噴墨印刷油墨機(jī)理及配方參數(shù)研究

1、西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文噴墨印刷油墨機(jī)理及配方參數(shù)的研究姓名：王東峰申請學(xué)位級別：碩士專業(yè)：包裝工程指導(dǎo)教師：駱光林20040301摘要題目：噴墨印刷油墨機(jī)理及配方參數(shù)的研究學(xué)科名稱：包裝工程碩 士 生：王東峰指導(dǎo)老師：駱光林 教授答辯日期：摘要（簽名）：（簽名）：本文以對噴墨印刷油墨的結(jié)構(gòu)體系和使用機(jī)理的正確認(rèn)識為基礎(chǔ)，針對影響噴墨印刷油墨性能的各因素進(jìn)行系統(tǒng)的分析研究，并通過大量的試驗(yàn)提出了最佳的配方參數(shù)，有效地用于指導(dǎo)實(shí)踐。論文的理論部分著重分析了噴墨印刷技術(shù)的原理、染料化學(xué)理論、溶劑化學(xué)理論及表面活性劑的作用機(jī)理。然后理論聯(lián)系實(shí)際，通過大量的探索性試驗(yàn)確定了噴墨印刷油墨的最優(yōu)基礎(chǔ)配方，

2、通過單因素并行試驗(yàn)確定了兩種助劑的最佳作用水平值，并以此為基礎(chǔ)通過正交試驗(yàn)的方法對這兩種助劑的交互作用進(jìn)行了考察，采用了方差分析的方法對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，有效地利用了試驗(yàn)數(shù)據(jù)并確定了這兩種助劑單獨(dú)作用及交互效應(yīng)作用的顯著性，提出了噴墨印刷油墨的最佳配方，并以噴墨印刷油墨的各項(xiàng)性能標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，對該配方進(jìn)行測試實(shí)驗(yàn)，取得了較好的效果，從而最終為生產(chǎn)實(shí)際提供了理論依據(jù)。關(guān)鍵詞：噴墨印刷油墨染料溶劑兩性表面活性劑非離子表面活性劑西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文Subject:THE STUDY OF MECHANISM AND PRESCRIPTIONPARAMETER IN INK OF INK JET PRI

3、NTINGSpeciality: Package EngineeringAuthor:Wang Dongfeng(Signature:)Instructor: Luo GuanglinDate:(Signature:)ABSTRACTBased on the right cognition of the structure system and the applicationmechanism of the jet ink, the influence factors of jet ink capability areanalyzed systematically, and presents

4、a new prescription parameter todirect the practice through lots of examination. This paper emphasizes toanalyze the principium of the ink jet printing, the dye chemistry theory,solvent chemistry theory and the amphoteric and nonionics actionmechanism. Then integrating the practice to the theory, lot

5、s of probeexperiment provides the best basic prescription of jet ink, the singlefactor experiment provides the best quantity of two kinds of additive,through the intersectant experiment of additive their interaction isreviewed, the experiment data is deal with by analyzed error method and thebest pr

6、escription is presented. It is tested based on the jet ink capabilitystandard and test result is satisfying. In the ultimate, this prescriptioncan be a guidance for real product.Keyword：jet-inkdyesolventamphotericnonionic前前言言現(xiàn)代社會科學(xué)技術(shù)日新月異，人類社會文化知識的發(fā)展速度不斷加快，科技情報(bào)和工業(yè)生產(chǎn)方面的信息量大量增加，而這些大量的信息仍然需要以印刷品作為主要的傳播手

7、段，從而推動(dòng)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和工業(yè)產(chǎn)品的更新?lián)Q代。而隨著個(gè)人計(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展和普及，數(shù)字印刷技術(shù)得到了迅猛地發(fā)展，尤其是噴墨印刷技術(shù)，它是隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)與包裝技術(shù)的不斷發(fā)展而迅速發(fā)展起來的，廣泛用于現(xiàn)代化的工廠和包裝自動(dòng)線。與其它印刷方式相比，噴墨印刷具有不可比擬的優(yōu)點(diǎn)，如適應(yīng)性廣、高速智能化、成本低無污染等。隨著商品經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，噴墨印刷技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于印刷和包裝行業(yè)，起到了美化商品、宣傳商品和保護(hù)商品的作用，推動(dòng)了我國印刷和包裝事業(yè)快速發(fā)展。但是也存在一些問題亟待于解決。根據(jù)我們對國內(nèi)相關(guān)資料以及市場的調(diào)查，到目前為止，國內(nèi)還沒有真正開發(fā)出各種性能都比較穩(wěn)定的噴墨油墨，因此當(dāng)前國內(nèi)市場

8、上的噴墨油墨特別是彩色噴墨油墨幾乎全都依靠進(jìn)口，國產(chǎn)噴墨油墨與進(jìn)口噴墨油墨在性能上仍存在很大差距，而進(jìn)口的噴墨油墨的價(jià)格都相當(dāng)高，這無疑嚴(yán)重阻礙了我國印刷包裝行業(yè)及其相關(guān)行業(yè)的發(fā)展。因此,本課題立足于國民生產(chǎn)實(shí)際中的問題，針對研制顏色好、安全、性能穩(wěn)定的噴墨油墨這一難題，從多方面進(jìn)行了分析、探索、試驗(yàn)、總結(jié)，最終取得了一定的實(shí)效。值得說明的是，由于本人能力及條件有限，本課題主要是通過試驗(yàn)現(xiàn)象和試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行理論分析。1緒論1緒論噴墨印刷油墨的發(fā)展及國內(nèi)外現(xiàn)狀噴墨印刷是采用計(jì)算機(jī)控制，從噴嘴射到承印物上的細(xì)墨流而獲得文字和圖像的一種無壓印刷方式。噴墨印刷技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)有較長的歷史了，早在二十世紀(jì)四

9、十年代末，美國人 提出了噴墨印刷的設(shè)計(jì)方案，經(jīng)多次試驗(yàn)取得成功并于二十世紀(jì)六十年代進(jìn)入實(shí)用階段，制造出初期的線條噴墨印刷機(jī)和印字機(jī)。但是由于當(dāng)時(shí)的科學(xué)技術(shù)水平的限制，使噴墨印刷技術(shù)難以推廣和應(yīng)用。進(jìn)入八十年代后，隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用的普及和信息高速公路的發(fā)展，噴墨印刷技術(shù)也得到了較快的發(fā)展。噴墨印刷技術(shù)的原理決定了噴墨印刷需要有特殊的印刷裝置，正是這種特殊的印刷裝置，要求噴墨印刷油墨要有其獨(dú)特的印刷適性。在噴墨印刷的過程中，需要將直徑僅為 1 微米左右的微小墨滴以 3000050000 滴秒的噴射速度從噴嘴中噴出，這就要求所用的油墨必須具有適合噴墨印刷的某些特殊性能，如油墨要求是低表面張力、低粘度、

10、相對密度小，具有適當(dāng)?shù)碾妼?dǎo)性，干燥速度快，并且基本上保持中性的 PH 值，以避免對噴嘴的腐蝕。因此，對噴墨印刷油墨的印刷適性應(yīng)進(jìn)行合理調(diào)整，以便印刷時(shí)油墨不產(chǎn)生堵塞噴嘴，而且在承印物上能準(zhǔn)確地形成所需點(diǎn)子的大小，以便構(gòu)成清晰的圖像。二十世紀(jì)七十年代以后，噴墨印刷油墨得到了廣泛的研究，尤其是用于液式彩色噴墨印刷的墨水。早在 1974 年，德國一家公司就推出了一種彩色墨水，其配方如下：某種染料 克、水 161ml、聚乙二醇 10ml。這之后，各大公司加快了對墨水的研究，如美國的 IBM 公司、日本的富士公司等都做了不少的工作。特別是到了 1982 年日本 Canon 公司的氣泡式噴墨打印機(jī)問世以后

