喷墨用打印媒材和墨水浅析
- 发布时间：2013/4/24 11:13:49
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喷墨的墨水，基本上以色料，包括染料型色料及颜料两种为主，除了色之外也有白墨、金属墨等非颜料的材料，加上一些上光、雾光到打底架桥的附着剂等等，但我们只想到色料是不行的，因为只有色料基本上无法由喷头作用喷出，而必须有一些媒染体，不只作为墨水流动的液体，像热泡式中的水份，更是产生蒸气推进墨水的力量来源，而多数液体也担任喷墨从喷嘴喷出到媒材表面之间，在飞行中收敛凝聚形成圆形或泪滴型墨滴的内聚力来源。而这些液体一旦到媒材表面，又必须利用种种方式去除液态物来凝固，形成不会流动沾黏的墨层，在媒材表面形成喷墨印纹。
液体能喷在媒材表面形成凝固的墨层，一如印刷油墨同样以（1）吸收。（2）蒸发。（3）化学重合的三个方式，因此喷墨墨水的固化也和媒材表面性状息息相关，尤其吸收干燥，利用纸张的纤维或涂布料的毛细孔，把喷墨中的水份、高沸点石化油的媒染体，吸收到纸张结构里，使墨水迅速浓稠，藉氧气或高分子媒染体本身做结合固化。早期使用水性墨要在光滑PET塑料片上喷墨，无法产生干燥附着的作用，所以必须将PET表面，涂布一些产生透明多孔质的胶体结构层，等喷墨在喷列后就有吸附墨水中的水份或溶剂，以及固定喷墨的吸附效果，这也是本节重点在强调墨水必须和媒材的搭配才有较好的喷墨干燥及吸附效果。除了流动性的水和溶剂之外，另外树脂媒染体也扮演像水泥一样，把混凝土、砂子、石头固化凝结的角色，如果媒染体的树脂没有或含量不足时，没有固化凝结色料，那么水性喷墨早期一些弊病马上呈现出来，就是一般诟病的水性喷墨会透印，就正面喷而背面马上看到墨迹，这也是喷墨墨水和纸张材质搭配不良，毛细管现象太强，没有把墨水凝聚在纸面或贴近纸面的地方。而这样的墨水也往往伴随很容易受潮或遇水后，墨迹马上晕染开来或不耐水现象。如果我们使用水泥漆来粉刷墙面，在水泥漆粉刷前，我们可以使用水来调节水泥漆的黏稠流动性，但当水泥漆粉刷在墙板之后一旦干燥固化，其中的树脂要固化结合成为不溶于的水皮膜层，如再用水去擦拭这个皮膜层也不会掉落，这样的树脂结合固化效果，在水性喷墨也是要具有这样特性，否则其媒染体不结合固化，那么喷墨之后水份蒸发后，染料、颜料在喷列面所形成印纹，却像是在海摊上做成的沙雕，虽有印纹推迭却没有防御水冲的能力，沙雕或印纹一旦被冲刷马上崩解、模糊，这种喷墨在十多年前是司空见惯的，但今天很少见到这样不符需求的墨水，这和被喷列媒材无关，而是墨水本身在喷列后无法凝固附着及防水的缺陷。
在发展中用于户外、大型海报，使用帆布、塑料PVC或其他PE等塑料膜的大尺寸喷列，往往以240dpi、360dpi的粗喷墨，利用墨水中的溶剂或醇类酒精的快速蒸发，达到墨水迅速凝固的效果，而且有机溶剂不但快速蒸发，而且对塑料材质表面也有轻微溶解作用，使得凝固的墨层不只附在塑料表面，更具有在塑料材质表面的溶化结合力。不过溶剂型的VOCs含太多芬香剂的石油基溶剂，对于喷列工作环境产生*的污染，而且连成品*也会有VOCs的一直蒸发，不宜在室内使用，否则会一直排放对人体有害的气体，因此新一代的户外及室内大海报，朝向使用同样是挥发性溶剂，而不是石油基的芳香溶剂，是接近酒精的石化制成醇类如异丙酮等酒精，当为喷列流体及打印后蒸发干燥的溶剂，当然溶剂的固化效果不如芳香族溶剂那么快干及高附着力，但对环境污染也只有芳香族溶剂数十分之一。
