喷墨印刷与喷墨印花技术发展历程与经验谈

喷墨大虾

由台北科技大学有机高分子研究所赵豫州教授主讲，蛮好的。     

       今天跟大家报告喷墨印刷与印花。最早是从喷墨印刷慢慢转变到喷墨印花，喷墨印花跟纺织品有很大的关联性，所以它在整个市场的需求量非常之大，尤其印花的产品一直在纺织的产品里面算是高附加价值，传统的印花产生非常多的污染、耗费非常多的时间，所以交工的期限非常的长，没办法符合现阶段消费者的要求，在这种情况下，我们便把喷墨印刷转变到喷墨印花，但是两者有很大的差异点，这就是今天跟大家报告的主题。

       Ink-jet Printing（喷墨印刷）最早的发展是在1878年，到了1951年Siemens公司将液态的墨水转变成墨滴的技术申请专利，1964年藉由一个特殊机台，可以控制墨滴的大小及喷出的速率，这是喷墨机的雏形，直到1967年，Hertz发展出连续式的喷墨印表机，这就是目前在工业上使用的Continuous Ink-jet Printing。1972年Siemens推出Piezoelectric（压电式）的Drop-on-Demand Ink-jet Printing，1979年Canon推出Thermal的Drop-on-Demand Ink-jet Printing，但称为Bubble Ink-jet Printing，1984年HP也推出Thermal的Drop-on-Demand Ink-jet Printing，以上是Ink-jet Printing的发展历史。

        Ink-jet Printing大体上分为两大类，一类是Continuous（连续式的）、一类是Drop-on-Demand（可控制喷印式的）；Continuous主要用在工业方面，譬如标签、车票、纸箱等粗糙表面、金属表面、塑胶表面，优点是速度快，物质表面的平滑度并不很重要，喷头和物质之间有相当大的距离，所以被印材料的厚度不受影响，缺点是解析度不是很高，通常用在粗糙的、不很注重解析度的物质表面，目前Continuous发展出Binary Deflection（双向偏斜）和Multiple Deflection（多向偏斜），都是利用电压产生偏斜的原理，前者依据带电时喷墨和不带电时不喷墨的方式供墨，后者墨滴喷出后经过高压偏斜板，可以控制偏斜的方向，并且更精确达到需要喷墨的地方，不带电的墨滴则导入导墨槽，可回收再使用。

       rop-on-Demand和Continuous相反，它的喷印速度较慢，但解析度非常好，可达2880dpi，喷头和被印物间的距离很短，所以被印材料的厚度就受到了限制，被印材料的表面必须很光滑，不然喷印效果将打折扣。Drop-on-Demand分为Thermal、Piezoelectric、Electrostatic、Acoustic四种类型，主要使用前两种类型，后两种无法在市场上与前两者竞争，Acoustic是使用超音波的方式控制墨滴，Electrostatic使用静电环的方式控制墨滴，通过静电环的墨滴会变成墨雾，就不会喷到被印材料上面，没有经过静电环的墨滴会带电，所以会喷到被印材料上面，这两种类型的缺点是解析度无法加以突破，因此发展受到限制。而目前发展快速的是Thermal和Piezoelectric，前者有Canon和HP等大厂在研发，后者有Epson和Sharp等大厂，HP的热泡式（Thermal）喷墨系统，主要利用电晶体加热，在3~5μ-sec，即百万分之3秒到百万分之5秒内瞬间加热到达400℃，墨水变成气泡，气泡受到挤压而喷出成墨滴，这就是Thermal喷墨的原理。Epson的压电式（Piezoelectric）喷墨系统是利用压电元件而喷出墨滴。全球的Ink-jet Printing市场，HP是占有率最高的，大约占了50%，而在台湾市场占有率最高的是Epson，约占了40%，HP居次，约占30%左右，Canon不论在台湾或全世界的市场占有率并不是如我们想象中的那么高，虽然Canon是最早发明Bubble Ink-jet Printing。还有一家Piezoelectric技术的厂商Tektronix，是以蜡为基材，喷墨时是液态的，附着在被印物上变成固态，所以有特殊的效果，但印在物质上有凸面，手感不是很好。

