Физические свойства чернил

На качество струйной печати существенное влияние оказывают физические свойства чернил, такие как вязкость, проводимость, поверхностное натяжение и т.д. Наиболее важные свойства чернил перечислены на рисунке.

Физические свойства чернил для струйной печати

Рассмотрим физические свойства струйных чернил подробнее.

ВЯЗКОСТЬ

Вязкость – это свойство, характеризующее сопротивление чернил действию внешних сил, вызывающих их течение.

Вязкость струйных чернил зависит от их состава, а также от температуры окружающей среды. С увеличением температуры воздуха вязкость чернил снижается, в результате чего они могут скапливаться на поверхности печатающей головки, образуя во время печати кляксы. При снижении температуры воздуха в помещении вязкость чернил увеличивается, и чернила не успевают стекать к печатающей головке, в результате чего на отпечатке появляются полосы с пропусками того или иного цвета.

Зависимость вязкости струйных чернил от температуры окружающей среды показана на рисунке ниже. Здесь же для сравнения представлена кривая вязкости воды.

Сравнение вязкости струйных чернил и воды

При повышении температуры воздуха с 10°С до 50°С вязкость воды изменяется незначительно, а вязкость чернил снижается почти в 8 раз. Следовательно, чернила активно реагируют на температурный режим в помещении.

Если вы принесёте чернила с мороза в тёплое помещение и сразу же начнёте использовать их по назначению, то наверняка на отпечатке вы увидите пропуски и горизонтальные полосы. Дефекты можно объяснить излишней вязкостью переохлаждённых чернил. Чтобы восстановить свойства чернил, их необходимо выдержать в тёплом помещении не менее 72 часов.

ПРОВОДИМОСТЬ

Проводимость – это показатель, характеризующий содержание в чернилах неорганических солей. Проводимость является показателем чистоты чернил, безупречности их оттенка. На проводимость струйных чернил значительное влияние оказывают соли (ионы) и органические компоненты (красители) в ионном состоянии, которые входят в их состав.

Проводимость чернил проверяют кондуктометром. Чем ниже проводимость чернил,  тем выше показатель их чистоты. Для сравнения: проводимость пигментных чернил HP 629 составляет 990 микроСименс/см, в то время как проводимость водопроводной воды – 400-500 микроСименс/см, дистиллированной воды – 20-35, пермеата – менее 3.

ПОВЕРХНОСТНОЕ НАТЯЖЕНИЕ

Поверхностным натяжением именуется сила, возникающая на поверхности чернил в момент, когда под воздействием воздуха нарушается гравитационный баланс между чернильными молекулами. Поверхностным натяжением также  называют способность чернил смачивать поверхность.

Поверхностное натяжение струйных чернил оказывает существенное влияние на качество печати, чёткость и резкость изображения, внутрицветовое расплывание чернил.

Действие механизма поверхностного натяжения струйных чернил схематично представлено ниже.

Механизм действия поверхностного натяжения струйных чернил

Поверхностное натяжение обеспечивают силы, возникающие между молекулами чернил.

КИСЛОТНО-ЩЕЛОЧНОЙ БАЛАНС

Показателем кислотно-щелочного баланса струйных чернил является pH-фактор. При соблюдении кислотно-щелочного баланса количество кислоты и щёлочи в составе чернил одинаково.

Нормальным значением показателя pH является число, немного превышающее 7,0.

При слишком низком pH-факторе чернильная среда приобретает кислотные характеристики, при слишком высоком pH-факторе – щелочные. Отклонения от нормального значения pH могут привести к коррозии элементов печатающей головки или растворению губки-абсорбера в чернилах. Всё это оказывает неблагоприятное воздействие на химическую стойкость чернильного красителя. В пигментных чернилах отклонение pH от  нормального значения может нарушить стабильность распыления пигмента из сопел печатающей головки.

МИКРОДИСПЕРСНОСТЬ

Добиться высокого качества струйной печати стало возможным за счёт изготовления микроскопически тонких сопел печатающих головок, диаметр которых значительно тоньше диаметра человеческого волоса. На следующем рисунке представлено сравнение толщины человеческого волоса и отпечатка, полученного каплей, вылетевшей из сопла печатающей головки.

Сравнение диаметра человеческого волоса и капли чернил, вылетевшей из сопла

печатающей головки струйного картриджа

Ультратонкие сопла печатающих головок струйных принтеров предъявляют повышенные требования к дисперсности чернил, то есть к величине их частиц. Поэтому чернила для струйной печати проходят многоступенчатую систему очистки, в результате которой из их состава удаляется 99,9 % нерастворимых примесей. Фильтрация обеспечивает беспрепятственное прохождение микрочастиц чернил через сопла печатающей головки и позволяет получить высококачественные и чёткие изображения. Кроме того, микрофильтрация предотвращает засоры и чернильные пробки сопел печатающей головки крупными посторонними нерастворимыми элементами.

