纺织品数码喷墨印花技术以其灵活性高、生产周期短、能耗低、耗水量少等优势，正逐步替代高污染、高能耗的传统印花工艺，成为推动纺织行业绿色转型的重要技术。在该项技术中，喷墨墨水作为关键耗材，其性能直接影响印花品质。。目前喷墨墨水主要包括颜料墨水和染料墨水两大类，其中颜料墨水因色彩鲜艳浓郁、优异的耐光性及耐化学性，加之广泛的织物适应性，展现出显著的综合优势。然而，颜料墨水中的核心着色成分——颜料颗粒，本质上是粒径为200nm左右的固体颗粒，具有极高的比表面能和强疏水性，极易在体系中发生团聚沉降，导致墨水稳定性下降，从而产生喷头堵塞、印花色牢度不足等问题。本篇文章，我们以常见的炭黑墨水为例，探讨如何制备高稳定性、打印性能优异的颜料墨水。

制备高性能喷墨墨水需要关注哪些关键指标？

炭黑颜料墨水是由颜料颗粒（炭黑）、分散介质（主要是水）、分散剂、润湿剂、粘合剂等功能助剂组成的分散体系。为了保障墨水在喷墨印花机的驱动下喷出良好的墨滴，在织物上形成色彩鲜艳、清晰度高和色牢度高的印花图案，上述组分必须协同作用，并严格满足以下关键性能指标：

（1）颜料颗粒粒径：颜料颗粒的粒径不仅会直接影响印花的清晰度，而且对于墨水喷射性能也有很大的影响。由于喷墨打印机的喷头孔径一般 在20-50 μm，，墨水颗粒的理想粒径需控制在100-200纳米（nm）范围内且分布均一，过大易堵塞喷头，过小则易团聚。

（2）Zeta 电位：表征分散粒子表面电荷状态的指标，反映粒子间静电斥力的强弱。无论粒子表面为正电位还是负电位，只要Zeta电位绝对值越高，粒子间静电斥力越强，越能有效抵抗范德华力导致的聚集，体系越稳定。一般认为Zeta绝对值大于30 mV的分散体是比较稳定的。

（3）墨水表面张力：墨水的表面张力对墨水喷射的状态和在织物表面润湿与否起着重要作用。较高的表面张力，不仅会使墨水难以润湿喷头，导致墨滴聚集堵头而发生飞溅，而且也不利于在织物上快速铺展。而较低的表面张力则导致墨滴易破碎形成卫星液滴，造成喷射轨迹偏移，同时导致墨水在织物表面过度扩散，影响印花的清晰度。通常，喷墨印花墨水的表面张力需控制在25-50 mN/m之间。

（4）粘度：与表面张力一样，墨水粘度也影响着墨水的喷射流畅度和印花的清晰度，过高的粘度增加喷射难度，过低则可能导致渗化。通常，印花墨水的粘度需控制在1-10 mPa.s。

（5）PH值：PH值不仅影响着颗粒表面的Zeta电位，从而影响墨水的分散稳定性，而且超出合理范围（通常墨水的pH值在7-9范围内）的强酸/碱性墨水会严重腐蚀喷头、墨路系统，造成对设备的损坏。

（6）电导率：水中各种溶解性盐类都以离子状态存在，离子越多，电导率越大。因此，电导率可以表征墨水中含盐量的多少。墨水的含盐量过高，可能会产生结晶而堵塞喷头，同时也会破坏颜料粒子的双电层，使颜料颗粒发生沉降。一般，喷墨墨水电导率应控制在10000 μS/cm。

如何实现炭黑颗粒在墨水体系中稳定分散？

为保证喷墨印花的质量，除了需要确保上述关键指标达标，通过改性处理提升炭黑颗粒在墨水中的分散稳定性更是重中之重。目前，提升炭黑颗粒在墨水中分散稳定的方式主要有三种：1、添加分散剂+物理研磨：

