本文隸屬于其他行業(yè)應(yīng)用專題，全文共 6708字，閱讀大約需要 20 分鐘

摘要：隨著印刷行業(yè)向數(shù)字化、高精度化轉(zhuǎn)型，噴頭堵塞與儲存沉淀成為制約墨水產(chǎn)品質(zhì)量與生產(chǎn)效率的核心痛點，其根源均與墨水粒度分布不均、尾端大顆粒殘留及顆粒分散穩(wěn)定性不足直接相關(guān)。奧法美嘉打造墨水粒度控制一體化解決方案，精準(zhǔn)解決墨水堵頭與沉淀難題，實現(xiàn)墨水生產(chǎn)全流程粒度精準(zhǔn)管控與穩(wěn)定性保障。本文結(jié)合墨水生產(chǎn)全流程，詳細(xì)闡述該一體化解決方案的核心架構(gòu)、產(chǎn)品應(yīng)用及實際質(zhì)控價值，為墨水行業(yè)質(zhì)控升級提供技術(shù)參考與實踐支撐。

關(guān)鍵詞：墨水；粒度檢測；一體化解決方案；噴頭堵塞；沉淀穩(wěn)定性

墨水行業(yè)作為印刷、工業(yè)制造等領(lǐng)域的核心配套產(chǎn)業(yè)，正處于數(shù)字化、環(huán)保化、功能化三重升級周期，市場規(guī)模穩(wěn)步擴(kuò)張。據(jù)國際機(jī)構(gòu)Smithers 2025年報告預(yù)測，墨水市場將從2025年的358億美元，以2.4%–2.9%的復(fù)合增速增長，2030年有望突破400億美元。中國作為主要生產(chǎn)和消費市場，年增速保持在6%–8%，其中包裝、紡織、工業(yè)打印是核心增長場景，占整體超70%[1]。

未來行業(yè)關(guān)注點集中在綠色合規(guī)、精密適配、成本可控與供應(yīng)鏈穩(wěn)定。值得注意的是，隨著噴頭精度持續(xù)提升與連續(xù)化生產(chǎn)模式普及，墨水穩(wěn)定性與防堵塞問題成為關(guān)鍵痛點——墨水顆粒不均、沉降析出、流變失控等問題，墨水行業(yè)的技術(shù)迭代與市場競爭，最終都將落腳于解決堵塞、提升穩(wěn)定性這一基礎(chǔ)剛需，這也是行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的核心突破口。

例如，高性能墨水的基石在于對顏料顆粒尺寸的精確控制。專業(yè)制造過程要求將顏料顆粒研磨至100-200納米的納米級別，這一尺寸范圍能有效防止打印頭堵塞，并確保墨水具備優(yōu)異的流動性和鮮艷的色彩表現(xiàn)。

圖1：染料油墨圖^[2]

墨水全生產(chǎn)流程圍繞“粒度形成-粒度管控-穩(wěn)定性保障"三大核心展開，具體可分為七大關(guān)鍵環(huán)節(jié)：原料入廠（顏料、樹脂、溶劑、助劑等）→ 預(yù)處理混合（將各類原料均勻混合，初步分散）→ 均質(zhì)研磨（核心粒度形成環(huán)節(jié)，通過均質(zhì)設(shè)備將大顆粒細(xì)化為符合要求的小顆粒）→ 調(diào)配分散（添加分散劑、粘度調(diào)節(jié)劑等，優(yōu)化顆粒分散效果）→ 過濾除雜（去除殘留大顆粒與雜質(zhì)）→ 成品檢測（全面驗證質(zhì)量指標(biāo)）→ 儲存出廠。

圖2：墨水生產(chǎn)流程圖

各環(huán)節(jié)均與墨水堵頭、沉淀兩大痛點直接相關(guān)：均質(zhì)研磨環(huán)節(jié)若處理不好，會直接產(chǎn)生尾端大顆粒，成為后續(xù)噴頭堵塞的核心隱患；調(diào)配分散環(huán)節(jié)若分散效果不佳，顆粒間作用力失衡，會為儲存沉淀埋下伏筆；過濾除雜環(huán)節(jié)若無法精準(zhǔn)識別殘留大顆粒，會讓前期管控前功盡棄；儲存環(huán)節(jié)若缺乏穩(wěn)定性監(jiān)測，會導(dǎo)致墨水提前團(tuán)聚、沉降，失效報廢。

