1 實(shí)驗(yàn)部分

    1·1 材料及試劑

    材料：純棉半漂針織布(180g/m2)活性紅K-2BP(吳江桃園染料有限公司)。

    試劑：異丙醇、正丁醇、1,2-丙二醇、乙二醇、聚乙二醇、二甘醇、三甘醇、甘油、四氫呋喃、乙二醇乙醚、N-甲基-2吡咯烷酮、己內(nèi)酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、二甲亞砜、三羥甲基氨基甲烷、乙二胺四乙酸二鈉鹽、Tween 80，以上試劑均為分析純。

    1·2 設(shè)備和儀器

    TDL-4型離心機(jī)、PL303型電子天平(0.0Olg)、79-1磁力加熱攪拌器、CS1O1-AB型電熱鼓風(fēng)干燥箱、通風(fēng)櫥、恒溫水浴鍋、6OmL-G5型砂芯漏斗、722S型分光光度計(jì)、奧立龍868系列臺(tái)式酸度計(jì)、雷磁E-201-C型pH復(fù)合電極、DSAlO0型液滴形狀分析儀、ULTRA-Ⅲ型粘度計(jì)。

    1·3 實(shí)驗(yàn)方法

    1·3·1 墨水配方

    配方(%)：

    染料 10

    有機(jī)溶劑 10-40

    Tris堿+EDTA-2Na鹽 l

    去離子水 49-79

    pH 7.0-7.2

    用電子天平準(zhǔn)確稱取各組分，在磁力攪拌器上攪拌0.5h，砂芯漏斗過(guò)濾三次除去沉淀。

    1·3·2 pH穩(wěn)定性測(cè)試

    將配制好的墨水于80℃條件下放置一天，測(cè)定墨水的pH變化。

    △pH = pH1 - pH2

    △pH為墨水的pH變化量；pH1為放置前的pH值；pH2力放置后的pH值。

    1·3·3 染料析出量測(cè)試

    將經(jīng)過(guò)80℃保溫處理的墨水取一定量加到具塞離心試管中，于冰水浴中放置一天，取出立刻在離心分離機(jī)上離心分離，將沉淀烘干后測(cè)析出沉淀的質(zhì)量來(lái)表征染料的溶解性能。

    AG = G1 - G2

    AG為析出沉淀的質(zhì)量；G1為離心試管與沉淀的總質(zhì)量；G2為離心分離試管的質(zhì)量。

   1·3·4 貯存穩(wěn)定性測(cè)試

    墨水在常溫下放置，測(cè)試不同放置時(shí)間下墨水的pH變化和染料的析出量來(lái)評(píng)價(jià)墨水的貯存穩(wěn)定性�！鱬H和△G的測(cè)定是將常溫下放置的墨水取出直接測(cè)定。

    1·3·5 粘度測(cè)定

    利用ULTRA-Ⅲ型粘度計(jì)測(cè)定墨水的粘度，測(cè)定溫度為25±1℃。

    1·3·6 表面張力測(cè)定

    利用DSAlO0型液滴形狀分析儀采用最大氣泡法測(cè)定墨水的表面張力值，測(cè)定溫度為25±1℃。

    1·3·7 電導(dǎo)率測(cè)定

    利用DDS-11A型電導(dǎo)率儀測(cè)定墨水的電導(dǎo)率，測(cè)定溫度為25±1℃。

    2 結(jié)果與討論部分

    2·1 有機(jī)溶劑對(duì)pH穩(wěn)定性的影響

    墨水的穩(wěn)定性與很多因素有關(guān)，在溫度、染料濃度恒定的情況下，與添加的有機(jī)溶劑的種類有密切的關(guān)系。由于染料的水解，染料與醇類的醇解以及與胺類物質(zhì)的胺解，都會(huì)影響墨水pH的變化，因此要通過(guò)試驗(yàn)測(cè)試各類有機(jī)溶劑對(duì)墨水的具體影響，結(jié)果見(jiàn)圖1到圖5。

