涂料印染是黏合劑與顏料著色劑混合并通過染色或印花工序給織物上色并形成圖案的過程。涂料印染包括涂料染色和涂料印花兩大應(yīng)用領(lǐng)域，兩者主要區(qū)別在于施工工藝不同。前者是將著色劑（顏料）和黏合劑混合制成分散體系，通過浸染或扎染將著色劑均勻地黏結(jié)在纖維或織物表面從而獲得顏色的過程，后者則是通過機(jī)械設(shè)備如涂料印花機(jī)或者數(shù)碼印花機(jī)印刷在織物上。

一、涂料印染與傳統(tǒng)印染

涂料印染與傳統(tǒng)印染工藝有著本質(zhì)區(qū)別，是完全不同概念和方法。傳統(tǒng)染料可以溶解在水里，染料分子與纖維分子發(fā)生特有的化學(xué)反應(yīng)，染料被纖維吸附固定在纖維表面上，無須任何黏合劑即可完成印染過程。而顏料著色劑是不溶于水和一般有機(jī)溶劑的細(xì)小固體顆粒，顏料分子對(duì)纖維或織物分子沒有任何親和力，需要依靠黏合劑將顆粒狀的顏料固定在織物上。因此涂料成分必須含有黏合劑，顏料顆粒需分散成納米或亞微米顆粒后才可使用。

染料墨水與顏料墨水的區(qū)別，圖源：參考資料2

備注：涂料墨水，又稱顏料墨水

涂料印染基本原理與涂料油漆工藝相似，就是把著色劑、黏合劑和其他助劑均勻混合后，通過染色工藝或印花工藝涂布在基材表面來改變基材顏色。

二、涂料墨水（顏料墨水）的組成

涂料印染墨水材料成分主要有黏合劑、乳化劑、交聯(lián)劑、著色劑、分散劑、增稠劑及其他助劑等。

1、黏合劑的種類及性能

①粘合劑的種類

涂料印染過程中，顏料顆粒依靠粘合劑的粘性固定在織物表面，從而達(dá)到給織物上色的目的。織物的手感、耐老化性、顏色鮮艷度、耐水洗牢度、耐揉搓牢度、透明性、光滑度及織物氣味等都與粘合劑材料類型息息相關(guān)。

黏合劑主體成分一般包括丙烯酸酯(MA)、丙烯酸乙酯(EA)、丙烯酸丁酯(BA)、丙烯酸(AA)、環(huán)氧樹脂等材料，具有耐磨性好、手感柔軟、黏合力強(qiáng)、膜層不泛黃、印花中不塞網(wǎng)、無甲醛釋放等特點(diǎn)。早期的黏合劑為非交聯(lián)型黏合劑，色牢度較差，為了增加涂料印染產(chǎn)品的耐摩擦牢度，最新開發(fā)的黏合劑多以反應(yīng)型為主，合成乳液黏合劑時(shí)一般加入少量自交聯(lián)單體，在一定烘培溫度下引發(fā)交聯(lián)反應(yīng)。

②成膜機(jī)理

涂料印花或印染需要在一定條件下進(jìn)行，黏合劑和顏料都需要均勻分散在同一載體體系里，才可形成一層均勻薄膜涂層，干燥后得到顏色清晰均勻的圖案。但是一般高分子聚合物的相對(duì)分子質(zhì)量從幾千到百萬，黏度非常高，顏料不能均勻分散在黏合劑介質(zhì)里，體系無法在織物基材表面形成一個(gè)均勻薄膜涂層，影響織物最終性能。因此高黏度聚合物需要稀釋劑稀釋，降低黏度才可使用。稀釋劑有溶劑型和水基型兩大類

早期高分子聚合物多用小分子的有機(jī)溶劑型稀釋劑，但使用過程中會(huì)造成大量VOC揮發(fā)污染環(huán)境，同時(shí)有機(jī)溶劑的易燃性也會(huì)帶來及極大的安全隱患，隨后水性高分子聚合物（樹脂中帶有水溶性集團(tuán)，例如磺酸基）也被開發(fā)出來，但還是難以兼顧材料的性能及樹脂的水溶性，尤其是當(dāng)聚合物相對(duì)分子質(zhì)量非常大的情況下。為了兼顧黏合劑物化性能和加工性能，近些年出現(xiàn)的乳液型黏合劑基本滿足了涂料印花和印染市場需求。

乳液即不溶于水的樹脂或分子與乳化劑（表面活性劑）在水中混合，在高速攪拌下形成乳狀液體，不溶于水的聚合物分子被表面活性劑包覆，以小液滴形式存在于水相中，液滴直徑可以從幾十納米到幾微米，根據(jù)要求可選用不同大小和性能的乳液。

