Nowe atramenty w druku natryskowym

ZAGADNIENIA POLIGRAFICZNE
Nowe atramenty w druku natryskowym
New Inks Used in Inkjet Printing
Svitlana Khadzhynova
In many fields, including printing, environmental regulations require application of green
technologies. For green digital printing, inks are fundamental. Along with development of
inkjet printing, the inks have also undergone their evolution. Water based and solvent inks
used for inkjet printing have significantly been developed in terms of quality and quantity.
Various types of new water based and green solvent inks have been introduced. Technologies
of inkjet printing with inks cured with uv radiation continue to develop dynamically. New
technologies of solid inkjet printing become more and more popular.
The article discusses types of inks used in digital inkjet printing. New types presented in
the article include Xerox and Océ solid inks and machines using technologies of solid inkjet
printing. The article shows properties and aspects of application of the most popular green
inks – HP latex and water and resin based Auares produced by Sepiax .
W druku atramentowym stosowane są
różne rodzaje atramentów. Ze względu na
rodzaj stosowanego barwidła atramenty
dzielą się na pigmentowe (Pigment)
lub barwnikowe (Dye). Ze względu na
rodzaj stosowanego rozpuszczalnika
stosowane są atrament y wodne, na
bazie rozpuszczalników organicznych
(solwentowe lub ekosolwentowe), olejne,
atramenty utrwalane promieniowaniem
UV i atramenty w postaci stałej (druk
stałoatramentowy).
W atramentach na bazie wody (Waterbased) większą część rozpuszczalnika
(objętościowo) stanowi woda. Wodne
atramenty mogą zawierać pigmenty lub
barwniki. Atramenty barwnikowe pozwalają uzyskać większą intensywność nadruku
i posiadają lepsze właściwości optyczne
niż atramenty pigmentowe. Niestety,
większość z nich jest mniej odporna na
działanie wody i światła. Uzyskanie dobrej
jakości nadruku za pomocą atramentów
wodnych (pigmentowych i barwnikowych) wymaga zastosowania podłoży ze
specjalnym pokryciem. Atramenty wodne,
ze względu na to, że są tanie i ekologiczne,
stosowane są w urządzeniach do druku
nakładowego (natr yskowe maszyny
drukujące arkuszowe i zwojowe) oraz
w niektórych rodzajach ploterów.
Atramenty olejne są atramentami pigmentowymi i dlatego cechują się bardzo
dobrą odpornością na działanie światła
i wody (w okresie ok. 1 roku). Atramenty
olejne schną bardzo szybko i nie mają
tendencji do rozlewania się, co pozwala na
uzyskanie odbitek o wysokim kontraście
i dokładnym odwzorowaniu barw. Tego
rodzaju atramenty wymagają również
zastosowania specjalnego pokr ycia
(primer) na podłożach. Atramenty olejne
nie są bardzo szeroko rozpowszechnione
w druku atramentowym.
W atramentach na bazie rozpuszczalników organicznych (solwentowych)
najczęściej w postaci rozpuszczalnika stosowany jest cykloheksanol, a w postaci
środka barwiącego – pigment. Takie atramenty nie wymagają zastosowania specjalnych podłoży, bo w trakcie drukowania
rozpuszczalnik reaguje z podłożem, co
pozwala na trwałe zatrzymanie pigmentu
w warstwie wierzchniej podłoża (tworzywa sztucznego). Z tego względu, w odróżnieniu od atramentów wodnych, olejnych
lub stałych, nadruk wykonany atramentem
solwentowym jest bardzo odporny na
działanie czynników zewnętrznych (wody,
światła i in.). Taki nadruk bez żadnych zabezpieczeń dodatkowych, np. lakierowania
czy foliowania, zachowuje swoje właści-
wości optyczne bardzo długo – trzy lata,
a w niektórych przypadkach i więcej. Ale
atramenty solwentowe posiadają szereg
wad, z których główną jest negatywne
oddziaływanie na środowisko. Z tego
powodu w pierwszej kolejności pojawiły
się atramenty solwentowe o obniżonej do
5-7% zawartości szkodliwych substancji
(cykloheksanolu). Nazwano je SoftSolvent
lub LiteSolvent. Następnie ukazały się na
rynku atramenty ekosolwentowe, które
w ogóle nie zawierają takich szkodliwych
substancji, jak cykloheksanol. Nadruk
uzyskany za pomocą atramentów z obniżoną zawartością cykloheksanolu czy
ekosolwentowych posiada zalety druku
solwentowego, charakteryzującego się
wysoką odpornością i trwałością.
