紡織品數碼噴墨印花技術以其靈活性高、生產周期短、能耗低、耗水量少等優勢，正逐步替代高污染、高能耗的傳統印花工藝，成為推動紡織行業綠色轉型的重要技術。在該項技術中，噴墨墨水作為關鍵耗材，其性能直接影響印花品質。。目前噴墨墨水主要包括顏料墨水和染料墨水兩大類，其中顏料墨水因色彩鮮艷濃郁、優異的耐光性及耐化學性，加之廣泛的織物適應性，展現出顯著的綜合優勢。然而，顏料墨水中的核心著色成分——顏料顆粒，本質上是粒徑為200nm左右的固體顆粒，具有極高的比表面能和強疏水性，極易在體系中發生團聚沉降，導致墨水穩定性下降，從而產生噴頭堵塞、印花色牢度不足等問題。本篇文章，我們以常見的炭黑墨水為例，探討如何制備高穩定性、打印性能優異的顏料墨水。

制備高性能噴墨墨水需要關注哪些關鍵指標？

炭黑顏料墨水是由顏料顆粒（炭黑）、分散介質（主要是水）、分散劑、潤濕劑、粘合劑等功能助劑組成的分散體系。為了保障墨水在噴墨印花機的驅動下噴出良好的墨滴，在織物上形成色彩鮮艷、清晰度高和色牢度高的印花圖案，上述組分必須協同作用，并嚴格滿足以下關鍵性能指標：

（1）顏料顆粒粒徑：顏料顆粒的粒徑不僅會直接影響印花的清晰度，而且對于墨水噴射性能也有很大的影響。由于噴墨打印機的噴頭孔徑一般 在20-50 μm，，墨水顆粒的理想粒徑需控制在100-200納米（nm）范圍內且分布均一，過大易堵塞噴頭，過小則易團聚。

（2）Zeta 電位：表征分散粒子表面電荷狀態的指標，反映粒子間靜電斥力的強弱。無論粒子表面為正電位還是負電位，只要Zeta電位絕對值越高，粒子間靜電斥力越強，越能有效抵抗范德華力導致的聚集，體系越穩定。一般認為Zeta絕對值大于30 mV的分散體是比較穩定的。

（3）墨水表面張力：墨水的表面張力對墨水噴射的狀態和在織物表面潤濕與否起著重要作用。較高的表面張力，不僅會使墨水難以潤濕噴頭，導致墨滴聚集堵頭而發生飛濺，而且也不利于在織物上快速鋪展。而較低的表面張力則導致墨滴易破碎形成衛星液滴，造成噴射軌跡偏移，同時導致墨水在織物表面過度擴散，影響印花的清晰度。通常，噴墨印花墨水的表面張力需控制在25-50 mN/m之間。

（4）粘度：與表面張力一樣，墨水粘度也影響著墨水的噴射流暢度和印花的清晰度，過高的粘度增加噴射難度，過低則可能導致滲化。通常，印花墨水的粘度需控制在1-10 mPa.s。

（5）PH值：PH值不僅影響著顆粒表面的Zeta電位，從而影響墨水的分散穩定性，而且超出合理范圍（通常墨水的pH值在7-9范圍內）的強酸/堿性墨水會嚴重腐蝕噴頭、墨路系統，造成對設備的損壞。

（6）電導率：水中各種溶解性鹽類都以離子狀態存在，離子越多，電導率越大。因此，電導率可以表征墨水中含鹽量的多少。墨水的含鹽量過高，可能會產生結晶而堵塞噴頭，同時也會破壞顏料粒子的雙電層，使顏料顆粒發生沉降。一般，噴墨墨水電導率應控制在10000 μS/cm。

如何實現炭黑顆粒在墨水體系中穩定分散？

為保證噴墨印花的質量，除了需要確保上述關鍵指標達標，通過改性處理提升炭黑顆粒在墨水中的分散穩定性更是重中之重。目前，提升炭黑顆粒在墨水中分散穩定的方式主要有三種：1、添加分散劑+物理研磨：

