一体机油墨技术

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一体机油墨技术

一、概况 一体机的发展历史：传统钢板手刻蜡纸（墨辊手推印刷）→眷影机（双滚筒手摇油印机）→热敏制版机（单滚筒全自动速印机）→数码制版印刷一体机→IT时代网络一体机。
一体机也叫数码一体印刷机，源自日本，一体指的是印刷媒介物（蜡纸）的制作以及印刷过程的一体；数码指的是在转印过程中，对于图文的处理方式是用数字形式进行的，有较高的清晰度。一体机在10S左右完成上版、制版和印出样张，印速达120张～150张/分钟。对纸张无特殊要求，成本低、速度快、环保，是中小学校企事业单位理想的办公用品。
一体机具有分辨率高、油墨特殊、消耗功率低等特点：分辨率可300～600DPI（DPI=Dot Per Inch；1 Inch=25.4mm），通过热敏头，可在高科技材料的聚脂蜡纸上，每英寸长度内可熔穿300～600个点（小孔），并可在每12点和长度内制出4个字；其所用的油墨不同于普通油墨，它是由乳化剂将油和水，油作为分散相，水作为分散质，组成油包水的细小颗粒，成为纸上速干油墨。一体机油墨基本要求：在印版上容易涂布均匀，受到适当的挤压力时，即能顺利通过三层微细网孔；附着在承印物上，并在印版与承印物分开时不产生拉丝，飞墨现象；在承印物上干燥速度快，不产生蹭脏和粘连现象；水的含量较高（70%），因此要求它的存放稳定性极好，不会出现油水分离，油墨变质。总之， 一体机油墨必须稠而不粘，厚里带松，挺而无力，滑中有粘，有适当的渗透能力，是一种具有触变性小，粘性低，稀稠适中的软性油膏状的胶凝态分散体，其墨膜干燥原理主要依靠油墨中的溶剂对纸张纤维的渗透迅速干燥。但在原则上要求油墨在存放过程中和在墨辊上不干燥。一体机一旦制版定完成，就可用数量不多的油墨印出几千份图文，由于不需要定影过程，所以机器消耗功率很低，在待机状态下不需要预热，在印刷状态下最大功率仅为220W（一般的中型复印机要消耗1500W左右）。一体机的工作原理与传统油印机相似，均是油墨通过蜡纸上的细微小孔，将图文印于纸张上。但其蜡纸并非传统油印机上用的蜡纸或扫描蜡纸，而是热敏蜡纸，它是由一层非常薄的聚脂合成的，具体来说，共有三层：一层是热收缩性、厚度为1.5um～ 2.5um的聚脂（PET Film）；中间层是0.1～1.0克/平方米的高分子材料即树脂(Resin)；另一层是5～10克/平方米的纤维纸。
一体机目前品牌主要有：理想（RISO）、理光（RICOH）、德宝（DUPLO）、基士得耶（GESTETNER）、世纪（SEIKI）。一体机在国内推销已有十多年之久，加上这几年大量的二手一体机涌入国内，由于它的印速快，成本低，一体机已经成为办公自动化的好帮手。客户对象：学校、医院、机关单位、广告公司、设计公司、商务楼、各企事业单位、文印社及油墨用户等。但其原装耗材价格偏高，这是技术垄断的必然。由于我国民族工业基础的原因，我国生产的一体机油墨，在质量上，和原装油墨还是有些差距。主要表现在：不稳定、易出水，印迹不清晰，易扩散等等。
二、一体机油墨基本组成 一体机有很多型号，不同的机型配用相对应的油墨的包装容器，但所有的油墨在组成结构上均为油包水型乳液。一体机的使用基于快速和低成本，使用的油墨具有价廉、环保、稳定、快干等特点。一体机油墨与其它油墨的基本组成一样，但又有自身的特点：油墨由油相和水相组成，属于渗透挥发干燥型油墨。针对一体机的特点，油墨要满足以下条件：配方中各种组成部分的整体结构的内在合理性；印刷的适用性（不同机型使用不同性质的油墨）；印刷图文的实用性（黑度、快干等）。
