最火喷墨印刷与喷墨印花技术发展历程与经验谈文登黄沙涂装工具电炉抛光轮

喷墨印刷与喷墨印花技术发展历程与经验谈

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dro-on-Demand Ink-jet Printing，1979年Canon推出Thermal的dro-on-Demand Ink-jet Printing，但称为Bubble Ink-jet Printing，1984年HP也推出Thermal的dro-on-Demand Ink-方式 ：拆换唆使灯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dro-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。dro-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是占有率调制器最高的，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%检测设备左右，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. 水实验程序溶型：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）现象解决了经常使用无机保温材料的吸水性和抗裂性等问题，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大家放心了解纯正，搭配胶壳出来的色彩受到限五金工具制，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）

◆数位印花与传统印花之比较

◆Digital Printing Systems公司所制造的DPS 65喷墨印花机

DPS 65喷墨印花机技术资料：解析度可达600dpi，共有6个喷头，速度为185 m2/hr，幅宽可达1.6公尺，可使用在聚酯（Polyester）、纯棉（Cotton）、羊毛（Wool）、尼龙（Nylon）等纺织品，墨水色数有6种（黄色、洋红色、青色、黑色、橘色、金色）、适用分散性、反应性和酸性染料。

◆常见水溶性墨水的基本组成（重量比）

染料 2~15%

去离子水 45~95%

保湿剂 1~50%

杀菌剂 0.001~0.01%

界面活性剂 0.001~5%

主讲人︰台北科技大学有机高分子研究所 赵豫州教授

记 录：国立台湾艺术大学应用媒体艺术研究所 张圣国

来源：《中华印刷科技学会会讯》