其他行業應用專題 | 墨水粒度控制一體化解決方案

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摘要：隨著印刷行業向數字化、高精度化轉型，噴頭堵塞與儲存沉淀成為制約墨水產品質量與生產效率的核心痛點，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定性不足直接相關。奧法美嘉打造墨水粒度控制一體化解決方案，精準解決墨水堵頭與沉淀難題，實現墨水生產全流程粒度精準管控與穩定性保障。本文結合墨水生產全流程，詳細闡述該一體化解決方案的核心架構、產品應用及實際質控價值，為墨水行業質控升級提供技術參考與實踐支撐。

關鍵詞：墨水；粒度檢測；一體化解決方案；噴頭堵塞；沉淀穩定性

墨水行業作為印刷、工業制造等領域的核心配套產業，正處于數字化、環保化、功能化三重升級周期，市場規模穩步擴張。據國際機構Smithers 2025年報告預測，墨水市場將從2025年的358億美元，以2.4%–2.9%的復合增速增長，2030年有望突破400億美元。中國作為主要生產和消費市場，年增速保持在6%–8%，其中包裝、紡織、工業打印是核心增長場景，占整體超70%[1]。

未來行業關注點集中在綠色合規、精密適配、成本可控與供應鏈穩定。值得注意的是，隨著噴頭精度持續提升與連續化生產模式普及，墨水穩定性與防堵塞問題成為關鍵痛點——墨水顆粒不均、沉降析出、流變失控等問題，墨水行業的技術迭代與市場競爭，最終都將落腳于解決堵塞、提升穩定性這一基礎剛需，這也是行業高質量發展的核心突破口。

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，并確保墨水具備優異的流動性和鮮艷的色彩表現。

圖1：染料油墨圖^[2]

墨水全生產流程圍繞“粒度形成-粒度管控-穩定性保障"三大核心展開，具體可分為七大關鍵環節：原料入廠（顏料、樹脂、溶劑、助劑等）→ 預處理混合（將各類原料均勻混合，初步分散）→ 均質研磨（核心粒度形成環節，通過均質設備將大顆粒細化為符合要求的小顆粒）→ 調配分散（添加分散劑、粘度調節劑等，優化顆粒分散效果）→ 過濾除雜（去除殘留大顆粒與雜質）→ 成品檢測（全面驗證質量指標）→ 儲存出廠。

圖2：墨水生產流程圖

各環節均與墨水堵頭、沉淀兩大痛點直接相關：均質研磨環節若處理不好，會直接產生尾端大顆粒，成為后續噴頭堵塞的核心隱患；調配分散環節若分散效果不佳，顆粒間作用力失衡，會為儲存沉淀埋下伏筆；過濾除雜環節若無法精準識別殘留大顆粒，會讓前期管控前功盡棄；儲存環節若缺乏穩定性監測，會導致墨水提前團聚、沉降，失效報廢。

結合墨水生產流程與行業痛點，墨水生產質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定性，精準預判墨水儲存穩定性與產品效期，解決儲存沉淀難題。

粒度控制是墨水品質的核心命脈，更是決定噴墨系統長期穩定運行的關鍵指標。高性能墨水必須實現粒徑分布高度均一。只有達到納米級精細化分散，墨水才能具備優異的流動性、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，在墨水生產全流程中，對顆粒尺寸進行實時、精準、一體化檢測，從源頭剔除大顆粒隱患，是保障墨水品質、提升產品競爭力的必要手段。

墨水的另一大核心痛點是儲存穩定性差、易沉淀分層，且企業無法精準預判產品的效期，常出現產品未到保質期就已沉淀失效的情況，造成大量庫存損耗墨水的穩定性。為確保墨水長效使用性能，企業必須監測墨水在生產、儲存、運輸過程中的粒度穩定性，規避顆粒團聚、分層、粒度異變等問題。穩定性監測需要分析粒度的變化趨勢，提前預判隱患，這就對檢測產品的專業性與系統性提出了更高要求。

