数字喷墨印刷的挑战：解决水性油墨与纸张相容性问题！

对于印刷而言，水是一个问题，因为取代胶印的喷墨印刷机会在纸张上喷出大量的水，这种类型的喷墨油墨主要是水，这给开发人员带来了一个问题，一方面如何减少对水的依赖，另一方面如何防止它对纸张造成损坏。显而易见的答案是“干燥”，引发了第二个问题：如何干燥？

现在的答案是：这要看情况。这取决于印刷机制造商、油墨本身和纸张。后者必须被排除在外，因为喷墨要在商业印刷中取代胶印，喷墨需要与胶印一样能够在广泛的基材上进行印刷。

随着时间的推移，专业喷墨印刷纸将取代胶印纸，但要等到喷墨印刷的市场份额大幅增长之后才会出现。当胶印取代凸版印刷成为主要印刷工艺时，就发生了这种情况。起初，新兴技术必须应对针对其要取代的印刷方法进行优化的基材。喷墨优化纸是存在的，但可能比现有的胶印纸贵得多，因此新的技术需要应对。

使用底涂是一种常用的方法。它在油墨和纸张之间形成一个中间表面，以最大限度地减少渗透未涂布纸纤维的油墨量，同时防止油墨在涂布纸上流动。底涂与纸张和油墨结合并形成阻隔层，以防止或至少减缓油墨进入纸张。它也有助于为油墨化学家提供一致、受控的表面，以实现其目标，而不是试图开发适合所有可能需要的纸张的配方。

制造喷墨油墨的确切配方属于商业敏感信息的范畴。油墨背后的概念不是：它将颜料颗粒输送到基材上，在那里它们将与材料结合，并希望保持在原位。为此，油墨需要精细研磨的颜料颗粒（可以通过喷头的喷嘴）、树脂、粘合剂和溶剂，以将颜料带到基材上。在这种情况下，水被用作溶剂，因此油墨还需要一种防止水干燥和堵塞喷嘴的方法，即保湿剂。

因此，我们的喷墨配方从100克炭黑开始，然后添加40克苯乙烯丙烯酸树脂。它们以非常高的速度混合在一起。此后，我们添加50克丙二醇和13克氢氧化钾，并再混合两小时。最后加入464g离子交换水，我们有基本的喷墨油墨。

为了使其具有商业吸引力，油墨生产商可以添加防腐剂化合物、粘度调节剂、pH调节剂、螯合剂、增塑剂、抗氧化剂和UV吸收剂。作为保湿剂或润湿剂的乙二醇的用量也会有所不同，在极端情况下最多可达液体的50%。保湿剂的蒸发点比水高，因此需要更多的能量才能从纸张上去除。

此外，颜料颗粒将以分散剂流体的形式提供。这是为了防止纳米颗粒聚集在一起形成更大的颗粒，从而影响印刷质量和喷射性能。为了实现这一点，当颗粒在分散剂流体中游泳时，小的静电荷可以使颗粒保持分开，并且可能涂有聚合物壳。

在理想的世界中，水的含量会最少，粘度会更高，以便油墨制造商在创建配方时有更多的选择。然而，油墨制造商必须在理想世界和现实世界之间找到平衡，制造出在印刷机上可靠工作且价格不高的油墨。

油墨制造商的目标是生产粘度不超过20 mPas、最好在7-8 mPas左右的流体，以便它流过客户指定的压电喷头。这需要大量的液体、大量的水，并且需要尽快从正在印刷的纸张上除去水。

在单通道喷墨印刷中，水作为载体是必需的，因为很少有压电喷头可以处理高粘度流体，因此可以将粘度提高到油墨可以工作的程度。在热喷墨中，水绝对至关重要，因为水的快速加热会导致喷头瞬间膨胀，迫使油墨从喷嘴中流出。连续喷墨也需要易于流过喷头的流体，这意味着粘度必须保持较低。由于油墨通过每个喷嘴的流量恒定，因此润湿剂负载量可以较低，因为油墨在喷嘴内或喷嘴上干燥的机会较少。然而，粘度越低，可承载的颜料就越少。

由于光引发剂等的额外成本，使用UV固化油墨的替代方案在商业印刷应用中是不切实际的。在包装中，如果可能的话，将避免使用UV，因为迁移带来的风险和成本一样高。过去，溶剂型油墨已被用于油墨中，但需要解决溶剂带来的污染问题和其他问题。相比之下，水是无害的。

因此，对于几乎所有生产喷墨印刷机供应商来说，水就是未来，特别是在涉及包装的高速应用中。其中包括惠普、科尼希&鲍尔、佳能、网屏、理光、柯达和爱克发等公司。UV将继续用于刚性和塑料材料以及展示材料的印刷，但随着时间的推移，它的相关性一定会降低。

IMI董事总经理蒂姆·菲利普斯解释说：“您可以使用溶剂型油墨，它干燥得更快，但会导致气味问题，尤其是在纸张上印刷时。这就是为什么开发商热衷于使用也更环保的水性油墨。水虽然可以占油墨的60%-70%，所以无论油墨中含有其他什么，水都必须干燥，而且你无法采取太多措施来帮助它干燥。”

“这极大地限制了油墨化合物的选择，”爱克发在关于其自己的油墨生产设施的手册中解释道。该公司为自己的印刷机和应用以及第三方制造商生产油墨。它的化学家选择了一批成分，其属性以及任何相互作用都被仔细记录。这就是爱克发所说的“制药方法”，帮助公司实现稳定的质量，减少所需颜色所需的油墨层，并延长保质期，它还减少了开发新油墨的时间。

目前，尽管爱克发为科尼希&鲍尔的Rotajet印刷机提供油墨，但其在喷墨方面的经验主要集中于大幅面多遍印刷机，而不是单通道印刷。然而，通过收购Inca，爱克发获得了Speedset，这是一款B1单通道印刷机，采用UV油墨，用于金属装饰。明年它将推出水基油墨，并针对瓦楞纸箱和可能的折叠纸盒应用。

爱克发的油墨营销专家迈克·霍斯顿表示：“胶印最大的问题是平版印刷使用油基油墨。这种油不吸水，因此不需要太多干燥要求，纸张或瓦楞纸不会膨胀或收缩，油墨具有良好的附着力，印刷机可以以相当好的速度运行。”

不过，他认为喷墨有其自身的优势，至少可以应对胶印在包装方面的优势。凹槽波纹最大限度地减少了材料收缩的问题，其中材料的结构提供了稳定性，然后还需要考虑数字印刷的运营和营销优势。“我们也知道，通过更快的印刷可以最大限度地减少收缩问题，”霍斯滕说，“Speedset将以150m/min的速度在1,060mm宽的纸张上运行，以大约12,000sph的速度进行高质量的全B1纸张印刷，我们已经看到了一些令人惊叹的品质。”

这要归功于从摇篮到坟墓的方法，爱克发拥有运输、开发油墨并与喷头合作，以优化波形和性能，达到其想要的效果。霍斯滕说：“所有油墨制造商都应该能够生产水性喷墨油墨，但实际上这并不容易。这就像热升华油墨，只有少数生产商，他们采用相同的浆状版本的油墨进行混合。对于我们的热升华油墨，我们添加了更多的颜色含量，这意味着更少的水含量，从而减少干燥问题并提高干燥速度。” 这种方法在商业印刷中会受到欢迎。