11、，關(guān)于墨水的開發(fā)研究工作更為迅速。Canon 公司首先推出了一種適合于氣泡式噴墨打印機(jī)的墨水，其配方如下：某種染料 5 克、水 60 克、甲醇胺 35 克。此墨水有良好的貯存穩(wěn)定性以及很1西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文好的間歇和連續(xù)打印性能。與此同時(shí)，各大公司也開始對墨水的配方加以改進(jìn)。例如 Epson 公司開發(fā)了一種墨水，配方如下：C.I.酸性紅克或直接藍(lán) 克溶于含適量的水、二甘醇、N甲基吡咯烷酮、多甘醇的溶液中。當(dāng)這兩種墨水和紙接觸時(shí)，能把加在紙表面上的填料介質(zhì)溶解，紙漿一露出，墨滴立即被吸收，所以干燥速度快，各個(gè)墨點(diǎn)能保持高度的圓度，具有很好的性能。我國對噴墨印刷技術(shù)的研究起步較晚，但近年來也

12、得到了飛速的發(fā)展。隨著商品經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，噴墨印刷技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于印刷和包裝行業(yè)，起到了美化商品、宣傳商品和保護(hù)商品的作用，推動(dòng)了我國印刷事業(yè)快速發(fā)展。但是值得注意的是，就目前國內(nèi)應(yīng)用的噴墨印刷油墨，尤其是彩色噴墨印刷油墨幾乎均依賴于進(jìn)口，而且價(jià)格相當(dāng)高，這無疑嚴(yán)重阻礙了我國噴墨印刷行業(yè)的發(fā)展。因此本課題以研究噴墨印刷油墨的機(jī)理適性為出發(fā)點(diǎn)，旨在通過大量試驗(yàn)提出可行的解決方案。課題內(nèi)容及意義目前，我國噴墨印刷油墨市場的基本特點(diǎn)是：以生產(chǎn)中低檔墨水為主，主要適用于質(zhì)量要求不高的印刷，而絕大多數(shù)噴墨印刷要依靠進(jìn)口油墨，這些油墨盡管有較高印刷質(zhì)量，但是價(jià)格很高，給我國的噴墨印刷行業(yè)帶來了嚴(yán)重的困擾。

13、本課題正是立足于國內(nèi)這一現(xiàn)狀，在分析研究噴墨印刷油墨的機(jī)理及適性的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了大量試驗(yàn)，以理論為基礎(chǔ)，以實(shí)驗(yàn)為依據(jù)，通過科學(xué)的實(shí)驗(yàn)方法和數(shù)據(jù)分析方法，研究出具有較高性能的噴墨印刷油墨的理論配方參數(shù)，希望能對我國噴墨印刷油墨的發(fā)展提供理論依據(jù)。研究思路及方法我們前面提到，噴墨印刷技術(shù)的原理決定了噴墨印刷需要有特殊的印刷裝置，而正是這種特殊的印刷裝置，要求噴墨印刷油墨要有其獨(dú)特2緒論的印刷適性。本課題就是以對噴墨印刷油墨的性能要求標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，分析噴墨墨水的組成，通過大量的配方比較試驗(yàn)、單因素試驗(yàn)和多因素正交試驗(yàn)得出數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，找出影響噴墨墨水性能的關(guān)鍵因素，從而得出能為生產(chǎn)實(shí)際提

14、供理論依據(jù)的噴墨墨水組成的最佳配方參數(shù)。3噴墨印刷技術(shù)的原理2噴墨印刷技術(shù)的原理噴墨印刷與現(xiàn)代常規(guī)印刷技術(shù)相比，最大的特點(diǎn)在于它是一種非接觸式的無版成像復(fù)制技術(shù)，利用計(jì)算機(jī)存儲信息，不必將圖文信息記錄到印版上。噴墨印刷是通過控制細(xì)微墨滴的沉積，在承印材料上產(chǎn)生需要的顏色和密度，最終形成印刷品的一種復(fù)制技術(shù)。由于噴墨印刷的復(fù)制結(jié)果十分穩(wěn)定，可表現(xiàn)的色域范圍寬，使它在未來的數(shù)字印刷中有相當(dāng)廣闊的發(fā)展空間。噴墨印刷技術(shù)分為連續(xù)式噴墨印刷技術(shù)和隨機(jī)式噴墨（又稱為即時(shí)噴墨或按需噴墨）印刷技術(shù)兩大類，這兩種噴墨印刷技術(shù)在原理上有很大的差別。本課題主要研究的是用于氣泡式噴墨印刷技術(shù)（屬于隨機(jī)式噴墨印刷技術(shù)）

15、中的噴墨印刷油墨，因此在這里對其它的噴墨印刷技術(shù)的原理只進(jìn)行簡單介紹。連續(xù)式噴墨印刷技術(shù)連續(xù)式噴墨印刷技術(shù)以電荷控制型為代表。這種噴墨方式最早的應(yīng)用實(shí)例是使用單個(gè)噴嘴噴射墨滴，只能在承印材料表面形成粗糙的點(diǎn)陣圖像，但這對簡單的低分辨率文本輸出是足夠的。即使是在現(xiàn)在，仍然可以在某些包裝設(shè)備上看到這樣的附屬設(shè)備，它用來在包裝紙上打印標(biāo)記和要求不高的文本。裝有噴嘴的組件稱為打印頭，噴嘴通過細(xì)小的管道與盛放墨水的容器連接。打印時(shí)用墨水泵對墨水加以適當(dāng)壓力，使墨水從噴孔中噴出一束細(xì)小的液流，這種噴射過程在打印時(shí)連續(xù)地進(jìn)行，連續(xù)噴墨技術(shù)也因此而得名。以連續(xù)噴墨技術(shù)中的偏轉(zhuǎn)墨滴復(fù)制方法為例，從噴孔噴出的細(xì)小

16、液流在壓電晶體產(chǎn)生的超聲驅(qū)動(dòng)信號作用下，受到高頻振蕩作用而分解，形成均勻而穩(wěn)定的墨滴束。噴墨設(shè)備的驅(qū)動(dòng)軟件根據(jù)需要打印的圖文信息，以開關(guān)方式對電荷進(jìn)行控制，形成帶電荷和不帶電荷的墨滴，然后由偏轉(zhuǎn)磁場控制電荷偏轉(zhuǎn)，使需要打印的墨滴飛到紙面上，為紙張5西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文所吸收，產(chǎn)生最終的打印結(jié)果。連續(xù)式噴墨印刷技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)是可以形成 100kHz 以上的高速墨滴，適用于高速打印應(yīng)用領(lǐng)域。其缺點(diǎn)是對墨水需要有加壓結(jié)構(gòu)，并需要對不參與記錄的墨滴附加回收裝置，而這會使打印機(jī)的結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜起來。連續(xù)式噴墨印刷技術(shù)分為偏轉(zhuǎn)墨滴、不偏轉(zhuǎn)墨滴、無靜電分裂墨滴與間歇靜電拉引四種方法。隨機(jī)式噴墨印刷技術(shù)隨機(jī)

