Producent atramentu sublimacyjnego, aktywatorów powierzchni do druku cyfrowego i płynnych laminatów do ochrony wydruków.
Informacje o firmie Prim Jet Color.
Umożliwiają sublimację na bawełnie, szkle, ceramice, metalu, PCV. Aktywują powierzchnię do druku atramentem solwentowym lub utwardzanym UV.
Płynne laminaty do ochrony wydruków przed promieniowaniem UV, uszkodzeniami mechanicznymi i zanieczyszczeniami środowiska.
Atrament (tusz) sublimacyjny do drukarek i ploterów piezoelektrycznych.
Publikacje naukowe i wyniki pomiarów.
Prosimy o kontakt z naszą firmą.
Zapraszamy do naszego sklepu internetowego.

O Firmie

 LAKIERY, LAMINATY i ATRAMENTY do DRUKAREK i PLOTERÓW


 

     STABILNOŚĆ WYDRUKÓW ATRAMENTOWYCH

   Ogólne wymagania stawiane atramentom

   Skład atramentu do drukarek i ploterów
   Barwniki stosowane do produkcji atramentu
   Klasyfikacja barwników
   Przyczyny "starzenia się" wydruków atramentowych
   Wyniki testów

 

 

Firma PRIM JET COLOR przebadała wydruki wykonane przy pomocy dwóch rodzajów atramentów referencyjnych na różnych nośnikach (papierach i foliach). Badane były atramenty barwnikowe i pigmentowe na bazie wody i rozpuszczalników (solwentowe) pod kątem ich odporność na czynniki środowiskowe. Testowano, do jakiego stopnia światło, tlen, środowiskowe polutanty wpływają na jakość wydruków. Wykonano pomiary gęstości optycznej i widm absorpcji, aby stwierdzić które czynniki najbardziej wpływają na trwałość wydruków bez pokrycia ich warstwą ochronną.

   Na podstawie przeprowadzonych testów zalecamy stosowanie pokrycia wydruku odpowiednim lakierem lub folią, aby zwiększyć jego odporność na uszkodzenia mechaniczne i promieniowanie UV. Żaden atrament pigmentowy nie jest tak odporny na zarysowania (i inne uszkodzenia mechaniczne) jak atrament barwnikowy. Wynika to z faktu, że atrament pigmentowy nie wnika do wewnątrz medium, na którym wykonuje się wydruk, lecz wysychając tworzy na jego powierzchni warstwę złożoną z molekuł pigmentu (błonę) łatwą do oderwania od podłoża. Natomiast atrament barwnikowy wnika w warstwy (o różnych własnościach) powlekające medium i po wyschnięciu molekuły barwnika pozostają w sieci mikrokanalików wewnątrz tych warstw. Zatem aby uszkodzić wydruk trzeba zniszczyć podłoże. Pokrycie wydruku zabezpiecza go dodatkowo przed uszkodzeniami związanymi ze zginaniem, szczególnie, gdy wykonany jest na giętkim medium i jest eksponowany jako flaga lub transparent. 

Ogólne wymagania stawiane atramentom

   Podstawową własnością atramentów używanych do druku na ploterach wielkoformatowych i drukarkach biurowych jest ich odpowiednia barwa. Ponadto atrament nie może wnikać zbyt głęboko w podłoże, na którym wykonuje się wydruk, a jego przeciekanie na drugą stronę jest niedopuszczalne. Taki efekt znacznie obniża rozdzielczość wydrukowanego obrazu. Z drugiej strony, ta własność atramentu skraca czas schnięcia, ale powoduje rozmazanie i zacieki na wydruku. Ponadto wydruk powinien być odporny na promieniowanie słoneczne i wilgoć zawartą w atmosferze.
Aby zapewnić niezawodność wydruku atrament powinien być tak skomponowany, by proces formowania mikro-kropelek atramentu przez głowice drukujące był stabilny. Dwa podstawowe parametry odpowiadają za ten proces: lepkość i napięcie powierzchniowe.
Wielkości te zależą od rodzaju głowicy drukującej zastosowanej w urządzeniu drukującym. Dla termicznej (strumieniowej) głowicy drukującej, na przykład, wymaga się od atramentu, aby odparowywał jak woda. Tymczasem, dla piezoelektrycznej głowicy drukującej konieczne jest, aby atrament był na tyle lepki by płynął przez tę strukturę. Dalej, własności atramentu muszą być zgodne z wymaganiami różnych składników układu stałego zasilania w atrament. To znaczy, że atrament nie powinien wchodzić w jakąkolwiek reakcję chemiczną, nie może korodować lub powodować wybrzuszeń albo innych niekorzystnych efektów podczas kontaktu ze składnikami głowicy drukującej. Ponadto powinien być łatwo wymywany z dysz drukujących. W końcu, atrament nie może powodować jakichkolwiek problemów zdrowotnych, problemów związanych z bezpieczeństwem, ani też nie powinien wywoływać wzrostu mikrobów.