    由圖1可知，二元醇的添加明顯降低了墨水的pH穩(wěn)定性，一元醇的添加在一定用量范圍內(nèi)對(duì)墨水的pH穩(wěn)定性有一定的提高。這是因?yàn)樗�解與醇解是互相競(jìng)爭(zhēng)的兩個(gè)反應(yīng)，醇解速率常數(shù)與(OH-)成正比，二元醇的(OH-)含量肯定比一元醇要高，因此其對(duì)墨水的pH的穩(wěn)定性要差。有資料表明，對(duì)于活性紅G來(lái)說(shuō)，水的相對(duì)反應(yīng)速率為1.0，異丙醇的相對(duì)反應(yīng)速率僅為0.7，因此液體染料的穩(wěn)定性隨異丙醇用量的加大而提高，并且一元醇的相對(duì)反應(yīng)速率隨鏈的增長(zhǎng)而減小，這就是為什么正丁醇對(duì)墨水的pH穩(wěn)定性高于異丙醇的原因。

    由圖2可知，對(duì)于二甘醇和三甘醇，因?yàn)樗鼈兊姆肿渔溳^長(zhǎng)因而醇解速率相對(duì)水解速率應(yīng)較低，在用量低于10%時(shí)能較好地穩(wěn)定墨水，但當(dāng)用量加大時(shí)又會(huì)降低穩(wěn)定性，說(shuō)明(OH-)的增加加速了醇解，因此甘醇的用量不能太大。對(duì)甘油來(lái)說(shuō)(OH-)較高，△pH隨濃度的增加而增大。

    由圖3可知，對(duì)于醚類溶劑來(lái)說(shuō)，四氫呋喃的沸點(diǎn)較低(65℃左右)，在加熱的過(guò)程中容易揮發(fā)，穩(wěn)定性差。乙二醇乙醚隨用量的增加對(duì)墨水的pH穩(wěn)定性增強(qiáng)。

    由圖4可知，對(duì)環(huán)胺類溶劑來(lái)說(shuō)，吡咯烷酮對(duì)墨水的pH穩(wěn)定性較差，并且隨用量的增加穩(wěn)定性急劇下降；酰胺類溶劑對(duì)墨水的pH穩(wěn)定性幾乎無(wú)影響，是一種穩(wěn)定性較好的溶劑。

    由圖5可知，二甲亞砜對(duì)墨水的pH穩(wěn)定性較差，但隨用量的增加這種影響又會(huì)逐漸降低。

    2·2 有機(jī)溶劑對(duì)染料析出量的影響

    對(duì)于有機(jī)溶劑，它們不僅含有親水性的-OH、-0-、-S-鍵，而且含有疏水性的烷基，在水中能與染料形成氫鍵，使染料離子表面形成水合離子保護(hù)層，阻止染料分子凝聚和分子間的相互作用，促進(jìn)了染料的電離和溶解，增加其溶解能力。同時(shí)由于它們的存在，可使染料分子在水中形成膠束，具有較好的分散性，并還可使具有極性的染料在構(gòu)成膠束的溶劑分子間成模型的網(wǎng)狀增溶，從而形成均一的表觀溶解現(xiàn)象，提高了溶解性。但若分子中缺少較強(qiáng)的疏水性基團(tuán)，那么對(duì)膠束的分散、增溶作用較弱，其溶解度提高不顯著，因此要盡量選用含有芳香環(huán)或能與染料形成疏水鍵的基團(tuán)，來(lái)增加其溶解能力。試驗(yàn)比較了五類有機(jī)溶劑對(duì)染料析出量的影響，結(jié)果見(jiàn)圖6到圖10。

    由圖6可知，聚乙二醇的加人能夠顯著提高染料的溶解度，析出染料的量最少，對(duì)染料的溶解最好；乙二醇則明顯降低染料的溶解度；異丙醇與丙二醇在用量低于20%時(shí)降低染料的溶解度，當(dāng)增大用量時(shí)又會(huì)增加染料的溶解度；正丁醇則與其相反，對(duì)染料溶解度的影響力先增大后減小。分析其