17、式噴墨印刷技術(shù)又稱為即時(shí)噴墨技術(shù)或按需噴墨技術(shù)，這是一種使墨滴從小孔中噴出并立即附在承印材料上需要成像區(qū)域的方法。這種技術(shù)由于采用液態(tài)油墨（墨水）而被稱為液態(tài)即時(shí)印刷。由于隨機(jī)式噴墨印刷的墨滴只有在需要的時(shí)候才噴出噴嘴這一特點(diǎn)，在采用這一技術(shù)的噴墨印刷設(shè)備就不需要墨水循環(huán)系統(tǒng)，從而省去了連續(xù)式噴墨印刷設(shè)備所必需的墨水加壓泵、墨水過濾器和墨水回收裝置等。此外，隨機(jī)式噴墨印刷技術(shù)的墨滴噴射速度通常要低于連續(xù)式噴墨印刷技術(shù)，與連續(xù)式噴墨印刷技術(shù)相比，隨機(jī)式噴墨印刷設(shè)備的結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，使得采用這一工作原理的設(shè)備不僅成本低，且工作可靠性高，缺點(diǎn)是記錄速度較慢。為了提高隨機(jī)噴墨印刷設(shè)備的輸出速度，可以采

18、用增加噴嘴數(shù)量的方法解決，如果不采用單一的噴嘴，可選用單列或多列小孔，這樣一次掃描噴墨即可打印出一個(gè)區(qū)域。為實(shí)現(xiàn)根據(jù)要求進(jìn)行隨機(jī)噴墨，可以用不同的技術(shù)方案從噴墨機(jī)構(gòu)中產(chǎn)生墨滴。當(dāng)前存在的兩種最流行的技術(shù)方案：一種是利用電熱換能產(chǎn)生墨滴，俗稱氣泡式；另一種是利用壓電換能產(chǎn)生墨滴，這就是通常所稱的壓電式噴墨技術(shù)。.1 氣泡式噴墨印刷技術(shù)氣泡式噴墨印刷技術(shù)因需要對墨水加熱而被稱為熱噴墨技術(shù)，它為6噴墨印刷技術(shù)的原理許多廉價(jià)的臺式噴墨打印機(jī)所采用。此類打印機(jī)的價(jià)格相當(dāng)便宜，輸出質(zhì)量已接近或達(dá)到照相制版與印刷工藝組合所能獲得的復(fù)制效果，而且體積小、重量輕。從結(jié)構(gòu)類型看，氣泡式噴墨打印機(jī)打印頭采用的噴嘴結(jié)

19、構(gòu)可分為端面開口型和非端面開口型兩種。毫無疑問，氣泡式噴墨設(shè)備的打印頭同樣包含噴嘴，氣泡在噴嘴內(nèi)產(chǎn)生，隨后形成墨滴。其換能器是一種加熱器件。這種噴嘴的尺寸相當(dāng)小，供墨水的管道長度只有毫米左右，噴嘴的端面相互隔離，排列的距離為 60 微米左右，這個(gè)數(shù)字相當(dāng)于 400DPI 打印分辨率的排列間距。氣泡式噴墨印刷的原理其實(shí)并不復(fù)雜，難度在于如何來實(shí)現(xiàn)它。圖 21 是氣泡噴墨印刷的工作原理簡圖，其特點(diǎn)是無需墨水回收。打印頭墨水腔的一側(cè)為加熱板，另一側(cè)有噴孔的墨水腔中充滿了墨水。打印時(shí)，加熱板迅速加熱墨水，是升溫至高于墨水沸點(diǎn)。氣泡噴墨系統(tǒng)對加熱器件作用約為 68 微秒寬度的短脈沖，約消耗 50 微焦的

20、能量。與加熱板直接接觸的墨水汽化，產(chǎn)生的蒸汽會形成很小的氣泡。在氣泡充滿墨水腔后，因受熱膨脹而形成較大的壓力，這股壓力驅(qū)動(dòng)墨滴從噴孔噴出。墨滴被噴射出噴孔后，促使氣泡破裂，大約經(jīng)過 50 微秒后，噴出的墨滴斷離。一旦墨滴噴射出去，加熱板冷卻，而墨水腔則依靠毛細(xì)管作用，再將墨水從墨水盒中吸入并填滿噴嘴。早期的氣泡噴墨打印機(jī)形成墨滴的周期大約為 250 微秒，這個(gè)速度目前已經(jīng)提高到幾十分之一微秒。由于氣泡式噴墨印刷機(jī)墨滴生成后的運(yùn)行速度很快（大于米秒），所以當(dāng)打印頭的噴嘴與紙面的距離為 1 毫米時(shí)，墨滴沖擊到紙面上可以產(chǎn)生單獨(dú)的印點(diǎn)，打印速度最低能達(dá)到 120CPS（每秒打印字符數(shù)）以上。氣泡即時(shí)

21、噴墨印刷所用的墨水，是一種復(fù)雜的水基溶液，它的許多特點(diǎn)關(guān)系到墨水的性能。就氣泡噴墨的基本工作原理而言，這種墨水必須有極低的粘度和表面張力，這樣才能使墨水從細(xì)小的噴孔中噴射出來。當(dāng)墨水被加熱到沸點(diǎn)時(shí)，它應(yīng)該能迅速汽化。7西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文加熱板噴孔墨水槽噴嘴（1）形成氣泡墨水噴出承墨水槽（2）形成墨滴印材料墨水槽墨水槽圖 21噴嘴（3）墨滴轉(zhuǎn) 移到承印材料上噴嘴（4）氣泡噴墨印刷工作原理示意圖2.2.2 壓電式噴墨印刷技術(shù)隨機(jī)式噴墨印刷技術(shù)除了氣泡式噴墨外，另一種重要的技術(shù)利用了壓電原理，它與氣泡式噴墨雖然在工作原理上有不小的區(qū)別，但同樣屬于隨機(jī)噴墨印刷。在壓電式噴墨技術(shù)中，以壓電器件作為

22、從墨水到墨滴的換能器件，代替連續(xù)式噴墨印刷工藝中的墨水泵，且只有在需要打印8噴墨印刷技術(shù)的原理時(shí)才會從噴嘴中噴出墨滴。壓電式噴墨印刷設(shè)備的墨水盒的壓力與連續(xù)噴墨的噴射壓力相比，維持在較低的水平上。當(dāng)打印頭的壓力器件接收到點(diǎn)陣打印脈沖時(shí)，壓縮墨水盒壁，將墨水?dāng)D壓出墨水盒，并通過墨水管道再由噴嘴噴射到紙面上形成印點(diǎn)。壓電式噴墨印刷的打印頭與氣泡噴墨相似，區(qū)別在于墨滴的形成方法不同。氣泡噴墨采用加熱板使墨水升溫，在墨腔中形成氣泡，當(dāng)氣泡被擠出噴孔時(shí)氣泡破裂，形成墨滴。壓電式噴墨技術(shù)則在墨水腔的一側(cè)裝有壓電板，當(dāng)電流通過壓電板時(shí)，壓電板產(chǎn)生微小的變形，這種變形的結(jié)果是使墨水腔容積減少，擠壓墨水而使微量

23、墨水從噴孔擠出并形成墨滴，轉(zhuǎn)印到承印材料上。9噴墨印刷油墨的機(jī)理研究3噴墨印刷油墨的機(jī)理研究油墨是一種有顏色、有一定的流動(dòng)性、稀稠適宜、能進(jìn)行印刷并能在承印物上干燥的漿狀膠粘體。油墨主要用于印刷工業(yè)。它的種類很多，性質(zhì)亦各異。一般來說，油墨除應(yīng)具有鮮艷的顏色、良好的印刷性能、滿意的干燥速度外，還應(yīng)具有一定的耐水、耐光、耐酸、耐堿、耐溶劑以及成膜后耐摩擦等性能。本課題主要研究的是用于氣泡式噴墨印刷技術(shù)中的噴墨印刷油墨。由前面的所述的氣泡式噴墨印刷技術(shù)的原理可知，該技術(shù)要求所用油墨在 PH 值、粘度以及表面張力等方面必須有特殊的性能，表 31 是噴墨印刷油墨的各項(xiàng)特性標(biāo)準(zhǔn)。為了滿足這些性能要求，噴