1、油相 油相由连接料、颜料、助剂、乳化剂等组成。（1）矿物油、植物油 矿物油，主要是石油馏程在270℃～310℃的馏出物（约是15烷烃至18烷烃），用这种矿物油作为溶剂对树脂的溶解能力相当强，溶剂释放性也快速，对颜料粒子的润湿也是极好。矿物油要具有无异味、纸张渗透性强，树脂溶解性和释放性好，粘温变性小等特点。其主要技术指标有：颜色（color）、气味、密度(density)、闪点(flash point)、运动粘度(viscosity)、倾点(pour point)、酸值(acid value)、苯胺点(aniline point)、炭环分析(ring analysis)、粘度指数(viscosity index)等。颜色一般是浅黄色、白色，有味的是炼制深度不够；密度一般在0.88～0.93g/cm3；闪点在170℃以上；运动粘度在25～30mm2/s和425～435mm2/s；倾点一般在-15℃以下；苯胺点，应该在芳香烃和链烷烃之间，若过高，该油含链烷烃偏高，过低，则该油含芳香烃偏高，运动粘度在25～30mm2/s的苯胺点约是76℃，运动粘度在425～435mm2/s的苯胺点约是96℃；炭环分析，环烷碳（CN%）要大于40%以上，芳香碳（CA%）要小于15%，链烷烃碳（CP%）一般在40%～55%；粘度指数（VI）的含义是油品随温度变化粘度的变化幅度，粘度指数越大，油品随温度变化粘度的变化幅度就越小，运动粘度在25～30mm2/s的粘度指数约是2.5，运动粘度在425～435mm2/s的粘度指数约是35。市面上的矿物油可选270#、280#、32#。植物油可选大豆油、亚麻仁油、芝麻油、桐油等。油墨中一般要几种油的混用，这样可以取长补短，达到最佳的效果。（2）树脂树脂是提供墨膜的组成部分，以立体网状结构附着在纸张上，形成坚硬的墨膜，同时给予油墨系统适当的粘度。针对一体机油墨的承印基材是纸张，树脂可选长油度的醇酸树脂、钙化松香树脂、松香改性酚醛树脂、低萜烯酚树脂、石油树脂、C9树脂等。最好是两种以上的树脂混用，比例上要注意油墨的整体墨性。还要注意油和树脂的相容性，树脂对颜料的润湿能力和光泽度。树脂容易析出，在空气中易氧化结膜，市面上的树脂难以达到一体机油墨的要求，一般一体机油墨生产厂家都是自己对树脂进行化学改性，以满足油墨的整体要求，提高其综合性能。（3）乳化剂一般油水不互溶，要得到比较稳定的乳状液，必须加入乳化剂，降低其界面表面张力。乳化剂一般用非离子型表面活性剂，表面活性剂分子结构上由亲水的极性基团和亲油的非极性基团所构成，选择HLB值（亲水亲油平衡值）=2.5～5的表面活性剂，形成水分散在油中即油包水（W/O）型的分散系统。乳化剂的选择是整个油墨系统中最关键的组份，它是油墨各方面性质稳定的决定因素。它是水相和油相的联接体，起到桥梁的作用，是至关重要的。用量为3～4%。（4）抗氧剂 矿物油、植物油和树脂的结构里，有很多不饱合的不稳定的双键，易被空气中的氧气氧化而交联干燥，加入某种强还原剂后，对氧、热和日光照射引起的老化、结皮有防护作用，可优先接触氧气从而迟缓干燥进程。可选用：2246、DNP、4010NA、ANP等。