該方法是提升傳統顏料分散體系穩定性的基礎工藝，主要是在鋯珠等研磨介質的高速剪切碰撞作用下，具有兩性基團的分散劑使其疏水基團錨定于顏料表面，而親水基團則在水相中溶劑化伸展，從而通過靜電斥力與空間位阻效應共同作用，形成具備一定分散穩定性的顏料色漿。

靜電斥力（左）與空間位阻效應（右）

目前，炭黑常用苯乙烯-馬來酸酐（SMA）作為分散劑，其芳香基團與炭黑中含有的雙重多環芳烴存在平面間的π-π作用力，可以使分散樹脂SMA與顏料表面的錨接強度增大，同時可以通過靜電偶極等作用實現與顏料黑表面的多點結合，相比其他小分子量的分散劑，能夠提供更好的分散效果。但受限于物理吸附的本質，儲存期間仍存在分散劑解吸，誘發顏料再聚集的問題，難以確保長期的分散穩定性，因此常需與其他技術協同應用。

2、顆粒表面改性形成自分散體系：

為克服傳統分散劑物理吸附易解吸、長期穩定性受限的問題，直接對炭黑顏料進行表面改性，賦予其自分散特性，成為了更優的解決方案。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、氧氣、硝酸、次氯酸鹽、重氮鹽和過氧化氫等氧化劑對炭黑表面氧化，從而在炭黑表面引入更多的羧酸基(-COOH)、羥基(-OH)、羰基（C=O）等極性基團，顯著增強炭黑表面的親水性，降低表面能的同時，并依靠這些極性基團在水中電離從而產生靜電斥力，最終達到提高炭黑親水和自分散性的目的。

（2）接枝改性

枝接改性是通過化學手段，在炭黑表面通過共價鍵接枝上帶有磺酸基團、羧酸基團等親水基團的接枝物，實現改性基團與炭黑表面的永久性共價鍵連接，從根本上避免了分散劑脫附問題。目前，研究人員采用環狀酸酐、五元雜環重氮鹽、L-組氨酸等作為改性劑，均得到了長期儲存穩定性良好的自分散表面改性顏料。

環狀酸酐改性炭黑反應式（來源：參考文獻1）

L-組氨酸功能化炭黑制備流程（來源：參考文獻1）

（3）改性聚合物包覆顆粒 

該技術是近年來研究較多的改性方法，主要是通過界面聚合法、原位聚合法、相分離法、細乳液聚合法、乳液聚合法、噴霧干燥等物理或化學方法，在炭黑顆粒表面包覆一層具有親水性能的聚合物（如聚氨酯、聚丙烯酸酯、聚酯、苯乙烯-馬來酸酐(SMA)共聚物等），形成核殼結構。一方面，形成的聚合物殼體可以通過空間位阻效應穩定顆粒；另一方面，聚合物外殼的親水性基團可以提高了整體顆粒的親水性，從而使顏料顆粒在水中具有良好的分散穩定性。不過，該方法很難產生適合噴墨的小直徑分散顆粒，同時由于制造工藝復雜，成本也高。

炭黑分散體的TEM照片（來源：參考文獻2）

（a））苯乙烯-馬來酸酐共聚物部分酯化物（PESMA）包覆的納米自分散炭黑（b）未經處理的原始炭黑

小結

持續攻克炭黑顏料墨水的高穩定性與優異打印性能瓶頸，是激活紡織品數碼噴墨印花產業鏈活力、實現高質量、綠色制造的關鍵一步。而目前炭黑等顏料顆粒的 “自分散”表面改性技術，由于從根本上解決了傳統分散劑添加法分散劑易解吸導致墨水長期穩定性受限的問題，成為了紡織品刷噴墨印花墨水發展的重要方向。

參考文獻：

1、聶倫.水性自分散顏料的制備及其在噴墨印花中的性能研究[D].蘇州大學.

2、杜長森,許丹,伍金平,等.涂料印花納米自分散炭黑的制備及性能[J].印染.

3、趙偉.分散劑改性炭黑色漿制備及中性墨水分散穩定性研究[D].太原理工大學.

4、王相軍.《聚合物改性顏料分散體及墨水》.精化科技有限公司.

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