24、墨印刷油墨有其特殊的組成。表 31噴墨印刷油墨的各項(xiàng)特性標(biāo)準(zhǔn)噴墨印刷油墨的基本組成噴墨印刷油墨通常有下列組份組成：著色劑、溶劑、表面活性劑、催干劑、pH 值調(diào)節(jié)劑以及其它必要的添加劑。11項(xiàng) 目指 標(biāo) 范 圍粘 度S相對密度表面張力電 阻 率100500cmpH 值89干燥時(shí)間 左右西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文著色劑的作用是使墨水呈現(xiàn)不同的顏色，著色劑的好壞直接影響打印質(zhì)量。作為墨水的著色劑一般是水溶性的染料，但它們需具備以下條件：(1)良好的溶解穩(wěn)定性，即溶于水時(shí)不發(fā)生分解變色；(2)良好的色彩還原性；(3)有一定的耐光性，即在一般的光照條件下不發(fā)生分解變色；(4)還要有一定的耐水性，即著色劑在

25、水中的溶解度不能太大。通常情況下著色劑在水中的溶解度只要使墨水能打印出的圖像有良好的色彩飽和度就可以了。其中適宜的溶解度是最首要的條件。用于水溶性系統(tǒng)的染料主要有酸性染料和直接染料，按結(jié)構(gòu)主要是偶氮類。此類化合物具有分子量大、低溶性官能團(tuán)多、染色強(qiáng)等特點(diǎn)，特別適用作墨水的著色劑。溶劑一般采用去離子水和水溶性有機(jī)溶劑的混合物，如醇、多元醇、多元醇醚等。其作用是提高墨水的穩(wěn)定性，使其粘度、表面張力等不易隨溫度變化而改變；促使在噴嘴處形成薄而脆的膜，再次噴打時(shí)易溶解而不堵塞；印字速干等。另外，在氣泡式噴墨打印機(jī)中，這些溶劑的加入能使墨水起泡穩(wěn)定而均勻，以保證打印出良好的影像。表面活性劑的作用是改變墨

26、水的表面張力，使墨水的表面張力在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)。墨水的表面張力越低，則墨滴與紙張的接觸角越小，噴出的墨滴在紙上形成的圓點(diǎn)直徑越大。這有助于提高覆蓋率，得到高質(zhì)量的印字。但表面張力過低，難以形成微小均勻的墨滴。墨水中加入一些揮發(fā)性強(qiáng)的物質(zhì)有助于印字的迅速干燥。從而不至于玷污與之接觸的物質(zhì)。常用的催干劑有乙醇、異丙醇,環(huán)己基吡咯烷酮等。其用量為墨水重量的 1%10%。但應(yīng)注意低沸點(diǎn)溶劑的加入易引起噴12噴墨印刷油墨的機(jī)理研究打中斷和噴嘴堵塞。墨水保持一定的堿性(pH=89)可減少對金屬噴頭的腐蝕。如果墨水的 pH 值偏低，容易引起噴嘴堵塞和偏色現(xiàn)象，穩(wěn)定的 pH 值可減少這些現(xiàn)象的發(fā)生。常用的 pH

27、 調(diào)節(jié)劑有氨水、三甲氨、三乙醇胺、硫酸鹽。它們可以單獨(dú)使用，也可以幾種物質(zhì)混合使用。加入其它添加劑是為了改變墨水的某些性能。如加入金屬離子螯合劑是為了避免重金屬離子產(chǎn)生沉淀，減少噴嘴堵塞；加入防腐劑是為了防止墨水被腐蝕變質(zhì)；加入水溶性聚合物是為了改變墨水在接受體上的粘附能力，打印出良好的圖像。有時(shí)還要加入抗卷曲劑、防褪色劑等。著色劑著色劑也就是通常所說的色料，包括顏料和染料。從某種意義上來說，色料決定了最終成品油墨的印刷適性和最終效果。用于噴墨印刷油墨中的著色劑一般是水溶性的染料，水溶性的染料主要有酸性染料和直接染料。3.2.1 染料的發(fā)色理論通常認(rèn)為有機(jī)物至少需有某些不飽和基團(tuán)存在時(shí)，才能顯

28、出顏色，這些基團(tuán)被稱為發(fā)色基團(tuán)，如： CHN、N=O、N=N等不飽和性基團(tuán)。但并不是由發(fā)色團(tuán)的有機(jī)物就一定會有顏色，有些發(fā)色團(tuán)還必須連在足夠長的共軛體系上或者同時(shí)有多個(gè)發(fā)色團(tuán)連在一起時(shí)，才能顯示顏色。這些含有發(fā)色團(tuán)的分子結(jié)構(gòu)稱為發(fā)色體。普通發(fā)色體的顏色，一般并不很深，對各類纖維也不一定有親和力，但當(dāng)另外引入一些基團(tuán)時(shí)，會使整個(gè)分子的顏色加深、加濃，并且對纖維有親和力，我們把這些基團(tuán)成為助色團(tuán)。主要的助色團(tuán)有：NHR、OR、OH、Cl、Br 等。13西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文此外，像SO3Na、COONa 等是較特殊的助色團(tuán)，它們對顏色無顯著的影響，但可使染料具有水溶性，并使染料在水溶液里帶負(fù)電荷

29、，從而對某些纖維產(chǎn)生親和力。助色團(tuán)并不是染料必不可少的條件，像紫蒽酮、芘蒽酮等染料，無任何助色團(tuán)，顏色也很深很濃，對纖維有很高的親和力。從量子力學(xué)的觀點(diǎn)看，染料分子的吸收光譜可看作電磁輻射與染料分子相互作用的結(jié)果。及染料分子選擇吸收了一定波長的電磁輻射后，是染料分子結(jié)構(gòu)中的價(jià)電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化的結(jié)果。我們知道，光是電磁波，具有波動(dòng)和微粒兩重性，及光是由無數(shù)的具有不同能量的微粒光子（又稱光電子）所組成。由此可見，染料分子吸收光能也是量子化的，且它的選擇性吸收特性與染料分子本身的能量與吸收的光子的能量有關(guān)。因此，染料分子發(fā)色的本質(zhì)可以從量子力學(xué)觀點(diǎn)加以解釋。由兩個(gè)以上原子所組成的分子除了電子相對

30、于原子核的運(yùn)動(dòng)外，還有原子核間的相對振動(dòng)以及整個(gè)分子所在的一定的轉(zhuǎn)動(dòng)。這些運(yùn)動(dòng)狀態(tài)各有其相應(yīng)的能量，分別稱電子能量（Ee）、振動(dòng)能量（Ev）和轉(zhuǎn)動(dòng)能量（Er）。它們都是量子化的，其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化是不連續(xù)的，是階梯式的，而分子的總能量（E）為上述三種能量的總和。E = Ee + Ev + Er(31)分子的能量狀態(tài)稱分子能級，能級之間的間隔就是它們之間的能級差（E），如圖 31 所示。在一般情況下，分子總是處在能量最低的穩(wěn)定狀態(tài)，及最低能級，稱基態(tài)。當(dāng)吸收了光能后，分子進(jìn)入高一級或更高能級時(shí)，處于不穩(wěn)定狀態(tài)，成為激化態(tài)。這種分子吸收了光量子獲得一定能量后，引起運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化叫躍遷，躍遷過程所需的