結(jié)合墨水生產(chǎn)流程與行業(yè)痛點，墨水生產(chǎn)質(zhì)控的核心需求可概括為兩點：一是清除墨水中的尾端大顆粒，確保成品墨水中無超標(biāo)大顆粒，從根源上解決噴頭堵塞問題；二是提升墨水顆粒分散穩(wěn)定性，精準(zhǔn)預(yù)判墨水儲存穩(wěn)定性與產(chǎn)品效期，解決儲存沉淀難題。

粒度控制是墨水品質(zhì)的核心命脈，更是決定噴墨系統(tǒng)長期穩(wěn)定運行的關(guān)鍵指標(biāo)。高性能墨水必須實現(xiàn)粒徑分布高度均一。只有達(dá)到納米級精細(xì)化分散，墨水才能具備優(yōu)異的流動性、著色力與色彩飽和度，滿足高精度打印需求。反之，墨水中一旦存在超標(biāo)尾端大顆粒，極易造成噴頭微通道堵塞、斷線、飛墨、色差等致命問題，直接影響生產(chǎn)效率與噴頭壽命。

圖3：尾端大粒子造成噴頭堵塞圖

因此，在墨水生產(chǎn)全流程中，對顆粒尺寸進(jìn)行實時、精準(zhǔn)、一體化檢測，從源頭剔除大顆粒隱患，是保障墨水品質(zhì)、提升產(chǎn)品競爭力的必要手段。

墨水的另一大核心痛點是儲存穩(wěn)定性差、易沉淀分層，且企業(yè)無法精準(zhǔn)預(yù)判產(chǎn)品的效期，常出現(xiàn)產(chǎn)品未到保質(zhì)期就已沉淀失效的情況，造成大量庫存損耗墨水的穩(wěn)定性。為確保墨水長效使用性能，企業(yè)必須監(jiān)測墨水在生產(chǎn)、儲存、運輸過程中的粒度穩(wěn)定性，規(guī)避顆粒團(tuán)聚、分層、粒度異變等問題。穩(wěn)定性監(jiān)測需要分析粒度的變化趨勢，提前預(yù)判隱患，這就對檢測產(chǎn)品的專業(yè)性與系統(tǒng)性提出了更高要求。

團(tuán)聚顆粒會直接導(dǎo)致噴頭堵塞、墨滴軌跡偏移、打印重影 / 斷墨等問題出現(xiàn)。

圖4：三種油墨重復(fù)剪切后的電子顯微鏡圖像(FESEM，加速電壓15kv);

(a)油墨a，(b)油墨b，(c)油墨R--箭頭表示結(jié)塊的形成[3]

同時，GB/T13217.3-2022等行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對墨水的均勻性、分散穩(wěn)定性提出嚴(yán)苛要求。靜置觀察、離心分層、普通顯微鏡觀測等傳統(tǒng)檢測手段因缺乏精準(zhǔn)的“顆粒識別"與“穩(wěn)定性預(yù)判"能力，難以滿足標(biāo)準(zhǔn)需求。[4]奧法美嘉一體化解決方案，以“精準(zhǔn)檢測為眼睛，均質(zhì)處理為手段，穩(wěn)定性分析為保障"，通過核心產(chǎn)品的協(xié)同應(yīng)用，從源頭控制大顆粒、提升穩(wěn)定性，讓墨水均一性與穩(wěn)定性達(dá)到行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，擺脫堵頭與沉淀的質(zhì)量困擾。

奧法美嘉針對墨水生產(chǎn)中粒徑不均、團(tuán)聚沉降、噴頭易堵、批次不穩(wěn)等痛點，提供從研磨分散→納米均質(zhì)→精準(zhǔn)檢測→穩(wěn)定質(zhì)控的全流程裝備與方案。

圖5：奧法美嘉墨水行業(yè)一體化解決方案

在研發(fā)階段，面對顏料分散不充分、粒徑分布寬、大顆粒難以精準(zhǔn)表征、配方穩(wěn)定性難預(yù)判等難題，可提供納米激光粒度儀、顆粒計數(shù)器、穩(wěn)定性分析儀等檢測設(shè)備，實現(xiàn)粒徑精準(zhǔn)測試、大顆粒定量監(jiān)控、儲存穩(wěn)定性快速評估，為配方優(yōu)化提供可靠數(shù)據(jù)支撐。