乳膠顆粒聚合過程，圖源：參考資料1

乳液黏合劑對(duì)最終織物性能影響很大，一般小顆粒、窄分布、穩(wěn)定高的乳液對(duì)提高生產(chǎn)效率十分重要。黏合劑顆粒小，在涂布或染色后經(jīng)過熱處理，水分蒸發(fā)，毛細(xì)管壓力較大使乳液顆粒變形力量較強(qiáng)，成膜速度快，成膜密度也高，生產(chǎn)時(shí)不易破乳或堵網(wǎng)。一般小顆粒乳液更加穩(wěn)定，成品率高理想乳液粒徑在50~100nm。

二、著色劑種類、性能和加工技術(shù)

著色劑是紡織印染工藝中最重要的化學(xué)試劑，紡織纖維印染著色劑分為兩大類:染料和顏料。

1、染料

染料是指能使其他物質(zhì)獲得鮮明而牢固色澤的一類有機(jī)化合物，大多數(shù)染料是人工合成的，也稱為合成染料。染料自身有顏色，并能以分子狀態(tài)使其他物質(zhì)獲得鮮明和牢固色澤染料一般可以溶解于媒介中（如水、溶劑、油、塑料或高分子等），以單分子形式存在的染料分子與織物纖維分子結(jié)合，因此染料的染色能力很強(qiáng)，微量染料足以使整匹布都染上美麗的色彩。

染料種類有直接染料、活性染料、還原染料、分散染料、酸性染料等。各種纖維由于本身性質(zhì)不同，在進(jìn)行染色時(shí)就需要選用相適應(yīng)的染料，例如，棉纖維分子結(jié)構(gòu)上含有許多親水性的羥基，易吸濕膨化，并較耐堿，故可選擇直接還原、酸性、活性等染料染色。滌綸疏水性強(qiáng)，分子上極性基團(tuán)少，高溫下不耐堿，一般選擇分散染料進(jìn)行染色。

2、顏料

不同于染料以單分子形式存在于染色體系里，顏料在著色過程中始終以粒子集團(tuán)形式存在，顏料粒子粒徑0.05μm~1mm（染料分子直徑<0.001μm）。顏料不溶于水或有機(jī)溶劑，因此顏料需要研磨到一定粒徑大小才可以使用。顏料的物化性能要比染料好得多、如耐化學(xué)腐蝕、耐候、耐溶劑、耐紫外等。顏料被廣泛用于各種日常生活領(lǐng)域，如建筑涂料、家具油漆、墻紙油墨、包裝油墨，包括紡織印花油墨。因?yàn)轭伭戏肿硬蝗芙庥谒虺Ｒ?guī)有機(jī)溶劑，只能通過分散技術(shù)制備高濃度顏料色漿方可使用。也正是由于這種特性使得顏料在物體表面具有更加佳性能，如抗風(fēng)雪陽光、耐雨水、耐熱、耐摩擦、耐氧化耐化學(xué)品等。

顏料可分成有機(jī)和無機(jī)兩大類。無機(jī)顏料一般由有色金屬氧化物或一些金屬鹽類組成，具有耐曬、耐熱、耐候、耐溶劑性好等特征，但無機(jī)顏料色譜不十分齊全、著色力低、顏色鮮艷度差等。無機(jī)顏料可細(xì)分為氧化物、鉻酸鹽、硫酸鹽、硅酸鹽、硼酸鹽、鉬酸鹽、磷酸鹽、釩酸鹽、鐵氰酸鹽、氫氧化物、硫化物、金屬系列等。

紡織涂料印染用顏料多以有機(jī)顏料為主，特點(diǎn)是種類繁多、色系齊全、色彩鮮明、著色力強(qiáng)（相對(duì)于無機(jī)顏料）、毒性小等。有機(jī)顏料可按化合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)分為偶氨顏料、酞菁顏料、蒽醌顏料、靛族顏料、喹吖啶酮顏料、二嗪等多環(huán)顏料、芳甲烷系顏料等，其中以偶氨類的品種最多。

有機(jī)顏料的應(yīng)用性能不但與顏料分子本身的發(fā)色基團(tuán)結(jié)構(gòu)有關(guān)，還與其分子結(jié)晶排列形狀等物理形態(tài)有關(guān)，其結(jié)晶形態(tài)、顆粒度、粒子分散度及顆粒表面性質(zhì)等（根據(jù)著色對(duì)象及施工方法，對(duì)有機(jī)顏料進(jìn)行適當(dāng)?shù)奈锢砘瘜W(xué)改性或加工修飾是非常重要的）都會(huì)影響顏料的色相著色力、透明度、流動(dòng)性及分散實(shí)用性等。例如，著色力（顏料與基準(zhǔn)顏料充分混合后顯示顏色的能力）一般隨顏料的粒徑減小而增強(qiáng)，但超過一定極限后，則著色力隨粒徑減小而減少。一般著色最佳粒徑范圍在幾百納米，低于（100nm顏料顆粒著色力和遮蓋力一般降低，透明度提高）；顏料的分散度也會(huì)影響涂料的遮蓋力，見下方示意圖。