使用UV或LEDUV固化的喷墨，这种喷墨在常温及没有紫外光环境下，长时间也不会凝固，而这种UV墨组成是感旋光性树脂为主的媒染体，还要加上感光剂和感光起动剂，才会在UV紫外光照射下，产生感光高分子树脂的分子架桥结合作用，在不到一秒或更短时间内完成，因为光化学的作用下，使喷墨在媒材面马上产生固化附着。而UV之后又有LEDUV喷墨，目前在很多地方取代传统UV墨，成为这种感光化学作用的主流，LEDUV的波长是集中在365～405mm的发光二极管，而且波长单一化，不像UV灯是由300～400mm紫外光和400～700mm可见光，甚至于含有50%700mm以上IR红外线，所以在UV可使用的光频谱上，只有28～30%的输出，加上大量的IR红外线热能要去除，而300～320mm的UVC部份会使空气中O2变成O3，臭氧对环境具有侵扰性，而且对人眼、皮肤有很大伤害性，灯管寿命在1,000～1,500小时，其能量衰退很快。LEDUV则可长达一万小时寿命，不用预热所以实质寿命在一倍以上，不用太大冷却不用担心臭氧发生。在喷墨头的邻近或移动式喷头两端也较轻容易安装。LEDUV*要重视地方，是它的「近紫光频谱」的光能量较弱，而且LEDUV光输出瓦特数较低，因此必须使用感旋光性较高的LEDUV墨，而且感光的频谱也要重新改良，要由紫外线的UVA（近紫光）、UVB（中紫外光）及UVC（强作用紫外光）的三频谱都能感光的感光特性，变成只感光UVA近紫部份的感光媒染体作用特性，以符合LEDUV的发光频谱特性做感光，否则有人拿原来UV喷墨去喷列，采用LEDUV去照射，却达15～20%的固化效果，原因是LEDUV太窄频的作用，只能产生很有限的固化效果。这也是目前LEDUV灯只能用专属的LEDUV喷墨，才能做固化的原因。在溶剂、环保溶剂喷墨之外，UV、LEDUV也是塑料材质喷墨的主要喷列及固化搭配。而新一代的Latex乳胶喷墨，虽然这一两年才发展出来，却是一种新的多用途喷墨种类，乳胶也是溶解在水性乳化液中，但它的性状比较像早期的熔蜡式喷墨，对大多数的媒材都有良好附着力，如果把蜡烛油溶解滴在很多材料都无法附着的玻璃表面，冷固下的蜡滴却有良好的附着力，而乳胶喷墨是把乳液中的水份，用60～80?C的温度加热蒸发之后，乳胶把颜料固着附在被印媒材表面，这也是取代溶剂或UV、LEDUV喷墨的一种喷墨新种类。
改善喷墨打印面的附着力方式也有很多种，像塑料表面在成型时要加入一些塑化剂，而塑化剂在塑料制造时产生一些达因值很低的塑料表面性状，因此有时连胶带都很难附着，像有的自黏商标纸的背纸涂有硅涂布层，可以使自黏商标背面和这张硅涂布离型纸很容易撕开来，而塑化剂也担当类似效果，所以不论喷墨或UV印刷都必须去除这个低达因值，俱有离型作用俱塑化剂的塑料表层，所以使用火焰直喷燃烧塑料面，可去除塑化胶保持塑料面附着力。另外用高压放电Corona的电弧作用，使塑料表面产生毛糙性或提升表面达因值，都是处理方法，但在表面处理完后一个月，塑化剂又会重回塑料表层，使处理后的塑料表面受墨性变差，因此有人使用打基底层的Permer，这种方式不只有效而且*，像Mimaki的喷墨机现在可以在喷墨机上，依打印区域打Permer做好只有在喷墨范围打底。