       目前一般印表机的喷头与墨水匣的设计方式大致有三种类型，即 1. 喷头与墨匣分离：喷头在列印机台上面，以Epson为代表，更换墨水匣时喷头并没有更换，所以墨匣的单价较便宜。 2. 喷头与墨匣合一：以HP和Lexmark为代表。 3. 喷头与墨水座合一：以Canon为代表，更换墨水匣的时候一起更换喷头。这些设计当然跟机台本身的设计原理有关系，像Canon和HP，它们本身是Bubble系统，墨水加热时需要很高的温度，喷头容易损耗，所以将喷头列为损耗元件，而使用Piezo技术的Epson，它的墨水不需要加热，喷头损耗机率较低，所以将喷头直接设计在机台上面，更换墨水匣时就不需要更换喷墨头，它的耗材的费用就比较低。

       喷印墨水的型态分为三种：
       1. 油溶型：不适合用在密闭的办公室空间，因为会产生空气污染。所用的色料又可分为颜料型和染料型两种，油溶型的特点是干燥快，所以常用在工业方面。
       2. 水溶型：市面上最常使用。亦可分为颜料型和染料型，颜料因为不溶于水，会沉淀，因此颜料粒子要弄得非常细小，要小到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。颜料本身的耐候性、耐光度、耐水洗牢度、耐磨牢度都非常好，为它的特色。染料的优点是溶解度没有问题，而且色彩种类非常多，鲜艳度较好，但是牢度较差。
       3. 热溶型：前面所说的Tektronix公司使用此种墨水，它使用的蜡温度在60℃时是液态的，喷到纸面上马上冷却变成固态。亦可分为颜料型和染料型。热溶型墨水较少使用。

       水溶性墨水的物化性质与条件
       1. 为了不会阻塞喷墨头，所以必须通过0.2μm过滤器。
       2. 不会产生结粒（Clogging）现象，墨水结粒易阻塞喷墨头。
       3. 氯化钠含量须低于100 ppm，氯化钠会使染料沉降下来，而且氯化钠含有腐蚀性，尤其在Bubble系统容易将喷头腐蚀，虽然喷头都是用钛金属制成，但在高温下还是会被氯化钠腐蚀。
       4. 黏度控制（1~5 cp）：Piezo系统的粘度要求较高，Bubble系统的粘度要求较低。
       5. 表面张力（30~60 dyne/cm )：Piezo系统的表面张力要求较低，Bubble系统的表面张力要求较高。
       6. 具备缓冲溶液的效果：墨水的pH值要稳定，有些染料会因pH值的变化而沉淀。
       7. 日光坚牢度（Light Fastness）、水牢度（Water Fastness）均要高。
       8. 保存期限：墨水从工厂制造再到消费者使用完毕最快三个月，通常为一年，一般墨水存放一年须能通过0.2μm的过滤器。
       9. 热稳定性：针对Bubble系统的染料热稳定性要好，因为Bubble系统的墨水要加热至400℃的高温，如果染料不能耐高温将会分解或变色。
       10. 干燥速度要刚好，太快容易塞住喷墨头或断墨，太慢容易扩散，使网点重迭严重。

       喷墨印花用染料
       1. 标准三原色是青色（Cyan）、洋红（Magenta）、黄色（Yellow），但三原色无法调制出纯黑，因此要加入黑色（Black），而且要有灰阶效果也需要黑色。
       2. 无毒性（Ames Test Negative）：做喷墨印花时通常在密闭空间，所以必须无毒。
       3. 日光牢度、水洗牢度与水牢度：喷墨印刷要求前两者，喷墨印花三者都必须要求。
       4. 耐热性：喷墨印刷和喷墨印花都要求耐热性。
       5. 溶解度：喷墨印刷对染料浓度要求较低，喷墨印花对染料浓度的要求大概是喷墨印刷的五倍左右。
       6. 莫耳吸光度：染料吸光度高，少量的染料就会产生很深的颜色，可以解决溶解度的问题。吸光系数最好超过2×104的吸光效果。
       7. 色泽的稳定性：对被印材料材质的变化不敏感，这样对消费者在使用上较为方便。
   
       喷印墨水面临的问题与瓶颈
       因为三原色及黑色的色彩不纯正，搭配出来的色彩受到限制，印出来的颜色效果容易产生色彩偏移。喷墨印刷（Ink-jet Printing）除了应用在喷墨印花，也还有其他可发展的领域，如下列所示：
       糕饼装饰：例如把奶油取代墨水，藉以喷 印出消费者要求的图案。
       焊接电路板：例如将锡粉取代墨水，并提 高解析度。
       有机薄膜电晶体（TFT）

喷墨前锋

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恩，有道理

TOM和ARRY