分散染料數(shù)碼噴墨印花墨水的配方研究

馬金亮，麻文效，喬亞雅

（內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)輕工與紡織學(xué)院，內(nèi)蒙古呼和浩特 010080）

數(shù)碼印花技術(shù)被譽(yù)為21世紀(jì)紡織工業(yè)技術(shù)革命的關(guān)鍵技術(shù)之一，突破了傳統(tǒng)制版的復(fù)雜環(huán)節(jié)，有照片一樣的精細(xì)度，速度快、生產(chǎn)靈活，適合消費(fèi)者的個(gè)性化需求，占地面積小，無環(huán)境污染，獲得了廣泛關(guān)注［1］。與傳統(tǒng)的印花工藝相比較，噴墨印花技術(shù)擁有更多優(yōu)點(diǎn)［2-3］。近年來，印染企業(yè)很重視數(shù)碼噴墨印花技術(shù)的研究和推廣，印花速度慢和耗材成本高的問題逐漸得到了改善，數(shù)碼噴墨印花技術(shù)的發(fā)展正在趨向成熟且普及程度越來越高，將會成為未來印染行業(yè)的主流。數(shù)碼噴墨印花墨水的性能決定了印花效果，同時(shí)也決定了噴嘴噴出液滴的形狀特征和印花系統(tǒng)的穩(wěn)定性。數(shù)碼印花分散墨水的配方研究成功可以打破數(shù)碼噴墨印花墨水廠商的壟斷經(jīng)營，使數(shù)碼噴墨印花的應(yīng)用在印染企業(yè)大眾化。本課題通過研究印花染液及所用染料、工藝、助劑等來探究分散染料數(shù)碼噴墨印花墨水的基本配方，以降低數(shù)碼噴墨印花的成本。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料與儀器

材料：分散黃（浙江科盛化工有限公司），分散劑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（天津致遠(yuǎn)化學(xué)試劑有限公司），1,4-丁二醇，表面活性劑X-100（南京古田化工有限公司），濾膜（0.45 μm），織物為滌綸坯布（20 cm×20 cm）。

儀器：DDS-11A 數(shù)字式電導(dǎo)率儀，表面張力滴重計(jì)（自制），DV-Ⅱ型數(shù)字旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)，LEY306 型酸度計(jì)，GF-C 型內(nèi)切式高速分散器，Nano-ZS 型納米粒度分布儀。

1.2 分散染料色漿的制備

稱取不同質(zhì)量梯度的分散黃、分散劑NNO 和去離子水［4］進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)：室溫下快速攪拌預(yù)分散20 min，混合均勻后轉(zhuǎn)移到大燒杯中，用內(nèi)切式高速分散器快速攪拌以達(dá)到分散均勻；再用砂磨機(jī)進(jìn)行研磨，每隔1 h 取出少量樣品，用濾紙過濾估計(jì)其粒徑；當(dāng)粒徑達(dá)到一定規(guī)格后取出樣品，再經(jīng)過0.45 μm 濾膜過濾，得到分散染料色漿。

1.3 分散染料數(shù)碼噴墨印花墨水的制備

稱取不同梯度的分散染料色漿，添加適量的有機(jī)溶劑、pH 調(diào)節(jié)劑、消泡劑等，同時(shí)調(diào)節(jié)黏度、表面張力及pH，快速攪拌30 min 使其混合均勻，再經(jīng)過0.45 μm 濾膜過濾，即制得分散染料數(shù)碼噴墨印花墨水。測試、對比各梯度印花墨水的性能，確定性能較好的分散染料數(shù)碼噴墨印花墨水配方［5］。分散染料數(shù)碼噴墨印花墨水的基本性能要求如表1所示。

表1 分散染料數(shù)碼噴墨印花墨水的基本性能要求

1.4 測試

粒徑［6］：取少量分散染料數(shù)碼噴墨印花墨水稀釋1 000 倍，在25 ℃下用納米粒度分布儀測定，每個(gè)樣品測3次，取平均值。

表面張力：將移液管式自制滴重計(jì)垂直放于恒溫水浴鍋中，吸標(biāo)準(zhǔn)溶液至刻度以上，用橡皮管套住移液管上端，到達(dá)指定溫度后，緩緩移開橡皮管，記錄標(biāo)準(zhǔn)溶液通過上刻度至下刻度的滴數(shù)（以不超過20 滴/min 為宜），洗凈移液管，用熱風(fēng)吹干，重復(fù)上述操作，測定待測液通過移液管上下刻度間的滴數(shù)［7-8］。測5～6次，取平均值。計(jì)算式如下：

