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带您走进喷墨墨水世界

2018-07-02 派勒智能 3328

德国PuhlerGroup, 派勒国际控股集团 - 广州派勒机械设备PK10投注平台大中华区销售总监)

在数字技术快速发展的今天,由于喷墨打印机价格便宜,打印制量高,已成为办公和家庭的主要选择。喷墨打印机市场的增大,促使喷墨墨水的应用在过去几年里得到迅速成长,主要体现在喷墨墨水应用各领域在喷墨系统的技术能力得到了提高,更快、更高分辨率的喷墨设备与新推出的喷墨墨水和打印介质的商品化产品都有惊人的增长。喷墨打印技术中三部分组成:喷墨打印机、打印墨水和喷墨打印接收介质。喷墨墨水影响喷墨打印图像的色彩鲜艳性、耐水性、耐光性和保存特性,喷墨墨水是数字影像技术输出的重要要素,对数码影像输出的硬拷贝的质量起着至关重要的作用。下面就对喷墨墨水做一个简单的介绍。

一、 喷墨墨水的分类及组成

喷墨墨水一般可分为颜料型墨水与染料型墨水两大类,染料型墨水的染料完全溶解或分散在介质中,而颜料型墨水的色素颗粒则是漂浮或悬浮在介质中。

颜料型墨水与染料型墨水性能对比

1 当同时使用黑色染料型墨水和彩色染料型墨水时,会发生该现象(左图所
示)。

1)黑色字迹向黄色区域扩散

2)打印文字和线条的边缘不光滑

而用黑色颜料型墨水和彩色染料型墨水打印则字体边缘光滑锐利(右图所示)。

这是由于染料型墨水由于其本身的特性,很容易受所用纸张的类型和质量的影响,纸纤维在一定程度上会吸收染料墨水。若使用高纤维含量的非光面纸进行打印,字迹边缘则会有毛边。而颜料型墨水含有悬浮于水中的色素颗粒,颗粒细小得足以通过细微的喷嘴,却太大而不能在纸上散布,因此色素颗粒只是停留在纸纤维的表面。

1)颜料型墨水比染料性墨水具有更好的耐光性

2)颜料性墨水的耐水性也比染料性墨水好得多

3)颜料型墨水的不足之处在于:色素可以从纸上擦掉,所以它不耐脏,而且不能用于官方文件。色素型墨水目前暂时也不适用于幻灯片上,因为它不易干且在底片上的黏附力不足。

一般地,任何墨水都包括以下成分: 溶剂 (水性、溶剂型或油性) 、染料 (液体、粉末) 或颜料 、添加剂——主要有以下几种:

1 保湿剂:防止墨水在打印前干掉

2)防腐剂:防止细菌、真菌的生长

3)用于控制 pH值的添加剂;

4)用于调节粘度的添加剂;

5)使墨水具备特殊性能的添加剂,为商业机密。

生产优质喷墨墨水所需水质的要求:

1、水质要求极为纯净:电导率 < 0.2 μS (微西门子) ,这说明水质比汽车电池水更好 甚至比医用蒸馏水还要好)

2、硬度要低;

3pH- 要求为中性 (大致为7 )

4、需使用特殊的水质净化设备,如 反渗透和离子交换,步骤一: 反渗透,水处理量:400l净化水/ h @ 10μS ,步骤二:离子交换,水处理量400l净化水/ h @ 0。1 μS ,除了高纯净水质外,所用的溶剂纯度也需大于99.5 %。

二、喷墨墨水的主要性能

喷墨墨水的主要性能有:色彩 (黑色, 青色, 黄色, 洋红色...)、干着时间、光密度、每种颜色的亮度、成套墨水的色度 (用于相同彩色墨盒的墨水) 和耐光性。

1、墨水的色度 color metric, gamut

若兼容墨水的色调与原装墨水的不同,则就黑色墨水而言,大多数人(终端用户)将不会辨出其中的差别,若打印只用一种独立的颜色(图表,彩色文本标题,线条等),敏感度也不会很高,若打印多种颜色的图片和照片,仅一种墨水的颜色差异就会影响整副图象的效果。

2、光密度

光密度表明打印文本的黑度。如下图,由原装惠普墨盒的光密度的发展趋势说明,终端客户对打印质量的要求在不断地提高。

另外,颜料型墨水同染料型墨水相比有更高的光密度,因此,颜料型墨水打印出的文本黑度更好,效果更佳。

3、耐光性

耐光性—亦称作耐紫外光性,是墨水的特性之一,受多种原因影响,如:

