紡織噴墨用白色漿的制備

■ 文/東莞長聯新材料科技股份有限公司 陳鏡宏，李壯輝，黃德偉

0 前 言

噴墨印刷技術是數字印刷技術的重要組成部分，得益于計算機技術的高速發展，噴墨印刷技術實現了對傳統印刷技術的顛覆性改革，實現了小批量、個性化定制。噴墨印刷技術在二十一世紀以來被引入紡織印刷行業，并得到廣泛了關注，成為紡織印刷新技術改革的焦點，而高質量的噴墨墨水成為了制約噴墨印刷技術發展的重要因素之一[1-2]。

近些年來，我國在彩色涂料噴墨墨水方面取得了一定成就，但在白色涂料噴墨墨水（簡稱白墨）上卻舉步維艱，國外幾大知名企業對白墨的技術進行了壟斷，導致我國的白墨發展緩慢。本文從白墨的重要組成——色漿入手，通過單因素法對白墨色漿的配方進行分析，研發出一款粒徑小、粒徑分布窄、黏度低、易過濾、遮蓋力強、綜合穩定性好的噴墨印刷用白色漿，逐步突破國外對我國白墨技術的壟斷封鎖[3-4]。

1 實驗部分

1.1 實驗材料及儀器

1.1.1 實驗材料

金紅石型鈦白粉6300、乙二醇、丙二醇、丙三醇、分散劑760W（含高顏料親和基團的共聚物水溶液）、非離子型分散劑740W、陰離子型分散劑752、BYK-028消泡劑和去離子水。

1.1.2 實驗儀器

HC-C 20002電子天平、RW-20攪拌機、NT-0.6L實驗型砂磨機（棒銷式）、立式DHG-9030型電熱恒溫鼓風干燥箱、CA-03工業冷水機、SHB-lll循環水式多用真空泵、Nano-2S90激光粒徑分析儀和Brookfield DV2T旋轉黏度計。

1.2 白色漿的制備

1.2.1 實驗配方

用于愛普生系列噴頭的噴墨打印墨水對色漿有以下要求：D100粒徑小于0.5μm、黏度低、白度高、有足夠的遮蓋力、穩定性好。根據研究驗證，得出適宜配方（以質量分數表示，下同）為：6300金紅石型鈦白粉50%，丙二醇20%，760W分散劑3%，028消泡劑0.1%，其余為去離子水。

1.2.2 制備工藝

稱取去離子水、丙二醇、760W分散劑于2 000 mL實驗杯中，攪拌均勻，按配方比例加入對應量6300金紅石型鈦白粉于攪拌機中，按1 500 r/min攪拌5 min后轉移至裝有1.7 kg、0.3 mm純氧化鋯珠的棒銷式砂磨機中，在2 200 r/min、循環流量200 L/H下研磨60 min，使鈦白粉充分分散，經孔徑為0.5μm的膜真空抽濾得白色漿。

1.3 性能表征

1.3.1 粒 徑

取少量白色漿，用去離子水按照1：2 500的比例稀釋后，置于激光粒徑分析儀中，校正后在25℃下測得色漿平均粒徑及分布曲線。

1.3.2 黏 度

取部分白色漿，使用Brookfield DV2T旋轉黏度計，選擇ULA(0)套件，可測得色漿黏度。

1.3.3 過濾性能

選用直徑47 mm，0.5μm孔徑的過濾膜，采用真空抽濾的方法進行過濾，記錄一片玻璃纖維過濾膜所能過濾的色漿量，以g/片計。

1.3.4 熱穩定性

取100 g色漿樣品，密封瓶裝，于60℃電熱恒溫鼓風干燥箱儲存1 d、7 d、30 d后，觀察色漿分層及沉淀情況。

1.3.5 冷藏穩定性

取100 g色漿樣品，密封瓶裝，于5℃電冰箱中儲存1 d、7 d、30 d后，觀察色漿分層及沉淀情況。

1.3.6 常溫儲存穩定性

取100 g色漿樣品，密封瓶裝，于室內常溫儲存1 d、7 d、30 d后，觀察色漿分層及沉淀情況。

1.4 結果分析與討論

1.4.1 分散劑的篩選

分散劑是把各種粉體合理地分散在溶劑中，通過電荷排斥原理或高分子位阻效應，使各種固體穩定地懸浮在溶劑（或分散液）中的一類添加劑。分散劑通常是一類高分子物質，通常使用較多的有陰離子型和非離子型。陰離子型分散劑在水中電離形成陰離子，并具有一定的表面活性，被粉體表面吸附，粉狀粒子表面吸附分散劑后形成雙電層，陰離子被粒子表面緊密吸附，被稱為表面離子。在介質中帶相反電荷的離子稱為反離子。它們通過靜電被表面離子吸附，反離子中的一部分與粒子及表面離子結合得比較緊密，被稱作束縛反離子。它們在介質中成為運動整體，帶有負電荷；另一部分反離子則包圍在周圍，被稱為自由反離子，形成擴散層。這樣在表面離子和反離子之間形成雙電層。

利用靜電排斥，即吸附于粒子表面的負電荷互相排斥，以阻止粒子與粒子之間的吸附/聚集而最后形成大顆粒并分層/沉降，除此之外，還要利用空間位阻效應的理論，即在已吸附負電荷的粒子互相接近時，使它們互相滑動錯開。這類起空間位阻作用的分散劑一般是非離子型分散劑[5]。