式中，δ、δ0分別為待測溶液與標(biāo)準(zhǔn)溶液的表面張力；V為從滴重計(jì)流出的液體體積；n、n0分別為待測溶液與標(biāo)準(zhǔn)溶液通過滴重計(jì)上下刻度的滴數(shù)；ρ、ρ0分別為待測溶液與標(biāo)準(zhǔn)溶液的密度。

黏度：在25 ℃下采用黏度計(jì)測試，測3 次，取平均值。

電導(dǎo)率：電導(dǎo)率反映數(shù)碼噴墨印花墨水含鹽量的高低。墨水的含鹽量超過0.5%，在噴嘴處易形成結(jié)晶，從而堵塞噴嘴，對墨水造成很大的阻礙，甚至可能使墨水失效，影響噴墨印花機(jī)的正常運(yùn)作。高質(zhì)量墨水的含鹽量極低，電導(dǎo)率較小。數(shù)碼噴墨印花墨水的含鹽量和染料的離子化性能是墨水電導(dǎo)率的決定性因素。在25 ℃下采用數(shù)字式電導(dǎo)率儀測試，測3次，取平均值。

pH：在25 ℃下采用pH 試紙和酸度計(jì)測試。

保濕性：在室溫下取6 mL 墨水于燒杯中，稱量初始質(zhì)量（m0），放置，自然蒸發(fā)至質(zhì)量（m1）不再變化，然后在烘箱中70 ℃烘至質(zhì)量（m2）不再變化，按下式計(jì)算保濕率：

2 結(jié)果與討論

2.1 分散染料色漿組分配比

分散染料色漿組分配比實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2。

表2 分散染料色漿組分配比實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

由表2 可知，影響過濾時(shí)間的主要因素是色漿總量。隨著分散染料用量的增加，過濾時(shí)間延長；分散染料用量為5%的分散染料色漿過濾時(shí)間短，表明色漿的流動(dòng)性好，粒徑比濾膜的規(guī)格（0.45 μm）??；但是數(shù)碼噴墨印花墨水的濃度太低會影響印花圖案的顏色。分散染料用量為15%的色漿過濾時(shí)間較長，表明色漿的流動(dòng)性差，過濾后濾膜上殘留的濾渣很多，表明該用量下的數(shù)碼噴墨印花墨水粒徑大多數(shù)沒有達(dá)到要求，且染料的浪費(fèi)大。因此分散染料用量應(yīng)控制在10%～15%。同理分散劑用量控制在10%～15%，二甘醇用量控制在15%～25%。

2.2 分散染料數(shù)碼噴墨印花墨水組分配比

由表3 可知，分散染料數(shù)碼噴墨印花墨水的pH受pH 調(diào)節(jié)劑用量的控制；黏度和電導(dǎo)率隨著各組分用量的變化而不同，但都符合分散染料數(shù)碼噴墨印花墨水的要求。數(shù)碼噴墨印花機(jī)的噴印是墨水依靠所帶電荷產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)形成微滴，所以數(shù)碼噴墨印花墨水必須具有導(dǎo)電能力。分散染料數(shù)碼噴墨印花墨水中影響電導(dǎo)率的主要因素是分散染料的純度和添加劑。本實(shí)驗(yàn)所用分散染料純度不高，對數(shù)碼噴墨印花墨水的電導(dǎo)率有一定的影響，但影響微小。由于染料型墨水屬于水相的油墨體系，本身已具有良好的導(dǎo)電性能，所以在制備墨水時(shí)不需要加入導(dǎo)電調(diào)節(jié)劑。