ПЛОТНОСТЬ

Плотность – это отношение массы чернил к их объёму. Данный показатель измеряется в граммах на см3. Он оказывает достаточно сильное воздействие на равномерность распыления струйных чернил и на объём чернильной капли.

Низкая плотность чернил приводит к неравномерному распылению чернильных капель, искажению траектории их полёта и, как следствие, к ухудшению качества печати. Слишком высокая плотность чернил приводит к уменьшению каждой отдельно взятой чернильной капли, вылетающей из сопла и к увеличению разрешения печати. Следовательно, более предпочтительным для производителей и пользователей свойством струйных чернил является их высокая плотность.

СКОРОСТЬ ПРОНИКНОВЕНИЯ И ВЫСЫХАНИЯ ЧЕРНИЛ

Скорость проникновения и скорость высыхания – это два взаимосвязанных свойства струйных чернил.

Скорость проникновения – это время с момента нанесения чернил на поверхность бумаги до их проникновения в глубинные слои целлюлозных волокон.

Скорость высыхания – это время с момента нанесения чернил на бумагу до их полного высыхания.

Скорость проникновения и скорость высыхания чернил зависят от их поверхностного натяжения и впитывающей способности бумаги.

Водные чернила имеют низкое поверхностное натяжение, они легко и быстро проникают в глубинные слои бумаги, поэтому дольше сохнут. Пигментные чернила, имеющие повышенное поверхностное натяжение, закрепляются на поверхностном слое бумажного носителя и за счёт большей поверхности взаимодействия с воздухом высыхают быстрее водных.

Чем выше  скорость проникновения чернил в волокна бумаги, тем ниже яркость и насыщенность отпечатка. Поэтому водные чернила, быстро проникающие вглубь бумажного носителя, образуют менее яркие отпечатки, чем пигментные чернила, закрепляющиеся на поверхности бумаги.

ВОДОСТОЙКОСТЬ

Под водостойкостью понимается способность струйных чернил не растекаться под воздействием влаги. Более устойчивыми к воздействию влаги являются пигментные чернила. Скорость вымывания пигмента из целлюлозных волокон бумаги в несколько раз ниже скорости вымывания красителя. Отпечатки, сделанные при помощи пигментных чернил, выдерживают проливной дождь.

Изображение не растечётся, даже если его опустить в резервуар с водой. А вот водные чернила, в состав которых входит краситель, имеют низкую водостойкость. Достаточно капли воды, чтобы изображение расплылось, а если отпечатанный водными чернилами лист на несколько часов поместить в резервуар с водой, то нанесённое на него изображение полностью отмоется.

СВЕТОСТОЙКОСТЬ

Светостойкость – это способность струйных чернил сохранять свою насыщенность и яркость под воздействием света.

Свет является формой энергии, а энергия способна разрушать пигменты и красители струйных чернил. Водные чернила поглощают свет, который постепенно разрушает их структуру, в результате чего отпечатки бледнеют. Пигменты частично отражают свет, поэтому пигментные чернила подвержены выцветанию в меньшей степени, чем водные.

Самой высокой светостойкостью обладают пигменты и красители голубого цвета, самой низкой – пурпурные. Если под воздействием ультрафиолетовых лучей оставить цветную фотографию, то её цвета будут исчезать не пропорционально: сначала исчезнет пурпурный цвет и фотография позеленеет, затем исчезнет зелёный цвет и фото приобретёт синеватый оттенок и в итоге исчезнет голубой цвет и отпечаток снова станет белым. 

Этапы выцветания фотографии под воздействием ультрафиолета

ЦВЕТОПЕРЕДАЧА ЧЕРНИЛ

Цветопередача – это способность струйных чернил точно воспроизводить цвета реального объекта на печатном носителе. Чем ближе цветовая гамма отпечатка к цветовой гамме оригинала, тем выше цветопередача струйных чернил.

На цветопередачу струйных чернил существенное влияние оказывают белизна и плотность бумажного носителя.

Белоснежная бумага наиболее точно передаёт все оттенки чернил и позволяет скопировать на носитель точную цветовую форму реального объекта. Желтоватая или сероватая бумага искажает цветовую гамму струйных чернил, сделанные на ней отпечатки в той или иной мере отличаются от оригинала.

Плотная качественная бумага имеет специальный верхний слой, предотвращающий проникновение чернил в глубокие слои целлюлозных волокон. Наличие такого слоя гарантирует получение ярких и насыщенных отпечатков, наиболее полно соответствующих оригиналу. Менее плотная и менее качественная бумага такого защитного слоя не имеет, а потому чернила проникают в её глубинные слои, а отпечатки становятся менее яркими и насыщенными, чем оригинал.

Таким образом, применение плотной белой бумаги способствует повышению цветопередачи чернил, а использование недорогой желтоватой или сероватой бумаги – снижению их цветопередачи.

Струйный принтер напечатал изображение

В заключение следует отметить, что рассмотренные ранее физические свойства следует принимать во внимание при подборе струйного принтера, а впоследствии – при выборе чернил для струйной печати.