Skład atramentu do drukarek i ploterów

    Typowe komponenty wchodzące w skład atramentu są przedstawione poniżej:

  • Barwnik:
    Barwnik albo pigment. Zwykle 2-8% z wagi całkowitej atramentu.

  • Rozpuszczalnik:
    Podstawowy składnik atramentu, który rozpuszcza albo tworzy zawiesinę barwników. Typowe rozpuszczalniki to: woda, alkohole i keton metylo-etylowy. Zwykle 35-80 %.

  • Środki powierzchniowo-czynne, środki zwilżające:
    Dodane powodują obniżenie napięcia powierzchniowego atramentu i pomagają w jego przenikaniu do podłoża. Tergitol 15-S-5, drugorzędowy alkohol oksyetylowany jest środkiem powierzchniowo czynnym, a izopropyl jest używany jak środek zwilżający, zwykle w proporcjach 0.1-2.0 % pierwszego i 1-5 % drugiego składnika.

  • Środek zwiększający rozpuszczalność barwników:
    Po dodaniu zwiększa rozpuszczalność barwnika w podstawowym rozpuszczalniku. N-metylo-pirolidina. Zwykle 2-5 %.

  • Dyspergator:
    Po dodaniu pomaga w powstaniu koloidalnej zawiesiny pigmentu. Np. specjalna sadza, zwykle 3-8 %.

  • Substancja pochłaniająca wilgoć:
    Dodawana, aby hamować parowanie atramentu. Np. w atramentach na bazie wody zazwyczaj stosowane są glikole. Zwykle 10-30 %.

  • Modyfikator lepkości:
    Środek dodawany, aby podnieść lepkość atramentu, jest to często substancja pochłaniająca wilgoć jak np. glikole. Zwykle 1-3 %.

  • Bufor pH:
    Najczęściej modyfikuje się pH atramentu w kierunku zasadowym. Zwiększa to kompatybilność atramentu z częściami metalowymi drukarki (korozja głowicy drukującej zachodzi znacznie wolniej). Dalsze zmiany pH mogą już wpływać na barwę atramentu. Trój-etylo-amina jest używana jako bufor, zwykle 0.1-1.0 %.

  • Czynnik chelatujący:
    Dodany do kompleksów jonów metali przeszkadza budowie centrów parowania. Typowym materiałem jest EDTA (Etylo-di-amina-tetra kwasu octowego). Zwykle 0.1-0.5 %.

  • Środek bakterio i owadobójczy:
    Dodany by zabić bakterie i inne organizmy. 1,2 Benzisothiazolina-3-jeden. Zwykle 0.1-0.3 %.

  • UV bloker, Antyutleniacz, Inhibitor Wolnego Rodnika:
    Dodawany, aby zwiększyć odporność atramentu na promieniowanie, lub by przeszkodzić degradacji długich łańcuchów cząsteczek barwnika. Zwykle 1-5 %.

Barwniki stosowane w produkcji atramentów
Chemiczna Struktura Barwników

 

   Istnieje ścisły związek między składem chemicznym i kolorem barwników organicznych. Wszystkie barwniki zawierają system sprzężonych -C=C- podwójnych wiązań węglowych. Paleta kolorów barwników jest związana z obecnością szczególnych grup atomów, tzw. chromoforów i auksochromów, które muszą zawierać system sprzężonych podwójnych wiązań.

