喷墨墨水技术概说

喷墨打印墨水是一种借助介于喷墨印刷机的喷头与承印物间的电场力的作用，而在承印物表面预定区域喷射形成表示图文信息印迹的“液体油墨”。喷墨墨水可喻之为喷墨系统的血液，喷墨墨水性能好坏直接影响到喷墨影像的输出质量，有的甚至关系到喷墨作业的顺利进行。一般喷墨墨水应具有：物化性质稳定，对喷头等金属物件无腐蚀性，此外，也不为细菌所吞噬，不易被燃烧和褪色；墨水可喷性能好、干燥性能好，在喷射过程中不堵塞喷嘴，也不在喷管壁上干燥，但墨水喷出后能在各种类型的承印材料表面干燥并牢固地附着；墨水的色密度、粘度、表面张力等印刷性能符合数字印刷的需求，因为墨水影响喷墨打印图像的色彩鲜艳性，粘度和表面张力则直接影响喷墨作业正常进行。

　　1 喷墨墨水的类型化学组分及其分类

　　喷墨墨水的化学组分与印刷油墨的化学组分相似，一般由色料、连结料和其它添加剂等组成。色料在墨水中主要起着显色的作用，常见的色料有染料、颜料之分，目前，国内普遍使用染料墨水，主要原因在于染料墨水具有价格低，打印效果好的优点，更为重要的市场上绝大多数的兼容墨水都是染料墨水，因此，对于喷墨打印机使用者而言，选择染料墨水就意味着选择的余地变大了，使用成本相对变低了。但是，染料墨水不足之处在于只适合户内使用，在室外光线照射下会迅速褪色，并且不耐刮，不防水，此外，使用染料墨水输出需要采用具有特殊涂层的打印材料等。国际上已经开始大量使用颜料墨水，颜料墨水克服了染料的光化学活性的缺点，具有极强的耐光、耐水性能，其褪色和变化是极其缓慢的，可在户外保持长时间不褪色。此外，它对其输出介质要求不高。

　　墨水的连结料可以是水、油性物质、溶剂、树脂等，一般根据连结料不同人们将墨水划分为水基墨水、油基墨水、溶剂基墨水和热固型墨水。

　　1)水基墨水

　　水基墨水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”。水基墨水基本组成：①溶剂(80~90%)，目的是均匀溶解/分散呈色剂和其它添加剂；“水”一般为纯度极高的去离子水，一般PH值在10左右。②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喷嘴堵塞。常见的添加剂：甘油类，水溶性低聚物等等。③呈色剂(2~6%)，根据色料的不同，亦可分为染料型和颜料型。在染料型水基油墨中，由于染料分子溶解在载体中，每个染料分子都被载体分子所包围，在显微镜下观察不到颗粒物质，其光学密度低，耐光性、耐水性差，但输出的影像色彩种类非常多，鲜艳度较好。在颜料型水基油墨中，由于颜料不溶于水，它是以松散的颗粒状态分散在载体中，因此颜料粒子要磨得非常细小，要求小到30μm以下，才会有比较好的喷印效果，否则使用高解析度时容易造成阻塞。此外，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体而导致沉淀。

　　水基墨水是一种环保型墨水，它不含有挥发性有机溶剂，因此，对大气环境无污染，不会对油墨制造者和印刷操作者的健康造成伤害。由于连结料采用水，水在承印材料上干燥时间相对较长，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材料上，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的限制。

　　2)油基墨水

　　油基墨水是一种以低挥发性的油类物质(植物油、矿物油等)为连结料，并将染料溶解或颜料分散在其中而形成的“油墨体系”。油基墨水的色料也可分为颜料型和染料型两种，但常见的是颜料型。油基墨水最适合在带孔的吸收性材料上印刷，因为它是通过吸收来进行干燥的，但由于油类的特性，在非渗透性材料或半渗透性材料上，它却永远无法“干燥”。正是油基墨水干燥快的特点，所以在工业方面比较常用，如外包箱的条码印刷等。由于其在打印头中不干结，因此也极大地降低了喷头的维护费用。[next]

