专业人士分享如何成功地使用喷墨添加剂和进行预处理

在这篇文章中，我们与EVONIK CAD的喷墨油墨负责人维德兰·杜拉斯维克坐在一起，从他的团队了解幕后工作的原材料知识，以使喷墨取得成功。他慷慨地帮助整理了这篇文章，并与喷墨社区分享了这些信息。好好享受！

本文的灵感来自ImageXpert和EVONIK油墨添加剂公司最近的一项合作，该合作旨在设计一种高科技印刷站系统，该系统可以观察喷墨滴在与基材碰撞后的扩散和干燥时刻。Evonik油墨添加剂公司专门为油墨市场提供广泛的原材料组合，如分散剂、助分散剂、表面活性剂、助粘合剂、粘合剂、二氧化硅及其分散体，适用于最苛刻的应用方法，如喷墨。有这么多添加剂可供选择，第一次选择合适的添加剂对许多项目的成功至关重要。为了提供尽可能具体和准确的产品建议，EVONIK CAD希望能够在喷射实验室的实际应用条件下测试添加剂和油墨-基材的相互作用。借助该系统，开发人员可以实时观察不同油墨配方选择的效果，以及承印物预处理或印刷点涂层的效果，从而了解更多底层流程，并在开发过程中为客户提供卓越的支持。在这篇文章中，Evonik油墨添加剂分享了他们在油墨、原材料和预处理方面的丰富知识，以及使用新系统捕获的一些图像和数据。

预处理有什么用呢？

为了理解表面预处理的价值，首先要记住的是，从短距离观看图像所需的高打印质量要求喷墨油墨设计成具有极低的流动性、低粘度和低表面张力。这种流动性允许它们在喷射过程中以可控的方式被挤压通过小喷嘴，并且在印刷过程的前半部分非常有利。然而，这种流动性使得工艺的后半部分，对基材的冲击和干燥，更具挑战性。由于其特性，油墨有可能以各种不可控的方式移动、改变形状并吸收到基材中。预处理的主要任务是控制油墨接触表面后的行为，预处理可以是化学的、加热的、电气的等等。

每种应用所用基材的独特挑战决定了需要何种类型的预处理，但有适用于所有基材的通用动态原则。一个重要的原则是油墨和基材组合的润湿性。润湿性是油墨在基材表面铺开的程度；如果您想让油墨附着在承印物上，它需要很好地铺开，并使表面接触最大化。基材的表面能和油墨的表面张力之间的关系在润湿性中起着很大的作用。与油墨相比，基材的表面能越高，油墨的铺展就越好。在液滴从喷嘴喷出、到达基材并扩散直至部分或完全固化的过程中，会发生表面形成事件。正是在该窗口内，油墨的表面张力需要低于它需要铺展的基材的表面自由能。

处理吸收性极强的基材

例如，纺织品基材具有极强的吸收性，会吸收油墨。这对纺织品的颜色强度、图像质量、手感和成本都有负面影响(所有这些墨水都很贵)。油墨的表面张力通常只需降低到约30mN/m即可润湿纺织品，这并不具有挑战性。然而，相对于液滴扩散的动力学，表面张力也必须随时间严格控制，以便它不会渗入织物结构太深而丢失。使用工业上称为动态表面张力降低添加剂，如线性或支化醇聚醚，或炔属二醇乙氧基化物基润湿添加剂来满足这一要求，这些添加剂现在在市场上已经相当成熟。

为了帮助控制这一过程，使用化学预处理作为油墨和吸收性基材之间的缓冲剂。预处理就像一种粘合剂，所以一旦油墨接触到材料，它就会保持不动，不会产生颜色渗色或对图像产生其他负面影响。例如，用硅基材漆预处理纺织品可以提高染料和颜料基油墨的颜色强度、印刷质量和牢度性能。这些改进源于颜料颗粒被二氧化硅的限定多孔结构锁定在适当位置，或者源于染料分子的阴离子发色团静电结合到含阳离子二氧化硅的底漆上。

处理极不吸收的基材

EVONIK CAD还专门研究另一端的基材:塑料和聚合物，它们是疏水性的，自然不太容易润湿。包装工业中使用的聚合物薄膜分别比纺织品具有更大的挑战，因为它们需要预处理过程，目的是通过增加表面上富氧官能团的数量来增加基材的表面能。电晕或等离子体处理通常用于此目的。预处理后，基材如聚丙烯或聚酯将接受静态表面张力在20 mN/m范围内的油墨。