在生產(chǎn)階段，面對研磨效率低、顆粒易二次團(tuán)聚、批次差異大、量產(chǎn)放大難等問題，可提供高壓微射流均質(zhì)機(jī)，實現(xiàn)顏料納米級解團(tuán)聚，讓粒徑更均勻、分散更穩(wěn)定，從源頭降低噴頭堵塞風(fēng)險。

在質(zhì)檢階段，面對成品放行標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、大顆粒漏檢、批次一致性難保證等痛點，可提供離線粒度檢測與大顆粒計數(shù)系統(tǒng)，對每批次墨水進(jìn)行嚴(yán)格復(fù)檢，確保出廠產(chǎn)品無超標(biāo)大顆粒。

同時，方案支持全程在線監(jiān)控，可實現(xiàn)在線粒徑監(jiān)測、實時數(shù)據(jù)追溯與過程閉環(huán)控制，真正做到從原料、生產(chǎn)到成品的全鏈條質(zhì)控。

整套方案支持從實驗室研發(fā)到工業(yè)化量產(chǎn)的線性放大，設(shè)備材質(zhì)潔凈、運行穩(wěn)定，可適配水性、溶劑型等各類墨水，全面提升產(chǎn)品儲存穩(wěn)定性、打印流暢度與使用壽命，為高品質(zhì)墨水規(guī)模化生產(chǎn)提供可靠支撐。

高壓微射流均質(zhì)機(jī)是墨水行業(yè)高精度的均質(zhì)細(xì)化設(shè)備，作為一種新式制備設(shè)備越來越受到墨水行業(yè)的關(guān)注。

圖6：PSI高壓微射流均質(zhì)機(jī)家族

PSI微射流均質(zhì)機(jī)產(chǎn)品線覆蓋實驗室型、中試型、生產(chǎn)型三大核心系列，各系列型號按壓力、處理量、配置梯度劃分，以下為各階段主推型號及適配場景，優(yōu)先推薦工藝放大無縫銜接的型號，減少小試到量產(chǎn)的工藝調(diào)試成本。

我們使用PSI-20小試型微射流高壓均質(zhì)機(jī)，1400Bar的壓力均質(zhì)4次，并采用美國Entegris（PSS）制造、生產(chǎn)的納米粒度分析儀Nicomp Z3000進(jìn)行PSD粒度分析，結(jié)果如下：

圖7: Gussian粒徑分布圖

上圖四條曲線分別表示均質(zhì)1~4次的PSD檢測結(jié)果譜圖，紫、藍(lán)、紅、綠分別代表1400Bar壓力下均質(zhì)1、2、3、4次，未均質(zhì)前，原料粒度分析平均粒徑檢測結(jié)果為1957nm，當(dāng)均質(zhì)1次后，粒徑檢測結(jié)果為291.4nm，均質(zhì)2次后粒徑減小為135.8nm，隨著均質(zhì)次數(shù)的增加，粒徑所減小的幅度越來越小，最終處理4次后該墨水粒徑檢測結(jié)果為67.5nm。

平均粒徑（以D50為主）是墨水粒度檢測的核心指標(biāo)，其數(shù)值直接關(guān)聯(lián)墨水的印刷光澤度、色彩均勻性與附著力：平均粒徑過大，易導(dǎo)致印刷表面粗糙、色澤暗淡；粒徑過小，則可能引發(fā)顆粒團(tuán)聚，影響墨水穩(wěn)定性。

Nicomp納米激光粒度儀可精準(zhǔn)檢測納米級至微米級的顆粒平均粒徑，清晰識別粒度分布中的異常峰，預(yù)判大顆粒生成的趨勢，為后續(xù)均質(zhì)、過濾環(huán)節(jié)提供提前預(yù)警。

圖8：Nicomp納米激光粒度儀

• 粒徑檢測范圍0.3nm-10μm，ZETA電位檢測范圍為+/-500mV

• 搭載Nicomp多峰算法，可以實時切換成多峰分布觀察各部分的粒徑。

• 高分辨率的納米檢測，Nicomp納米激光粒度儀對于小于10nm的粒子仍然現(xiàn)實較好的分辨率和準(zhǔn)確度。

圖9的粒度分布是采用固定90度散射角，檢測稀釋了500倍的水性油墨。這是一個典型的DLS檢測方法。有一個峰值在30nm,主要的粒子都在這個峰附近分布，而另一個峰值接近100nm,可能聚集在一起。圖10是同樣的油墨,不進(jìn)行稀釋，直接在背散射的模式下檢測出的結(jié)果。