31、能量（E）稱激化能。分子能級是不連續(xù)的，分子從一個(gè)能級即基態(tài)（E0）躍遷到另一個(gè)14噴墨印刷油墨的機(jī)理研究第二激化態(tài)第一激化態(tài)EE2E1基態(tài)圖 31分子能級狀態(tài)的變化E0能級第一激化狀態(tài)（E1）時(shí)（按能級高低，分子可以激化成為第一激化態(tài)、第二激化態(tài)等）所需激化能為：E E1 E0(32)在光的作用下，當(dāng)光子的能量與 E 一致時(shí)，則可能發(fā)生吸收，此時(shí)分子發(fā)生激化而成為激化態(tài)：所以吸收波長為：E h h c hc E(33)(34)在連續(xù)光譜中，某些光子的能量被物質(zhì)吸收后，就形成該物質(zhì)的吸收光譜。通常分子轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)變化的能級間隔很小，大大小于 4kJmol，故其轉(zhuǎn)動(dòng)光譜常處于遠(yuǎn)紅外和微波范圍。而分子

32、振動(dòng)中常包含分子轉(zhuǎn)動(dòng)，其能級差雖大些，但也只有十幾 kJmol，由于振動(dòng)光譜處于紅外區(qū)，故又稱紅外光譜。這兩種光譜對人眼都不會引起顏色感覺。只有分子中價(jià)電子的能級間隔較大，大致為（110）*10 2 kJmol，相應(yīng)于吸收光的波長為 2001000nm，處于紫外和可見范圍，故產(chǎn)生顏色的感覺。這15西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文種由價(jià)電子運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的吸收光譜，由于電子能級中還包含振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級，因此在吸收光譜中一般含有振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)的光譜。由此可見，分子只選擇吸收于其能級間隔一致的能量的光子，而不是對各種能量的光量子普遍吸收，這就是染料分子對光的吸收具有選擇性的原因。此外，一個(gè)分子從一個(gè)能級躍遷至另一個(gè)能

33、級時(shí)，每一次的躍遷過程只能吸收一個(gè)光量子。由于各種物質(zhì)具有不同的分子結(jié)構(gòu)，故其能級間隔也不一樣。能級間隔小的分子，吸收光的波長就長；能級間隔大的分子，吸收光的波長就短。作為染料，它們的主要吸收波長應(yīng)在380780nm 波段范圍內(nèi)，染料激化態(tài)和基態(tài)之間的能級間隔 E 必須與此相適應(yīng)。3.2.2 染料的分子結(jié)構(gòu)與顏色的關(guān)系由于染料分子結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，以及分子內(nèi)各基團(tuán)間相互影響的多樣性，所以染料結(jié)構(gòu)與顏色的關(guān)系是十分復(fù)雜的。a.共軛雙鍵系統(tǒng)有機(jī)物分子中 電子的重疊降低了激化能，所以在共軛雙鍵系統(tǒng)中，共軛雙鍵長度增加，激化能則降低，最大吸收波長移向長波方向，產(chǎn)生不同程度的深色、濃色效應(yīng)。分子結(jié)構(gòu)中萘環(huán)取

34、代苯環(huán)或偶氮基數(shù)目增加，顏色都由淺至深。及共軛雙鍵系統(tǒng)越長，顏色越深。b.取代基的影響共軛系統(tǒng)中引入給電子取代基時(shí)，如：OH，基團(tuán)的孤對電子與共軛體系中的 電子相互作用降低了分子激化能，從而使最大吸收波長向長波方向移動(dòng)，發(fā)生深色效應(yīng)；吸電子基團(tuán)如：NO2，在共軛體系中吸取電子，也加深染料分子的顏色。上述兩種情況，在顏色加深的同時(shí)，往往也伴隨著吸收強(qiáng)度的增加，產(chǎn)生濃色效應(yīng)。在染料分子共軛系統(tǒng)兩端同時(shí)存在給電子基和吸電子基時(shí)，深色作用更明顯，甚至比它們各自16噴墨印刷油墨的機(jī)理研究單獨(dú)作用的和還要大，如表 32 所示。并且在供電子基和吸電子基之間如能形成氫鍵，則深色效應(yīng)更為顯著。表 32供、吸電子

35、基與max 和 max 的關(guān)系c.分子的離子化有機(jī)物分子中的給電子基和吸電子基發(fā)生離子化時(shí)，也就是說整個(gè)分子呈離子狀態(tài)時(shí)，往往會引起最大吸收波長和吸收強(qiáng)度的改變。這種現(xiàn)象與介質(zhì)的性質(zhì)、取代基的性質(zhì)及其在共軛系統(tǒng)中的位置有關(guān)。在含有吸電子基的分子中，當(dāng)介質(zhì)的酸性增強(qiáng)時(shí)，分子轉(zhuǎn)變成陽離子，增加了其吸電子的能力，往往使顏色加深。含有給電子基羥基的分子中，增加堿性，由于羥基氧原子失去質(zhì)子，轉(zhuǎn)變成陰離子，給電子性增強(qiáng)，顏色加深。但氨基在酸性介質(zhì)中的離子化，因形成陽離子而降低其給電子作用，從而使顏色變淺。d.共軛系統(tǒng)的“受阻”現(xiàn)象前面提到共軛系統(tǒng)的長度越長，激化能越低，在共軛系統(tǒng)兩端連接17供、吸電子基m

36、ax /nm(C 2 H 3OH )lg max /nm( 和偶氮苯比較，+表增大)318408-90332478-14-160西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文供電子基和吸電子基時(shí)，也大大地降低激化能，最大吸收波長變長，發(fā)生深色效應(yīng)，但若在這樣的共軛體系中間插入另一給電子基團(tuán)的話，則共軛系統(tǒng)有所謂“受阻”現(xiàn)象發(fā)生，使吸收光譜向波段短的方向轉(zhuǎn)移。若將共軛系統(tǒng)中間的NH2 乙?；?，則降低了其給電子能力，教乙?；邦伾由睿@示帶紫光的藍(lán)色。在芳甲烷的共軛體系中，兩個(gè)芳香環(huán)間用具有給電子性的基團(tuán)如O、NH、S等連成橋時(shí)，則同樣會顯示出共軛體系的“受阻”作用。另一個(gè)有趣的現(xiàn)象是，當(dāng)在孔雀綠染料分子中的第三個(gè)苯

37、環(huán)中引入一個(gè)給電子基時(shí)，雖然共軛雙鍵未“受阻”，但同樣導(dǎo)致最大吸收波長向短波方向移動(dòng)。這些都是因電子沿共軛系統(tǒng)的流動(dòng)性被降低所造成的。e.分子的平面結(jié)構(gòu)我們知道，最大共軛效應(yīng)只有在整個(gè)共軛系統(tǒng)中的原子和原子團(tuán)處在同一個(gè)平面上時(shí)才能顯示出來。此時(shí)， 電子的疊合程度最大。如果分子平面結(jié)構(gòu)受到不同程度的破壞，則 電子疊合程度降低， 電子離域程度低，激化能增高，產(chǎn)生淺色效應(yīng)，同時(shí)吸光系數(shù)也往往降低。最常見的平面結(jié)構(gòu)破壞現(xiàn)象，是由于單鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的。f.形成金屬絡(luò)合物的影響當(dāng)染料與金屬形成絡(luò)合物時(shí)，大多呈穩(wěn)定的五環(huán)或六環(huán)結(jié)構(gòu)，若配價(jià)鍵由參與共軛的孤對電子構(gòu)成，則影響共軛體系電子云的流動(dòng)性，通常使顏色