涂料中良好分散性和不良分散性之間的遮蓋力差異，圖源：參考資料3

3、顏料色漿

顏料分子無親水基團(tuán)，需要借助分散助劑才可進(jìn)入水相。色漿制備過程就是顏料與分散劑混合潤濕后，通過輸入機(jī)械能把大顆粒顏料粒子研磨成小顆粒的過程，最終成品為穩(wěn)定濃縮顏料漿。根據(jù)色漿所使用的介質(zhì)不同，顏料色漿又分為水性色漿、油性色漿、水油通用色漿等，涂料印染主要以水性顏料色漿為主。

顏料色漿制備是一個(gè)十分耗能過程，常規(guī)顏料顆粒直徑從幾百微米到幾毫米，顏料需要被分散助劑潤濕包覆，通過注入機(jī)械能或化學(xué)修飾等步驟才可將毫米級(jí)顆粒剪切到幾十到幾百納米粒徑范圍。大量研究顯示，納米級(jí)顏料顆粒的比表面積非常大，表面能很高，是熱力學(xué)非穩(wěn)定系統(tǒng)，容易發(fā)生團(tuán)聚再形成大顆粒。因此納米色漿粒子往往需要大量分散劑包覆才可保證其穩(wěn)定性，這也解釋了很多納米色漿顏料濃度一般比較低的原因。

4、分散劑

分散劑/潤濕劑是通過降低固體表面能，使固體物料更易被水（或其他介質(zhì)）浸濕的物質(zhì)，也稱為表面活性劑。因?yàn)闈櫇駝┯蟹稚⒐δ埽砸渤１唤凶鳚櫇穹稚櫇穹稚┓N類繁多，分散劑的分裂可見下圖。

分散劑種類

分散機(jī)理：分散劑通過物理（如范德華力、氫鍵、靜電相互作用）或化學(xué)（強(qiáng)的化學(xué)鍵結(jié)合，如共價(jià)鍵或離子鍵）的方式吸附在顆粒表面，使顆粒之間保持距離，降低不受控制絮凝的傾向，在實(shí)際應(yīng)用中只要是通過靜電排斥的時(shí)候或空間位阻的方式來實(shí)現(xiàn)，其作用機(jī)制主要有以下三種。

①靜電穩(wěn)定機(jī)制；②空間位阻；③靜電空間位阻穩(wěn)定（圖源：參考資料4）

相關(guān)閱讀：影響分散劑分散效果的幾個(gè)因素

5、增稠劑

增稠劑在涂料印花過程中起到增稠作用。現(xiàn)代印花機(jī)速度高，機(jī)器的高剪切力通常使油墨黏度下降，可嚴(yán)重影響印花質(zhì)量和生產(chǎn)效率。因此在涂料印花過程中，當(dāng)印或印網(wǎng)上的膠漿轉(zhuǎn)移到織物上，增稠劑把印花油墨黏度提升到一定黏度同時(shí)具有較好的流變性能，使油墨與纖維結(jié)合在一起，才能保證印花線條分明，圖案清晰，色彩鮮艷均勻。增稠劑的性能決定著最終印花質(zhì)量的好壞。增稠劑種類如下：

6、其他助劑

三、小結(jié)

涂料印染具有工藝簡單、流程短、操作成本低、色域廣、色彩飽滿、無須水洗、正品率高、節(jié)能省電等優(yōu)勢，在全球印染行業(yè)中占有重要地位。涂料印染被廣泛應(yīng)用于純棉織物、合成纖維及混紡織物上。隨著更多新技術(shù)、新材料使用，涂料印染織物耐摩擦色牢度有了大幅度提升，手感近似于活性染料印花，涂料印染在未來日常生活中將起到更為重要作用。

參考資料：

1、《新工科系列教材 十四五普通高等教育本科部委級(jí)規(guī)劃教材 紡織品可持續(xù)印染技術(shù)》

作者: 邢鐵玲，關(guān)晉平編

2、佳能全球，噴墨墨水技術(shù)

3、Paint&Coatings Industry；添加劑簡介，第4部分：分散劑

4、贏創(chuàng)公司；用于鋰離子電池的過程助劑

編輯整理：粉體圈Alpha