(1)打印品在阳光下的曝晒时间

(2)色谱与光强度

(3)所用的打印介质

(4)周围环境的其他影响因素

染料型墨水的褪色程度取决于基本色和其配方中的防褪色成分,而颜料型墨水长期内看不出明显褪色。不同颜色的染料耐光性也不尽相同。一般来说,大多数兰色和青色染料不易褪色,黄色染料次之,最不耐光的是红色和洋红色染料。由此可知,打印品使用染料型墨水,则其褪色与色彩的变化相关,打印品越褪色就越呈兰色。

三、喷墨墨水的理化参数

理化参数影响墨水的流变特性以及在墨盒中的功能。色度表现打印输出的色彩品质,形成视觉效果。墨水的流变特性及色度决定了喷墨打印的品质。墨水的理化参数主要有表面张力、粘度、PH值、电导率、比重、色度等。

为保证产品的高品质和稳定性,应使用精密的仪器对每批墨水的品质进行检测,详细记录产品质检报告(Batch Certificate)。以下详细说明墨水的理化特性对打印品质的影响。

1、表面张力(界面张力)

沿着液体表面,垂直作用于单位长度上的紧缩力,称为表面张力。

表面张力对于打印机墨盒和喷头中墨滴的大小以及墨水的流动是非常重要的。低表面张力的液体比高表面张力的液体有更好的润湿特性。水的表面张力约72 mN/m,通常的水基染料型墨水的表面张力范围为2640 mN/m,一些黑色墨水可达5055 mN/m 甚至更高(20℃条件下测试)。墨水的表面张力和墨盒内的海绵关系非常密切,为保证墨水的流动顺畅,墨水的表面张力和墨盒内海绵的物理特性必须配合。通常情况下,在没有进行性能测试之前,不应当随意更换海绵。

2、粘度

所有的液体对于形状的改变都有一定的阻力。这种液体内部的摩擦特性被称作粘度。

粘度表征墨水的流动特性。稀的液体的粘度低,浓的、流动慢的液体粘度高。墨水需要多大的粘度是与打印机/打印机喷头/墨盒的要求有关,相应的还有表面张力以及对打印品质的要求。

表面张力和粘度都影响打印过程中墨水在墨盒中的流动,尤其是内部有海绵的墨盒,也会影响打印的品质包括墨水在不同纸质上的渗透。每一种不同的打印机或打印喷头甚至是打印技术都需要墨水有特定的表面张力和粘度,因此所有的墨水都必须根据特定的要求来研发、配制,这就是不存在通用墨水的原因。

3pH

墨水通常的pH值范围是4.59。若 pH 值过低 (酸性),墨水会腐蚀墨盒;反之,若 pH 值过高(碱性), 会产生额外的盐而降低墨盒的使用寿命 (腐蚀) 并提高了电导率。在通常情况下,用作填充使用的墨水应与原装墨水有相同的pH值范围,才有可能同墨盒内部残余的原装墨水相兼容(如果墨盒内部没有清洁的话)。并且,为保证墨水良好的稳定性,墨水的PH值必须与染料所需的PH值相当。

4、电导率

电导率是电阻的倒数,其单位是西门子,通常是微西门子μS和毫西门子mS。对于电解质溶液而言,置面积为1m2的两个平行电极于电解质溶液中,两电极间的距离为1m时的电导即为该溶液的电导率。

它表明了墨水中离子浓度的大小。通常公用水的电导率为6001800μS,这决定于无机盐的浓度(钠、钾、镁盐等)。墨水中的无机盐过多,容易在喷嘴处形成结晶,而造成墨盒的损害。因此用于制墨水的去离子水的电导率为0.210μS。但是墨水却有较高的电导率,因为墨水组成中的染料(有机盐)具有离子特性。但是染料的离子性不会象无机盐一样对墨盒造成损害。

5、比重

比重由墨水中不同的组成所决定,通常在1。01。08 g/cm3之间。密度对于计算墨水的表面张力是很重要的,但其本身几乎并不影响墨水的功能。

6、色度

Lab色彩空间是最通用的测定墨水颜色和比较不同颜色差别的色彩系统。在三位坐标中,一根轴从左到右-a---+a(绿到红),另一根轴从后到前+b——-b(黄到兰),第三根从上到下的叫L轴(表示亮度)。坐标系中的每一个点表示一种颜色。检测仪器是光度计,即使是非常接近的两种颜色的差异(肉眼无法辨认的表示两种颜色的差别。