38、加深變暗。同一染料與不同金屬離子生成絡(luò)合物時(shí)具有不同的顏色，這是由于不同的金屬離子對共軛系統(tǒng) 電子的影響是不同的。如果絡(luò)合物的形成并不改變 電子云，則絡(luò)合物的顏色不發(fā)生顯著變化。3.2.3 酸性染料和直接染料的結(jié)構(gòu)與性能酸性染料通常含有磺酸基，極少數(shù)含有羧基，它們的鈉鹽易溶于水，由于這類染料在發(fā)展初期，都必須在酸性介質(zhì)中染色，所以稱之為酸性18噴墨印刷油墨的機(jī)理研究染料。直接染料是具有水溶性基團(tuán)（多為SO3Na，也有COOH）的染料，在染纖維素纖維時(shí)，不需媒染劑的幫助即可直接染色，所以稱之為直接染料。按化學(xué)結(jié)構(gòu)，酸性染料和直接染料的品種均主要為偶氮類染料，它也是應(yīng)用于噴墨印刷油墨中的主要著色劑

39、。因此在這里我們只討論偶氮類酸性染料和偶氮類直接染料a.偶氮類酸性染料（1）單偶氮酸性染料這類染料色澤鮮艷，包括黃、橙、紅等淺色品種，藍(lán)色品種極少。它們結(jié)構(gòu)簡單，制造也簡單，成本較低。例如酸性紅 B 的分子結(jié)構(gòu)式如圖 32 所示。圖 32酸性紅 B 的分子結(jié)構(gòu)式（2）雙偶氮酸性染料雙偶氮酸性染料一般可分為兩類：一種是偶氮基由共軛雙鍵連貫起來，這樣的染料除具有較好的濕牢度外，顏色也較深。例如弱酸性深藍(lán) GR 的分子結(jié)構(gòu)式如圖 33 所示。圖 33弱酸性深藍(lán)的分子結(jié)構(gòu)式19西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文另一種偶氮基之間沒有共軛雙鍵相連，這類染料具有單偶氮染料淺而鮮艷的色光，而且具有較高的濕處理牢度。b.

40、偶氮類直接染料（1）單偶氮直接染料單偶氮直接染料僅限于一些具有苯并噻唑或 J 酸結(jié)構(gòu)的黃色、橙色、紅色少數(shù)品種。例如直接紅 B 的分子結(jié)構(gòu)式如圖 34 所示。圖 34直接紅 B 的分子結(jié)構(gòu)式（2）多偶氮直接染料這類結(jié)構(gòu)的染料，均為平面型的線型分子。隨著染料分子共軛雙鍵系統(tǒng)的連貫和增長，對纖維素纖維的直接性也相應(yīng)增加，同時(shí)發(fā)生深色效應(yīng)。故顏色一般為紫、棕、藍(lán)、黑等深色品種。例如直接耐曬藍(lán) RGL的分子結(jié)構(gòu)式如圖 35 所示。SO3HOHNNNNNNNHSO3H溶劑20圖 35SO3NaSO3H直接耐曬藍(lán) RGL 的分子結(jié)構(gòu)式噴墨印刷油墨的機(jī)理研究溶劑是印刷業(yè)、油墨制造業(yè)必不可少的原材料。溶劑在印

41、刷及油墨的制造中，主要是用來溶解成膜物質(zhì)（各種樹脂和固體物料）并使其保持液態(tài)（流體）。不同種類的樹脂和固體化工原料，其溶解性各不相同；不同溶劑的溶解能力和蒸發(fā)速率也是各不相同的。因此要根據(jù)樹脂和固體原料的種類及工藝要求去選擇最佳的溶劑組合和配比。同時(shí)，在選用溶劑時(shí)，除了考慮其溶解性能外，還要考慮其殘留氣味、可燃性、毒性、色相、純度等。溶劑分類的方法各異。按沸點(diǎn)分則有低沸點(diǎn)溶劑（F(n1, n2)時(shí)，說明該因子水平的改變，對試驗(yàn)結(jié)果有高度顯著的影響，記作*。當(dāng) F(n1, n2) FA F(n1, n2)時(shí)，說明該因子水平的改變，對試驗(yàn)結(jié)果有顯著的影響，記作*。當(dāng) F(n1, n2) FA F(

42、n1, n2)時(shí)，說明該因子水平的改變，對試驗(yàn)結(jié)果有一定的影響，記作*。七，重復(fù)試驗(yàn)的方差分析。在重復(fù)試驗(yàn)的情況下，我們就遇到了處理重復(fù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的問題。所謂重復(fù)試驗(yàn)就是將同一號試驗(yàn)重復(fù)若干次。重復(fù)試驗(yàn)的數(shù)據(jù)可以用來估計(jì)試驗(yàn)誤差。重復(fù)性試驗(yàn)中偏差平方和的計(jì)算與沒有重復(fù)試驗(yàn)的情況完全類似，只要用各號“試驗(yàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”來代替原來的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，另在分母上乘以重復(fù)試驗(yàn)的次數(shù)即可。如果同一號試驗(yàn)我們做了 m 次，m 個(gè)數(shù)據(jù)之間的差異，反映了誤差的影響。因此如果以 yi 來表示第 I 號試驗(yàn)的 m 個(gè)數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值：yi 1 m ( yi1 yi 2 yim ) 1 m ( yik ), k 1,2, m那么

43、第 I 號試驗(yàn)的 m 個(gè)數(shù)據(jù)內(nèi)部的偏差平方和： i( yik yi ) 2 , (I 1,2,3,4), k 1,2, m可以作為誤差的估計(jì)值，其自由度為 m1。32（41）（42）試驗(yàn)過程及理論分析5試驗(yàn)過程及理論分析通過從前幾章的理論分析我們知道，噴墨印刷油墨的各組成成份都會對對它的性能造成影響。因此，本課題以噴墨印刷油墨的各項(xiàng)特性標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，對噴墨印刷油墨的組成配方進(jìn)行了大量的比較試驗(yàn)，提出了基礎(chǔ)配方。然后，以該配方為基礎(chǔ)，我們加入助劑以改善噴墨印刷油墨的綜合性能，此階段采用了單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)的科學(xué)試驗(yàn)方法，對助劑加入量做了大量的試驗(yàn)研究，最終提出了能為生產(chǎn)實(shí)際提供理論依據(jù)的最佳配方

44、。試驗(yàn)用原材料及儀器設(shè)備5.1.1 原材料本課題主要的原材料如下：（1） 直接耐曬藍(lán) B2RL（2） 直接桃紅（3） 酸性品紅 6B（4） 酸性湖藍(lán) V（5） 蒸餾水（6） 乙二醇（7） 尿素（8） 平平加 O（9） 烷基甜菜堿（兩性表面活性劑）（10）抗靜電劑5.1.2 試驗(yàn)儀器及設(shè)備33西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文（1）JYT-5 架盤藥物天平（2）DDS-12 數(shù)字電導(dǎo)率儀（DJS-1 型電導(dǎo)電極）（3）涂4 粘度計(jì)（4）電子表（5）燒杯（6）玻璃棒（7）膠頭滴管（8）量筒（9）大中小勺探索性試驗(yàn)5.2.1 試驗(yàn)?zāi)康奶剿餍栽囼?yàn)是本課題的基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)，此探索性試驗(yàn)以噴墨印刷油墨的各項(xiàng)特性標(biāo)準(zhǔn)為依

45、據(jù)，通過大量的配方比較試驗(yàn)找到噴墨印刷油墨的基礎(chǔ)組成成份配方。5.2.2 試驗(yàn)配方配方 1：酸性湖藍(lán) V2.33%水 75尿素 7乙二醇 15抗靜電劑試驗(yàn)現(xiàn)象：溶液有結(jié)塊，攪拌后結(jié)塊未能消失。配方 2：酸性品紅 6B2.33%水 75尿素 7乙二醇 15抗靜電劑試驗(yàn)現(xiàn)象：溶液有結(jié)塊，攪拌后結(jié)塊未能消失。34試驗(yàn)過程及理論分析配方 3：直接桃紅 2.33%水 75尿素 7乙二醇 15抗靜電劑試驗(yàn)現(xiàn)象：溶液有沉淀，攪拌后沉淀未能消失。配方 4：直接耐曬藍(lán) B2RL2.33%水 75尿素 7乙二醇 15抗靜電劑試驗(yàn)現(xiàn)象：溶液能夠完全溶解。5.2.3 探索性試驗(yàn)結(jié)論以上探索性試驗(yàn)的四個(gè)配方，每個(gè)配方我

