Nanotrac纳米粒度仪在打印墨水中的应用

Microtrac品牌下的粒度测试仪被认为是打印墨水悬浮液粒度测试的标准方法。打印墨水一般在高浓度下进行测试，可以避免稀释对颗粒分散造成的影响。

简介

打印和书写都会涉及到彩色材料或黑色材料的使用，通常这些材料包含在一定的介质中。第一种被使用的色素材料可以追溯到4000-5000年前的油烟。而现代的打印墨水包含有多种成分，每一种成分都有它特定的作用，比如保色、色泽、分散度、黏度和作为助研磨剂等。下表列出了墨水中常见化学物质的种类及其作用。这些物质给墨水带来特殊的性质，使之适用于打印机及其他终端用途。

喷墨打印机的墨水成本大约有50%来自于着色试剂。着色剂有两类：色素和染料。染料是非常小的分子，通常被认为是完全溶解的。粒径小于1nm的分子被认为是溶解的，而粒径大于1nm的分子被认为是悬浮的。色素通常被认为是在悬浮液中（而不是溶液中），在化学组成上可能是有机物也可能是无机物。过去常用的黑色色素是尖晶石、金红石或铁。这些黑色色素现在基本上已经被炭黑替代了。

墨水是由这些成分混合在一起形成的。这些成分混合之后可能还需要再添加一种或多种成分，然后再进行研磨。添加表面活性剂会降低表面张力，使这些成分可以更好地在水中混合。添加分散剂，有助于在后续的混合过程中保持物质的良好分散状态；同时，分散剂也可以降低研磨时所需的机械能。像聚丙烯酸酯、聚氨酯、聚酯之类的聚合物用来实现黏附到基质上的封闭效应。平衡表面活性剂和聚合物的相对含量非常重要，它们的含量会直接影响墨水的色素悬浮稳定性和颜色强度。

所有这些成分的最终目的是提供一种稳定的胶体悬浮液，悬浮液中的颗粒或晶体会根据色素和其他成分的特征产生散射光。最终产生的光散射过程直接影响颜色的耐光性、明暗度和强度。

20世纪80年代早期，电子行业和纸面涂料行业的发展促进了彩色打印机的发展。彩色打印机应用中，最重要的就是喷墨工艺。彩色打印机的专用墨水有着相同的常规成分，墨水中的小粒径颗粒和墨水的低粘度能保证墨水顺利通过打印机针头的小型喷嘴喷出。根据喷墨方式不同，产生3种类型的喷墨技术：连续喷墨技术，按需喷墨技术和压电式按需喷墨技术。

Nanotrac用于墨水测试的应用

Nanotrac可以测量准确可靠的动态光散射数据，然后通过功率谱分析，完成各种高级分析，获得高重复性结果；并且利用探头检测，可以直接测量高颗粒浓度的样品。如需更多详细信息，请参考Microtrac应用文章SL-AN-22 High-Concentration Submicron Particle Size Distribution by Dynamic Light Scattering。

样品放在烧杯里或其他合适的容器中。打开Nanotrac FLEX software测试软件，用水或其他与样品相关的溶液完成背景测试。背景测试溶液的选择主要基于原始溶液和可溶性成分。把检测探头置于待测样品溶液中，就可以开始测试了。背景测试时间设置为15-30s，样品测试时间设置为30-60s。

如Stokes-Einstein方程所描述的，动态光散射技术受一些基本因素影响。因此，需要明确干净悬浮液体的黏度。与DLS仪器推广不同的是，这里不需要悬浮液的黏度值，不需要用黏度计测试每个样品的黏度。以下是各种喷墨打印墨水和弹性印刷墨水的数据。

实验结果

第一张图片展示的是蓝色弹性印刷墨水的测试结果，Nanotrac在此作为一种质控测试手段。图片显示的是测试墨水之后的显示器显示界面。需要注意的是图中出现了双峰分布。粒径较大的峰是经光学显微镜确认的良好分散状态下的结果。样品按照3：1的比例稀释后再进行测试。

第二张图片中显示的是蓝色弹性印刷墨水与洋红色弹性印刷墨水的对比。该图片是用Microtrac FLEX软件生成的，可以直接复制到幻灯片里。经Nanotrac和显微镜检测，洋红色弹性印刷墨水的测试结果中都没有出现第二个峰。

弹性印刷墨水

喷墨打印墨水

以下图片中展示的是不同颜色的喷墨打印墨水的测试结果。有意思的是，黄色墨水在20nm附近出现了第二个峰。这个现象出现在一些厂商的黄色墨水测试中。

结论

Nanotrac可以测试黑色、洋红色、黄色、蓝色等各种颜色的墨水，可以直接测试高浓度的墨水样品，能够揭示墨水样品的分布特征（比如双峰分布）和粒径变化情况。