Chromofory są dawcami elektronów (donorami) a antyauksochromy są biorcami elektronów (akceptorami). Chromofory są liniowymi lub cyklicznymi układami sprzężonych podwójnych wiązań węglowych i są czasami nazywane chromogenami.

Struktura chemiczna barwników jest badane poprzez analizę ich widm, a w szczególności położenie maksimów absorpcji w widmie promieniowania widzialnego. Organiczne związki nabierają barw poprzez absorpcję promieniowania elektromagnetycznego z widzialnego zakresu o długości fali od 400 do 700 nm.

Wszystkie cząsteczki mają zapełnione lub puste orbitale elektronowe. Sprzężone wiązania pozwalają, aby elektrony były zdelokalizowane w układzie łańcucha lub pierścienia. Energia (hν) światła widzialnego lub ultrafioletowego (10-400 nm), jest absorbowana przez cząsteczkę barwnika i jest zużywana do wybicia jednego z elektronów ze stanu podstawowego do stanu orbitalnego o wyższej energii. Ta przerwa energetyczna (A.E.) między HOMO (najwyższy zajęty cząsteczkowy orbital) i LUMO (najniższy nie zajęty cząsteczkowy orbital) ma krytyczne znaczenie w określeniu koloru pigmentu albo barwnika.
Zgodnie z relacją Bohra-Einsteina różnica energii pomiędzy stanem podstawowym a odpowiednim stanem wzbudzonym jest proporcjonalna do obserwowanej częstości pochłoniętego światła.
 

ΔE = hν = hc/λ

 

   Przesunięcie maksimum absorpcji w stronę fal dłuższych (w stronę czerwieni) jest nazywane batochromowe, a w stronę fal krótszych (w stronę nadfioletu) hypsochromowe. Te przesunięcia są ściśle związane ze stopniem sprzężenia wiązań. Pozostałe przesunięcia są konsekwencją obecności w cząsteczce grup auksochromowych będących donorami elektronów, takich jak —NH2, —NMe2, —OH i —OR, które dostarczają elektronów do wiązań chemicznych, lub grup antyauksochromowych, takich jak —NO2 i —C=O, które pobierają elektrony z wiązań.

 

Klasyfikacja barwników

 

   Z punktu widzenia zastosowania atramentów do druku różnice własności barwników i pigmentów są bardzo ważne. Barwniki są to przestrzenne cząsteczki, które mogą zawierać grupy zwiększające rozpuszczalność (np. kwas sulfonowy albo kwas karboksylowy). Kryształy barwnika są mniej trwałe niż pigmenty z powodu tego, że ich siły międzycząsteczkowego oddziaływania są słabsze niż w pigmentach. Są łatwiej rozpuszczane przez rozpuszczalnik i w rezultacie otrzymujemy ich roztwór. W zależności od użytego rozpuszczalnika mogą być dalej klasyfikowane jako barwniki do atramentów na bazie wody lub na bazie innych rozpuszczalników.

Pigment jest skupieniem setek albo tysięcy cząsteczek, zależnie od rozmiaru pigmentu (0.1-1.0 mikrometra). Pigmenty są to istotnie płaskie cząsteczki, które zwykle zawierają silne wiązania wodorowe (np. amidowe —CONHR i karbonylowe —C=O). Dalej, pomiędzy nimi występują silne międzycząsteczkowe siły przyciągania, które prowadzą do powstania stabilnego kryształu o wysokiej energii sieci krystalicznej. Pigmenty są to cząsteczki ciała stałego i dlatego praktycznie są nierozpuszczalne w standardowych rozpuszczalnikach. Muszą być rozpuszczone poprzez używanie specjalnego dyspergatora działającego jako pomost pomiędzy rozpuszczalnikiem atramentu a powierzchnią cząsteczek pigmentu.