表3 分散染料數(shù)碼噴墨印花墨水組分配比實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

2.3 分散染料數(shù)碼噴墨印花墨水的性能

2.3.1 黏度

多元醇用量變化會對墨水的黏度產(chǎn)生較大影響，黏度太高會影響墨水在墨盒中的流動(dòng)性以及噴射性能；黏度過低會影響印花清晰度。由圖1 可知，墨水的黏度隨著多元醇用量的增加而增大；在多元醇用量小于15%時(shí)，墨水黏度變化不大；當(dāng)多元醇用量大于15%后，黏度增幅明顯。聚乙二醇400 對墨水黏度的影響最大，用量需要低于15%，因?yàn)楫?dāng)用量大于15%時(shí)，分散染料數(shù)碼噴墨印花墨水的黏度迅速增大，不易控制。由于聚乙二醇400 的分子鏈較長，溶液分子間發(fā)生相對運(yùn)動(dòng)時(shí)，分子鏈容易纏繞，致使溶液分子間的內(nèi)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鏈較短且不含支鏈結(jié)構(gòu)，溶液中各分子發(fā)生相對運(yùn)動(dòng)時(shí)，分子鏈間不易發(fā)生纏繞，溶液分子間的內(nèi)摩擦力較低，墨水的黏度也較小。由此可見，在聚乙二醇400 用量為5%～15%，乙二醇、甘油、1,4-丁二醇用量為10%～25%時(shí)，黏度可控制在數(shù)碼噴墨印花性能要求的范圍內(nèi)。

圖1 多元醇用量與分散染料數(shù)碼噴墨印花墨水黏度的關(guān)系

2.3.2 穩(wěn)定性

墨水制備好后，在高低溫和常溫下放置一定時(shí)間，測試墨水的穩(wěn)定性。結(jié)果顯示，墨水在70 ℃下保溫放置8 h、在常溫下放置2 個(gè)月左右均未產(chǎn)生沉淀；在-10 ℃放置12 h黏度有變化，但依舊沒有沉淀現(xiàn)象。

2.3.3 保濕性

在墨水中添加適量的多元醇不僅能調(diào)節(jié)數(shù)碼噴墨印花墨水的黏度，還可以減少儲存和使用過程中水分的揮發(fā)，維持墨水體系的穩(wěn)定。由圖2 可知，墨水的保濕率隨著多元醇種類的不同而有差異，甘油的保濕效果最好，而1,4-丁二醇的保濕效果較差［9-10］。多元醇分子結(jié)構(gòu)中含有羥基，羥基能與水分子以氫鍵結(jié)合。當(dāng)數(shù)碼噴墨印花墨水的水分受熱揮發(fā)時(shí)，多元醇與水分子形成的氫鍵需要提供更高的能量才能被破壞，有效抑制了水分的揮發(fā)。在用量相同的情況下，甘油提供的羥基數(shù)最多，即與水分子結(jié)合形成的氫鍵最多，所以保濕性最好；而1,4-丁二醇分子結(jié)構(gòu)中的兩個(gè)羥基相距較遠(yuǎn)，且含有的烷基鏈較長，與水分子形成氫鍵時(shí)會受到較大的空間位阻作用，不利于氫鍵的形成，因此，1,4-丁二醇的保濕率最差。

圖2 多元醇的保濕效果

2.4 分散染料數(shù)碼噴墨印花墨水成本分析

由表4 可知，分散染料數(shù)碼噴墨印花墨水耗材成本大概是27 元/kg；加上其他消耗器材、洗滌用具、人工費(fèi)用等，綜合成本可以控制在80 元/kg 以內(nèi)。國內(nèi)商品化墨水的成本是150～250 元/kg，而國外商品化墨水的成本是400～600 元/kg。因此，本實(shí)驗(yàn)所制備的墨水如果能應(yīng)用成功，將有助于噴墨印花墨水的規(guī)?；a(chǎn)。

表4 分散染料數(shù)碼噴墨印花墨水耗材成本

3 結(jié)論

（1）分散染料色漿配方：分散黃10%～15%，分散劑10%～15%，二甘醇15%～25%，加去離子水至100%。

（2）分散染料數(shù)碼噴墨印花墨水配方：分散染料色漿25%～35%，乙二醇或丙三醇10%～25%，聚乙二醇400 5%～15%，三乙醇胺1.0%～1.4%，加去離子水至100%。

（3）分散染料數(shù)碼噴墨印花墨水的綜合成本可以控制在80元/kg左右，約為市售商品墨水的1/3。