浅析喷墨墨水.doc

浅析喷墨墨水引言喷墨印刷逐步成为数字印刷的主流技术。虽然喷墨打印机的第一批产品诞生在上世纪70年代中期，但直到70年代后期喷墨印刷才在某些市场领域取得成功。到上世纪80年代中期时，喷墨打印机开始替代点阵打印机，渗透到办公室和家庭打印领域：同年代后期，低成本黑白喷墨打印机问世，质量直逼黑白激光打印机，而全彩色喷墨打印机的功能和输出质量逐步完善起来，几乎适应所有领域，从演讲稿到高质量印刷品。20世纪90年代早期，喷墨打印技术的应用领域迅速扩展，然而喷墨技术的所有潜在能力到如今才真正变为现实。喷墨是一种采用数字信号驱动墨滴，通过喷墨头直接打印在承印物材料上的计算机直接印刷技术，省去了传统印刷方法所需的制版设备、版材及胶片等耗材，而且能在不同材质及不同厚度的平面、曲面和球面等承印物上印刷，不受幅面大小的限制。它将电子计算机中储存的信息输入喷墨印刷机即可印刷，具有无版数字印刷的共同特征，但又与其他无版印刷不同，它是类似基于色粉的技术，完全与承印物材料不接触。此外还具有短板和可变信息双重优势。喷墨墨水作为打印机应用中一个不可缺少的部分，在输出效果上，起着极大的作用。正常情况下，选择正确品质的喷墨墨水，才能有最好的打印效果。喷墨印刷油墨是一种能从喷墨印刷机的喷嘴喷出，借助于电场力作用而按要求喷射到承印物表面上产生图像文字的液体油墨。它是一种要求很高的专用油墨，它必须稳定、无毒、不堵塞喷嘴，保湿性和可喷射性要好，对喷头等金属物件无腐蚀作用，不易燃烧和褪色等。一、喷墨墨水的分类喷墨打印机用墨水按照所使用的溶剂种类可以分为水性墨水、溶剂墨水和UV墨水，不同的墨水印刷承印物上的干燥方式也不同，溶剂型墨水干燥式是挥发干燥，而UV墨水则采用能发出紫外线的UV装置来干燥，水性墨水多采用渗透干燥，后两种墨水符合当前保护环境的思想。喷墨墨水按成色剂的不同主要分为染料型墨水和颜料型墨水。（1） 水性油墨水性油墨是指以“水”或“水和有机溶剂的混合液”作为载体，将水溶性染料溶解或将颜料分散在其中而形成的油墨体系。水性油墨基本组成（如图1所表示）：溶剂（80%-90%），目的是均匀溶解、分散成色剂和其他添加剂；“水”一般为纯度极高的去离子水。一般PH值在10左右。成色剂（2%-6%），多为阴离子染料，即分子结构上带有一个或多个磺酸基或羧酸基以保证在水溶剂中有足够高的溶解度。添加剂（5%-10%），主要是一些高沸点的液体，以降低水溶剂的挥发，减少由于水溶剂挥发造成的染料沉积致使喷嘴堵塞的现象。常见的添加剂有甘油类、水溶性低聚物。图（1）根据所采用的成色剂不同，水性油墨可以分为染料型的水性油墨和颜料型的水性油墨。染料型的水性油墨中，由于染料溶解在载体中，每个染料分子都被载体分子所包围。在显微镜下观测不到颗粒物质。染料型的水性油墨光学密度低，无污染，耐光性、耐水性差，但输出影像色彩种类非常多，鲜艳度高。颜料型的水性油墨中，颜料以松散的颗粒状态分散在载体中，通常颜料颗粒需要用分散剂或稳定剂进行处理，以防止颜料形成凝聚物而导致沉淀。水性油墨是一种环保型油墨，不含易挥发的有机性溶剂。因此，对大气无污染，不含对油墨制造者和印刷操作者的身体造成伤害。由于连接料采用水，水在承印物上干燥时间较长，但在喷墨头的喷嘴中又有迅速干燥的趋势，因此，需对喷墨头经常维护，水基墨水适用于多孔渗透性和非涂布的承印物上，如纸板等，有时，为了获得最佳印刷效果和在户外的持久性，要求采用昂贵的特殊承印材料，或需要进行覆膜处理，所以水性墨的应用受到一定限制。（2） 溶剂型油墨溶剂型油墨是指以有机溶剂或溶剂型高分子成膜剂作为载体，将染料溶解或将颜料分散在载体中形成的油墨体系。