   Pigmenty są bardziej odporne na promieniowanie (światłotrwałe) niż barwniki, przede wszystkim dlatego, że posiadają więcej grup chromoforowych w cząsteczce. To znaczy, że wszystkie cząsteczki barwników (z powodu ich wielkiej powierzchni) są osiągane przez czynniki powodujące płowienie (światło), podczas gdy tylko cząsteczki przy powierzchni pigmentu (10% z całości) absorbują fotony. Wadą, z drugiej strony, jest to, że większe cząsteczki pigmentu powodują iż światło rozprasza się na nich, co zmniejsza nasycenie koloru i daje bardziej matową powierzchnię wydruku. Ponieważ skala koloru zależy od nasycenia barwy, a nasycenie barwy zależy od częstości odbijanego światła, barwniki z wąskim, symetrycznym widmem absorpcji wykazują najwyższe nasycenie barwy. Z powodu ich mono-molekularnych poziomów energetycznych barwniki mają wąskie pasmo absorpcji w widzialnym zakresie widma. Agregacja cząsteczek prowadzi do poszerzenia krzywej absorpcji, co powoduje efekt zmatowienia. Dalej, poszczególne cząsteczki barwnika są mniejsze niż długość fali światła, zatem jego rozproszenie nie jest możliwe. Pigmenty o rozmiarze 0.2-1.0 mikrona, z drugiej strony, mogą rozpraszać światło (światło widzialne ma długość fali z przedziału 0.4-0.7 mikrona). Cząsteczki pigmentu mogą też powodować zatykanie dyszy głowicy drukującej i zaskorupianie się atramentu.

 

Przyczyny "starzenia się" wydruków atramentowych
  • Brak odporności na działanie światła

    W ogólności, w próżni barwniki są odporne na blaknięcie. W kontakcie z atmosferą, media i składniki atramentów, tracą barwę w różnym stopniu. Zrozumienie mechanizmów kontrolujących ten proces foto-degradacji jest nieco ograniczone z powodu faktu, że nie jest to pojedynczy, dobrze określony mechanizm. Częściej jest to cała grupa mechanizmów, które muszą być dobrze zrozumiane, aby zwiększyć odporność atramentu na działanie światła.

  • Foto-utlenianie i Foto-redukcja
    Po zaabsorbowaniu fotonu molekuła barwnika jest zwykle wzbudzona do singletowego stanu elektronowego (S1). Następnie może powrócić do stanu podstawowego (S0) bezpośrednio, emitując foton, lub bezpromieniście poprzez wewnątrz-systemowe przejście krzyżowe (5) do stanów trypletowych (T1), następnie emitując fosforescencję.

 

Na powyższym schemacie przedstawione są poziomy energetyczne i możliwe procesy kwantowe dla typowych molekuł barwników. Transfer energii pomiędzy molekułami następuje w wyniku rezonansowego oddziaływania typu dipol-dipol.
 

     Promieniowanie UV (nadfioletowe) posiada większą energię niż światło widzialne i może wzbudzić molekuły barwnika do tak wysokich poziomów elektronowych, że może zajść reakcja fotochemiczna degradująca daną molekułę.
Większość barwników traci barwę poprzez utlenianie wywołane pochłanianiem promieniowania (światła), w obecności wilgoci i tlenu atmosferycznego. Zazwyczaj wzbudzona przez światło molekuła barwnika może reagować z wodą lub nadtlenkiem wodoru, co jest zilustrowane na poniższych schematach:

gdzie D* oznacza wzbudzoną molekułę barwnika (donor).

 

   Inną możliwą reakcją fotochemiczną, która przekształca molekułę barwnika w pozbawiony barwy związek chemiczny jest tzw. mechanizm redukcji. Albo barwnik przyłącza wodór albo ma miejsce transfer elektronu. Jest to zilustrowane na schemacie poniżej:

 

Fotostabilność barwników można zwiększyć poprzez skrócenie czasu ich życia w wzbudzonym stanie singletowym tj. poprzez dodanie tzw. antyoksydantów (antyutleniaczy) lub poprzez zmianę struktury chemicznej (dodanie nowych grup funkcyjnych).
Na przykładzie atramentu czerwonego (barwniki azowe) omówiony jest poniżej mechanizm dekompozycji barwnika. Zanikanie barwy barwnika azowego jest przypisywane atakowi tlenu na jego hydrazonowy tautomer. Na początku reakcji produkowany jest niestabilny nadtlenek, który szybko rozkłada się do bezbarwnej cząsteczki. Podczas gdy reakcja ta jest promowana przez pojedyncze fotosensybilizatory tlenowe (np. inne barwniki), singletowe wygaszacze tlenowe takie jak l,4 diaszabicyclo[2,2,2]-oktan (DABCO) i niklu-dibutylditiocarbaminian (NBC) powodują płowienie (zanikanie barwy).
 