Należy podkreślić, że atramenty solwentowe były jednymi z pierwszych
stosowanych w druku natryskowym,
a wady, które posiadały, były powodem
nie tylko pojawienia się nowych rodzajów
atramentów na bazie rozpuszczalników
organicznych (LiteSolvent czy ekosolwentowe), ale i innych, zupełnie nowych
rodzajów atramentów, np. utrwalanych
promieniowaniem UV.
Atramenty utrwalane promieniowaniem UV składają się z monomerów, oligomerów oraz fotoinicjatorów. Pod wpływem
promieni UV nadruk atramentem o takim
składzie natychmiast polimeryzuje, dając
trwałą powłokę naniesioną na zadrukowanym podłożu (1). Wszystkie reaktywne
komponent y atramentu uczestniczą
w intensywnym procesie polimeryzacji
i dlatego całkowicie pozostają w utrwalanej warstwie. Sprawia to, że technologia
UV jest jedną z najczystszych z punktu
widzenia ochrony środowiska (2). Należy
Dr inż. S. Khadzhynowa, Instytut Papiernictwa i Poligrafii, Politechnika Łódzka, ul. Wólczańska 223,
90-924 Łódź
PRZEGLĄD PAPIERNICZY · 68 · KWIECIEŃ 2012
203
ZAGADNIENIA POLIGRAFICZNE
Rys. 2. Kulkowa – perłowa forma stałego atramentu, stosowanego w urządzeniach Oće ColorWave
600 (5)
Rys. 1. Klockowa forma stałego atramentu,
stosowanego w wielofunkcyjnych urządzeniach
firmy Xerox ColorQube (4)
nadmienić, że technologia druku UV jest
jedną z nowszych w druku wielkoformatowym. W początkowym okresie swojego
istnienia wielkoformatowe urządzenia
natryskowe wykorzystywały atramenty
wodne i solwentowe.
Obserwowany obecnie spadek popularności i udziału w zastosowaniu ploterów
na bazie atramentów wodnych spowodowany jest niską trwałością uzyskiwanych
nadruków. Problemy ochrony środowiska
wymusiły na producentach atramentów
ograniczenie zawartości rozpuszczalników
w składzie atramentów solwentowych,
w efekcie czego pojawiły się atramenty
o zmniejszonej zawar tości tych rozpuszczalników. Natomiast zastosowanie
nowych rodzajów atramentów, w tym
atramentów utrwalanych UV, umożliwia
prawie pełną redukcję (ok. 100%) szkodliwych rozpuszczalników.
Do głównych zalet technologii druku
natryskowego za pomocą atramentów
utrwalanych promieniowaniem UV trzeba
zaliczyć:
- brak zagrożenia dla środowiska naturalnego,
- dobrą adhezję do różnorodnych materiałów podłoża oraz dużą wytrzymałość
mechaniczną,
- natychmiastowe sieciowanie struktury,
co oznacza, że wydruk jest suchy
(utrwalony) natychmiast po naniesieniu
Jest to istotne dla procesów w przypadku dużej wydajności produkcji, gdy
urządzenia natryskowe muszą pracować
coraz szybciej i czas suszenia powinien
być ograniczony do minimum,
204
- możliwość natychmiastowego przekazywania wydruków do operacji wykańczania, co pozwala na szybsze zakończenie
całego procesu drukowania.