重要的是要记住，这里不仅仅是纯粹的“数字”。表面自由能是极性和分散部分的总和，在许多情况下，即使在预处理后，分散部分也优先于极性部分。这通过使用来自一组有机改性硅氧烷的表面活性添加剂来补偿，因为它们更适合于含有相对高部分表面自由能分散部分的聚烯烃基材。这里优选短骨架硅氧烷，因为它们将最快速地从大部分流体(液滴)迁移到表面-空气界面。仔细选择用于聚合物基材的表面活性剂也将使液-固界面的界面张力最小化，从而支持油墨对基材的粘附。

预处理:之前和之后

正如您所看到的，获得合适的扩散量是一个相当大的挑战:太少的话，墨水不会附着在基材上，太多的话，随着点一起渗出，图像会变得模糊。但是多少才算合适呢？进入JetXpert打印站系统，观察油墨扩散和干燥。 JetXpert 打印台 system for watching ink spread and dry.

这里有一个例子，当在未经处理且与油墨不匹配的聚乙烯薄膜上打印时会发生什么。在这种情况下，使用了高的基材速度，带有产生韧带/线条的波形，这更好地显示了墨滴-基材的相互作用。基材的表面自由能太低，尤其是极性部分，这意味着油墨吸附不到表面。

濡れの速さを研究する

另一个要考虑的因素是这种运动发生的持续时间，这样就可以适当地安排固化/干燥的时间。对于不太容易润湿的表面，油墨在固化之前需要时间扩散并增加表面接触，否则它可能没有机会很好地粘附到表面并脱落。但是等待时间太长意味着墨点可能开始结合在一起，损害图像。或者更糟的是，您的打印机运行速度比预期的要慢！这里有一个例子，表面上的墨水在喷射后的250毫秒到5秒的时间范围内。

如您所见，大多数液滴扩散似乎发生得非常早，这是该应用良好预处理的标志。我们希望油墨能快速润湿承印物，这样我们就可以立即将其转移到印刷过程的下一阶段，而不会有任何延迟。这种特殊测试打印的目的不是优化墨滴质量，而是研究墨滴扩散。然而，ImageXpert系统能够自动分析墨滴质量和油墨覆盖率随时间的变化。下面显示了这种分析的示例图像，以及一个图表，该图表显示了测量的覆盖率随时间的变化。 dot quality and changes in ink coverage over time. Example images of this kind of analysis are shown below, along with a chart showing the measured change in coverage over time.

扩展测试能力

EVONIK CAD计划用这个系统让他们保持在市场的最前沿。由于能够完全或部分固化沉积多达四种颜色，他们可以研究不同颜色在不同界面上的相互作用，如基材-液滴和液滴-液滴。他们将研究赋予固有低粘度流体牢固性的潜力，以满足工业印刷对功能性油墨的需求，这可能需要研究新材料，结合几种油墨类型，甚至可能结合应用技术。该系统的灵活性，也包括dropwatching功能，将使他们能够通过润湿特定底物的能力来规划整个添加剂组合，同时潜在地揭示添加剂设计利基，并有望揭示未来添加剂构建的新平台。 dropwatching capabilities, will enable them to map out an entire additive portfolio by ability to wet out specific substrates, while potentially uncovering additive design niches, and hopefully revealing new platforms for building the additives of the future.

综述

随着越来越多的工业打印应用转向喷墨打印，缩小模拟打印过程中打印速度差距的需求将成为采用喷墨打印应用的决定性因素。其他主要因素将是整个印刷过程的稳健性、干燥油墨在牢度性能方面的功能性、每印刷单位的价格以及该技术在未来发展的潜力。幕后的原材料是提高喷墨市场的速度、牢度、功能和未来的主要驱动力。

我们衷心感谢Evonik与我们分享他们的知识，帮助扩展行业能力。凭借他们对喷墨的存在和专注，Evonik属于喷墨技术推动者社区：一群类似的公司和行业领先的专业人士确保喷墨是一种在未来蓬勃发展的健全技术。他们是广泛的原材料、详细的技术信息、建议和支持的单一来源：真正邀请行业与他们合作并共同开发新技术您可以在此处了解有关Evonik油墨添加剂的更多信息。如有疑问，请随时写信至additive4inks@evonik.com here. For questions, please do not hesitate to write to additives4inks@evonik.com