喷墨打印纸与喷墨打印油墨_范兆东

近年来，喷墨打印机以整机价格低廉、工作噪声小、能提供彩色图形图像输出的功能而备受用户的欢迎。

随着喷墨打印技术的迅猛发展，与之配套的喷墨打印纸及喷墨打印油墨的需求量及产量也在快速的增长。

一、喷墨打印纸1. 喷墨打印纸分类喷墨打印纸一般可以分为专用纸和普通纸两大类。

专用纸包括专用的喷墨打印纸（高吸收性的无胶纸）和涂布纸。

无胶纸的要求很苛刻，随着喷墨打印纸质量的改进，无胶纸已逐渐被涂布纸所取代。

也就是说，采用涂布的方法改进了表面质量的涂布纸能适应喷墨打印的更高要求。

普通纸是未经专门涂布机涂布处理的纸，即市场上销售的办公用优质纸，例如复印纸、双胶纸、书写纸或证券纸等。

普通纸只是一种在造纸机上通过专用内部施胶剂进行了内部施胶和通过专用表面施胶剂在纸机施胶压榨部进行了表面施胶的高级纸张（一般是碱性施胶的纸），其成本要比涂布纸低得多。

但是，普通喷墨纸彩色喷墨打印的质量与涂布彩喷纸相比总是差一些。

涂布了的彩色喷墨打印纸称为涂布彩喷纸或涂布纸，能满足喷墨打印各项性能的要求，特别是照片质量的喷墨打印纸，对其进行彩色喷墨打印后图像的色彩质量可以与使用彩色像纸的质量相媲美，能满足大规模成像的需要，喷墨打印出大幅面的彩色图像，但是涂布纸的价格较贵。

2．喷墨打印纸的主要特性及影响因素分析（1）吸墨性。

喷墨打印时，油墨液滴一旦接触到纸面就立刻和纸面发生相互作用。

如何在最短的时间内使油墨干燥固定在纸上对于打印的图像质量是至关重要的。

因此，喷墨打印纸必须具有优良的吸墨性。

文/范兆东 孙中华对于涂布彩色喷墨打印纸而言，涂层的表面结构、微孔数量与涂布纸表面油墨吸收有直接的关系。

微孔数量多，表面粗糙，K&N值（油墨吸收性）高，油墨干燥速度快，K&N值过高会造成印刷光泽差；反之，K&N值过低，油墨干燥速度慢，会引起粘脏，严重时油墨不干而无法继续印刷。

为了满足对吸墨量和吸墨速度的要求，首先必须确保打印纸吸墨层中微孔的空隙量，同时也要设法使微孔的形状、大小及微孔分布等位于适当的范围之内。

对于普通纸来说要做到这一点是相当困难的。

喷墨打印专用纸则是通过选择涂料对原纸进行涂布的方法来达到对吸墨性的要求。

涂布的彩色喷墨打印纸的涂料由白色颜料、胶黏剂和助剂组成。

一般使用的白色颜料主要是一些有吸墨性的多孔白色矿物颜料或能在涂层中形成多孔性结构的材料，如二氧化硅、瓷土、碳酸钙、二氧化钛等。

目前，二氧化硅用得比较普遍，尤其是合成二氧化硅，具有良好的吸墨性，使喷墨打印的墨水在纸面的渗透质量各向一致，并很快形成墨点。

胶黏剂除了能将颜料粘结于涂布基材的主要作用外，胶黏剂的用量及其分布对涂布纸的光学性质和涂层对油墨的吸收性影响很大，不同的胶黏剂对颜料的粘结力和对墨水组分的化学亲和性都是不同的。

胶黏剂以聚乙烯醇（PVA）应用得较为广泛。

配制涂料时还需要加入一些助剂，如消泡剂、黏度调节剂、抗氧化剂、荧光增白剂等，以进一步改善涂布工艺和纸张打印性能及其他物理性能。

（2）网点直径和网点圆度。

喷墨打印网点直径是指墨滴离开喷嘴后在纸面上所形成点的直径，网点直径过大，打出的图像将产生模糊的感觉；网点直径过小，点与点之间无法连贯，图像会出现空白点；网点直径适中，点与点之间紧密相连，打印出的图像圆润饱满。