（5）颜料 一体机油墨，主要是黑墨和红墨，黑色主要是碳黑，红色主要是。油墨所用碳黑主要是槽法（CHANNEL）碳黑和炉法碳黑，其中炉法是主要的生产方法，黑度高，价廉，级数多。不过其表面活性低，要进行表面处理（表面氧化）以提高表面活性。槽法碳黑，用在油墨中是最好的，因其表面活性高，亮度也高。但又因其产能低，价格相对较高。在所有的颜料当中，碳黑是最难磨的，因些选择上也是有相当难度的。碳黑的主要技术指标：比表面积，比表面积越大黑度越高，易浸润、易分散但易聚集，；粒径，粒径小，比表面积大，越黑但易显红相，粒径大则易分散显兰相；吸收值（DBP吸收值），其值高则碳黑结构高，粘度高，着色力低，光泽度低；着色力，是表示碳黑染色白体的能力；挥发分，是碳黑表面吸附含氧官能团（羟基、酯基、羧基等）的含量，它是碳黑表面化学性质的表现，和PH值有相关性，表面处理程度高的其憎水性增强，吸潮性降低；PH值，一般炉法碳黑呈碱性，只有经过表面处理后其值才在3～5之间且挥发分较高。筛选碳黑，要从整个油墨系统着手，即哪几个指标是起决定作用的，综合考虑，以达到最佳效果。国外碳黑厂商有美国卡博特（cabot）、德国德固塞(dugussu)，日本的三菱，日本的DIC等；国内有上海焦化、辽宁抚顺和丹东、河南奇昌、天津大港、福建南平等。一体机油墨要求细度很小，10um以下的细度，色相显红棕色相，需加入兰颜料以补色，达到从肉眼看更黑更柔和的感觉。一般加入碳黑量7%左右的酞菁蓝。红色颜料主要是选金光红、大红等。红色颜料的吸潮性很高，在使用中要注意这点，吸潮饱和的油墨光泽度很低，表面暗淡。（6）分散剂在所有的颜料当中，碳黑是最难磨、最难分散的，并且分散后又容易聚集返粗。碳黑专用超分散剂有：烷基胺类、聚酯类、多元羧酸类，磷酸酯类，醇胺盐类和醇酸树脂类。加入小量的分散剂可以成倍提高碳黑的分散效果。

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2、 水相水相组成有：纯水、吸水剂、保水剂（防干剂、保湿剂、抗冻剂）、和防腐防霉剂。水相的PH值被视为控制生产过程中的一个最关键的因素。PH值偏低，会导致水性油墨粘度增大，PH值偏高，粘度小，干燥变慢，抗水性变差，油墨易出现油水分离。（1） 纯水要求水质是中性去离子水，电导率达到15us/cm2以下。（2） 吸水剂有阿拉伯胶、纤维素类、粘土类、丙烯酸水性树脂等。它的作用很大，具有增稠、乳化、稳定、防沉降和成膜等等作用。其机理：具有很强的吸水能力，促使自身体积大幅度膨胀，并使乳液粘度增大。（3） 保水剂（防干剂、保湿剂）水易蒸发，要加入高沸点的溶剂。一般是乙二醇、丙三醇（沸点较高，冰点较低和水互溶），在油墨系统里作为湿润增强剂、保湿剂和乳化剂。又由于水、油相的界面张力相对较大，这种高沸点溶剂能有效地降低相界面的表面张力，增大油墨对纸张的接触角，从而达到铺展效果；能有效地防止油墨在低温环境下发生冻结，起到保湿趋势作用。（4） 防腐防霉剂防腐防霉剂防止水相中细菌霉菌的生长，防止油墨变味、变质。

三、油墨生产加工过程