圖9:  稀釋500倍Nicomp粒徑分布

圖10:  未稀釋油墨Nicomp粒徑分布

小粒子（過細(xì)顆粒）與尾端大粒子（超標(biāo)大顆粒）的檢測，反映墨水的潛在質(zhì)量隱患，也是行業(yè)內(nèi)傳統(tǒng)檢測最難精準(zhǔn)把控的環(huán)節(jié)。

小粒子易導(dǎo)致墨水團(tuán)聚、穩(wěn)定性下降，縮短儲存周期；尾端大顆粒則易堵塞印刷頭、刮傷印版，引發(fā)糊版、露底等印刷缺陷，尤其對于數(shù)字印刷墨水，尾端大顆粒的危害更為突出。

AccuSizer 顆粒計數(shù)器作為尾端大顆粒檢測的 “專屬利器"，精準(zhǔn)檢測0.5-400μm范圍內(nèi)的尾端大顆粒，部署于均質(zhì)研磨后、過濾前的關(guān)鍵節(jié)點，檢測尾端大顆粒的濃度與粒徑，從根源上解決噴頭堵塞的行業(yè)痛點。

圖11：AccuSizer A7000 APS顆粒計數(shù)器

• 檢測范圍為0.5μm-400μm（可將下限拓展0.15μm）。

• 0.01μm的超高分辨率，AccuSizer系列具有1024個數(shù)據(jù)通道，能反映復(fù)雜樣品的細(xì)微差異，為研發(fā)及品控保駕護(hù)航。

• 靈敏度高達(dá)10PPT級別，即使只有微量的顆粒通過傳感器，也可以精準(zhǔn)檢測出來。

顏料的分散受多個因素影響，攪拌時間是其中之一。需要確定攪拌時間以減少分散體中尾端大顆粒的數(shù)量。監(jiān)控攪拌時間同樣重要，因為過度均質(zhì)化可能會導(dǎo)致顆粒粒徑增加。

我們對品紅色和青色兩種顏料分散體進(jìn)行分析，以監(jiān)測攪拌時間對尾端大顆粒的影響。圖12和圖13顯示了經(jīng)過50、70和90分鐘攪拌的品紅色樣品的結(jié)果。尾部顆粒從4×106顆粒/mL減少到2×105顆粒/mL。

圖12. 攪拌對品紅色樣品的影響

圖13. 品紅色樣品尾端大顆粒放大圖

大于1微米的大顆粒濃度：

50分鐘：4×106顆粒/mL

70分鐘：5×105顆粒/mL

90分鐘：2×105顆粒/mL

圖14所示的青色樣品也隨著攪拌時間減少了超大顆粒的數(shù)量。顆粒濃度從900萬顆粒/mL減少到僅僅10分鐘攪拌后的大約300萬顆粒/mL。

圖14. 攪拌對青色樣品的影響

相較于即時穩(wěn)定性，企業(yè)更需要精準(zhǔn)知道墨水能穩(wěn)定儲存多久，即產(chǎn)品的實際效期。奧法美嘉 LUMISIZER 穩(wěn)定性分析儀通過加速沉降測試技術(shù)，可精準(zhǔn)檢測顆粒的沉降速度、團(tuán)聚趨勢，從而預(yù)判墨水的實際穩(wěn)定效期，明確墨水多久后會出現(xiàn)沉淀、分層等不穩(wěn)定現(xiàn)象。

圖15：LUMiSizer穩(wěn)定性分析儀

• 快速、直接測試穩(wěn)定性，無需稀釋，溫度范圍寬廣

• 可同時測12個樣品，測量及辨別不同的不穩(wěn)定現(xiàn)象及不穩(wěn)定性指數(shù)。

• 加速離心，等效2300倍重力加速度。

Nicomp Z3000納米粒度及電位分析儀可精準(zhǔn)檢測墨水的ZETA電位數(shù)值，成為預(yù)判墨水即時分散穩(wěn)定性的核心工具。在成品檢測環(huán)節(jié)，通過ZETA電位檢測，驗證墨水的分散穩(wěn)定性是否達(dá)標(biāo)，為產(chǎn)品質(zhì)量提供核心保障。