这些方法是有别于水性墨的受墨防晕染层涂布，因为水性墨和媒材有一部份是怕表面毛细孔吸墨性太强的防堵，使墨水附着在涂布层用以烘托墨水。除了透明打底涂布料之外，很多透明及金属材质也必须有打白墨底，做为要求显现墨色的遮蔽层，今天使用遮蔽率*又有极细的白色粉末粒状性*，也逐步形成很容易使用的打底模式，一般以使用UV来固化，但Epson有SP7900W喷墨机，可做塑料膜诸类表面的水性喷墨，基本上这些材料都有打底层涂料涂布，以便有更好的附着性。今天喷墨也要求被改善成为一般印刷纸直接喷列，可以省去很多麻烦，也就是打样时不必使用特殊表面处理过的涂布纸，以一般印刷用的铜版纸、轻涂纸、非涂布纸、印书纸、卡纸、铜西纸、瓦楞纸等未经处理纸张，直接用喷墨机去喷列，打样之后将可极为接近印刷成品，在打样和印刷成品效果沟通上十分有利，甚至于几本、十来本的样本书，也可直接打印生产，不用再制版、上机印刷，尤其，不涂布两面喷墨印刷的可能性也增加很多，不必像今天富士胶卷公司的JetPress720在喷墨打印一般涂布纸之前，仍须做纸面前处理工作，相信水性喷墨也逐步将走向这一个研发方向，不只打样和成品可一致性，而且可选择的纸张种类将十分广泛。
至于喷墨的染料、颜料来说，染料是1980年、1990年代zui主要的颜色材料，因为染料的价格合宜，其粒径在2～3nm奈米，所以任何喷墨设备孔径都可非常流畅的喷出。但染料的zui大缺点是不耐久，容易受紫外光的作用而褪色，而且染料的色域比较宽，也比颜料容易晕染开来。所以2000年之后，新一代的奈米合成颜料粒径虽不像染料那么小，但维持在50～100奈米的粒径也同样很容易在喷嘴中流畅出来，如果喷墨嘴孔径在10nm（0.01mm）的话，也是100nm的一百倍没有阻塞的顾虑，而在奈米化之下颜料的色域也扩展一些，虽不像染料那么宽，却也十分容易调和媒染体喷列。早期1990年代的喷墨，喷嘴直径虽较大或许是20～30mm，而当时使用粗粒合成的颜料粒径在3～4mm，有的更达8～10mm左右，那么喷嘴受到一些不寻常粗粒的颜料，只要两、三个便可能在墨室到喷孔间卡住发生阻塞状况。当时，有些研究人员试图利用珠磨法，将现有的粗粒颜料磨细到奈米级的尺寸，并且宣称粒径平均值已接近奈米级（100nm），但耗时费工，zui重要的是平均值接近奈米，但某些没有被磨到的粗粒径会大三、五倍，对喷墨使用时会产生不良阻塞墨嘴的结果。今天也因为合成奈米颜料的普及下，当为喷墨已十分合宜，加上一些媒染树脂的改良，在喷墨机制造厂的说明中，每一粒颜料都像裹覆珍珠奶茶的珍珠粒中带有颜料为核心的透明树脂，并且在喷墨之后，在打印面形成一层表面光滑的透明树脂封闭层，阻绝颜料和空气的接触，可以更耐久不褪色。同时也可以稍为延阻紫外线的照射作用，延长喷列完成品在耐光、耐候达到50年以上（非阳光直射）。
在颜料之外，大家也都在想喷金墨、银墨，这个问题也涉及到金粉（铜粉为主，真正金粉太贵只有少数场合才能用得上）。银粉（钙粉）、珍珠粉的喷列，目前RolandDG乐兰喷墨有金属粉喷墨，形成银色的喷列再加黄色又可代替金粉，或加其他色喷印也逐步形成金属墨色的喷列，但色泽不能闪烁明亮，和期待仍有一大段落差。喷墨也有喷上光涂布，也有用拒斥墨加UV上光，形成局部性光亮和毛状雾面效果。这一些喷墨也在追逐一些表面加工的效果，所以有不少材料支持。