1、流程图 2、油相加工关键是颜料的分散和研磨。颜料毛细孔隙中充满空气和极小量的水份，当颜料在连结料中加以搅拌时，连结料从不同方向进入毛细孔晨，开始对颜料颗粒进行湿润、包裹，于是空气就开始同时自系统中被排挤出来，这是初步湿润过程。砂磨机的机械动力克服颜料聚集体的内聚力，使颜料颗粒尽可能粉碎成细小的粒子并被湿润、包裹，完成颜料颗粒---空气相到颜料颗粒---连结料的过程。油相细度要求在10us以下，一般的研磨机是很难达到的，对设备的要求很严格。又由于各种颜料粒子结构、表面性质不同，对各组成部分的表现极为显著的亲和力差异，这种差异会导致分散了和各种颜料粒子又慢慢、聚集成团，发生沉降（油相中的分散剂就是有效地减慢些过程的进度）。但这种聚集系统是松散的、不稳定的，在外力和作用下，又重新回到原来的分散效果。所以油相加工完成后，不宜久留，要尽量早继续下一步的工序。 3、水相加工水相制作很简单，确认所有组分溶解完全即可。水相也不宜久留，应尽早使用。 4、乳化乳化原理和过程，比较复杂。乳液必须有以下组分：水、乳化剂、引发剂和单体。从结构上看，所有的乳化剂分子都是由极性的亲水基和非极性的亲油基两部分组成的，亲水基使分子伸向水相；而亲油基则使分子离开水相而伸向油相。选用的乳化剂必须能形成胶束，溶解单体，稳定乳液性能。此外，还取决于最终产品所需的性能---分子量、机械和冻融稳定性、水敏感性、防腐性、光泽度等等。乳化过程简单来说主要分三步骤：乳液粒子生成过程；乳液粒子增大过程；乳液粒子反应完成过程。整个过程中，乳化剂起到决定性的作用，也是油墨最关键的组分之一。乳化完全后，乳液粒子可达到0.1um的粒径。乳化反应过程产生大量的热量，一方面过程需要一定的温度，另一方面又要控制在一定的温度，温度过高，油墨体系各组分的化学性质会产生质的变化，影响油墨的整体质量。在高剪切力的作用下，体系中产生大量的气泡，所以乳化反应过程应在真空环境下进行。

四、油墨质量的技术指标
油墨的检验指标有粘度、细度、浓度、流动度、环保性、干燥性、稳定性、流动性、印张数和印刷牢度。其中粘度是最重要的指标。 （
1）粘度 是流体抗拒流动的一种性质，是流体分子间相互吸引而产生的阻碍分子间相对运动能力的量度，即物体流动的内部阻力。检验原理：以旋转粘度仪测定油墨的流动阻力与运动速度及梯度的关系。以PaS示之。其高低直接影响印品的质量。过低，会造成印品色浅，网点扩大，边缘易出现毛刺、不实等弊端。偏高，造成油墨转移性不佳，墨色不均，同时易出现糊版及印刷适性不佳等弊病。影响粘度的因素主要有温度，油墨的触变性及PH值等。粘度可用旋转粘度计（例如NDJ-79）来测量（可使用不同的仪器，不同仪器测量的数值不一样）。理想油墨、得宝油墨粘度一般在80000～10000CP（20℃）左右；理光/基士得耶油墨粘度基本上为50000～70000 CP（20℃）左右，并且流动性很好。
（2）细度即油墨其颗粒研细程度及分散状况。检验原理：以刮板细度仪测定，观察其颗粒集中点，以微米之。一般来说，细度越小，着色剂分散性能越好，其显现出的黑度和光泽度越高；细度越大，印品色泽淡，粗糙，易造成堵版和堵网。同时减少匀墨辊的使用寿命。
（3）流动性其大小被用来说明油墨的稀稠程度，是粘度的倒数。检验原理：一定体积的油墨样品在规定压力下，经一定时间能扩展成圆柱体直径大小，以毫米示之。