    原因：聚乙二醇疏水性要強(qiáng)于其他三種醇，因此它對(duì)染料有較好的增溶作用；對(duì)于丙二醇和異丙醇，在用量較低的情況下降低染料的溶解度，可能是因?yàn)榇碱愲m然可通過(guò)與水形成水合離子層，隔斷染料離子間的氫鍵和范德華力，防止染料分子凝聚來(lái)增加其溶解能力，然而這種作用不大，主要是因?yàn)槿鄙倥c染料有一定親和力的疏水性基團(tuán)，使其在水中呈現(xiàn)分散狀態(tài)或防止聚集，同時(shí)對(duì)膠束的分散、增溶能力較低，溶劑用量較低時(shí)增溶效果不明顯，溶劑的增加反而降低了水的含量使體系粘度增加，因而降低了溶解度；當(dāng)用量較大時(shí)才具有較好的增溶作用。對(duì)于乙二醇，可能它與染料的相容性較差，因而對(duì)染料的溶解度降低較多。

    由圖7可知，高沸點(diǎn)醇在用量低于20%時(shí)隨用量的增加染料的溶解度增大，用量繼續(xù)增加又會(huì)降

    低染料的溶解度，分析原因：甘醇中含有-OH、-0-鍵，它們對(duì)染料溶解性的影響同上；當(dāng)有機(jī)溶劑的用量增大時(shí)，水的含量降低，體系的粘度也同時(shí)增加，影響了染料的電離，因而染料的溶解度降低。

    由圖8可知，四氫呋喃的加入會(huì)降低染料的溶解度，主要是因?yàn)樗�是低沸點(diǎn)溶劑，在加熱的過(guò)程中溶劑揮發(fā)，用量越多揮發(fā)越多，因而染料析出越多。乙二醇乙醚的曲線與丙二醇相似，對(duì)它的溶解性分析可參照?qǐng)D6中對(duì)丙二醇的分析。

    由圖9將環(huán)胺類與醇類和醚類相比較，我們發(fā)現(xiàn)環(huán)胺類能顯著提高染料的溶解度，其原因我們?cè)谏厦婕悍治觯汉�有芳香環(huán)或能與染料形成疏水鍵的基團(tuán)，可增加染料的溶解能力。酰胺結(jié)構(gòu)會(huì)與染料及水分子形成氫鍵結(jié)合，使染料表面形成水合離子保護(hù)層從而產(chǎn)生助溶的作用；但當(dāng)濃度過(guò)高時(shí)因溶劑的加入會(huì)大大降低液體染料中水的含量，使染料的溶解度下降。

    由圖10可知，二甲亞砜極性很強(qiáng)，有很強(qiáng)的溶解能力，在用量低于20%時(shí)能顯著提高染料的溶解度。

    綜合各種有機(jī)溶劑對(duì)墨水的pH穩(wěn)定性和染料析出量的影響，得出適宜配制墨水的有機(jī)溶劑種類為：1,2-丙二醇，異丙醇，聚乙二醇，二甘醇，二甲亞砜，N,N-二甲基甲酰胺，己內(nèi)酰胺，乙二醇乙醚。它們一般在用量小于20%時(shí)就有較好的效果。

    2·3 正交試驗(yàn)

    乙二醇乙醚在用量低于30%時(shí)對(duì)增加染料的溶解度貢獻(xiàn)不大，但它能很好地溶解其他有機(jī)溶劑，增加溶劑間的相容性，因此正交試驗(yàn)中也添加了少量乙二醇乙醚，同時(shí)加入一定量的表面活性劑來(lái)調(diào)節(jié)表面張力。

    按配方將上述試驗(yàn)選取的有機(jī)溶劑配制墨水，測(cè)試墨水的穩(wěn)定性和溶劑間的相容性需要檢驗(yàn)兩個(gè)指標(biāo)：△pH和△G，這兩個(gè)指標(biāo)都是越小越好。有影響的因素有7個(gè)，各有2個(gè)水平，具體情況如表1所示。通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析找出較好方案，使墨水的△pH和△G變化都很低。