團聚顆粒會直接導致噴頭堵塞、墨滴軌跡偏移、打印重影 / 斷墨等問題出現。

圖4：三種油墨重復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--箭頭表示結塊的形成[3]

同時，GB/T13217.3-2022等行業標準對墨水的均勻性、分散穩定性提出嚴苛要求。靜置觀察、離心分層、普通顯微鏡觀測等傳統檢測手段因缺乏精準的“顆粒識別"與“穩定性預判"能力，難以滿足標準需求。[4]奧法美嘉一體化解決方案，以“精準檢測為眼睛，均質處理為手段，穩定性分析為保障"，通過核心產品的協同應用，從源頭控制大顆粒、提升穩定性，讓墨水均一性與穩定性達到行業標準，擺脫堵頭與沉淀的質量困擾。

奧法美嘉針對墨水生產中粒徑不均、團聚沉降、噴頭易堵、批次不穩等痛點，提供從研磨分散→納米均質→精準檢測→穩定質控的全流程裝備與方案。

圖5：奧法美嘉墨水行業一體化解決方案

在研發階段，面對顏料分散不充分、粒徑分布寬、大顆粒難以精準表征、配方穩定性難預判等難題，可提供納米激光粒度儀、顆粒計數器、穩定性分析儀等檢測設備，實現粒徑精準測試、大顆粒定量監控、儲存穩定性快速評估，為配方優化提供可靠數據支撐。

在生產階段，面對研磨效率低、顆粒易二次團聚、批次差異大、量產放大難等問題，可提供高壓微射流均質機，實現顏料納米級解團聚，讓粒徑更均勻、分散更穩定，從源頭降低噴頭堵塞風險。

在質檢階段，面對成品放行標準不統一、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系統，對每批次墨水進行嚴格復檢，確保出廠產品無超標大顆粒。

同時，方案支持全程在線監控，可實現在線粒徑監測、實時數據追溯與過程閉環控制，真正做到從原料、生產到成品的全鏈條質控。

整套方案支持從實驗室研發到工業化量產的線性放大，設備材質潔凈、運行穩定，可適配水性、溶劑型等各類墨水，全面提升產品儲存穩定性、打印流暢度與使用壽命，為高品質墨水規模化生產提供可靠支撐。

高壓微射流均質機是墨水行業高精度的均質細化設備，作為一種新式制備設備越來越受到墨水行業的關注。

圖6：PSI高壓微射流均質機家族

PSI微射流均質機產品線覆蓋實驗室型、中試型、生產型三大核心系列，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，優先推薦工藝放大無縫銜接的型號，減少小試到量產的工藝調試成本。

我們使用PSI-20小試型微射流高壓均質機，1400Bar的壓力均質4次，并采用美國Entegris（PSS）制造、生產的納米粒度分析儀Nicomp Z3000進行PSD粒度分析，結果如下：

圖7: Gussian粒徑分布圖

上圖四條曲線分別表示均質1~4次的PSD檢測結果譜圖，紫、藍、紅、綠分別代表1400Bar壓力下均質1、2、3、4次，未均質前，原料粒度分析平均粒徑檢測結果為1957nm，當均質1次后，粒徑檢測結果為291.4nm，均質2次后粒徑減小為135.8nm，隨著均質次數的增加，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果為67.5nm。

平均粒徑（以D50為主）是墨水粒度檢測的核心指標，其數值直接關聯墨水的印刷光澤度、色彩均勻性與附著力：平均粒徑過大，易導致印刷表面粗糙、色澤暗淡；粒徑過小，則可能引發顆粒團聚，影響墨水穩定性。

Nicomp納米激光粒度儀可精準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，預判大顆粒生成的趨勢，為后續均質、過濾環節提供提前預警。

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的粒子仍然現實較好的分辨率和準確度。

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,不進行稀釋，直接在背散射的模式下檢測出的結果。

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（過細顆粒）與尾端大粒子（超標大顆粒）的檢測，反映墨水的潛在質量隱患，也是行業內傳統檢測最難精準把控的環節。