　　3)溶剂墨水

　　溶剂墨水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墨水体系。溶剂墨水基本组成：①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-亚微米级。②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。③溶剂(80~90%)，目的是均匀溶解分散树脂和其它添加剂，一般为有机溶剂。溶剂是溶剂型喷墨墨水连结料中的主要成分，是调节喷墨墨水粘度，表面张力以及干燥性的重要组成成分，当喷墨转移到承印物上后，挥发性大的溶剂迅速挥发，挥发性小的溶剂靠毛细管作用渗入承印物内部，这样就使得留在纸张表面的树脂连结料固着在纸张表面并干燥。

　　溶剂墨水相对其它类型墨水而言，在成像质量方面确实占有一定优势，主要表现在色彩鲜明、色彩还原性好等。由于溶剂墨水采用溶剂挥发原理进行干燥的，它在承印材料上横向扩散少，且成像干燥速度快，因此，它对承印物的要求不高，可以在诸如纸张、塑料薄膜、不干胶贴膜和网织物等无涂层的材料上进行直接印刷。如果在非吸收性材料表面打印输出，有时为了提高干燥速度，常考虑采取烘干的措施，这既可加快干燥速度，也可防止油墨在高密度区形成色斑。由于溶剂容易挥发，在使用溶剂基油墨时须注意打印头的日常维护，如在不使用时须将打印头罩上。溶剂基油墨的劣势也很明显，溶剂基油墨的VOC(挥发性有机物成分)水平很高，这会对环境产生不利的影响，因此，溶剂基油墨的使用、储存和废弃需要进行控制，而且，必须在通风条件良好的情况下使用它们。

　　4)光固性墨水

　　UV/EB光固化油墨已在传统的胶印、丝印、柔印、凹印的印刷单元中应用了至少十年，并且在以上印刷方式中相比其他油墨一直在不断地扩大市场份额。其环保性、稳定性及快干性，甚至是在无吸收性的介质上也能快速干燥的性能是其占据市场的主要因素。相比之下，喷墨印刷中光固化墨水的使用则比较迟，但发展极其迅速。

　　UV光固化墨水是在光固化涂料的基础上发展起来的，作为一种新型的环保型墨水，它具有节能、无溶剂排放、不污染环境、生产效率高、适用于对热敏感的承印物、印品性能优异、设备投资低等优点，一直受到世界各国的重视。

　　UV光固化墨水是利用紫外线的辐射能量，使液态紫外光材料中的光引发剂受激变为自由基或阳离子，从而引发紫外光材料中的不饱和双键发生化学反应，形成了固化的网状结构。该墨水主要由光固树脂、活性稀释剂、光引发剂、着色剂、添加剂等组成。①光固树脂，又称齐聚物，是含有不饱和官能团的低分子聚合物，多数为丙烯酸酯的低聚物，是墨水的主要成膜物质，含量约占30%-50%。它的性能在很大程度上决定了墨水的物化性能、印刷适性以及印刷品的性能。②活性稀释剂，又称单体，单体在体系中起着关键的作用，它不仅调节黏度，而且还是成膜物质，对成膜的最终性能、反应的固化动力学、聚合程度以及生成聚合物的性质都有直接的影响。③光引发剂，墨水中加入少量的光聚合引发剂，在紫外光的作用下，光引发剂吸收光量子，分解生成自由基，引发不饱和双键发生聚合反应，聚合物分子相互作用形成网状结构，待自由基失去了活性，链的增长终止。此时，墨水完全固化。④着色剂，UV光固化墨水中的着色剂一般为颜料，通常如果一个体系含有颜料，则其应用性能在很大程度上受到颜料性能的影响。这些影响包括对光、热、气候、有机溶剂等的稳定性，涉及到加工过程的分散，发花，以及最终产品的颜色匹配等等。颜料是决定最终产品色彩和光学特性的关键，而色彩与光学特征与颜料的本质及其分散度即颗粒大小均有很大关系。在组成相同的条件下，色相、着色力和遮盖力等均与颜料颗粒的分散度有关。⑤添加剂，为了改善制品的某些性能，在配制紫外光固化树脂时，往往还要添加适量的流平剂、增塑刑、阻聚刑、润湿剂、消泡剂、热稳定剂等。