网点直径除了受打印机喷嘴直径及油墨的影响外，主要受纸的吸墨性和XY方向的油墨扩散性的影响。

这可以通过改变涂布量的大小来控制网点直径大小，一般随涂布量的增加网点直径变小。

如果网点直径过大或者直径无法控制，那么网点的重复再现性就无法保证，网点的面积百分比及综合打印浓度发生变化，使图像显色性降低，同时也体现不出色调的浓淡。

图像网点的直径和形状除了受打印头喷嘴直径及油墨粒子喷出速度的影响外，打印纸表面的结构及吸墨性则是引起网点直径和形状变化的另一个主要因素。

具体来说，Z向（油墨被吸收到纸的内部）的吸墨速度影响XY向的油墨扩散（油墨在纸的表面上的移动），从而引起网点直径的变化。

所谓网点的圆度是指打印出的网点形状近似于圆的程度。

喷墨打印是用面积对比法或者浓淡对比法表示中间色调。

如果网点的圆度太差，往往会干扰到整个图像，使画面质量降低。

应该特别指出的是，网点的圆度及形状是影响图像分辨率高低的一个重要因素。

不同的打印纸引起网点圆度降低的原因是不一样的。

就普通喷墨打印纸而言，由于纸的空隙不均匀，纤维交织无规则，油墨沿着这些无规则的空隙无序地流动造成网点圆度降低。

对于专用喷墨打印纸，一般来说，选用合成二氧化硅或轻质碳酸钙涂布则网点圆度好。

选择粒度适当的轻质碳酸钙和具有细小粉末的无定形结构的合成二氧化硅白色粉末可提高墨点的标准圆度，使墨点边缘清晰、规则。

但如果选用片状粒子瓷土或粒度大的颜料，且采用疏水性的胶黏剂时，由于抑制了油墨的均匀渗透，产生渗化，必然会降低网点的圆度。

严重时还会发生颜色的扩散现象，致使打印图像分辨率急剧下降。

（3）打印图像的光学密度。

光学密度是衡量打印图像质量的一个重要指标，表明了图像色彩的鲜亮程度。

要提高喷墨打印图像的光学密度和色彩的鲜艳性，除了油墨本身的因素外，从喷墨打印的角度出发，就是选用吸光系数大而散射系数小的材料作为打印纸的涂布层。

据有关资料记载，光散射系数的大小排列顺序是：合成二氧化硅<碳酸钙<二氧化钛；光吸收系数大小排列顺序为：合成二氧化硅>二氧化钛>碳酸钙；形成墨点的光学密度的大小的排列顺序为：合成二氧化硅>碳酸钙>二氧化钛。

（4）图像的保存性。

图像的保存性主要通过耐水性和耐光性来衡量。

图像的耐水性是指图像被水某种程度的湿润时染料的流失情况，因为喷墨打印油墨大多为水性墨，这就使得图像的耐水性显得尤为重要。

改善图像耐水性的方法，主要是在喷墨打印专用纸的涂料层中添加适当的阳离子性聚合体或化合物。

这些阳离子与油墨中的阴离子性染料一接触就生成了不溶于水的化合物，染料就不会流失了。

耐光性指图像在保存过程中产生的光褪色或者氧化性气体引起的褪色现象，一般通过在涂层中添加紫外线吸收剂和抗氧化剂的方法来解决图像的耐光性问题。

（5）输送性和可操作性。

信息用纸的给排纸性能和输送性是一个很重要的问题，常常关系到办公设备能否正常运行。

尤其是喷墨打印纸因人们往往重视改进其打印特性而忽略了纸张的上述操作性。

影响喷墨打印机可操作性和输送性最重要的特性有纸张的挺度、纸张的卷曲性、摩擦特性、纸张表面强度和表面平滑性等。

挺度大和耐摩擦的喷墨打印纸有利于提高打印机的输送性和可操作性。

卷曲性大的纸张对环境的适应性差、易造成形变。

喷墨打印纸必须具有良好的表面强度，不允许掉毛掉粉，否则会使喷墨打印机喷嘴堵塞、造成操作故障，这也是专用纸涂料中胶黏剂配比很高的主要原因之一。

二、喷墨打印油墨喷墨打印机的驱动方式有压电式、气泡式两种。

压电式喷墨打印机在墨室的一端是喷嘴，另一端是压电材料。

油墨在压电晶体变形的作用下被高速压出喷嘴，墨滴喷出后由墨盒及时补入油墨。

气泡式喷墨打印机，在喷嘴附近装有热电阻，由数字信号施加的电流脉冲产生瞬间热量，对墨水进行快速的局部加热，使周围少量墨水沸腾形成一个气泡。

在气泡高压的作用下墨滴被喷出墨嘴，同时气泡消失并带走热量，墨水由贮存室通过毛细管作用迅速补入。

喷墨打印油墨主要由有机溶剂、着色剂、表面活性剂、缓冲剂或pH 值调节剂等组成。

1．有机溶剂加入有机溶剂的主要作用是起润湿作用，防止墨水在长期贮存时因水分蒸发而干燥，防止墨水在低温下冻结和润滑，提高墨水的稳定性，调节其表面张力和黏度，使墨水能适应于相应的打印方式。

