隨著網(wǎng)印印花制網(wǎng)技術(shù)的提高,應(yīng)用高目數(shù)網(wǎng)(105~205目)可印制精細(xì)圖案,而現(xiàn)有涂料色漿顆粒大,粒徑分布不均勻,很難提高印花質(zhì)量｡特別是噴墨印花,要求印墨顏料粒徑小而勻,表面張力､粘度､流變性､電導(dǎo)率嚴(yán)格,這些問題都需要顏料表面改性､配套相應(yīng)助劑來解決｡有機(jī)顏料與水溶性染料不同:染料是以水溶液或分散懸浮體通過物理吸附或化學(xué)反應(yīng)使纖維材料著色;有機(jī)顏料不溶于使用介質(zhì)(水､有機(jī)溶劑或樹脂),而以細(xì)微粒子機(jī)械地分散于著色介質(zhì)中｡因此有機(jī)顏料的各種應(yīng)用性能不僅取決于分子化學(xué)結(jié)構(gòu),還與顏料粒子的大小､粒徑分布､粒子形狀､比表面積､表面極性､酸堿性､粒子聚集狀態(tài)､晶格排列與結(jié)晶度等物理化學(xué)特性有密切關(guān)系｡
有機(jī)顏料表面改性是在顏料粒子表面上沉積或包覆單分子或多分子的物質(zhì),包括表面活性劑､改性劑､高分子化合物等,從而改變粒子的表面極性,使其與使用介質(zhì)具有更好的相容性,從而減少粒子聚集,提高潤濕性､分散性､比表面積､著色率和透明度等性質(zhì)｡
1有機(jī)顏料粒徑與表面性質(zhì)
1.1有機(jī)顏料粒徑與性能關(guān)系
式中(ρ2-ρ1)———分散介質(zhì)與粒子的密度差;
g———重力加速度;
η———介質(zhì)粘度｡
由式(1)可知:粒子的沉降速度V與粒徑r的平方成正比｡粒子變小,難以沉降,分散穩(wěn)定性好,而且粒子與著色強(qiáng)度､光澤度､透明度有關(guān),見圖1｡
式中M———分子量;
R———氣體常數(shù);
T———絕對溫度;
ρ———密度;
σ———粒子表面張力;
S1與S2分別表示粒子半徑r1與r2時(shí)的溶解度｡
設(shè)r2<r1,則r2愈小,S2愈大｡在同一體系中,小粒子因溶解變得愈來愈大,在體系中容易過飽和而析出,析出來的粒子沉積在大粒子上,造成大粒子愈來愈大,導(dǎo)致分散穩(wěn)定性降低,而且顏料耐溶劑性也降低｡因此,不僅要求顏料粒子要小,而且要均勻,使粒徑分布在較窄的范圍內(nèi),獲得最佳應(yīng)用效果(圖2)｡網(wǎng)印印花涂料色漿的顏料顆粒粒徑在0.2~0.5μm適宜｡
愛因斯坦認(rèn)為,分散液中粒子的布朗運(yùn)動(dòng)引起的t時(shí)間內(nèi)的變位“Δ”可用式(3)表示｡
式中N———阿佛加德羅常數(shù);
T———絕對溫度;
R———氣體常數(shù);
r———粒子粒徑;
η———分散介質(zhì)粘度｡
由式(3)可見:若粒子小,由布朗運(yùn)動(dòng)所引起的變位Δ(即擴(kuò)散速度)反比于粒徑的平方根,粒子變小,Δ則變大｡而且分散介質(zhì)的對流等液體流動(dòng)引起的粒子移動(dòng),也因粒子變小而更容易,使分散體系始終保持均一狀態(tài)｡實(shí)際的分散液并不是始終保持很細(xì)粒子,而是逐漸變大｡若分散粒子形成緊密的聚集體,則難以重新分開;若為疏松的凝聚體,只需稍加攪拌就容易分散,這就需要合適的分散劑｡
1.2有機(jī)顏料表面性質(zhì)
有機(jī)顏料因其分子結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)工藝不同表現(xiàn)出不同的性質(zhì),由此影響顏料在展色料中的潤濕､與分散劑間的結(jié)合及其分散穩(wěn)定性｡
有機(jī)顏料在水中潤濕熱與水性染料(油墨)體系的穩(wěn)定性及浮膜性能有很大關(guān)系｡顏料的水濕潤熱為-0.25J/m2時(shí),大量釋放能量,所得水性體系最為穩(wěn)定｡從表1可知除聯(lián)苯胺黃G(-0.238J/m2)以外,其他顏料的潤濕熱都很低,與水混合時(shí)放熱少,有的甚至為吸熱過程,是導(dǎo)致它們在水中分散性差的重要原因之一｡
顏料的潤濕包括附著､浸透､鋪展三個(gè)過程｡不僅與液相､固相表面張力(σLG､σSG)和液/固相界面張力有關(guān),而且與固體表面粗糙程度､比表面積有關(guān)｡
表面活性劑均能使σLG､σLS下降,欲使接觸角θ<90(Cosθ>0),氣-固界面表面張力σSG必須提高,而液-固界面表面張力σLS除由顏料分子結(jié)構(gòu)決定外,顏料粒子大小和比表面積都是主要因素｡粒徑愈小,比表面積愈大,σSG也增大,但容易聚集,影響分散穩(wěn)定性｡
潤濕熱Ed由式(5)決定
式中A———顏料粒子表面積｡
式(5)表明潤濕難易程度取決于顏料粒子表面積A和θ(或σLS),σLS愈小,Ed絕對值愈大,愈易潤濕,欲使Ed<0,(σSG-σLS)必須>0｡添加表面活性劑可使σLS降低｡
表面活性劑在水溶液中濃度很低時(shí)以分子狀態(tài)存在,達(dá)到臨界膠束濃度(10-5~10-2mol/L)時(shí),數(shù)十或數(shù)百個(gè)分子聚集以膠束形式存在,并在顏料與水的界面上定向排列,降低了顏料粒子的界面張力(σLS),此時(shí),表面張力幾乎為一定值｡
顏料的分散過程中,表面活性劑主要作用是有助于顏料粒子的潤濕及顏料聚集體的粉碎,并使分散體更趨穩(wěn)定,保證顏料粒子在分散介質(zhì)中充分發(fā)揮作用,使著色力等提高｡
在非水溶劑中,溶劑的表面張力(σLG)較低,添加相應(yīng)的表面活性劑后,表面活性劑吸附在顏料粒子上,也使其界面張力(σLS)降低或者Cosθ提高,有利于顏料的穩(wěn)定分散｡