46、們都在同樣的條件下重復(fù)試驗(yàn)數(shù)十次，試驗(yàn)結(jié)果均如上所述，因此，選擇配方 4 為噴墨印刷油墨的基礎(chǔ)配方。單因素試驗(yàn)5.3.1 試驗(yàn)?zāi)康膯我蛩卦囼?yàn)是正交試驗(yàn)的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)。該試驗(yàn)的目的在于通過助劑 A（平平加 O）、助劑 B（烷基甜菜堿）的單因素試驗(yàn)尋找出各自合理的正交試驗(yàn)水平值。5.3.2 試驗(yàn)方法由第三章我們知道，噴墨印刷油墨同其它特種油墨一樣，有其特殊的各項(xiàng)特性標(biāo)準(zhǔn)（表 31）。其中墨水的表面張力和粘度是墨水能否成功從噴墨印刷設(shè)備中噴射出來的關(guān)鍵，而它們主要是由表面活性劑（即助劑 A、B）來調(diào)節(jié)。因此，單因素試驗(yàn)就是在基礎(chǔ)配方中分別加入不同配比的助劑進(jìn)行大量試驗(yàn)，然后對試驗(yàn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，以鑒

47、別該助劑對墨水性能的影響。35西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文5.3.3 助劑 A（平平加 O）的單因素試驗(yàn)平平加 O 又稱脂肪醇聚氧乙烯醚。乳白色或淡黃色膏狀物，具有良好的乳化、均染擴(kuò)散等性能，能溶于水、乙醇、乙二醇等，而且它對酸、堿溶液都比較穩(wěn)定，是一種非離子表面活性劑。平平加 O 在噴墨墨水中具有十分重要的作用，不僅可以調(diào)節(jié)墨水的表面張力，而且會影響墨水的粘度。加入不同比例的平平加 O 對噴墨印刷油墨粘度的影響如表 51中數(shù)據(jù)所示。a.試驗(yàn)數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)處理表 51加入不同比例的平平加 O 對噴墨印刷油墨粘度的影響由表 51 的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可計(jì)算得：總平方和 ST因素的效應(yīng)平方和 SA誤差平方和 SES

48、TSAST、SA、SE 的自由度依次為 n1=14，s1=2，ns=12，得方差分36平平加 O 的比例246油墨的粘度（單位：310 PaS）平均值（單位：310 PaS）試驗(yàn)過程及理論分析析表如表 52。表 52粘度的方差分析表因 F（2，12），故在水平 下認(rèn)為噴墨印刷油墨中加入不同比例的平平加 O 對其粘度的影響有顯著的差異。根據(jù)表 31 所示的噴墨印刷油墨的各項(xiàng)特性標(biāo)準(zhǔn)，噴墨印刷油墨的3的加入量占 4和 6時(shí)，均符合該標(biāo)準(zhǔn)。在本節(jié)的開始我們提到過，加入不同比例的平平加 O 對噴墨印刷油墨表面張力也有很大的影響，這種影響從表 53 的數(shù)據(jù)中可以看出。表 53加入不同比例的平平加 O 對

49、噴墨印刷油墨表面張力的影響37平平加 O 的比例246油墨的表面張力（單位：210 N/m）平均值（單位：210 N/m）方差來源平方和自由度均方F 比因 素誤 差212總 和14粘度標(biāo)準(zhǔn)為（）*10 PaS，由表 51 中數(shù)據(jù)可知，當(dāng)平平加 O西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文由表 53 的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可計(jì)算得：總平方和 ST因素的效應(yīng)平方和 SA誤差平方和 SESTSAST、SA、SE 的自由度依次為 n1=14，s1=2，ns=12，得方差分析表如表 54。表 54表面張力的方差分析表因 F（2，12），故在水平 下認(rèn)為噴墨印刷油墨中加入不同比例的平平加 O 對其表面張力的影響有顯著的差異。同樣根據(jù)表

50、 31 所示的噴墨印刷油墨的各項(xiàng)特性標(biāo)準(zhǔn)，噴墨印刷油墨的表面張力標(biāo)準(zhǔn)為（）*102 N/m，由表 53 中數(shù)據(jù)可知，當(dāng)平平加 O 的加入量占 4時(shí)，噴墨印刷油墨的表面張力符合該標(biāo)準(zhǔn)。b.試驗(yàn)結(jié)果分析綜上所述，當(dāng)平平加 O 在噴墨印刷油墨的配方含量中占 4時(shí)效果最佳。當(dāng)表面活性劑溶解于溶劑中時(shí)，形成的溶液與純?nèi)軇┫啾仍谛再|(zhì)上會產(chǎn)生很大的變化，對溶液性質(zhì)的影響十分顯著。引起這種現(xiàn)象最根本的起因在于表面活性劑分子的雙親媒性。當(dāng)表面活性劑分子溶于水中時(shí)，其正、負(fù)離子部分都被水溶劑化。重要的是在于水中的部分氫鍵被38方差來源平方和自由度均方F 比因 素誤 差212總 和14試驗(yàn)過程及理論分析分子中的憎水

51、端長碳鏈所破壞。而水分子會在這個(gè)帶憎水端離子的周圍形成一個(gè)體積較大的溶劑化團(tuán)。其原因是因?yàn)橐环矫娈?dāng)表面活性劑離子進(jìn)入水分子間時(shí)破壞了氫鍵，而另一方面，水的氫鍵力圖維持不被破壞。再加上溶劑化力又力圖把離子拉入溶液中，其結(jié)果在粒子周圍就生成了離子偶極矩鍵的溶劑化層。同時(shí)，表面活性劑的又一種特性是表面吸附，這種特性可使表面活性劑保留在溶液中但并不破壞許多氫鍵。與上述表面活性劑溶于溶液整體中不同，表面吸附則是指表面活性劑的親水端插在水中是真正的溶解，而憎水端整齊地排列在表面上，極少對氫鍵產(chǎn)生干擾。圖 51 即描述了這種狀態(tài)。這種形式遠(yuǎn)較整個(gè)離子進(jìn)入溶液內(nèi)部均勻地溶解所消耗的能量要少得多。事實(shí)上，表面活

52、性劑的離子總空氣表面水圖 51表面活性劑的表面定向是傾向于這種方式，以避免過多破壞氫鍵引起的阻力。由于每一單位液體表面積對應(yīng)一定量的自由能，增加表面自由能要消耗功，才能增大液體的表面積。這種現(xiàn)象的原因在于液相表面層分子受到分子間力的作用與液相內(nèi)部分子受到分子間力的作用不同，它們受到氣相氣體分子的作用力遠(yuǎn)小于液相內(nèi)部分子對表面層分子的引力，表面張力是使液體表面盡量縮小的力，亦即液體分子間的一種凝聚力。要使液相表面伸展，就必須抵抗這種使表面縮小的力。由此可見，表面張力越小，液相的表面就越易伸展。平平加 O 是一種非離子表面活性劑，它的分子中含有聚氧乙烯醚基和端點(diǎn)羥基，其中成直鏈排列的七個(gè)氧乙烯基形