该方法是提升传统颜料分散体系稳定性的基础工艺，主要是在锆珠等研磨介质的高速剪切碰撞作用下，具有两性基团的分散剂使其疏水基团锚定于颜料表面，而亲水基团则在水相中溶剂化伸展，从而通过静电斥力与空间位阻效应共同作用，形成具备一定分散稳定性的颜料色浆。

静电斥力（左）与空间位阻效应（右）

目前，炭黑常用苯乙烯-马来酸酐（SMA）作为分散剂，其芳香基团与炭黑中含有的双重多环芳烃存在平面间的π-π作用力，可以使分散树脂SMA与颜料表面的锚接强度增大，同时可以通过静电偶极等作用实现与颜料黑表面的多点结合，相比其他小分子量的分散剂，能够提供更好的分散效果。但受限于物理吸附的本质，储存期间仍存在分散剂解吸，诱发颜料再聚集的问题，难以确保长期的分散稳定性，因此常需与其他技术协同应用。

2、颗粒表面改性形成自分散体系：

为克服传统分散剂物理吸附易解吸、长期稳定性受限的问题，直接对炭黑颜料进行表面改性，赋予其自分散特性，成为了更优的解决方案。目前主要的改性方法包括：

（1）氧化改性:

氧化改性是指采用臭氧、氧气、硝酸、次氯酸盐、重氮盐和过氧化氢等氧化剂对炭黑表面氧化，从而在炭黑表面引入更多的羧酸基(-COOH)、羟基(-OH)、羰基（C=O）等极性基团，显著增强炭黑表面的亲水性，降低表面能的同时，并依靠这些极性基团在水中电离从而产生静电斥力，最终达到提高炭黑亲水和自分散性的目的。

（2）接枝改性

枝接改性是通过化学手段，在炭黑表面通过共价键接枝上带有磺酸基团、羧酸基团等亲水基团的接枝物，实现改性基团与炭黑表面的永久性共价键连接，从根本上避免了分散剂脱附问题。目前，研究人员采用环状酸酐、五元杂环重氮盐、L-组氨酸等作为改性剂，均得到了长期储存稳定性良好的自分散表面改性颜料。

环状酸酐改性炭黑反应式（来源：参考文献1）

L-组氨酸功能化炭黑制备流程（来源：参考文献1）

（3）改性聚合物包覆颗粒 

该技术是近年来研究较多的改性方法，主要是通过界面聚合法、原位聚合法、相分离法、细乳液聚合法、乳液聚合法、喷雾干燥等物理或化学方法，在炭黑颗粒表面包覆一层具有亲水性能的聚合物（如聚氨酯、聚丙烯酸酯、聚酯、苯乙烯-马来酸酐(SMA)共聚物等），形成核壳结构。一方面，形成的聚合物壳体可以通过空间位阻效应稳定颗粒；另一方面，聚合物外壳的亲水性基团可以提高了整体颗粒的亲水性，从而使颜料颗粒在水中具有良好的分散稳定性。不过，该方法很难产生适合喷墨的小直径分散颗粒，同时由于制造工艺复杂，成本也高。

炭黑分散体的TEM照片（来源：参考文献2）

（a））苯乙烯-马来酸酐共聚物部分酯化物（PESMA）包覆的纳米自分散炭黑（b）未经处理的原始炭黑

小结

持续攻克炭黑颜料墨水的高稳定性与优异打印性能瓶颈，是激活纺织品数码喷墨印花产业链活力、实现高质量、绿色制造的关键一步。而目前炭黑等颜料颗粒的 “自分散”表面改性技术，由于从根本上解决了传统分散剂添加法分散剂易解吸导致墨水长期稳定性受限的问题，成为了纺织品刷喷墨印花墨水发展的重要方向。

参考文献：

1、聂伦.水性自分散颜料的制备及其在喷墨印花中的性能研究[D].苏州大学.

2、杜长森,许丹,伍金平,等.涂料印花纳米自分散炭黑的制备及性能[J].印染.

3、赵伟.分散剂改性炭黑色浆制备及中性墨水分散稳定性研究[D].太原理工大学.

4、王相军.《聚合物改性颜料分散体及墨水》.精化科技有限公司.

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