　　热固型油墨是指这种油墨在常温下是固体，从喷嘴喷出时是热融液体，在到达承印物表面时迅速凝固，这种快速凝固的特点可以防止油墨扩散或渗透到承印物内部，保证了印刷质量，可输出高质量、高光泽的画面，同时适应了无限高速打印的需求。[next]

　　2 图像输出作业对喷墨墨水的要求

　　1)墨盒的选择

　　目前，在影像输出领域采用的墨盒无外于两种状况：原装墨盒和兼容(灌装)墨盒。所谓原装墨盒是由打印机生产商提供的成品墨水盒，该墨盒与相应型号的打印机相匹配，例如：使用HP打印机，也就是用HP生产的墨盒；兼容墨盒一般不是由打印机生产厂家生产的，由第三方提供“散装墨水”灌装在墨盒内，出售给使用者安装在打印机内。这些墨盒一般在外形上与原装墨盒类似，能无障碍的使用在相应型号的打印机上。原装墨盒和兼容墨盒最大的区别在于价格差异，因此，兼容墨盒在国内有很大市场。就其输出质量而言，原装墨盒输出质量一般可以保证，但不一定原装墨盒打印质量就是最好的；由于兼容墨盒本身质量参次不齐，如果选择合适的兼容墨盒也可以输出良好影像的，主要要考虑墨水和打印头的兼容性。

　　根据喷墨系统中墨水喷射的基本方式(即墨水喷射是否连续)，可以将喷墨技术分为连续喷墨印刷和按需喷墨印刷两类。连续喷墨和按需喷墨所采用的墨水类型不同，连续喷墨墨滴连续产生，形成一个墨滴流，通过一个偏转板，在承印材料上成像。按需喷墨墨滴的产生是根据数字信号来形成的，墨盒上施加一个数字信号就按需要产生一些墨滴，而不是一个油墨流。鉴于此，在墨盒选择中需要考虑喷墨系统成像方式，否则，随意改变油墨势必造成出墨的混乱。

　　无论是选择原装墨盒，还是选择兼容墨盒，在更换墨盒的操作作业中，事先一定要仔细清洗打印系统，原因是新墨水接触旧墨水中其它成分可能存在相互化学反应机会，如果发生反应，就容易结块、沉淀，阻塞墨路，特别是选择兼容墨盒时，这一点更为重要。对于那些旧打印机或长时间没有使用的喷墨打印机而言，就需要花费更多时间和费用，才能确保打印机能再次无故障输出。[next]

　　2)数码影像输出和数码打样输出

　　目前，数码影像输出和数码打样输出所采用的墨水是不同的。数码影像打印墨水和数码打样墨水的相互混用是显然不适合的，因为不同墨水中的成色物质直接决定着墨水的物化性能和印刷适性，因此，使用者究竟选择数码影像墨水还是数码打样墨水要根据每个用户群体的不同应用领域做出适当选择。

　　一般地说，适合数码影像打印的喷墨墨水需要满足下列特殊性能：必须具有尽可能大的色域空间和户外表现力持久，能抵抗UV光线的影响，防止颜色褪色。其实，数码影像墨水的使用是非常简单的，一般要求在承印材料表面形成一致的颜色密度值。喷墨墨水的附着力也与所应用的承印材料有关，然而值得注意的是：即使是在目前最先进、最快速干燥的“即时干”纸张打印，墨水的牢固度也明显低于市场预期。因此，在使用这种喷墨墨水时，为了确保印刷品表面墨水的牢固度，建议对其进行表面保护处理。

　　数码打样墨水相对于数码影像墨水必须满足更多的质量标准，因为数码打样的目的是模拟印刷标准样，从而实现数码样和印刷标准样的颜色匹配。市场上常规喷墨墨水或多或少存在一定偏色现象，如通常的黄色墨水略微偏红，因此在颜色管理中常可以采用青色加以抵消，不过，这样会引出新的问题：在图像亮调区域颜色将明显变暗，并且这种变暗的视觉感觉比较明显。如果常规墨水颜色色度值也和数码打样墨水一样采用Lab色度空间来定义，上述问题将不复存在。[next]

