开发一种触变可调分散染料油墨，用于在未经预处理的聚酯织物上进行直接喷墨印刷

《Progress in Materials Science》：Development of a thixotropic adjustable disperse dye ink for direct inkjet printing on polyester fabrics without pretreatment

本研究开发了一种新型触变性可调分散染料墨水，通过利用氨基与羧酸基团间的弱交联机制实现非刺激源触变性响应，无需预处理即可在聚酯织物上实现清晰、持久的印刷效果，并通过低场核磁共振验证了其稳定性，为环保纺织印刷提供了经济高效方案。

　　这项研究成功开发了一种新型的剪切变稀可调节分散染料墨水，用于在无需预处理的情况下直接喷墨打印聚酯织物。该墨水基于一种无刺激源的剪切变稀粘度响应机制，其原理源于二乙撑三胺（DETA）中的氨基与聚阴离子XIRAN?17,352中的羧基之间较弱的交联作用。这种交联结构能够有效提升打印效果。通过对墨水的物理化学性质、流变性能以及打印性能进行测试，结果显示该墨水具有出色的综合打印性能。低场核磁共振（LF-NMR）技术表明，DETA的加入增强了墨水的物理交联程度，从而有效地限制了墨水系统中水分子的流动性，减少了墨水在织物表面的扩散。墨水扩散过程进一步表明，DETA提高了墨水的粘弹性，并延长了墨水液滴在聚酯织物上的渗透时间，从而缓解了墨水在织物上渗色的问题，形成了更丰富的打印颜色深度。使用Y-0.1-1.2和B-0.06-1.2墨水打印的织物表现出优异的颜色再现、打印清晰度和耐色牢度。因此，这种可调节的剪切变稀墨水技术有望为聚酯织物的环保打印提供一种经济且环保的替代方案。

喷墨打印作为一项起源于上个世纪的新型印刷技术，经历了持续的发展。在工业4.0的背景下，对可持续性的需求变得尤为迫切。喷墨打印技术是在应对传统印刷技术的过程中发展起来的，因其高效率、环保性、低能耗等优点，被广泛认为是图形印刷行业中最实用的工具之一，具有巨大的市场潜力和发展前景。截至目前，喷墨打印技术已被成功应用于生物芯片、柔性电子传感器、3D打印、纺织品印刷和纳米技术等多个领域。

随着绿色和清洁生产理念的普及，数字喷墨打印作为一种新兴的环保印刷技术，为纺织行业提供了一种成本低、图案分辨率高、生产效率快的染色方法。尽管目前它还不能完全取代传统的丝网印刷技术，但随着科技的不断发展，数字纺织品印刷有望在未来成为纺织品印刷和染色行业的主流方向。目前用于喷墨打印的纺织品基材主要包括棉、丝、尼龙、亚麻和聚酯等。其中，聚酯织物因其高强度、优异的机械和物理性能、高初始模量、良好的弹性和耐热、耐皱、耐磨性能，以及可定制的性能和相对较低的制造成本而受到广泛青睐。分散染料墨水目前是聚酯织物上使用最广泛的染料墨水，随着聚酯在国内外市场的扩展，对分散染料墨水及其喷墨打印工艺的性能要求也日益严格。

在使用分散染料进行直接喷墨打印时，通常会采用织物预处理技术，以抑制墨水在织物表面的渗透，从而确保获得高清晰度的打印织物。这些预处理策略主要涵盖物理和化学改性方法。物理改性通常采用绿色等离子体改性技术，通过在聚酯织物表面引入亲水基团并改变其表面粗糙度，可以有效抑制墨水在织物上的扩散，从而提升打印织物的颜色效果和图案清晰度。化学改性则主要涉及对织物表面的预处理，通过引入阳离子处理剂，调节织物的表面电荷分布，进而增强墨水与织物之间的离子相互作用，最终提升织物的打印质量。然而，预处理过程虽然能够有效增强打印织物的颜色深度和清晰度，但通常需要额外的化学品、时间和成本，同时还会产生大量染色废水，这可能会影响整个织物印刷的效率和可持续性。目前，一些研究人员通过改变墨水系统的成分，在引入额外刺激源的情况下开发了具有剪切响应性的热敏墨水和光敏墨水，从而能够在无需预处理的情况下抑制墨水渗透。然而，这些剪切响应性热敏墨水和光敏墨水的一个显著局限在于其依赖于额外的外部能量输入，如热固化或光引发。这种要求不仅增加了印刷流程的复杂性，需要精细的参数优化，还导致了能量消耗的显著增加。在这些外部激活过程中，能量转换和利用的效率可能成为关键因素，可能导致更高的运营成本和整体工艺吞吐量的降低，与不需要这种离散的高能耗后处理的方法相比。