Druk natryskowy stałoatramentowy
wykorzystuje atramenty w postaci stałej.
Technologia takiego druku została opracowana w latach 90. przez firmę Tektronix
i została zrealizowana na drukarkach Phaser (arkuszowych i zwojowych – ploter).
W drukarkach zastosowano stały atrament
wtopiony w kolorowe klocki (SolidInk)
z wosku (rys. 1). Klocki takie stapiają się
w temperaturze około 135-140°C. Stały
atrament, po stopieniu za pomocą głowicy
piezoelektrycznej, był nanoszony bezpośrednio na podłoże. W późniejszych modelach zastosowano metodę pośrednią,
z wykorzystaniem specjalnego cylindra,
na którego powierzchnię natryskiwano
farbę. Następnie cylinder przenosił ją na
podłoże. Po zetknięciu z podłożem farba
ulegała natychmiastowemu krzepnięciu.
W 2000 r. technologię druku stałoatramentowego firmy Tektronix przejęła
firma Xerox, która oferowała na rynku
arkuszowe modele Phasher (3). Obecnie
firma Xerox opracowała nową technologię druku stałoatramentowego, która
została zrealizowana w trzech modelach
urządzeń wielofunkcyjnych Xerox ColorQube 9201/9202/9203. Podstawowymi
elementami urządzenia są: drukarka,
kopiarka, skaner i faks. Technologia druku
polega na tym, że przed drukowaniem
stały atrament topi się w temperaturze
60-70°C i następnie w postaci ciekłej
jest nanoszony za pomocą głowic drukujących na podgrzany cylinder pośredni.
Obraz z cylindra jest przekazywany na
podłoże, na którym atrament schładza
się i krzepnie.
Obecnie na rynku pojawiła się również
firma Oće oferująca nową technologię druku stałoatramentowego. Według danych
oficjalnych, w 2008 r. Oće wydała około
150 mln EUR na opracowanie technologii
druku atramentem stałym (CrystalPoint),
w tym na budowę dwóch fabryk produkujących toner i głowice drukujące. Jednakże
firma ta nie stosuje terminu „atrament
stały” (Solid Ink) i przy opisie swojej
technologii stosuje termin „toner”, pomimo, że zasada technologii jest taka sama.
Atrament o nazwie handlowej TonerPearl
podawany jest w postaci twardych kulek
o wielkości ziarna grochu. Prawdopodobnie to kształt kulek, a nie kolor atramentu
wywołał u producenta asocjację z perłami
(rys. 2). Kulki atramentu podawane są do
głowicy drukującej, w której stapiają się
w temperaturze 130-140°C. Następnie
atrament natryskiwany jest na podłoże,
gdzie krzepnie.
Technologia CrystalPoint jest zrealizowana w serii ploterów Oće ColorWave
600 i Oće ColorWave 300. Ten ostatni jest
ploterem wielofunkcyjnym: wielkoformatową kopiarką, kolorowym ploterem oraz
skanerem.
Technologie druku stałoatramentowego
firm Xerox i Océ posiadają identyczne
zalety:
- jakość druku jest bardzo dobra i prawie
nie zależy od jakości stosowanego
podłoża (bo atrament krzepnie na powierzchni podłoża, a nie jest przez nie
wchłaniany. Do druku można stosować
papiery niepowlekane, z mas makulaturowych, bądź podłoża syntetyczne
(folie);
- nadruk jest odporny na działanie wody.
W przypadku Océ można drukować reklamy zewnętrzne (ale światłotrwałość
wydruków wynosi 1-2 miesiące, co
PRZEGLĄD PAPIERNICZY · 68 · KWIECIEŃ 2012
ZAGADNIENIA POLIGRAFICZNE
może być wystarczające dla niedługotrwałej, np. 1- miesięcznej reklamy);
- proces drukowania jest czysty (stały
atrament nie rozsypuje się jak toner
i nie rozlewa się jak ciekły atrament)
i ekologiczny (nie ma emisji rozpuszczalników oraz minimalna ilość odpadów, bo nie ma pustych pojemników
po atramentach).
