀释1 000 倍，在25 ℃下用纳米粒度分布仪测定，每个样品测3次，取平均值。

表面张力：将移液管式自制滴重计垂直放于恒温水浴锅中，吸标准溶液至刻度以上，用橡皮管套住移液管上端，到达指定温度后，缓缓移开橡皮管，记录标准溶液通过上刻度至下刻度的滴数（以不超过20 滴/min 为宜），洗净移液管，用热风吹干，重复上述操作，测定待测液通过移液管上下刻度间的滴数［7-8］。测5～6次，取平均值。计算式如下：

式中，δ、δ0分别为待测溶液与标准溶液的表面张力；V为从滴重计流出的液体体积；n、n0分别为待测溶液与标准溶液通过滴重计上下刻度的滴数；ρ、ρ0分别为待测溶液与标准溶液的密度。

黏度：在25 ℃下采用黏度计测试，测3 次，取平均值。

电导率：电导率反映数码喷墨印花墨水含盐量的高低。墨水的含盐量超过0.5%，在喷嘴处易形成结晶，从而堵塞喷嘴，对墨水造成很大的阻碍，甚至可能使墨水失效，影响喷墨印花机的正常运作。高质量墨水的含盐量极低，电导率较小。数码喷墨印花墨水的含盐量和染料的离子化性能是墨水电导率的决定性因素。在25 ℃下采用数字式电导率仪测试，测3次，取平均值。

pH：在25 ℃下采用pH 试纸和酸度计测试。

保湿性：在室温下取6 mL 墨水于烧杯中，称量初始质量（m0），放置，自然蒸发至质量（m1）不再变化，然后在烘箱中70 ℃烘至质量（m2）不再变化，按下式计算保湿率：

2 结果与讨论

2.1 分散染料色浆组分配比

分散染料色浆组分配比实验数据见表2。

表2 分散染料色浆组分配比实验数据

由表2 可知，影响过滤时间的主要因素是色浆总量。随着分散染料用量的增加，过滤时间延长；分散染料用量为5%的分散染料色浆过滤时间短，表明色浆的流动性好，粒径比滤膜的规格（0.45 μm）小；但是数码喷墨印花墨水的浓度太低会影响印花图案的颜色。分散染料用量为15%的色浆过滤时间较长，表明色浆的流动性差，过滤后滤膜上残留的滤渣很多，表明该用量下的数码喷墨印花墨水粒径大多数没有达到要求，且染料的浪费大。因此分散染料用量应控制在10%～15%。同理分散剂用量控制在10%～15%，二甘醇用量控制在15%～25%。

2.2 分散染料数码喷墨印花墨水组分配比

由表3 可知，分散染料数码喷墨印花墨水的pH受pH 调节剂用量的控制；黏度和电导率随着各组分用量的变化而不同，但都符合分散染料数码喷墨印花墨水的要求。数码喷墨印花机的喷印是墨水依靠所带电荷产生偏转形成微滴，所以数码喷墨印花墨水必须具有导电能力。分散染料数码喷墨印花墨水中影响电导率的主要因素是分散染料的纯度和添加剂。本实验所用分散染料纯度不高，对数码喷墨印花墨水的电导率有一定的影响，但影响微小。由于染料型墨水属于水相的油墨体系，本身已具有良好的导电性能，所以在制备墨水时不需要加入导电调节剂。

表3 分散染料数码喷墨印花墨水组分配比实验数据

2.3 分散染料数码喷墨印花墨水的性能

2.3.1 黏度

多元醇用量变化会对墨水的黏度产生较大影响，黏度太高会影响墨水在墨盒中的流动性以及喷射性能；黏度过低会影响印花清晰度。由图1 可知，墨水的黏度随着多元醇用量的增加而增大；在多元醇用量小于15%时，墨水黏度变化不大；当多元醇用量大于15%后，黏度增幅明显。聚乙二醇400 对墨水黏度的影响最大，用量需要低于15%，因为当用量大于15%时，分散染料数码喷墨印花墨水的黏度迅速增大，不易控制。由于聚乙二醇400 的分子链较长，溶液分子间发生相对运动时，分子链容易缠绕，致使溶液分子间的内摩擦力增加，墨水的黏度也增大。而1,4-丁二醇、甘油和乙二醇的分子链较短且不含支链结构，溶液中各分子发生相对运动时，分子链间不易发生缠绕，溶液分子间的内摩擦力较低，墨水的黏度也较小。由此可见，在聚乙二醇400 用量为5%～15%，乙二醇、甘油、1,4-丁二醇用量为10%～25%时，黏度可控制在数码喷墨印花性能要求的范围内。

图1 多元醇用量与分散染料数码喷墨印花墨水黏度的关系

2.3.2 稳定性

墨水制备好后，在高低温和常温下放置一定时间，测试墨水的稳定性。结果显示，墨水在70 ℃下保温放置8 h、在常温下放置2 个月左右均未产生沉淀；在-10 ℃放置12 h黏度有变化，但依旧没有沉淀现象。

2.3.3 保湿性

在墨水中添加适量的多元醇不仅能调节数码喷墨印花墨水的黏度，还可以减少储存和使用过程中水分的挥发，维持墨水体系的稳定。由图2 可知，墨水的保湿率随着多元醇种类的不同而有差异，甘油的保湿效果最好，而1,4-丁二醇的保湿效果较差［9-10］。多元醇分子结构中含有羟基，羟基能与水分子以氢键结合。当数码喷墨印花墨水的水分受热挥发时，多元醇与水分子形成的氢键需要提供更高的能量才能被破坏，有效抑制了水分的挥发。在用量相同的情况下，甘油提供的羟基数最多，即与水分子结合形成的氢键最多，所以保湿性最好；而1,4-丁二醇分子结构中的两个羟基相距较远，且含有的烷基链较长，与水分子形成氢键时会受到较大的空间位阻作用，不利于氢键的形成，因此，1,4-丁二醇的保湿率最差。

图2 多元醇的保湿效果

2.4 分散染料数码喷墨印花墨水成本分析

由表4 可知，分散染料数码喷墨印花墨水耗材成本大概是27 元/kg；加上其他消耗器材、洗涤用具、人工费用等，综合成本可以控制在80 元/kg 以内。国内商品化墨水的成本是150～250 元/kg，而国外商品化墨水的成本是400～600 元/kg。因此，本实验所制备的墨水如果能应用成功，将有助于喷墨印花墨水的规模化生产。