　　3 新墨水技术

　　1)颜料墨水推陈出新

　　长期以来，喷墨墨水大多以染料型墨水为主，主要原因在于两方面：制备颜料墨水的生产工艺上比较复杂和颜料墨水的价格比较高。目前，许多著名的数码印刷设备提供商纷纷推出各自颜料墨水，例如：早在drupa 2004上，爱普生就展示了同EPSON Stylus Pro4000高精度打印机匹配的“世纪虹彩”颜料墨水。最近，爱普生又研制出更为先进的颜料墨水，具体品种包括“宝石级”快干墨水、八色世纪虹亮光颜料墨水、恒彩防水耐光墨水等，其“世纪虹彩K3”系列具有革命性，开创了颜料墨水能够打印出优质黑白专业照片的先例。Cannon也推出了名为Lucia的新型颜料墨水，提高了各种打印介质和墨水的适应性，同时具有超强的色彩表现力。HP推出了Vivera颜料墨水，适合各种介质打印，具有丰富的色域。除此之外，大多数兼容墨水厂家也加大在新型颜料墨水方面的研发力度，从而确保不被市场所淘汰。

　　2)广色域墨水

　　目前，商用喷墨打印机输出黑白图片无外于使用两种方式，其一、直接使用黑白喷墨打印机输出，这时，一般只能得到一幅较为粗糙的图案；其二、使用一台彩色喷墨打印机输出黑白影像，但是这将会或多或少引起偏色现象。总之，这两种输出方案均不能得到令人十分满意的结果，均不能对原稿图像的忠实再现。鉴于此，人们通过研发专色墨水以期待提高复制颜色质量。例如，如果您想打印输出理想的黑白照片，可以考虑采用黑色墨水和专色墨水(灰色)合作完成打印输出。当前市场上有多种专色墨水，可以准确再现中性色调、暖色调和冷色调，采用这类打印墨水即使图像亮调区域的精细颜色渐变也能理想再现。

　　爱普生公司推出了“世纪虹彩”颜料墨水，这种墨水是基于前一代颜料墨水技术，通过添加更高色彩密度的洋红色墨水，从而实现对图形图像色彩的全面优化。因红色由洋红色和黄色混合而成，蓝色是由洋红色和青色混合而成，所以洋红色的改进最直接的收获成果即是更宽广的红色蓝色色域表现。[next]

　　3)“纳米”墨水

　　“纳米”墨水是运用纳米超微技术粉碎，分散、乳化手段，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66nm，该墨水具有不堵头、不褪色、不洇水、耐候性强、适应性广等特点。制备过程是利用高压泵(工作压力为100kg~1500kg)加载于颜料和水悬浮液，加压后分成两股液体流，高速进入由人造单晶金刚石片组成的各种通道中，相向对撞后分流流出。由于液体的流速很高，流体相向对撞时对界面产生约450MP的冲击波，从而激励金刚石晶片产生高频超强超声波场，使悬浮液中被加工物颗粒瞬间粉碎、分散、乳化，最终合成。

　　据报道，美国科学家研制出一种由银纳米粒子构成的新型墨水，这种墨水内含高浓度的银纳米粒子，在打印时，银纳米粒子尚未粘合在一起，成液体状，真正的黏合过程发生在印刷结构被加热到150℃或更高温度时，在退火冷却的过程中，纳米粒子将逐渐融合为相互关联的固体结构。由于特定的温度要求，新型墨水具有更易弯曲、与有机基质更易兼容等优点，因此可以应用于电子和光电等领域。

　　4)UV喷墨墨水

　　墨水制造商们投资于UV光固化墨水的研究和产品开发，是因为这项技术在印刷和涂料工业中的应用越来越多，美国环保署认为UV光固化墨水比传统的溶剂基墨水更加环保。UV固化墨水是通过聚合而起作用的，曝光于UV灯下引起连锁反应，使墨水粘着在基材上并几乎即刻固化。它们具备极好的图像特性，可在传统的印刷材料诸如纸张、帆布及PVC上印刷，还可在标识板、木头、玻璃、金属以及其它一切能够想到的基材上印刷。而且，该墨水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。目前，几乎每个喷墨打印设备的主要制造商都提供有UV光固化喷墨打印系统。杜邦、Lyson、Inkware、Avecia和其他的墨水公司也在纷纷提供有可用于喷墨打印的UV光固化墨水。