Mechanizm utleniania atramentu czerwonego (magenta)

 

 

     Redukujący mechanizm zanikania barwy barwnika azowego w warunkach beztlenowych opiera się na obecności w atramencie dawcy wodoru, jak np. alkohole, aminy, ketony, kwasy karboksylowe, etery i estry. Ta reakcja jest mocno przyśpieszana, gdy dawca wodoru albo barwnik są w stanie wzbudzonym (poprzez pochłonięcie kwantu światła).

 

 

 

 Mechanizm redukcji dla atramentu czerwonego (magenta).

 

  • Fotokataliza

    Jak wspominano powyżej, wzbudzone barwniki mogą wyprodukować tlen atomowy, co kończy się utlenieniem barwnika. Katalityczne zanikanie barwy zdarza się, gdy jeden barwnik może przenosić zaabsorbowaną energię do innego barwnika o niższych poziomach energetycznych. Powiększa w ten sposób wrażliwość tego barwnika na promieniowanie. Aby zaszło katalitycznego zanikanie barwy, barwniki muszą być wymieszane na wydruku. Na przykład, w drukarkach atramentowych można zaobserwować katalityczne zanikania koloru czerwonego (magenta) w obecności atramentu cyjanowego, to jest, w obszarach o różnym odcieniu niebieskiej barwy, gdzie cyjanowe i czerwone kropelki atramentu nakładają się na siebie.
     

  • Agregacja barwników i pigmentów

    Badając stabilność wydruków atramentowych zauważono, że barwniki agregują, dzięki czemu są bardziej oporne na zanikania barwy niż w stanie jednocząsteczkowym.
    Pozytywny skutek, który agregacja może mieć na odporność na działanie światła jest przypisywany kilku czynnikom. Na przykład, większe agregaty zmniejszają efektywność ataku rodnika z powodu mniejszej powierzchni na jednostkę masy barwnika. Światło jest absorbowane przez warstwy powierzchniowe większych agregatów i gdy zewnętrzna warstwa jest zdegradowana, reagenty dyfundują wolniej, przez co później osiągają wnętrze nieuszkodzonego barwnika. Innym czynnikiem jest to, że czas życia barwnika w stanie wzbudzonym jest krótszy w dla agregatów, co powoduje, że barwnik ma mniej czasu by zaszła niekorzystna reakcja.
    Podobne argumenty zwykle objaśniają lepszą odporność pigmentów na działanie światła niż barwników. Jednak rozmiar cząsteczek pigmentu musi być odpowiedni w stosunku do wymagań współczesnych głowic drukujących. Pigment nie może zatykać dyszy drukujących i ponadto musi zapewnić odpowiednią gamę kolorów. To powoduje, że zaczynają tracić swą naturalną przewagę, gdyż nowe technologie wymagają coraz mniejszych rozmiarów cząsteczek.
    Agregacja barwników może być regulowana na kilka sposobów, na przykład, może polegać na wpływaniu na rozpuszczalność barwników wskutek obecności drugiego rozpuszczalnika. Bardziej zasadowe pH i dodatek soli też prowadzą do zwiększenia agregacji cząsteczek. Dwie najważniejsze zmienne kontrolujące agregację cząsteczek to stężenie barwnika i stężenie rozpuszczalnika w wysychającej kropelce atramentu w warstwie wydruku. Zmniejszenie stężenia barwnika i/lub wzrost stężenia rozpuszczalnika prowadzi do mniejszej liczby cząsteczek barwnika w kropelce atramentu, zatem powstawanie dużych agregatów cząsteczek jest utrudnione.
    Użycie rozcieńczonego atramentu, w sześciokolorowym układzie barw podstawowych, aby uzyskać lepszą jaskrawość i kontrast obrazu, zmniejsza odporność na działanie światła przynajmniej dwukrotnie.
     

