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与 时 俱 进 的 Ink ----喷墨打印墨水 沈永嘉 华东理工大学精细化工研究所 市场上已经实现商品化生产的喷墨打印墨水有两种，即染料型（第一代）和颜料型（第二代）。无论是何种，都有水性和溶剂型之分，取决于它们的具体应用场合。喷墨打印墨水不仅仅是一种办公用品，它还可以被用于个性化的纺织品数码印花。第一代和第二代喷墨打印墨水仍各具有自己的弱点，文中就这些弱点的克服提出了两种思路，并就喷墨打印技术的发展给出了一个具体的事例。 第一代喷墨打印墨水 喷墨打印作为一种印刷技术，上世纪90年代初在我国市场上开始出现，当时是作为色带打印技术的升级换代，也是在办公室里用于纸质文件的打印。那时喷墨打印墨水内的着色剂主要是水溶性的染料，具体的品种是酸性染料和直接染料。 用这两种染料制成的墨水是不耐水的，甚至不耐手掌中的汗，印制品一遇水就模糊了。 1）纸张的基质是纤维素，酸性染料与纤维素没有直接性，染料不会固着在纸上却又因它的水溶性而随水一起在纸上扩散。 2）直接染料虽然对纤维素有直接性，但是作为办公用品，它的使用温度低于直接染料用于纤维素的染色所需要的温度。 后来发展到使用活性染料，试图用活性染料的反应性与纤维素结合。 二氯均三嗪类型的活性染料确实可以在30-40?C与纤维素很好地结合，但是同样它也可以在这个温度下与水反应从而失去与纤维素的反应活泼性， 选用一氯均三嗪类型的品种，后者与纤维素反应的温度是50-60?C。显然，在一般情况下（除了沙漠外），气温很难达到这个高度，所以尽管活性染料能与纤维素发生反应，但是使用温度不够高，故仍不能解决印刷制品不耐水的弊端。 为了解决上述问题，需要额外使用染料固色剂，它们一般是诸如式1所示的季铵盐类型的阳离子聚合物，它们既可以使染料具有较高的耐水性，又不会破坏染料的着色性能。 式中，R1~R4 = 甲基或乙基；R = C1-6 亚烷基或亚苯基；X=Cl 或Br；n = 3-300 目前市场上喷墨打印用的染料型墨水品种相当多，用它们打印的制品图像清晰，色彩逼真，同时具有干燥速度快，在喷嘴处不易形成硬壳，长期存放稳定性好的优点。 第一代喷墨打印墨水的制作 制作过程相对比较简单，因为着色剂是水溶性的，它的水溶液就相对比较稳定，因此，染料本身不易在打印机的喷嘴和墨盒中造成堵塞。但是商品化的染料本身含有许多无机盐（氯化钠和/或硫酸钠），有的商品染料中盐的含量比染料还要多。 另一方面，商品化的染料本身因盐的大量存在，由于同离子效应（盐析）的缘故使得它在水中的溶解度并不十分高，因此制作第一代喷墨打印墨水的难度在于脱除染料中的无机盐分。这就需要使用膜过滤技术，现在这种技术已经非常成熟。大多数生产活性染料的厂商都可以提供低盐分的活性染料。除了无机盐以外，商品染料中的某些其他杂质也会破坏墨水的稳定性，所以在配制墨水前必须对商品染料进行纯化处理以去除其中的杂质。 适宜制作染料型墨水的染料有许多，使用者可以根据自己的爱好进行选择，但是在商品化的喷墨打印墨水中，常用的染料品种是： 黄色：C.I.酸性黄23、酸性黄17、酸性黄104；C.I.直接黄86、直接黄132 红色：C.I.活性红180、C.I.酸性红52、酸性红377、酸性红289、酸性红254、酸性红249 蓝色：C.I.直接蓝199、直接蓝86；C.I.酸性蓝9 黑色：C.I.食品黑2、C.I.直接黑168。 墨水中除了着色剂外，还要添加许多其他组分，以提高墨水的应用效果。 1) 为了获得干燥快的效果，需要在墨水中添加有机溶剂，可用的溶剂有：烷基酰胺、酮及酮醇、醚，聚亚烷基二醇、多元醇低碳数单烷基醚，多元醇低碳数二烷基醚，C1~6的烷基醇，环丁砜、吡咯烷酮、N-甲基-2-吡咯烷酮、1,3-二甲基-2-咪唑啉酮、1,5-戊二醇、l,2-己二醇。 2) 为了增加染料在墨水中的溶解度，需要添加缓冲剂，如：磷酸盐、硼酸盐、碳酸盐、醋酸盐。 3) 为了调节墨水的流动性，需要添加粘度调节剂，如：聚乙烯醇、各种水溶性纤维素以及水溶性树脂。 4) 为了使墨水保持中性，以免腐蚀喷嘴，就需要添加pH调节剂，如：二乙醇胺、三乙醇胺等。 5) 为了降低墨水的表面张力，以使墨水能迅速地在纸张或其他底物上铺展开，需要添加表面活性剂。 第一代喷墨打印墨水的配方 表1 典型的喷墨打印墨水中染料的品种与组成 表2 喷墨打印用墨水的配方 第一代喷墨打印墨水用于数码喷墨印花 喷墨打印一开始是作为办公用品问世的，但是随着喷墨打印技术的发展，开始向各个领域拓展，最典型的是纺织品的数码喷墨印花。