但是,由于纸的种类不同,颜色也会有所差别。为保证ILT墨水与原装墨水在色彩表现上有最为接近的效果,在进行色度检验时,ILT会选用同原装相同的纸,例如在检测EPSON兼容墨水时,ILT会使用EPSON专用打印纸,而检测HP兼容墨水时,则会选择HP专用打印纸。

在数字技术快速发展的今天,由于喷墨打印机价格便宜,打印制量高,已成为办公和家庭的主要选择。喷墨打印机市场的增大,促使喷墨墨水的应用在过去几年里得到迅速成长,主要体现在喷墨墨水应用各领域在喷墨系统的技术能力得到了提高,更快、更高分辨率的喷墨设备与新推出的喷墨墨水和打印介质的商品化产品都有惊人的增长。喷墨打印技术中三部分组成:喷墨打印机、打印墨水和喷墨打印接收介质。喷墨墨水影响喷墨打印图像的色彩鲜艳性、耐水性、耐光性和保存特性,喷墨墨水是数字影像技术输出的重要要素,对数码影像输出的硬拷贝的质量起着至关重要的作用。下面就对喷墨墨水做一个简单的介绍。

四、喷墨墨水的制造方法及测试

喷墨墨水的配制最主要的是选择好合适的溶剂(或分散剂)和着色剂(染料或颜料),再根据不同类型的墨水加入一定的添加剂。

1、染料型墨水的配制(水基墨水)

首先将染料充分溶解在去离子水中,然后依次加入水溶性及适当的添加剂、搅拌、静置、过滤即可。

工艺过程:

1)取89~90度去离子水,加入直接黑染料,搅拌1小时。
2)按配方剂量依次加入多元醇、杂环化合物、芳香族羧酸、无氯酚钠后,搅拌1小时。
3)静置4天即得。

2、颜料型墨水的配制

例一:为得到更优质的墨水,分散染料和颜料最好是超微细颗粒(纳米级),这就要求用到粉碎、研磨步骤,例如球磨。其工艺过程可以是:

1)混合各组分并加入一定量的水中,调节到研磨所必需的粘度;
2)在常规研磨机中(如派勒超细纳米珠磨机),循环研磨直至到达所需细度;
3)转移到混合器中,加水直至达到配方要求的水量;
4)过滤。

例二:Epson公司推出的以颜料为着色剂的墨水:

碳黑15克,苯乙烯丙烯酸共聚物3克,三乙醇胺7克,水75克。

制备过程:

(1) 将碳黑与分散剂在分散介质中混合;
(2) 在液体压力大于1×107kg/m。sec2下使得到的分散相通过小孔进入到分散小室内,在周围液体的压力小将颜料粒子粉碎;
(3) 离心过滤得颜料粒子大小均一的分散体系;
(4) 将分散液稀释到所要求的浓度。

注:上述只是举例,未必准确。

3、纳米技术与墨水

染料组分易晶析,从而导致喷墨头堵塞,造成不可修复的打印机故障。

运用纳米超微技术粉碎,分散,乳化手段,将以高色素碳黑为主体组分,以化学试剂为辅助组分,以水为溶剂的合理配方,形成稳定的胶体分散体系---溶胶,墨水的平均粒径为66纳米,该墨水的特点:

1)不堵头;
2)不褪色;
3)不铟水;
4)耐侯性强:零下20度冻后复原,墨水性能不变;
5)适应性广。

纳米技术的工作原理是:将被加工物配成悬浮液,利用高压泵(工作压力为100公斤——1500公斤)加载于悬浮液加压后以高速度分成两股流进入或三片直径为8公分的人造单晶金刚石片之间组成的各种通道中,相向对撞后分流流出。由于液体的流速很高,(压力为700公斤,时速为300M/S)流体相向对撞时对界面产生约450兆帕的冲击波,从而激励金刚石晶片产生高频超强超声波场(生化学理论),使悬浮液中被加工物颗粒瞬间粉碎、分散、乳化、合成。

五、喷墨墨水的深入探讨

在业内,喷墨打印机墨水的应用已经是十分普及,无论是国外进口兼容墨水及国产墨水,在生产、检验及应用方面十分广泛,特别是质优价廉的国产墨水在各方面也趋于成熟。但是由于国内具有统一指导性的国家相关标准没有出台,因而,良莠不齐的产品对用户的使用造成很大的不便。现结合相关的生产实践经验,对墨水从制造、检测、应用等方面进行探讨,总结出喷墨墨水解决方案,期望对耗材厂商及用户具有一定的借鉴意义,以期获得抛专引玉的作用。