本研究关注的是使用分散染料墨水进行直接喷墨打印时出现的图案模糊问题，并提出了一种在无刺激源（如外部热源或紫外线）的情况下实现喷墨打印并抑制墨水渗色的方法。针对分散染料墨水喷墨打印产品中普遍存在的图案边缘渗色问题，本研究创新性地提出了一种解决方案，能够在不依赖外部刺激的情况下实现高分辨率图案打印。在初步研究中，我们探索了多种阳离子-阴离子组合，以构建具有弱交联网络的剪切变稀墨水系统，例如将阳离子表面活性剂如十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）和聚乙烯亚胺（PEI）与聚阴离子XIRAN?17,352进行共混。然而，阳离子和阴离子胶束的混合容易导致系统中出现絮凝和沉淀现象。为了克服墨水絮凝的限制，我们的核心创新在于将二乙撑三胺（DETA）作为阳离子试剂引入墨水配方中。通过利用DETA独特的电荷配置——其中一级和二级氨基表现出中等碱性，而XIRAN?17,352中的羧基则表现出中等酸性，并且氨基与羧基之间的相互作用相对较弱，构建了一种具有精细结构的物理交联网络的非牛顿流体。在喷墨打印过程中，喷嘴处的高剪切力有效降低了墨水的粘度，以便实现精确的喷射。当墨水液滴撞击织物基材后，剪切力的消失会触发墨水粘度的即时恢复。这种剪切变稀恢复性能显著抑制了墨水渗色。这种方法不仅克服了传统染料喷墨打印中的瓶颈，还为实现“绿色”高分辨率打印提供了一种新颖的视角，无需复杂的外部设备。

在实验中使用的材料包括未经处理的100%聚酯织物（75g/m2，平纹组织），该织物由东莞云帆纺织有限公司提供。C.I. 分散黄54和C.I. 分散蓝359色粉由浙江山雨公司提供。消泡剂Tego?825和非离子表面活性剂Surfynol 465由Evonik特种化学品（上海）公司供应。聚乙烯吡咯烷酮K30（PVP-K30）由上海金贝克新材料技术有限公司提供。乙二醇（EG）和二乙撑三胺（DETA）也用于墨水配方的构建。

分散染料浆料的制备过程表明，分散染料的结构公式与染料浆料的粒径和研磨时间之间存在一定的关系。如图4所示，分散黄54染料在研磨10小时后，其粒径被稳定在110纳米以下，而分散蓝359染料在研磨16小时后，其粒径被稳定在160纳米以下。随着染料浆料研磨时间的增加，粒径误差的范围呈现出逐渐减小的趋势，这表明研磨时间对分散染料浆料的粒径控制具有重要作用。因此，在实际应用中，合理控制研磨时间和条件对于获得高质量的分散染料浆料至关重要。

通过调整DETA与聚阴离子XIRAN?17,352的混合比例，成功构建了一种具有弱交联网络的非牛顿墨水系统。该系统表现出对剪切力的敏感性，同时保持墨水的稳定性，使得分散染料墨水能够直接用于聚酯织物的喷墨打印，无需预处理。通过三阶段剪切变稀恢复测试和低场核磁共振技术，证实了该墨水良好的剪切变稀恢复性能。这种墨水系统不仅能够有效抑制墨水在织物上的渗色，还能够提高打印图案的清晰度和颜色深度，从而满足高质量打印的需求。此外，该墨水系统在环境友好性和经济性方面也表现出显著优势，为纺织品印刷行业提供了新的发展方向。

本研究的创新点在于，通过引入DETA作为阳离子试剂，构建了一种具有弱交联网络的非牛顿墨水系统。该系统在喷墨打印过程中表现出优异的剪切响应性，能够在喷嘴处被高剪切力有效降低粘度，以便实现精确的喷射。当墨水液滴撞击织物基材后，剪切力的消失会触发墨水粘度的即时恢复，从而有效抑制墨水渗色。这种剪切变稀恢复性能不仅提高了打印图案的清晰度和颜色深度，还降低了墨水在织物表面的扩散，使得打印效果更加理想。此外，该墨水系统在环保性和经济性方面也表现出显著优势，因为它不需要额外的预处理步骤，从而减少了化学品的使用、时间和成本，同时降低了染色废水的排放。因此，这种墨水系统有望成为未来纺织品印刷行业的重要发展方向。

通过实验和实际应用的验证，这种新型剪切变稀可调节分散染料墨水在打印性能、颜色再现和耐色牢度等方面均表现出优异的特性。这不仅满足了高质量喷墨打印的需求，还为实现“绿色”印刷提供了一种可行的解决方案。在实际应用中，这种墨水系统能够有效提升打印图案的清晰度和颜色深度，同时减少墨水在织物表面的扩散，从而提高打印质量。此外，该墨水系统在环保性和经济性方面也表现出显著优势，因为它不需要额外的预处理步骤，从而减少了化学品的使用、时间和成本，同时降低了染色废水的排放。因此，这种墨水系统有望成为未来纺织品印刷行业的重要发展方向。

综上所述，这项研究通过引入DETA作为阳离子试剂，构建了一种具有弱交联网络的非牛顿墨水系统，实现了在无需预处理的情况下直接喷墨打印聚酯织物。该墨水系统表现出良好的剪切响应性，能够在喷嘴处被高剪切力有效降低粘度，以便实现精确的喷射。当墨水液滴撞击织物基材后，剪切力的消失会触发墨水粘度的即时恢复，从而有效抑制墨水渗色。这种剪切变稀恢复性能不仅提高了打印图案的清晰度和颜色深度，还降低了墨水在织物表面的扩散，使得打印效果更加理想。此外，该墨水系统在环保性和经济性方面也表现出显著优势，因为它不需要额外的预处理步骤，从而减少了化学品的使用、时间和成本，同时降低了染色废水的排放。因此，这种墨水系统有望成为未来纺织品印刷行业的重要发展方向。