  •  Wpływ modyfikatorów

    Modyfikatory używane do produkcji atramentu mogą wpływać na jego odporność na promieniowanie (światło). Na przykład, optyczne wybłyszczacze, głównie używane podczas druku na papierze stosowane, aby papier wydawał się bielszy, mogą mieć duży wpływ na mechanizm blaknięcia wydruku. Te wybłyszczacze są zaprojektowane by absorbować fotony o jednej energii (zwykle światło UV) i emitować fotony o niższej energii z widzialnego widma. Teraz, gdy dochodzi do kontaktu barwnika z wybłyszczaczem to ma on okazję by absorbować energię, nie od tylko fotonu, ale od optycznie wzbudzonej cząsteczki wybłyszczacza. Ten mechanizm przenoszenia energii jest dobrze znany i może działać jako dodatkowe centrum, gdzie zaczyna się i zachodzi kaskadowa reakcja fotochemiczna.
    Dalej, powinno się mieć na uwadze, że składniki atramentu wybierane by stabilizować jeden barwnik mogą destabilizować inny.
     

  • Odporność na wodę

    Z powodu szerokiego stosowania rozpuszczalnego w wodzie atramentu, odporność na działanie wody może mieć duże znaczenie dla stosowanych w nich barwnikach. Te barwniki powinny być takie, aby dawały dużą elastyczność w formułowaniu atramentu, by działały prawidłowo w drukarkach, a wydruki na papierze nie powinny ponownie rozpuszczać się albo rozmywać w kontakcie z wodą.
    Istnieją dwa podejścia poprawiające własności atramentów: pierwszy opiera się na kontrolowaniu czynnika pH i drugi bazuje na formie zwitterionowej barwników.
     

  • Odporność na wilgoć

    Na wydruku pod wpływem wysokiej wilgotności i w wyższej niż normalna temperaturze, może nastąpić rozpad agregatów cząsteczek barwnika oraz jego dyfuzja (rozmycie i zacieki).
     

  • Odporność na ozon i inne polutanty

    Istnieją hipotezy, że ozon jest główną przyczyną zanikania barw na wydrukach atramentowych. Jednak, nikt jeszcze nie zademonstrował, że poziom ozonu w normalnym powietrzu na poziomie gruntu jest czynnikiem, który powoduje znaczącą degradację. Z drugiej strony, jest dobrze znanym faktem, że przepływ powietrza (np. klimatyzacja) powoduje zanikanie barw atramentu. Inne polutanty, takie jak NOX i SO2, w oczywisty sposób również wpływają na wydruk.
    Skutek środowiskowego zanieczyszczenia na starzenie się wydruków był badany i stwierdzono, że mieszanina NO2/SO2 powoduje zażółcenie wydruku (papieru).
     

Wyniki testów

 

     Największe zmiany związane z blaknięciem katalitycznym barwników zaszły dla atramentu cyjanowego. W mniejszym stopniu to samo zjawisko miało miejsce dla atramentu czerwonego (magenta), szczególnie wtedy, gdy został wymieszany z cyjanowym, aby uzyskać barwę niebieską.

  • Atrament barwnikowy

Barwnik

   UV    Przepływ powietrza    Ozon    NO2

      Cyjan
      Magenta
      Żółty

Bardzo niestabilny
Bardzo niestabilny
Bardzo niestabilny

Niestabilny
Względnie stabilny
Stabilny

Bardzo niestabilny
Niestabilny
Względnie stabilny

Niestabilny
Względnie stabilny
Niestabilny

 

  • Atrament pigmentowy

Pigment

   UV

   Przepływ powietrza

   Ozon

   NO2

      Cyjan
      Magenta
      Żółty

Niestabilny
Względnie stabilny
Względnie stabilny

Względnie stabilny
Stabilny
Bardzo stabilny

Względnie stabilny
Względnie stabilny
Stabilny

Stabilny
Stabilny
Stabilny

 

 

Gdzie:
stabilny: prawie nie ma efektu blaknięcia, współczynnik utraty barwy poniżej 10%,
względnie stabilny: powolne blaknięcie, współczynnik utraty barwy, maks. 20% po 8 tygodniach,
niestabilny: w przybliżeniu 10% utraty barwy po pierwszym tygodniu ekspozycji, maks. do 40-50%,
bardzo niestabilny: ponad 15% utraty barwy po pierwszym tygodniu ekspozycji, maks. do 60-70%.

 

Góra strony