圖16：Nicomp Z3000納米粒度及電位分析儀

Zeta電位電勢是粒子或乳狀液滴表面電荷的量度。這種電荷是分散穩(wěn)定性的標(biāo)志。ZETA電位接近零的分散體通常不穩(wěn)定，容易聚集或相分離。ZETA電位越高，表明穩(wěn)定性越好。

Nicomp使用基于頻譜分析法(frequency)和相位分析光散射(PALS)兩種技術(shù)來測量zeta電位。測量可以在低電場強(qiáng)度下進(jìn)行，這對脆弱的樣品，如蛋白質(zhì)或其他生物分子來說要溫和得多。  Zeta電位用于測試顆粒之間的排斥力，是判斷體系未來是否能保持穩(wěn)定性的表征項目。

圖17：Zeta電位原理圖

過濾是墨水粒度管控的收尾環(huán)節(jié)，也是確保成品粒度達(dá)標(biāo)的一道防線，其核心作用是去除墨水中殘留的尾端大顆粒、雜質(zhì)顆粒，最終校準(zhǔn)墨水粒度，減少印刷隱患。過濾環(huán)節(jié)的管控，不僅需要合理設(shè)置過濾參數(shù)，更需要實時驗證過濾效果，確保過濾后的墨水粒度符合標(biāo)準(zhǔn)，而這一過程離不開精準(zhǔn)的檢測數(shù)據(jù)支撐。

Entegris-Anow是一家高分子微孔膜過濾企業(yè)，專業(yè)從事 MCE、NyIon、PES、PVDF、PTFE等(膜孔徑為0.03μm~10μm)微孔膜的研發(fā)及生產(chǎn)，具有二十多年服務(wù)與醫(yī)藥客戶經(jīng)驗，并為生物制藥、醫(yī)療器械、食品飲料、實驗室分析、微電子及工業(yè)等領(lǐng)域的客戶提供過濾，分離和凈化解決方案

圖18：Entegris 濾芯

噴頭堵塞與儲存沉淀是墨水行業(yè)的兩大核心痛點，直接制約墨水產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率與企業(yè)發(fā)展，而精準(zhǔn)的粒度檢測與系統(tǒng)的質(zhì)控閉環(huán)，是破解這兩大痛點、實現(xiàn)墨水質(zhì)控升級的關(guān)鍵。奧法美嘉墨水粒度檢測一體化解決方案，整合Nicomp多峰粒度儀、AccuSizer顆粒計數(shù)器、ZETA電位分析儀、LUMISIZER穩(wěn)定性分析儀等核心產(chǎn)品，搭配均質(zhì)設(shè)備與智能調(diào)控系統(tǒng)，構(gòu)建了“檢測識別-均質(zhì)細(xì)化-穩(wěn)定性分析-閉環(huán)調(diào)控"的全流程質(zhì)控體系，精準(zhǔn)實現(xiàn)了大顆粒的精準(zhǔn)識別與清除、墨水穩(wěn)定性的精準(zhǔn)預(yù)判與產(chǎn)品效期的科學(xué)驗證。

該解決方案不僅破解了墨水行業(yè)的兩大核心痛點，還實現(xiàn)了墨水質(zhì)控模式的升級與生產(chǎn)流程的優(yōu)化，幫助墨水企業(yè)降本增效、提升產(chǎn)品競爭力，為墨水行業(yè)質(zhì)控升級提供了可靠的技術(shù)支撐與實踐方案。助力更多墨水企業(yè)實現(xiàn)質(zhì)控升級，推動墨水行業(yè)向高品質(zhì)、智能化、綠色化方向高質(zhì)量發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] Smithers. The Future of Global Ink Markets to 2030[R]. UK: Smithers, 2025.

[2] 數(shù)碼噴墨印花墨水現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 [J]. 網(wǎng)印工業(yè)，2020 (10):5-8.

[3] Cox D, Wylie B, Stringer J. Novel device for determining the effect of jetting shear on the stability of inkjet ink[J]. Journal of Print and Me dia Technology Research, 2021, 10(1): 1-13.