溶剂型油墨基本组成：溶剂（80%-90%），目的是均匀溶解分散树脂和其他添加剂，一般为有机溶剂。显色剂（2%-6%）一般为颜料，均匀分散于树脂溶液中，颗粒大小在微米-亚微米之间添加剂（5%-10%），主要是一些分散剂、表面活性剂及高沸点有机溶剂。溶剂型油墨具有色彩鲜明、色彩还原好，在承印物上横向扩散少、干燥速度快等特点，因此，承印物材料不需要进行特殊处理，可以再诸如纸张、塑料薄膜、不干胶贴膜等无涂层的材料上直接印刷。若采用高质量颜料，溶剂型油墨在户外应用时有很好的抗紫外线性能。目前，溶剂型油墨正在想UV固化油墨转变。这主要发生在工业前用大幅面平台印刷机的高端市场，出于溶剂使用引来环境和安全立法的顾虑，大多数喷墨印刷机制造商开发UV固化油墨的解决方案。UV固化油是通过聚合而起作用的，曝光于UV灯下引起连锁反应，使油墨黏着基材上并即刻固化。他们具备极好的图像特性，可在传统的印刷材料（如纸张、帆布及PVC）上印刷，还可在标志板、木头、玻璃、金属以及其他一切能够想到的基材上印刷。而且，该油墨能在非常坚固的硬物表面固化，耐擦且不受天气和环境影响。（3） 染料型油墨染料墨水是分子级全溶解的墨水，这种墨水是完全的复合溶液，很难堵墨头，喷绘后易于被材料吸收，色彩艳丽，造价成本低，而且由于染料能表达的色域一般要比颜料所表达的大，体现的色彩范围也大，打样稿更加鲜艳亮泽；缺点是不防水，不耐刮，并且因染料分子在紫外线照射下很快分解，户外紫外线下使用一个月就有明显褪色。目前数字打样机使用的绝大数是染料墨水，而市场上绝大多数的兼容墨水也是染料墨水。（4） 颜料型油墨颜料型油墨把固体颜料研磨成十分细小的颗粒，分散于特殊的溶剂中，通过色材附在介质表面上来发色，是一种悬浮溶液或者叫半溶液。目前，市场上打印机多使用染料墨水，但是，爱普生的多个型号的喷墨打印机都标配了颜料墨水，并且爱普生还正在努力将颜料墨水变成主流的喷墨墨水。颜料型墨水具有染料型墨水所不具备的优势：防水、耐水性强。因为颜料本身防水，所以打印或喷绘出来的产品也就防水了。用颜料墨水打印出来的东西即使在其印刷表面沾上水，墨水也几乎不会印染纸张。耐光性强，不易褪色。溶剂型颜料墨水克服了染料的光化学活性缺点，颜料内含类似于惰性物质的材料，所以它的褪色变化是极其缓慢的，即使在紫外线照射下，颜料墨水也比染料墨水更不易分解，即使颗粒外层的分子分解了，内层一样会保持颜色。鉴于此，通常染料墨水只适合户内使用，并且不耐刮，不防水。而颜料型墨水可以使用在户外，如果户内使用溶剂型墨水，无须覆膜就可具有三年的耐候力。更适合双面打印。由于颜料墨水对介质的渗透力弱，当打印机将颜料墨水喷洒到打印介质（如复印纸或相片纸等）上时，并不会像染料墨水那样扩散，因此，被打印的介质背面也不会出现明显的墨迹，更加适合双面打印，以节省打印成本。墨水干燥快，颜料墨水由于不是完全的溶液，所以打印后墨水干燥的很快。更加适合打印图文并茂的文档。颜料墨水对打印介质的要求较低，在普通的复印纸上打印出来的图片跟在照片纸上打印出来的图文差距并不是很大，这还是得益于它是非完全溶液（半溶液）的优势，而一般图文并茂的文档都是用普通打印纸或复印纸来打印的，因此，颜料墨水就比染料墨水更适合打印这类文档。二、喷墨墨水的基本性能用于数字印刷的喷墨墨水要求具有良好的分散性和分散稳定性，颜料粒子形成的凝聚体大小必须小于喷墨设备喷嘴的有效直径，此外常用喷墨墨水的基本性能有：墨水的黏度、墨水的表面张力、墨水的粒径尺寸、墨水的导电性、墨水的稳定性、墨水的PH值等。（1） 墨水的黏度（MPas）黏度是指流体在流动中产生的内部摩擦阻力，是溶剂/颜料型喷墨数字打样油墨的一个重要物流参数，它和表面张力一起影响着墨滴的形成。黏度高，会使油墨断裂的尾巴拖长呈拉丝状，黏度太小则微滴易破碎。