涂料印染是黏合剂与颜料着色剂混合并通过染色或印花工序给织物上色并形成图案的过程。涂料印染包括涂料染色和涂料印花两大应用领域，两者主要区别在于施工工艺不同。前者是将着色剂（颜料）和黏合剂混合制成分散体系，通过浸染或扎染将着色剂均匀地黏结在纤维或织物表面从而获得颜色的过程，后者则是通过机械设备如涂料印花机或者数码印花机印刷在织物上。

一、涂料印染与传统印染

涂料印染与传统印染工艺有着本质区别，是完全不同概念和方法。传统染料可以溶解在水里，染料分子与纤维分子发生特有的化学反应，染料被纤维吸附固定在纤维表面上，无须任何黏合剂即可完成印染过程。而颜料着色剂是不溶于水和一般有机溶剂的细小固体颗粒，颜料分子对纤维或织物分子没有任何亲和力，需要依靠黏合剂将颗粒状的颜料固定在织物上。因此涂料成分必须含有黏合剂，颜料颗粒需分散成纳米或亚微米颗粒后才可使用。

染料墨水与颜料墨水的区别，图源：参考资料2

备注：涂料墨水，又称颜料墨水

涂料印染基本原理与涂料油漆工艺相似，就是把着色剂、黏合剂和其他助剂均匀混合后，通过染色工艺或印花工艺涂布在基材表面来改变基材颜色。

二、涂料墨水（颜料墨水）的组成

涂料印染墨水材料成分主要有黏合剂、乳化剂、交联剂、着色剂、分散剂、增稠剂及其他助剂等。

1、黏合剂的种类及性能

①粘合剂的种类

涂料印染过程中，颜料颗粒依靠粘合剂的粘性固定在织物表面，从而达到给织物上色的目的。织物的手感、耐老化性、颜色鲜艳度、耐水洗牢度、耐揉搓牢度、透明性、光滑度及织物气味等都与粘合剂材料类型息息相关。

黏合剂主体成分一般包括丙烯酸酯(MA)、丙烯酸乙酯(EA)、丙烯酸丁酯(BA)、丙烯酸(AA)、环氧树脂等材料，具有耐磨性好、手感柔软、黏合力强、膜层不泛黄、印花中不塞网、无甲醛释放等特点。早期的黏合剂为非交联型黏合剂，色牢度较差，为了增加涂料印染产品的耐摩擦牢度，最新开发的黏合剂多以反应型为主，合成乳液黏合剂时一般加入少量自交联单体，在一定烘培温度下引发交联反应。

②成膜机理

涂料印花或印染需要在一定条件下进行，黏合剂和颜料都需要均匀分散在同一载体体系里，才可形成一层均匀薄膜涂层，干燥后得到颜色清晰均匀的图案。但是一般高分子聚合物的相对分子质量从几千到百万，黏度非常高，颜料不能均匀分散在黏合剂介质里，体系无法在织物基材表面形成一个均匀薄膜涂层，影响织物最终性能。因此高黏度聚合物需要稀释剂稀释，降低黏度才可使用。稀释剂有溶剂型和水基型两大类

早期高分子聚合物多用小分子的有机溶剂型稀释剂，但使用过程中会造成大量VOC挥发污染环境，同时有机溶剂的易燃性也会带来及极大的安全隐患，随后水性高分子聚合物（树脂中带有水溶性集团，例如磺酸基）也被开发出来，但还是难以兼顾材料的性能及树脂的水溶性，尤其是当聚合物相对分子质量非常大的情况下。为了兼顾黏合剂物化性能和加工性能，近些年出现的乳液型黏合剂基本满足了涂料印花和印染市场需求。

乳液即不溶于水的树脂或分子与乳化剂（表面活性剂）在水中混合，在高速搅拌下形成乳状液体，不溶于水的聚合物分子被表面活性剂包覆，以小液滴形式存在于水相中，液滴直径可以从几十纳米到几微米，根据要求可选用不同大小和性能的乳液。

乳胶颗粒聚合过程，图源：参考资料1

乳液黏合剂对最终织物性能影响很大，一般小颗粒、窄分布、稳定高的乳液对提高生产效率十分重要。黏合剂颗粒小，在涂布或染色后经过热处理，水分蒸发，毛细管压力较大使乳液颗粒变形力量较强，成膜速度快，成膜密度也高，生产时不易破乳或堵网。一般小颗粒乳液更加稳定，成品率高理想乳液粒径在50~100nm。

二、着色剂种类、性能和加工技术

着色剂是纺织印染工艺中最重要的化学试剂，纺织纤维印染着色剂分为两大类:染料和颜料。

1、染料

染料是指能使其他物质获得鲜明而牢固色泽的一类有机化合物，大多数染料是人工合成的，也称为合成染料。染料自身有颜色，并能以分子状态使其他物质获得鲜明和牢固色泽染料一般可以溶解于媒介中（如水、溶剂、油、塑料或高分子等），以单分子形式存在的染料分子与织物纤维分子结合，因此染料的染色能力很强，微量染料足以使整匹布都染上美丽的色彩。

染料种类有直接染料、活性染料、还原染料、分散染料、酸性染料等。各种纤维由于本身性质不同，在进行染色时就需要选用相适应的染料，例如，棉纤维分子结构上含有许多亲水性的羟基，易吸湿膨化，并较耐碱，故可选择直接还原、酸性、活性等染料染色。涤纶疏水性强，分子上极性基团少，高温下不耐碱，一般选择分散染料进行染色。

