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顏料墨水的配制

來源：印染在線　發(fā)布時間：2009年04月02日

有機顏料不溶于水，以分散狀態(tài)應(yīng)用，在著色過程中需要保持穩(wěn)定的晶體構(gòu)型和粒子粒徑分布，以提高著色強度、鮮艷度、遮蓋性、透明度等。有機顏料用于噴墨打印墨水，需要通過親水性改性，才能得到高濃度、高流動性和穩(wěn)定性良好、不堵塞噴頭的水基型墨水。為此，各大染料及墨水公司的研究機構(gòu)做了大量的研究，這些工作主要集中在如何制備微乳液墨水，合成新型的分散性能優(yōu)良的顏料以及對顏料進行改性處理等方面。顏料粒子的粒子尺寸、形態(tài)、粒徑分布和獨特的表面區(qū)域等參數(shù)不僅影響分散體系的穩(wěn)定性，而且粒子尺寸與色度也有直接的關(guān)系。固體和溶液中分子的光吸收性質(zhì)有差異。一般固體中的分子相比于溶液中的分子吸收較短波長的光，主要粒子的尺寸決定顏料的色度、渾濁度等性質(zhì)。顏料的色度隨著粒子的這些性質(zhì)，要求粒子和分散介質(zhì)之間有一個顯著的折射率差異，小的粒子尺寸有助于生產(chǎn)良好的光澤和透光性。另外，粒徑大約在光波長的一半（0.2~0.4μm）時，顏料分散相黏度有一個最大值。晶格堆徹不同，造成了顏料的多晶現(xiàn)象，不同晶型的同一種顏料，色光不同。如α晶型的銅酞菁是藍色的，而β晶型的銅酞菁是青色（綠色的）；v晶型的喹吖啶是紅色的，而β晶型的喹吖啶是紫色的。顏料合成后的原生態(tài)顆粒粒徑較大，不能直接使用。中間體都溶于反應(yīng)介質(zhì)、水或有機溶劑，開始出現(xiàn)的顏料是不溶于介質(zhì)的晶核，再此在顏料合成過程中需添加分散劑，以便得到易分散的顏料，同時，在顏料粒子的分散包括潤濕、粉碎和分散穩(wěn)定三個過程即將顏料、分散劑及各種添加劑加入到一定量的水中，調(diào)節(jié)到研磨所需要的黏度，然后在常規(guī)三輥膠磨機或球磨機中反復(fù)研磨，直至達到所需要的細度，轉(zhuǎn)移到混合器中，加水達到配方要求的水量。這種加工方法得到的顏料粒徑一般只能達到2~10μm，顯然不能滿足噴墨打印墨水的要求。高級顏料墨要求粒徑<0.4μm，若采用

砂磨工藝，得到的顏料最小粒徑可<0.4μm，但顏料粒徑大小不一，分布離散度很大，需要采用和成本較高。超細粉碎后顏料的分散穩(wěn)定也是水基型顏料墨水生產(chǎn)的難題之一。當顏料顆粒達到50nm以下時，顆粒越小，表面能越大，在水中顆粒相互吸引，有重新聚集成大顆粒的傾向，墨水的形態(tài)極不穩(wěn)定。過去顏料的研磨、分散過程中使用的表面活性劑、作為潤濕劑、分散劑，受到分子量的約束，不可能制成超細顏料分散體系。在經(jīng)典的表面活性劑化學(xué)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，開發(fā)應(yīng)用了一些高分子分散劑，其分子中含有可調(diào)節(jié)的親油性聚合鏈，并有錨基與顏料粒子表面通過多點吸附，牢固地結(jié)合在顏料表面，可明顯降低解吸附，在分散、粉碎、研磨中加入高分子分散劑可得到水中自分散型超細顏料。常用的高分子分散劑有苯乙烯一順丁烯二酸酐（SMA）、聚乙烯吡咯烷酮、苯乙烯乙丙烯酸一a-甲基丙烯酸乙酯（J一68）。用J一68處理的顏料粒子粒徑在0.3μm。為了提高顏料的分散性，也可對顏料粒子表面進行化學(xué)改性。如引入親水性或水溶性基團：將炭黑用有機硅偶聯(lián)劑改性后，再引入各種疏水性或陰離子、陽離子基團；將炭黑用氧化性酸處理使其表面產(chǎn)生親水性官能團或在其表面上接枝聚氨酯、聚丙烯酸。也有專利報道在炭黑分散過程中，加入氨基萘磺酸與苯胺發(fā)生偶合反應(yīng)，產(chǎn)物吸附沉積在炭黑表面，得到的產(chǎn)物經(jīng)離心分離，去掉大尺寸粒子后使用。上海納微新材料科技有限公司以高壓爆破技術(shù)，采用瞬時高能級轟擊使顏料顆粒粉碎、分散，得到的顏料粒徑為0.02~0.04μm，無須過濾，成本可以大大降低。將有機顏料溶于檸檬油、松油、精萜烯、松烯油中，然后加入陰離子型和烷基酚聚氧乙烯醚等非離子表面活性劑，也可以單獨用非離子表面活性劑將其乳化于水中，制成顏料的油/水微乳液，可以得到穩(wěn)定性良好、濃度高于35%的顏料微乳液。為了提高微乳液的穩(wěn)定性，墨水中加入適量的有機共溶劑，如各類醇、醚

、烷基吡咯烷酮，以及增稠劑，如聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、丙烯酸酯等水溶性聚合物。顏料型墨水制備時，先要制備顏料分散液，即將干顏料或漿狀顏料或濾餅制成懸浮液。將顏料在高速攪拌或剪切式攪拌機上分散于水中，濃度為5%~20%。在聚合物分散劑中加入有機共溶劑，如異丙醇、烷基吡咯烷酮、三乙醇胺堿劑，然后在水中加熱溶解。分散劑用量為1.2%~1.5%、共溶劑用量為30%可得到較細粒徑的顏料粒子。顏料懸浮液加熱到與分散劑溶液相同溫度后混合，保持一定時間使分散劑充分、均勻地吸附在顏料表面，pH值保持8~10，冷卻到室溫后，砂磨至粒徑<0.1μm，得到顏料分散液。配制墨水時，將顏料分散液加入苯乙腈樹脂乳液（水溶性樹脂）、二甘醇（保濕劑）、陰/非離子表面活性劑（調(diào)節(jié)墨水表面張力）、磷酸氫二鈉（pH值調(diào)節(jié)劑）、麥芽醇（黏度調(diào)節(jié)劑）及防霉劑等組成的混合溶液中，加入攪拌充分混合，經(jīng)過精濾，得到墨水。噴墨打印墨水的各項性能指標要求非常高，檢測項目多而且復(fù)雜，每一項指標都需要認真、細心地檢測，哪一項指標達不到要求，都會影響墨水的性能、打印效果和質(zhì)量，這也是噴墨打印墨水研制開發(fā)的困難所在。

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