分散染料是隨著疏水性纖維（人造纖維）的發(fā)展而發(fā)展起來的一類染料，是一類分子比較小、結(jié)構(gòu)上不帶水溶性基團的染料，它在染色時必須借助于分散劑，才能將染料均勻地分散在染液中，是染料行業(yè)里最重要和主要的一大類，主要用于滌綸及其混紡織物、醋酯纖維等的印染。

分散染料上染機理：它的上染機理與水溶性染料完全不同，染料和纖維之間不存在化學鍵反應，而是在高溫條件下纖維膨脹，以孔道沉積的方式進入纖維內(nèi)部，利用分子間產(chǎn)生引力和氫鍵固著，完成上染過程。

一、粉狀分散染料VS液體分散染料

普通粉狀分散染料加工過程為：將分散染料濾餅、分散劑和水混合并打漿預分散，再經(jīng)砂磨機研磨粉碎，最后噴霧干燥得粉狀或顆粒狀染料成品。這類分散染料劑型由于便于儲存和運輸，被廣泛使用，但粉狀分散染料也存在一些問題：

1、粉塵污染：在生產(chǎn)和使用過程中容易產(chǎn)生粉塵，對操作環(huán)境影響較大；

2、能耗高：在噴霧干燥過程中要消耗大量能源，而干燥后的染料又要分散到水中使用，不利于節(jié)能減碳；

3、殘液COD值高：在粉狀分散染料的制備過程中，除了有效染料成分外，還必須加入大量分散劑，以保證染料在噴霧干燥及后續(xù)儲存過程中的耐熱穩(wěn)定性和再分散性。這些助劑在染色后全部進入廢水中，增加水中的COD，增加印染企業(yè)三廢處理成本；

4、不利于自動計量和輸送等智能印染過程，需要事先配成液體分散液才可自動計量和輸送^【1】。

針對上述痛點，更為環(huán)保的液態(tài)劑型分散染料（液體分散染料）被業(yè)內(nèi)普遍視為更優(yōu)路徑。早在20世紀六十年代，國外許多染料制造公司就開始研制和生產(chǎn)液體分散染料，由于加工設(shè)備及分散劑水平的限制，染料顆粒無法研磨得很細，平均粒徑在lμm左右，產(chǎn)品儲存期比較短，通常為90天，很容易發(fā)生沉淀，而且普遍染料強度普遍較低，因此應用優(yōu)勢并不顯著。隨著超細濕磨粉體技術(shù)及高效分散劑體系的成熟，“閉路”粒徑控制與低溫控黏濕磨協(xié)同實現(xiàn)高效界面穩(wěn)化，使粒徑分布更窄、返粗更慢、貨架期更長，從而為液體分散染料的規(guī)模化、穩(wěn)定化應用奠定了工藝基礎(chǔ)。

與粉狀分散染料相比，液態(tài)分散染料的最大特點是：在較低分散劑用量下即可獲得穩(wěn)定、細膩的分散體系，并實現(xiàn)更高的染料利用率。實際配方中，分散劑的投加通常僅為染料濾餅重量的約10%–25%。這為織物印花/染色的少水洗或免水洗工藝提供了條件——在不進行還原清洗的情況下，也能達到接近或等同于常規(guī)分散染料“還原清洗后”的牢度要求，從源頭顯著降低印染廢水排放，契合節(jié)能與環(huán)保方向。

同時，液態(tài)分散染料可泵送輸送、便于在線過濾與自動化計量，有利于構(gòu)建密閉化、連續(xù)化的生產(chǎn)與上機體系，并在原料端—生產(chǎn)端—應用端實現(xiàn)更好的環(huán)保一致性與批次穩(wěn)定性。

二、高效分散與超細化的組合拳

液體分散染料就是把難溶于水的分散染料微粒在分散劑作用下穩(wěn)定地分散在水里形成的分散體系。它在物理化學上更接近懸濁液/膠體之間的亞微米分散體系：粒子做得足夠小、穩(wěn)定劑足夠好時，會表現(xiàn)出很多膠體特征；粒子偏大或聚集時，更像渾濁液（懸濁液）。液體分散染料的制備包含“①潤濕—②解聚—③穩(wěn)分散”這三個關(guān)鍵過程。首先要解決分散染料潤濕性差的問題，其次是將分散染料濾餅有效地研磨粉碎成微小顆粒，最后將微小分散染料粒子穩(wěn)定分散在水中。

1、高效分散劑體系

陰離子型分散劑目前廣泛用于粉狀與常規(guī)液體分散染料。其主要靠靜電斥力發(fā)揮分散作用，單獨使用的分散能力相對有限，因此配方用量常年偏高。高投加帶來下游印染廢水COD升高、處理難度加大。對于液體劑型，要獲得長期穩(wěn)定且高固含的分散體系，僅依賴傳統(tǒng)陰離子分散劑遠不足夠，需引入多組分協(xié)同，引入多重穩(wěn)定機制了來滿足儲存及運輸穩(wěn)定性的要求。