小粒子易導致墨水團聚、穩定性下降，縮短儲存周期；尾端大顆粒則易堵塞印刷頭、刮傷印版，引發糊版、露底等印刷缺陷，尤其對于數字印刷墨水，尾端大顆粒的危害更為突出。

AccuSizer 顆粒計數器作為尾端大顆粒檢測的 “專屬利器"，精準檢測0.5-400μm范圍內的尾端大顆粒，部署于均質研磨后、過濾前的關鍵節點，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痛點。

圖11：AccuSizer A7000 APS顆粒計數器

• 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個數據通道，能反映復雜樣品的細微差異，為研發及品控保駕護航。

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

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量。監控攪拌時間同樣重要，因為過度均質化可能會導致顆粒粒徑增加。

我們對品紅色和青色兩種顏料分散體進行分析，以監測攪拌時間對尾端大顆粒的影響。圖12和圖13顯示了經過50、70和90分鐘攪拌的品紅色樣品的結果。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

相較于即時穩定性，企業更需要精準知道墨水能穩定儲存多久，即產品的實際效期。奧法美嘉 LUMISIZER 穩定性分析儀通過加速沉降測試技術，可精準檢測顆粒的沉降速度、團聚趨勢，從而預判墨水的實際穩定效期，明確墨水多久后會出現沉淀、分層等不穩定現象。

圖15：LUMiSizer穩定性分析儀

• 快速、直接測試穩定性，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定現象及不穩定性指數。

• 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檢測墨水的ZETA電位數值，成為預判墨水即時分散穩定性的核心工具。在成品檢測環節，通過ZETA電位檢測，驗證墨水的分散穩定性是否達標，為產品質量提供核心保障。

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。這種電荷是分散穩定性的標志。ZETA電位接近零的分散體通常不穩定，容易聚集或相分離。ZETA電位越高，表明穩定性越好。

Nicomp使用基于頻譜分析法(frequency)和相位分析光散射(PALS)兩種技術來測量zeta電位。測量可以在低電場強度下進行，這對脆弱的樣品，如蛋白質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節，也是確保成品粒度達標的一道防線，其核心作用是去除墨水中殘留的尾端大顆粒、雜質顆粒，最終校準墨水粒度，減少印刷隱患。過濾環節的管控，不僅需要合理設置過濾參數，更需要實時驗證過濾效果，確保過濾后的墨水粒度符合標準，而這一過程離不開精準的檢測數據支撐。

Entegris-Anow是一家高分子微孔膜過濾企業，專業從事 MCE、NyIon、PES、PVDF、PTFE等(膜孔徑為0.03μm~10μm)微孔膜的研發及生產，具有二十多年服務與醫藥客戶經驗，并為生物制藥、醫療器械、食品飲料、實驗室分析、微電子及工業等領域的客戶提供過濾，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的兩大核心痛點，直接制約墨水產品質量、生產效率與企業發展，而精準的粒度檢測與系統的質控閉環，是破解這兩大痛點、實現墨水質控升級的關鍵。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顆粒計數器、ZETA電位分析儀、LUMISIZER穩定性分析儀等核心產品，搭配均質設備與智能調控系統，構建了“檢測識別-均質細化-穩定性分析-閉環調控"的全流程質控體系，精準實現了大顆粒的精準識別與清除、墨水穩定性的精準預判與產品效期的科學驗證。

該解決方案不僅破解了墨水行業的兩大核心痛點，還實現了墨水質控模式的升級與生產流程的優化，幫助墨水企業降本增效、提升產品競爭力，為墨水行業質控升級提供了可靠的技術支撐與實踐方案。助力更多墨水企業實現質控升級，推動墨水行業向高品質、智能化、綠色化方向高質量發展。

參考文獻

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

[2] 數碼噴墨印花墨水現狀與發展趨勢 [J]. 網印工業，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.