（4）渗透干燥速度即油墨在纸张上通过渗透干燥的能力。检验原理：每隔一定时间使油墨在新闻纸上刮样与空新闻纸在一定压力下摩擦，至空的新闻纸不再因摩擦而染色时的时间。有初始干燥和彻底干燥两种，干燥是指油墨在机器墨辊上和承印物上的干燥的时间，一体机油墨的干燥方式为渗透吸收，其墨膜一经彻干，就变成了水不再复溶了。一般一体机油墨的初干性慢，彻干快，这样的油墨较好使用。即油墨在印刷版及墨辊上不干，在印刷基材上速干，处理好这次矛盾，平衡好两者之间的辨论关系，这就涉及到配方设计者的专业技巧。干燥过快，油墨易堵版，脏版，印品边缘易出现毛刺，层次叠印时易出现丢网点，使得套印不准，图案层次模糊等弊病。过慢，则纸张易变型，印刷品易蹭脏，印品模糊不清，易发生粘连。快干性，印张数和印刷牢度通过在速印机上试印一支到几支油墨来判断，一般根据速印机本身携带的标准测试版来进行。印刷件要求字迹清晰不模糊，背面不蹭脏，字迹擦不掉，印张数接近原装油墨。
（5）渗透度 油墨样品在一定压力，一定时间后，根据油墨的刮样变化情况及渗透染色滤纸张数示之。
（6）稳定性 对油墨进行一定时间的冷冻和加热试验，观察油墨是否有胶化情况和反粗现象。稳定性通过冷热实验和纸上滴墨样来判断，油墨在-20—60℃的冷热环境中交替放置，然后 回到室温下测量油墨粘度变化，观察是否出水，是否变稀，是否软化，是否渣化。挑少许油墨置于复印纸或油印纸上，形状为宝塔形，在一定的时间后，观察油圈渗透大小、油圈是否带色，油圈大小要求适中，油墨是否开裂、变渣、表面结皮固化硬化、颜色变暗无光等不良现象。质量好的油墨基本上只渗出一个油圈，其余保持滴样时的原样。
（7）渗色性将油墨置于滤纸上经一定时间后，观察滤纸吸收油墨渗出之油圈上是否带色，以检视油墨渗色情况。
（8）浓度即油墨颜色的黑度和饱和程度。采用DFH－80型光电计进行测定，在定光源的照射下，试印样面吸收和反射光量度的比，用来表达油墨的浓度。
（9）干化性 敞口置于80℃恒温箱中三周，观察有无干化。
（10）印刷张数 一定量的油墨在标准文字版下能印张数的能力。
（11）印刷牢度 印图文24小时后，抗橡皮筋涂抹的能力。

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五、油墨质量的鉴别方法
（1）肉眼看：无火山口、光滑发亮、墨质细腻、色泽均匀、光泽度好。（2）闻气味：无味或略有香味。（3）燃烧：用复印纸沾上小量油墨并点火，观察火焰稳定，没有声音、没有飞溅。（4）粘温变性：适当粘度，油墨随着温度的变化粘度变化小。（5）细度：8um以下。（6）油圈：透明、不带任何颜色。（7）浓度：高、色泽柔和。（8）干燥机理：机上不干燥，保湿；印后速干。可即时进行两面印刷而不产生背粘。（9）稳定性：高温和低温下，不出现油水分离，不出水。保质长。（10）印刷：文字线条细腻清晰，无扩散；图象层次感好；印张数多。（11）环保：中性或接近中性，不会腐蚀滚筒；无芳烃溶剂。

六、小结
一体机油墨要求外稠内松，油墨表面看起来稠，油墨在印筒中不流涎，不滴漏，不溢墨，不甩墨。油墨实质内部稀松，油墨从包装容器中抽吸容易，在滚筒上涂布均匀，容易透过蜡纸印版，印刷字迹清晰。国产的油墨，质量上已经很接近原装油墨，某些性能甚至超过了原装油墨。国产油墨的通病是：质量不稳定，原材料这批可能很好，下一批就不一定很好；使用低廉劣质原材料。一方面，这是国内原材料生产商的工业基础比较低造成的，国内企业最热衷于降低原材料成本；另一方面，是国内油墨生产商降低成本追逐高额利润造成的。目前，市场上进口油墨质量稳定，价格高；国产油墨牌子林立，以次充好，价格不一，质量良莠不齐，好坏难分，稳定性较差。随着信息的交流和物流业的发展，一体机油墨的市场将会很透明，作为制造商，价格合理、质量稳定才是生存和发展的前提。