1、生产控制解决方案

1)研发设备

派勒超微细纳米研磨机、量子分析仪、分光光度计、色谱仪、超声探测器、表面张力计、粘度仪、电导率仪、老化实验机等。
2)制造控制

色剂提纯:色剂筛选,除盐、精制、提纯。
净化设备:对水进行超细过滤、离子交换、电渗析、反渗透过滤。
墨水过滤:真空无尘纳米过滤、模拟絮凝沉降过滤。
墨水处理:超声波消泡,老化测试。

3)品质控制
ISO9001国际质量体系控制等。

2、品质检验解决方案

1)墨水测试pH值、粘度、表面张力、电导率、材料兼容性(塑料兼容性、海绵兼容性、黏合剂兼容性等)、墨水兼容性、挥发性、稳定性(色剂稳定性、耐候性等)、无毒性等方面测试。

2)打印测试:色密度、流畅性、快干性、渗透性、分辨率、色彩过渡、色彩稳定性(耐晒、抗紫外线、防水、耐摩擦稳定性)等。

3、墨水应用解决方案

1)耗材生产商配套、应用解决方案

2)用户应用解决方案

重点对墨水检验和应用方面进行探讨;墨水应用解决方案:墨盒生产用墨水解决方案。
①生产墨盒对墨水的要求:

a 墨水与各种墨盒物料的兼容匹配性 (塑料壳体、海绵、硅胶密封圈、过滤筛网、弹簧、钢珠等)。

目前墨盒使用的海绵的成分大多是聚氨酯,要求墨水中的化学成分不与聚氨酯产生化学反应,可通过老化实验来验证长时间有无化学变化。对过滤网等不锈钢物料在墨水中做浸泡实验,可以通过控制墨水的电导率值来判断,如果电导率过高就可能对不锈钢产生盐腐蚀或者产生电化学反应现象,导致对不锈钢材料产生腐蚀,这说明墨水存在潜在的危害性。墨水中的溶剂和助剂是否对塑壳成分产生反应,(塑壳的成分包括PPPSABS),对焊线的渗透性等。对其他物料也作相似的老化实验,来验证墨水与物料的相容性。老化实验条件应该全面模拟各种耐侯条件(例如高、低温,湿度、压强、光照等)

b 墨水打印流畅性(海绵、木棉芯)

墨水的打印流畅性主要影响因素有四点:墨水与海绵、木棉芯的兼容匹配性,这部分主要可以通过调整墨水的粘度或表面张力来改变,或者选用与墨水相适应的海绵及木棉芯;另外也可能是墨水稳定性不好,墨水产生絮凝沉淀,将过滤网或喷头堵塞,造成打印不畅,这是因为墨水中的其他可溶性杂质产生电化学反应,形成凝聚,或者是墨水中的溶剂挥发性强,染料或颜料结晶析出造成的打印堵塞;另外两种情况跟墨盒的结构、喷嘴处的储墨腔及喷嘴结构有关,产生气泡,导致下墨不畅(例如无海绵墨盒),以及打印头本身的老化程度有关,这里暂不陈诉。

六、喷墨墨水的应用领域及展望

喷墨墨水所包括的水性喷墨模式、溶剂型喷墨墨水和自外固化喷墨墨水的应用越来普及,领域月来越宽阔,并且在许多用途中还有专门开发的墨水类型。喷墨印刷将是今后发展最快的领域之一。喷墨技术用于印刷领域的优点首先是对于短期生产和可变数据的印刷的可操作性及低成本,其次喷墨印刷使无接触印刷可以实现在各种材质上的印刷,比如不同种类的纸张、硬纸板,也可以在非吸收性材质如塑料等上进行印刷,第三生产优势主要体现在无需制版,生产工艺简化成本降低,此外喷墨印刷对墨水有较宽的选择性,如水性喷墨墨水、溶剂型墨水等等。业内人士预测到2010年,数字印刷占所有印刷的比例将达到20%,其中喷墨印刷将占据极大份额。

喷墨印刷与传统印刷技术的结合,使诸如照片、瓷砖印刷、短期纺织品、标签、装饰涂料和电器制造等的新用途的喷墨技术运用成为可能。宽幅喷墨成像是发展最快的喷墨技术之一,预计增长达到10%-20%。喷墨墨水应用的新领域主要是宽幅喷墨印刷。宽幅喷墨印刷正在广泛应用于各种新用途中,因而喷墨墨水在宽幅打印市场中的增长是其它领域喷墨墨水增长的数倍。

平板技术与自外固化喷墨墨水技术的应用为喷墨技术应用领域的扩大提供了新的可能,环保、耐候耐久性能及在各类基材上印刷的可靠性,包括硬质材料上印刷的能力使得喷墨开发商看到了新的市场机会。

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