    表1 七只溶劑二水平正交試驗(yàn)方案

    這是7因素2水平的試驗(yàn)，可以選用正交表L8（27），進(jìn)行試驗(yàn)，將得出的試驗(yàn)結(jié)果列人表2中。

    表2 七只溶劑二水平正交試驗(yàn)結(jié)果

    表2中，對(duì)2個(gè)指標(biāo)分別進(jìn)行計(jì)算分析，得出2個(gè) 好的方案 △pH是A2B1C1D2E2F2G1，而△G是 A2B1C1D1E1F2G1，這兩個(gè)方案不完全相同。首先分析 D對(duì)2個(gè)指標(biāo)的影響，對(duì)△pH來(lái)講，D的極差不是最 大;對(duì)△G來(lái)講，D的極差是最大的，是影響的最大因 素，應(yīng)照顧D對(duì)△G的影響，取D1為好。分析E對(duì)2個(gè)指標(biāo)的影響，對(duì)△pH來(lái)講，E的極差是最大的，是影響 的最大因素;對(duì)△G來(lái)講，E的極差不是最大，應(yīng)照顧E對(duì)△pH的影響，取E2為好。

    通過(guò)各因素對(duì)各指標(biāo)影響的綜合分析，得出較好的試驗(yàn)方案是A2B1C1D1E2F2G1,可以看出，這個(gè)分析出來(lái)的較好方案在做過(guò)的8個(gè)試驗(yàn)中是沒(méi)有的，為了最終確定上面找出的試驗(yàn)方案是不是最好方案，按這個(gè)方案再試驗(yàn)一次。得出結(jié)果,△pH:O.15， △G/g:0.008。與表2中8次試驗(yàn)相比效果更好，可以確定上述方案為最好方案。

    2·4 墨水貯存穩(wěn)定性

    將按照最好配方配制的墨水在常溫下分別放 置一個(gè)月、兩個(gè)月、三個(gè)月，測(cè)試pH穩(wěn)定性和染料析出量，結(jié)果見(jiàn)表3。

    表3 墨水常溫放置的貯存穩(wěn)定性

    由表3可知，試驗(yàn)所配制的墨水在常溫下密閉放 置三個(gè)月pH的變化量?jī)H有0.45，染料析出量?jī)H為0.03， 貯存穩(wěn)定性較好。但應(yīng)注意墨水必須密閉放置，否則有機(jī)溶劑、水等揮發(fā)會(huì)使墨水粘度增加，穩(wěn)定性降低。

    2·5 墨水其它性能

    用于噴墨打印的墨水要具有一定的粘度和表面張力才會(huì)有較好的打印效果，電導(dǎo)率要盡可能的小，防止染料析出。試驗(yàn)測(cè)定了配制墨水的粘度、表面張力和電導(dǎo)率，結(jié)果見(jiàn)表4。

    表4墨水性能

    由表4可知，所配制墨水的粘度、表面張力和電導(dǎo)率均符合商品噴墨印花墨水的性能要求。

    3 結(jié)論

    (1)在五類有機(jī)溶劑中，高沸點(diǎn)醇和環(huán)胺類對(duì)pH的穩(wěn)定性較好，高沸點(diǎn)醇、環(huán)胺和環(huán)酯類對(duì)染料的溶解性能較好。

    (2)1,2-丙二醇、聚乙二醇、二甘醇、二甲亞砜、N,N-二甲基甲酥胺、乙二醇乙醚在用量低于10%時(shí)，具有較好的相容性，能使配制墨水的貯存穩(wěn)定性、粘度、表面張力和電導(dǎo)率符合商品墨水的性能要求，適宜配制墨水。下一步將打印測(cè)試墨水的實(shí)際噴印效果，適度調(diào)整有機(jī)溶劑的添加比例。

    4 參考文獻(xiàn)

    [1]房寬峻，數(shù)字噴墨印花技術(shù)(三)[J]印染，2006，(18)；40-43

    [2]彭孝軍等，水基噴墨染料，國(guó)家專利，ZL專利號(hào)03111517.9

    [3]Masahiro Haruta,United States Patent，Patent No:US 5,781,216

    [4]Stefan Ehrenberg.USP,Patent No:US 7,129,336

    [5]陳魁,試驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析[M]北京，清華大學(xué)出版社，2001；94-178