53、成聚醚結(jié)構(gòu)，它們的氧原子和最后端點(diǎn)的羥基聯(lián)合提供了水溶性，降低了溶液的表面39西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文自由能，減小了溶液的表面張力。通過上述的試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析我們知道，在一定范圍內(nèi)，隨著表面活性劑含量的升高，溶液的表面張力逐漸變小，而當(dāng)平平加 O 在墨水中的含量為 4時(shí)，墨水的粘度和表面張力符合標(biāo)準(zhǔn)。5.3.4 助劑 B（烷基甜菜堿）的單因素試驗(yàn)烷基甜菜堿是一種最常見的兩性表面活性劑。它是一種淺黃色液體，相對密度(20C)為，溶于水，耐酸堿，穩(wěn)定性良好，對皮膚和眼睛的刺激性小。烷基甜菜堿的分子內(nèi)同時(shí)含有陰離子親水基和陽離子親水基，因此既能給出質(zhì)子又能接受質(zhì)子。烷基甜菜堿的陽離子是由氮原子形成的，陰

54、離子是由羧酸基提供。如平平加 O 一樣，烷基甜菜堿也可以在調(diào)節(jié)墨水的表面張力的同時(shí)影響墨水的粘度。加入不同比例的烷基甜菜堿對噴墨印刷油墨粘度的影響如表 55 中數(shù)據(jù)所示。a.試驗(yàn)數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)處理表 5540加入不同比例的烷基甜菜堿對噴墨印刷油墨粘度的影響烷基甜菜堿的比例123油墨的粘度（單位：310 PaS）平均值（單位：310 PaS）試驗(yàn)過程及理論分析由表 55 的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可計(jì)算得：總平方和 ST因素的效應(yīng)平方和 SA誤差平方和 SESTSAST、SA、SE 的自由度依次為：n1=14s1=2ns=12從而得方差分析表如表 56。表 56粘度的方差分析表因 F（2，12），故在水平 下認(rèn)為噴

55、墨印刷油墨中加入不同比例的烷基甜菜堿對其粘度的影響無顯著的差異。根據(jù)表 31 所示的噴墨印刷油墨的各項(xiàng)特性標(biāo)準(zhǔn)，噴墨印刷油墨的3堿的加入量為 1、2、3時(shí)，均符合該標(biāo)準(zhǔn)。同樣，加入不同比例的烷基甜菜堿對噴墨印刷油墨表面張力也有影響，這種影響的結(jié)果如表57 所示。41方差來源平方和自由度均方F 比因 素誤 差212總 和14粘度標(biāo)準(zhǔn)為（）*10 PaS，由表 56 中數(shù)據(jù)可知，當(dāng)烷基甜菜西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文表 57加入不同比例的烷基甜菜堿對噴墨印刷油墨表面張力的影響由表 57 的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可計(jì)算得：總平方和 ST因素的效應(yīng)平方和 SA誤差平方和 SESTSAST、SA、SE 的自由度依次為 n

56、1=14，s1=2，ns=12，得方差分析表如表 58。表 5842表面張力的方差分析表烷基甜菜堿的比例123油墨的表面張力（單位：210 N/m）平均值（單位：210 N/m）方差來源平方和自由度均方F 比因 素誤 差212總 和14試驗(yàn)過程及理論分析因 F（2，12），故在水平 下認(rèn)為噴墨印刷油墨中加入不同比例的烷基甜菜堿對其表面張力的影響無顯著的差異。同樣根據(jù)表 31 所示的噴墨印刷油墨的各項(xiàng)特性標(biāo)準(zhǔn)，噴墨印刷油墨的表面張力標(biāo)準(zhǔn)為（）*102 N/m，由表 53 中數(shù)據(jù)可知，當(dāng)烷基甜菜堿的加入量為 1、2、3時(shí)，噴墨印刷油墨的表面張力都符合該標(biāo)準(zhǔn)。b.試驗(yàn)結(jié)果分析綜上所述，當(dāng)烷基甜菜堿在

57、噴墨印刷油墨的配方含量中占 1、2、3時(shí)效果均適宜。當(dāng)烷基甜菜堿這種兩性表面活性劑溶解于溶劑中時(shí)，會使溶液形成膠束，這是此類表面活性劑的一個(gè)很重要的特性。膠束的形成并不要求溶質(zhì)達(dá)到飽和，而是在一定的濃度以下時(shí)溶質(zhì)表面活性劑溶于水中，超過此濃度后的溶質(zhì)分子就會以膠束的形態(tài)進(jìn)入溶液。膠束的基本結(jié)構(gòu)如圖 52 所示，它是一種親水端朝外，憎水端朝里的離子團(tuán)。圖 52膠束的基本結(jié)構(gòu)而從試驗(yàn)的數(shù)據(jù)中可以看到，在噴墨印刷油墨的配方中在一定范圍內(nèi)單獨(dú)改變烷基甜菜堿的含量基本上沒有影響油墨的粘度和表面張力。烷基甜菜堿是一種兩性表面活性劑，其溶液在達(dá)到臨界膠束濃度時(shí)是一個(gè)多43西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文相平衡體系。

58、在氣液界面上由于表面吸附使界面上的分子比溶液中的多，產(chǎn)生界面定向。液固界面上的分子也較溶液中的多。在溶液中還出現(xiàn)了親水端朝外的膠束，膠束中的分子由于其濃度高于溶液中的分子而處于一種動(dòng)平衡狀態(tài)。當(dāng)這種平衡穩(wěn)定時(shí)，單獨(dú)再加入烷基甜菜堿，不會改變其平衡性，也即不會改變?nèi)芤旱谋砻鎻埩?。正交試?yàn)5.4.1 試驗(yàn)?zāi)康恼辉囼?yàn)是在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上對助劑 A（平平加 O）、助劑 B（烷基甜菜堿）所進(jìn)行的交叉試驗(yàn)。該試驗(yàn)的目的在于在考察助劑 A、助劑 B單獨(dú)作用效果的同時(shí)考察助劑 A、助劑 B 兩種因素同時(shí)作用時(shí)的多因素情況，即考察他們的交互效應(yīng)對噴墨印刷油墨性能（本試驗(yàn)主要是表面張力）的影響，從而最終找到噴

59、墨印刷油墨的最佳綜合配方。5.4.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)處理由單因素試驗(yàn)，對因素 A（平平加 O）選用兩個(gè)水平值（4和 6），因素 B（烷基甜菜堿）選用三個(gè)水平值（1、2和 3）進(jìn)行二次等重復(fù)正交試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表 59。表 5944助劑 A、B 的交互作用對噴墨印刷油墨表面張力的影響B(tài)1（1）B2（2）B3（3）Ti.A1（4）A2（6）T.j.試驗(yàn)過程及理論分析*上表中數(shù)據(jù)的單位為 102 N/m由表 59 的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可計(jì)算得：總平方和 ST因素 A 的效應(yīng)平方和 SA因素 B 的效應(yīng)平方和 SBA、B 的交互效應(yīng)平方和 SA B誤差平方和 SESTSASBSA BST、SA、SB、SA B、

60、SE 的自由度依次為 STrst1=11，SAr1=1，SBs1=2，SA B（r1）（s1）2，SErs（t1）6，從而得方差分析表如表 510。表 510表面張力的方差分析表取顯著性水平為，查 F 分布表可得：45方差來源平 方 和自 由 度均 方F 比因素 A（平平加 O）1因素 B（烷基甜菜堿）2交互作用A B2誤 差6總 和11西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文F（1，6）F（2，6）由表 510 可以看出：F（1，6）FAF（2，6）FB所以在水平 下，我們認(rèn)為噴墨印刷油墨配方中不同含量比例的平平加 O 和烷基甜菜堿對油墨的表面張力有顯著性影響。值得注意的是，F(xiàn)（1，6） FA，F(xiàn)（2，6）