高压微射流在墨水上的应用

摘要：随着墨水行业的发展，，使得原先多用于医药、材料行业的高压均质机，现已被广泛用于染料、颜料和喷墨打印墨水等工业生产中。部分取代了砂磨类型的设备，实现了“超细粉碎”工艺的重大变革。数码喷墨和喷墨打印墨水中着色剂的颗粒细度对其有十分重要的影响。若颗粒稍大，必会堵塞打印机的喷头，也会使颜料着色剂易于沉淀，影响图像的形成和稳定性。一定程度上，颜料着色剂分子颗粒越小，墨水的稳定性相对越好。

目的：使用微射流技术制备墨水，实现颗粒超细粉碎并对其进行表征。

方法：使用意大利PSI微射流均质机进行制备、采用粒径分析设备、稳定性分析设备进行表征。

关键词：墨水、粒度、高压均质、微射流

一、基本概述

1.1 墨水的介绍

墨水是一种含有色素或染料的液体，墨水被用于书写或绘画。最早的墨水有使用金属、胡桃壳或种子制作的染料或使用鱼、章鱼等水生动物的墨汁。

目前国家对墨水的颗粒大小并未明确相关标准，只有企业内部的质控标准。颗粒大小对于墨水本身的呈色性能以及稳定性能起着至关重要的作用，另外如果墨水本身颗粒过大也易造成墨水喷头发生堵塞。

1.2 墨水的传统制作工艺

常规墨水的制作工艺主要分为四个部分，分别是溶胶、拌料、轧碾、掺和。

①溶胶：将骨胶、纯碱、石碳酸等按比例混合放入搅拌容器中，按定量加入清水，用蒸汽（100℃-120℃）加压进行搅拌催化，约4小时即可溶为胶液。

②拌料：将胶液移入桨式搅拌器中，按定量加入墨灰，再按比例将热水兑入胶液中，经过充分搅拌，使其成为均匀的墨膏。

③轧碾：将墨膏放入磨机磨细轧匀，以增加墨汁的稳定性，研磨得越细，墨汁的光度和色泽就越好，淀性也越小。

④掺和：在轧碾好的墨膏内分次加入50℃热水经充分搅拌使其成为流质，再加入樟脑油和太古油，缓缓加入温水，把墨汁调节到适当浓度，搅拌均匀，静置到一定时间后，用60目的铜纱锣筛过滤，经检验质量合格，即可灌装。

整个墨水的制备流程大体上遵循配料、预分散、研磨、分散搅拌、过滤充填包装5个流程。

二、制备技术

2.1 常见墨水制备设备

分散、研磨步骤是墨水制备过程中至关重要的。常规墨水的分散研磨设备有三辊机、球磨机和捏合机。

表一 常见分散研磨设备

2.2 PSI微射流制备墨水

常规墨水分散、研磨设备为以上所述三种，微射流作为一种新式制备设备越来越受到墨水行业的关注。

PSI-20小试型微射流高压均质机是一款全数字控制的高压均质机，设计用于乳化、解聚、分散和粒度减小。

图一 PSI-20高压微射流均质机

该系统基于固定几何形状的处理室，能够承受超过2000bar的压力，每小时的生产量为20升。这提供了精细和均匀的粒度分布。PSI-20可在60 ml至连续进料范围内的闭环和开环配置中运行。

我们使用1400Bar的压力均质4次，并采用美国PSS粒度仪公司制造、生产的纳米粒度分析仪Nicomp Z3000进行PSD粒度分析，结果如下：

图二 Gussian粒径分布图

上图四条曲线分别表示均质1~4次的PSD检测结果谱图，紫、蓝、红、绿分别代表1400Bar压力下均质1、2、3、4次，未均质前，原料粒度分析平均粒径检测结果为1957nm，当均质1次后，粒径检测结果为291.4nm，均质2次后粒径减小为135.8nm，随着均质次数的增加，粒径所减小的幅度越来越小，最终处理4次后该墨水粒径检测结果为67.5nm。

2.3 PSI微射流的优势

目前市面上的微射流生产厂家众多，所使用的基本原理也都一样，但意大利PSI高压微射流均质机凭借自身优势更加受到广大用户欢迎。

表二  意大利PSI高压微射流均质机优势介绍

三、结论与总结

据不完全统计，截止到2020年，全球墨水市场规模已达到200亿美元。我国油墨行业整体产销量也呈逐步增长趋势，我国墨水年产量已从 1995 年的 10 万吨左右，发展到 2015 年的 69.7 万吨，年均增长率保持在 10%以上。为了使我国墨水产品在激烈的国际市场竞争中有着更大的竞争力，制备环节则至关重要，采用非传统的先进设备则有着举足轻重的地位，而意大利PSI公司生产的高压微射流均质机可为墨水用户提供较好的制备方案。

[1] QB/T 2063—2007，中华人民共和国轻工业行业标准-碳素墨水[S]．

[2] QB/T 2730.1-2013，中华人民共和国轻工业行业标准-喷墨打印机用墨水[S]．