2、颜料

不同于染料以单分子形式存在于染色体系里，颜料在着色过程中始终以粒子集团形式存在，颜料粒子粒径0.05μm~1mm（染料分子直径<0.001μm）。颜料不溶于水或有机溶剂，因此颜料需要研磨到一定粒径大小才可以使用。颜料的物化性能要比染料好得多、如耐化学腐蚀、耐候、耐溶剂、耐紫外等。颜料被广泛用于各种日常生活领域，如建筑涂料、家具油漆、墙纸油墨、包装油墨，包括纺织印花油墨。因为颜料分子不溶解于水或常规有机溶剂，只能通过分散技术制备高浓度颜料色浆方可使用。也正是由于这种特性使得颜料在物体表面具有更加佳性能，如抗风雪阳光、耐雨水、耐热、耐摩擦、耐氧化耐化学品等。

颜料可分成有机和无机两大类。无机颜料一般由有色金属氧化物或一些金属盐类组成，具有耐晒、耐热、耐候、耐溶剂性好等特征，但无机颜料色谱不十分齐全、着色力低、颜色鲜艳度差等。无机颜料可细分为氧化物、铬酸盐、硫酸盐、硅酸盐、硼酸盐、钼酸盐、磷酸盐、钒酸盐、铁氰酸盐、氢氧化物、硫化物、金属系列等。

纺织涂料印染用颜料多以有机颜料为主，特点是种类繁多、色系齐全、色彩鲜明、着色力强（相对于无机颜料）、毒性小等。有机颜料可按化合物的化学结构分为偶氨颜料、酞菁颜料、蒽醌颜料、靛族颜料、喹吖啶酮颜料、二嗪等多环颜料、芳甲烷系颜料等，其中以偶氨类的品种最多。

有机颜料的应用性能不但与颜料分子本身的发色基团结构有关，还与其分子结晶排列形状等物理形态有关，其结晶形态、颗粒度、粒子分散度及颗粒表面性质等（根据着色对象及施工方法，对有机颜料进行适当的物理化学改性或加工修饰是非常重要的）都会影响颜料的色相着色力、透明度、流动性及分散实用性等。例如，着色力（颜料与基准颜料充分混合后显示颜色的能力）一般随颜料的粒径减小而增强，但超过一定极限后，则着色力随粒径减小而减少。一般着色最佳粒径范围在几百纳米，低于（100nm颜料颗粒着色力和遮盖力一般降低，透明度提高）；颜料的分散度也会影响涂料的遮盖力，见下方示意图。

涂料中良好分散性和不良分散性之间的遮盖力差异，图源：参考资料3

3、颜料色浆

颜料分子无亲水基团，需要借助分散助剂才可进入水相。色浆制备过程就是颜料与分散剂混合润湿后，通过输入机械能把大颗粒颜料粒子研磨成小颗粒的过程，最终成品为稳定浓缩颜料浆。根据色浆所使用的介质不同，颜料色浆又分为水性色浆、油性色浆、水油通用色浆等，涂料印染主要以水性颜料色浆为主。

颜料色浆制备是一个十分耗能过程，常规颜料颗粒直径从几百微米到几毫米，颜料需要被分散助剂润湿包覆，通过注入机械能或化学修饰等步骤才可将毫米级颗粒剪切到几十到几百纳米粒径范围。大量研究显示，纳米级颜料颗粒的比表面积非常大，表面能很高，是热力学非稳定系统，容易发生团聚再形成大颗粒。因此纳米色浆粒子往往需要大量分散剂包覆才可保证其稳定性，这也解释了很多纳米色浆颜料浓度一般比较低的原因。

4、分散剂

分散剂/润湿剂是通过降低固体表面能，使固体物料更易被水（或其他介质）浸湿的物质，也称为表面活性剂。因为润湿剂有分散功能，所以也常被叫作润湿分散剂。润湿分散剂种类繁多，分散剂的分裂可见下图。

分散剂种类

分散机理：分散剂通过物理（如范德华力、氢键、静电相互作用）或化学（强的化学键结合，如共价键或离子键）的方式吸附在颗粒表面，使颗粒之间保持距离，降低不受控制絮凝的倾向，在实际应用中只要是通过静电排斥的时候或空间位阻的方式来实现，其作用机制主要有以下三种。

①静电稳定机制；②空间位阻；③静电空间位阻稳定（图源：参考资料4）

相关阅读：影响分散剂分散效果的几个因素

5、增稠剂

增稠剂在涂料印花过程中起到增稠作用。现代印花机速度高，机器的高剪切力通常使油墨黏度下降，可严重影响印花质量和生产效率。因此在涂料印花过程中，当印或印网上的胶浆转移到织物上，增稠剂把印花油墨黏度提升到一定黏度同时具有较好的流变性能，使油墨与纤维结合在一起，才能保证印花线条分明，图案清晰，色彩鲜艳均匀。增稠剂的性能决定着最终印花质量的好坏。增稠剂种类如下：

6、其他助剂

三、小结

涂料印染具有工艺简单、流程短、操作成本低、色域广、色彩饱满、无须水洗、正品率高、节能省电等优势，在全球印染行业中占有重要地位。涂料印染被广泛应用于纯棉织物、合成纤维及混纺织物上。随着更多新技术、新材料使用，涂料印染织物耐摩擦色牢度有了大幅度提升，手感近似于活性染料印花，涂料印染在未来日常生活中将起到更为重要作用。

参考资料：

1、《新工科系列教材 十四五普通高等教育本科部委级规划教材 纺织品可持续印染技术》

作者: 邢铁玲，关晋平编

2、佳能全球，喷墨墨水技术

3、Paint&Coatings Industry；添加剂简介，第4部分：分散剂

4、赢创公司；用于锂离子电池的过程助剂

编辑整理：粉体圈Alpha