顆粒在分散液中的穩(wěn)定機制：①靜電穩(wěn)定機制；②空間位阻；③靜電空間位阻穩(wěn)定（圖源：贏創(chuàng)）

在液體分散染料的制備中，常用分散劑主要包括陰離子型、非離子型和高分子超分散劑。三者各有特點，往往需要復配使用，才能兼顧研磨效率與產(chǎn)品長期穩(wěn)定性。

①陰離子分散劑--降低體系粘度/潤濕/助磨

陰離子分散劑以萘系磺酸鹽（如NNO、MF類縮合物）和木質(zhì)素磺酸鹽為代表，主要通過靜電斥力（提高顆粒表面Zeta電位）抑制團聚與絮凝。其極性基團（（如磺酸基）與水分子強作用，可顯著降低體系表/界面張力與初始黏度，從而促進疏水染料顆粒的潤濕與快速解團，提高預分散與濕磨傳能效率。

在現(xiàn)代聚酯印花中，分散染料以合成糊料為主流，常用類型包括丙烯酸/聚丙烯酸鹽類、聚丙烯酰胺、聚氨酯締合型等。需要注意的是，含陰離子型表面活性劑的液體分散染料不宜與此類合成糊料同用：陰離子表活及其中的電解質(zhì)會提高體系離子強度，削弱合成糊料的電荷膨脹與水化，導致降黏與流變失控，在實際印花中表現(xiàn)為滲化（邊界發(fā)虛、走漿）。因此印花專用染料更偏向低陰離子、以非離子/高分子位阻為主的設(shè)計。

②非離子分散劑--潤濕/協(xié)同穩(wěn)化/提升耐鹽耐溫性能

非離子分散劑以脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO類）、蓖麻油聚氧乙烯醚、EO/PO 嵌段共聚物、烷基多糖苷（APG）等為代表，其分子在水中不電離，主要依靠位阻作用來實現(xiàn)分散穩(wěn)定。其分子結(jié)構(gòu)通常由疏水錨定段（烴鏈或芳香基）與親水聚醚鏈段組成，能夠牢固吸附在染料顆粒表面并向水相伸展形成“刷層”，在顆粒相互靠近時通過熵斥力和滲透排斥阻止再聚。

非離子分散劑借助位阻作用提供穩(wěn)定性，潤濕能力強，對疏水性染料顆粒特別有效；同時具有較好的耐鹽、耐硬水性能。與陰離子分散劑協(xié)同時可形成“電–位阻雙穩(wěn)”，提高體系的儲存穩(wěn)定性。小分子非離子提供的“刷層”較薄，單獨使用難以防止長期返粗→需與高分子超分散劑協(xié)同。

③超分散劑--帶錨定基團/抑制返粗

“超分散劑”并非嚴格學名，而是行業(yè)從路博潤（Lubrizol）旗下的“Hyperdispersant”類產(chǎn)品沿用下來的俗稱，指的是以聚合物為主體的高效分散劑（相對分子質(zhì)量常見約1000–10000），其分子結(jié)構(gòu)上含有溶劑化鏈與錨固基團兩個部分，這兩部分的性能和功用均不相同。因此超分散劑也叫聚合物分散劑（這是學術(shù)和專利文獻里最常用的規(guī)范叫法，強調(diào)它與小分子分散劑的區(qū)別），最早在顏料體系中成熟，隨后遷移到“顆粒態(tài)分散”邏輯相同的液體分散染料。

超分散劑多為梳形或嵌段共聚物（如丙烯酸酯-聚醚、聚酯-聚醚、聚氨酯-聚醚類），分子結(jié)構(gòu)中兼具疏水錨定基和親水可溶鏈段。它們吸附在染料顆粒表面時，疏水段緊密錨定在顆粒上，而長鏈親水段伸入水相，形成厚實且持久的位阻層，因此能顯著提升分散體系的長期穩(wěn)定性。

整體而言：陰離子分散劑負責快速解團與降黏，非離子分散劑提供潤濕與耐鹽協(xié)同，高分子超分散劑確保長期穩(wěn)化。三者復配可兼顧研磨效率、產(chǎn)品強度與儲存穩(wěn)定性，同時減少分散劑總用量，降低環(huán)保壓力。

2、超細濕磨技術(shù)

液體分散染料要想分散穩(wěn)定、應用出色，關(guān)鍵在于粒度小且分布窄，；歸根到底，就是把研磨環(huán)節(jié)打造成可控的“粒徑工程”。濕磨研磨技術(shù)的諸多進步，都為這一目標做出了貢獻。