分散劑分子中包含對顏料的親和基團和帶電的長鏈段，在制備很多粉體材料（如顏料、填料、拋光粉、鈦白粉、礦石粉、樹脂粉體等）的水分散體系時，分散劑發揮了很關鍵的作用。

按照1.2.1實驗配方制備白色漿，以分散劑760W為對照，研究同等用量下不同種類分散劑對色漿粒徑、過濾性、黏度及儲存穩定性的影響，結果見表1。

表1 不同種類分散劑對鈦白色漿各性能的影響

實驗結果表明，各分散劑在鈦白色漿黏度、粒徑、過濾性能上基本符合鈦白色漿產品要求，但在儲存穩定性上存在明顯差異。從上表可以看出，單純使用760W分散劑或者760W與752分散劑復配使用所制得的鈦白色漿常溫穩定性、熱穩定性都比較好，在冷藏穩定性上，單純使用760W作為分散劑較佳。因此，綜合鈦白色漿各項性能，本文選用760W作為制備鈦白色漿分散劑。

1.4.2 助溶劑的篩選

按照1.2.1實驗配方制備白色漿，以助溶劑丙二醇為對照，研究不同助溶劑對色漿粒徑、過濾性、黏度及儲存穩定性的影響，結果見表2。

表2 不同助溶劑制得色漿性的能參數

含有極性和非極性基團的有機化合物均可作為助溶劑，例如醇、醚、酯等類有機化合物。但從性能和價格上看，一般選取同系醇類化合物，如乙二醇、丙二醇、丙三醇等。對于醇類助溶劑，隨著碳原子數的增加，助溶劑性能也隨之增強。在乙二醇、丙二醇及丙三醇的對比實驗中，乙二醇與丙二醇的儲存穩定性明顯好于丙三醇，主要是因為丙三醇極性較強，易使部分TiO2小粒子發生絮凝而沉降。在紡織行業中，乙二醇為限制使用化學品，應減少使用。因此，本文使用丙二醇作為助溶劑。

1.4.3 分散劑用量的確定

按照1.2.1實驗配方制備白色漿，以3%（質量分數）含量的分散劑760W為對照，研究不同比例分散劑對色漿粒徑、過濾性、黏度、遮蓋力及儲存穩定性的影響，結果如表3、圖1所示。

色漿粒徑是衡量噴墨打印墨水質量優劣的重要指標之一，鈦白色漿粒徑要控制在100 nm～200 nm，且要求粒徑分布窄細。色漿粒徑越大越容易導致沉淀，影響色漿穩定性，從而導致配制的墨水易沉淀，堵塞噴頭.色漿粒徑越小，墨水著色力越弱。色漿粒徑分布影響墨水著色穩定性及強度，粒徑分布越集中，墨水著色越穩定，著色強度越高。為了得到著色性能好、穩定性強的墨水，色漿粒徑要在允許的范圍內盡可能地大，粒徑分布窄細[6]。色漿在布料基材上的遮蓋力主要有兩大主要因素影響：一是色漿本身的著色強度及著色穩定性；二是色漿對布料基材表面的潤濕作用。色漿本身的著色強度越高、著色穩定性越好，色漿在布料基材表面的潤濕能力越弱，色漿對布料基材遮蓋效果越好。分散劑可以降低介質的表面張力和介質與顏料間的界面張力，以加強潤濕效果。此外，分散劑在調節顏料粒子粒徑及分布和保持體系穩定性方面起到重要作用，具體表現在金紅石型TiO2粒子表面吸附有分散劑，可以取得靜電或（和）立體的穩定作用，但分散劑加量不當也可能導致絮凝[7-8]。

表3 不同比例分散劑755W制備所得色漿各性能參數

圖1 不同比例760W分散劑制得色漿粒徑分布

黏度是抵抗流動的一種量度，噴墨印刷墨水要求具有良好的流動性。經實驗研究表明，色漿黏度控制在5 cP以下，有利于噴墨印刷墨水的黏度調節。

綜上所述，當分散劑760W用量在3%（質量分數）時，制得的鈦白色漿具有粒徑分布窄細、黏度低、遮蓋力強、體系穩定性好等優良性能。

1.4.4 助溶劑用量的確定

按照1.2.1實驗配方制備白色漿，以20%（質量分數，下同）含量的丙二醇助溶劑為對照，研究不同比例丙二醇對色漿粒徑、過濾性、黏度及儲存穩定性的影響，結果如表4所示。

表4 不同比例丙二醇制備所得色漿的各鐘性能參數

金紅石TiO2不溶于水，也不溶于油和有機溶劑等，但金紅石TiO2粒子小，可分散于水溶液中。丙二醇能有效降低水與TiO2之間的界面能，使水較好地潤濕TiO2，有利于分散及體系穩定，但丙二醇本身的黏度對體系的黏度影響是比較大的，所以要在色漿適當的黏度范圍內盡可能地增加丙二醇助溶劑的比例。經實驗表明，當丙二醇質量分數為20%時，所制得的鈦白色漿黏度在5 cP左右，具有良好的過濾性能及儲存穩定性。

2 結 論

本文根據文獻資料，確定金紅石型鈦白粉6300作為白色漿的主體顏料，占比50%，具有較好的應用性能。在此基礎上，重點研究分散劑的種類及用量和助溶劑的種類及用量對鈦白色漿分散性能的影響：

（1）經實驗研究，分散劑760W（含高顏料親和基團的共聚物水溶液）具有優良的潤濕分散性能，當用量為3%（質量分數，下同）時對分散體系的穩定具有決定性作用；

（2）從環保、經濟及性能上考慮，本文最終確定以丙二醇作為助溶劑，用量為20%的丙二醇能使鈦白粉達到優良的助溶性能，且在儲存穩定性上有著較好的促進作用。

本文最終確定鈦白色漿優良配方為：6300金紅石型鈦白粉50%，丙二醇20%，760W分散劑3%，028消泡劑0.1%，去離子水27%。按此配方制得的鈦白色漿具有粒徑小、粒徑分布窄細、黏度低、容易過濾、遮蓋力強、體系穩定性好等優點。