在起泡式打印机中，有机溶剂能使墨水起泡稳定，以打印出良好的影像。

打印时可促使墨水在喷嘴处形成薄而脆的膜，防止喷头堵塞；同时，溶剂中的醇类物质可使印字速干等。

用量常为墨水总量的0.1％～40％。

常见的有机溶剂有烷基酞胺、聚亚烷基二醇、多元醇、低碳数单烷基醚等。

这些有机溶剂可以单独使用，也可混合使用。

2．着色剂制备墨水常用的着色剂有染料和颜料两种类型。

无论是染料还是颜料，可以是非离子的、阳离子的、阴离子的或者是它们的混合物。

使用染料作着色剂具有制备方便、成本低、制成的墨水稳定性好、颜色鲜艳、色谱齐全和不易堵塞等优点，但墨水的耐水牢度和耐光牢度较差；使用颜料作为着色剂，墨水的耐光性、耐水性、耐热性和抗氧化性优良，且不易受天气影响，但颜料型墨水的液体稳定性差，在长期储存中颜料的分散性可能不稳定从而引起喷嘴堵塞。

目前喷墨打印用的商品化墨水大多属于染料型墨水，所用染料主要从直接染料、酸性染料、食品染料、活性染料中选取。

着色剂的用量一般占墨水总量的0.5％～10％之间。

3．表面活性剂墨水的黏度和表面张力对墨水的应用性能有很大的影响。

墨水的黏度会影响印品的边缘锐利度、墨水在纸介质中的渗透性、墨水在墨盒中的流动性（特别是带有海绵的墨盒）以及墨水的喷射性能。

表面活性剂在墨水的制备过程中起着降低表面张力的作用和消泡的作用。

常用的表面活性剂有脂肪酸盐、磷酸酯、改性聚乙烯醇等。

4．缓冲剂或pH值调节剂喷墨打印墨水的pH值对墨水的应用性能有很大的影响。

若pH值过低，墨水会腐蚀墨盒；若pH 值过高，会产生额外的盐而降低墨盒的使用寿命并提高了电导率。

为保证墨水良好的稳定性，墨水的pH值必须与染料所需的pH值相当。

因此在制备喷墨打印墨水时需加入少量的缓冲剂或pH值调节剂。

一般情况下，墨水的pH值要求在7～9。

通常选用的无机缓冲剂有磷酸盐、硼酸盐、碳酸盐等，有机缓冲剂有4-吗琳乙烷磺酸、柠檬酸、乙醇酸等。

另外，为了提高墨水的打印效果，改善墨水的应用性能，有时根据实际应用的要求还要添加其他成分，如杀菌剂、防腐剂、阻蚀剂等。

三、喷墨打印纸和喷墨打印油墨之间的相互作用喷墨打印质量除了受喷墨打印机精度和功能的影响外，主要取决于油墨液滴在纸面和纸层中的活动，即油墨液滴与纸之间的相互作用。

图1描述了墨水滴离开喷嘴喷射到纸面上干燥附着的大体过程。

油墨与纸接触后油墨液滴立即与纸发生作用，同时油墨开始干燥，直至油墨固定在纸上为止，油墨的干燥方式对最终的印刷质量是非常重要的，如洇纸、毛细管现象及透印这些使打印图像发生变形的现象都是在油墨固定前发生的。

油墨的干燥主要是通过三种途径进行的，即油墨介质（水或其他溶剂）的蒸发、向XY方向的扩散及向Z方向渗透，油墨的这三种干燥途径决定了打印质量的好坏。

油墨液滴在纸上着墨时，这三种运动同时开始，运动速度的相对大小决定了打印图像的最终质量。

但大多数情况下，由于蒸发速度比XY方向的扩散及Z方向的渗透要慢，所以，打印图像的最终结果，主要决定于XY方向的扩散及Z方向的渗透作用。

如图2中A所示，油墨在XY方向扩散比较早，而且比Z方向的渗透要快，若油墨在干燥中发生A状况，将形成过大的网点直径，打出来的图像将产生模糊的感觉，彩色打印时还会产生混色现象，严重影响打印的清晰度。