①在線分散機--高效潤濕分散

良好的潤濕是高效研磨分散的前提，因此在進行分散染料細化之前，需要對材料進行預分散。在線分散設(shè)備是行業(yè)內(nèi)廣泛使用的一種高效的無塵固液混合分散技術(shù)，被廣泛用于研磨前段的預分散，可以大大提升整體研磨過程的研磨效率。

在線分散設(shè)備通過循環(huán)泵驅(qū)動形成高速流場，在分散腔內(nèi)產(chǎn)生負壓（文丘里自吸效應），實現(xiàn)粉體的密閉、近零損失吸入；物料在特制定—轉(zhuǎn)子間隙中承受高剪切與強湍流，迅速完成粉體潤濕、解團與均勻分散，產(chǎn)出可泵送的穩(wěn)定預分散漿體；而粒徑的進一步細化與分布收窄由后續(xù)砂磨段完成。

②超細研磨介質(zhì)--打破機械研磨粒度下限

超細研磨介質(zhì)的應用把機械法制備粉體的下限突破了1μm以下，業(yè)界已有最小氧化鋯磨介尺寸為0.03mm，搭配砂磨機及適當?shù)难心スに嚳梢垣@得80nm以下的粉體。分散染料的細化通常由砂磨機完成，要把粒徑推進到亞微米并收緊尾端，不是單靠“重珠猛打”，而是讓應力強度×碰撞頻率同時到位：小珠更容易“抓住”細顆粒，大珠（高密度）單次沖擊更強，兩者需要分段配合。染料體系普遍黏、粘、難開團，因此研磨介質(zhì)要有足夠密度和韌性，氧化鋯陶瓷（高比重、耐磨、化學惰性）成為行業(yè)常用選擇。

普通（非噴墨）高濃分散染料的研磨目標粒徑通常在0.2–0.8μm，量產(chǎn)中采用的氧化鋯磨介尺寸多為0.3–0.8mm。用于噴墨的分散染料（墨水）對尾端更嚴（常見D90≤0.20–0.25μm），因此有時會用到0.1mm微珠。但珠徑越小，越容易出現(xiàn)漏珠（走珠）、篩口架橋/壓降飆升、通量下降等問題，所以必須配合更可靠的珠料分離結(jié)構(gòu)，并在研磨中段用少量補加“錨定”分散劑，否則界面不穩(wěn)、細化顆粒易發(fā)生返粗（再團聚/奧斯特瓦爾德熟化導致的粒徑回彈），尾部拖長且能耗上升。

③水冷結(jié)構(gòu)+彈性懸架--控溫研磨技術(shù)

在液體分散染料的超細濕磨中，為在高固含/高黏條件下得到窄粒徑分布且不返粗，設(shè)備采用水冷結(jié)構(gòu)+彈性懸架的協(xié)同設(shè)計：水冷（夾套/換熱器）及時帶走研磨產(chǎn)生的熱量，將料溫穩(wěn)定在設(shè)定窗口；彈性懸架以彈性支座/聯(lián)軸器與自對中支撐吸振、隔振、減沖擊，避免轉(zhuǎn)子—定子或研磨介質(zhì)產(chǎn)生局部干摩擦熱點，由此抑制料溫爬升與晶型再析出/團聚。

④在線粒度監(jiān)測系統(tǒng)--閉環(huán)控粒、提一致

可控的“粒徑工程”當然少不了粒度的實時監(jiān)控技術(shù)，將粒度檢測系統(tǒng)“搬”到生產(chǎn)車間、將自動取樣裝置“接”在生產(chǎn)線上，自動實時監(jiān)測管線內(nèi)的粒度數(shù)據(jù)，并通過專用接口同步反饋給生產(chǎn)設(shè)備，從而實現(xiàn)工藝閉環(huán)；對穩(wěn)住批間一致性、避免長尾與過磨、降低能耗與介質(zhì)磨耗具有直接作用。

不過值得注意的是，在線粒度監(jiān)控系統(tǒng)由于其是在生產(chǎn)線上使用的，其應用環(huán)境與實驗室相比是非常惡劣的，并不是簡單的將實驗室產(chǎn)品搬到車間來這么簡單，因此它會有許多匹配應用環(huán)境的工程化細節(jié)，使其“粉塵多、振動強、溫漂大、信號噪聲高”的現(xiàn)場穩(wěn)定工作。目前此類系統(tǒng)已有多款商業(yè)化產(chǎn)品。

參考資料

1、液體分散染料的應用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，中國印染行業(yè)協(xié)會聯(lián)合.《中國印染行業(yè)綠色發(fā)展報告》2022

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