受黏度影响的还有墨滴的喷射速度，若黏度太高，会使喷射速度降低，甚至墨滴不能击中被印基质的相应点上。若黏度太低则有可能无法喷出来，而是往外滴、因此要保证油墨能喷出来，而且打样性能良好，油墨的黏度必须限制在一定的范围内。喷墨墨水的黏度一般为1-10厘泊，最好是1-5厘泊，相对上的转移，以及墨滴的形成和确保墨滴的完整性。（2） 墨水的表面张力（mN/m）表面张力是指液体表面相邻的两部分间单位长度内的相互牵引力，它是分子力的一种表现。当液面上的分子受液体内部分子的吸引作用而使液面趋向收缩时，其方向与液面相切。由于表面张力的作用，液体表面总是具有尽可能缩小的倾向，因此液滴呈球形。喷墨墨水必须具有一定的表面张力。表面张力对油墨在喷墨过程中墨滴的形成和墨滴质量有着重要影响。喷嘴周围有无溢出物、液滴断裂长度、液滴的圆周度及其稳定性、液滴形成的速度和是否呈直线运行等均受油墨表面张力的影响。表面张力太大，油墨不易形成细小的微滴，并可能出现较长的断裂长度或断裂时产生“拖尾巴”状微滴，直接影响到图像的质量。另外，过大的表面张力使喷嘴表面不易被润湿，而喷嘴周围的油墨集结会影响微细液滴的线性运行，也影响液滴对承印物的湿润、渗透及油墨的干燥性能。一般要求喷墨墨水的表面张力必须低于承印物的表面自由能。表面张力过低则会导致液滴不稳定，容易形成星状溅射点，造成非图文部分带脏，影响图像质量。表面张力的大小应控制在既能在承印物材料上顺利铺展，又能在喷墨过程中形成足够小的墨滴。通常，水性油墨的表面张力应达到40-60dyn/cm。溶剂型墨水的表面张力在20-30dyn/cm。（3） 墨水的粒径尺寸（nm）由于墨水是通过喷墨头的喷嘴射到被印物体表面的，随着打印速度的提高，分辨率的提高，喷嘴孔的变小，要求墨水的粒径尺寸越来越小，一般粒径尺寸应在200-1000nm。此外，颜料颗粒在溶剂中的分散情况及其分散稳定性也直接影响喷墨的各项性能。颜料颗粒的聚集将直接导致喷嘴的堵塞造成打印机的损坏，同时喷墨墨水的分散稳定性也受到温度、时间、打印设备等因素影响，喷墨墨水的品质很大程度上在于其分散的稳定性，因此要求喷墨油墨有良好的分散性及分散稳定性。（4） 墨水的导电性在连续式喷墨系统中，为了满足喷墨打印设备电子控制的需要，喷墨油墨需要具有一定的电导率。另外电导率的数值可以用来反映墨水中盐含量的高低，盐含量一旦超过0.5%则很容易在喷嘴形成结晶，从而堵塞喷嘴，所以高质量的墨水的电导率应该尽可能的低，一般情况下低于18us/cm即可达到要求。而对于按需喷墨打印系统和加热式打印系统，则没有导电性方面的要求。（5） 墨水的稳定性储存和使用过程中，墨水黏度的稳定性对颜料型墨水和长时间使用的溶剂型墨水是特别重要的。溶剂型墨水会因溶剂的蒸发而影响黏度以及堵塞喷嘴。另外墨水不能有腐蚀性。对于水性系统，必须控制好PH值。必要时加入缓冲剂使pH值稳定在一定范围内，防止墨水配方具有腐蚀性。水性系统还有一个防腐防霉的问题，需要加入杀菌剂，防止墨水变质。（6） pH值pH值是表示液体酸碱度的概念，溶液酸性越大，pH值越低，反之，溶液碱性越大，pH值越高。为了防止墨水腐蚀喷头。PH值一般应在7-12之间。结语当今这个年代，喷墨印刷渐成为数字印刷的主流技术，受到了越来越多的关注。墨水是喷墨打印机的“血液”。墨水对喷墨打印机打印色彩的准确度、速度及质量起着决定性作用。喷墨油墨各项性能的提升，使用户可以在任意介质上进行打印。全面正确的了解墨水，能帮助我们更好的使用喷墨打印技术，使它更好的服务我们的日常生活。致谢我的毕业设计的完成，首先要感谢我的母校上海出版印刷高等专科学校，在这里度过了我快乐而丰富的三年大学生活，学习到了许多有用的专