Istnieją dwie podstawowe różnice pomiędzy technologiami firm Océ i Xerox:
• W technologii Océ CrystalPoint toner-atrament nie stapia się do stanu ciekłego,
a tylko do postaci żelu. Umożliwia to
lepszą kontrolę objętości i kształtu kropli wyrzucanej z dyszy oraz uzyskanie
na podłożu lepszego kształtu nadruku
punktu;
• W technologii Xerox atrament krzepnie
na podłożu w naturalny sposób po
uprzednim schłodzeniu. W technologii
Océ CrystalPoint toner-atrament krystalizuje się pod wpływem dodanych
specjalnych składników, co pozwala
na zwiększenie prędkości drukowania
(5, 6).
Zupełnie nowe atramenty i nową technologię druku natryskowego oferuje od
2008 r. firma HP. W technologii HPLatex
zastosowano pierwszy model z nowej
kategorii wielkoformatowych drukarek
lateksowych – HP Designjet L65500. Była
to drukarka zalecana do druku reklam
i oznakowań, wykorzystująca przyjazne
dla środowiska atramenty lateksowe.
W technologii HPLatex zastosowano
atramenty wytwarzane na bazie lateksu,
jako związku błonotwórczego i nośnika
pigmentów.
Technologia druku atramentami lateksowymi, jako jedyna, łączy w sobie zalety
powszechnie stosowanych w druku ink-jet
atramentów solwentowych, z zaletami
atramentów wodnych. Umożliwia uzyskiwanie, na bardzo szerokiej gamie podłoży
(również niewsiąkliwych lub stosowanych
wyłącznie do druku solwentowego, UV
lub atramentami wodnymi), nadruków
odpornych na działanie czynników atmosferycznych. Charakteryzują się one
wysoką odpornością na działanie światła
słonecznego i odpornością na ścieranie.
Bardzo istotną cechą tej technologii jest
jej minimalny wpływ na środowisko
naturalne.
Farby lateksowe są szczególnym rodzajem farb z uzyskiwanych na bazie
Rys. 3. Struktura warstwy nadruku uzyskanego za pomocą atramentu lateksowego (7)
dyspersji żywic tworzyw sztucznych.
Wcześniej, pod pojęciem farb lateksowych
rozumiano farby otrzymywane na bazie
kauczuku syntetycznego lub dyspersji
styrenowo-butadienowych. Obecnie stosuje się rozmaite spoiwa, które zapewniają
osiągnięcie wysokich parametrów jakości
powłok. Na powierzchniach pokrytych
farbami lateksowymi wytwarza się błona
odporna na uszkodzenia mechaniczne.
Atrament lateksowy stosowany w technologii HPLatex zawiera do 70% wody i poniżej 30% rozpuszczalnika organicznego.
Pozostałe składniki to: cząsteczki żywic
syntetycznych, pigment i ok. 1% – domieszek specjalnych, których celem jest
zmniejszenie napięcia powierzchniowego
i możliwość samooczyszczania sie głowic
drukujących.
Mechanizm uzyskania nadruku na
podłożu polega na tym, że na początku
kropla atramentu trafia na podłoże i zwilża
je. Następnie rozpuszczalnik atramentu
współdziała z podłożem, jest to etap
„zmiękczania”, w wyniku którego zwiększa
się przyczepność atramentu do podłoża.
Dwuetapowe podgrzewanie (w strefie
drukowania i utrwalania) powoduje, że
woda i rozpuszczalnik szybko odparowują
z podłoża, na którym tworzy się cienka
błonka. Pod wpływem temperatury wiąże
się ona na stałe z podłożem (rys. 3). W taki
sposób uzyskuje się suchy i gotowy do
natychmiastowego użycia wydruk (7).
Do zalet druku lateksowego należy:
- możliwość zadrukowywania bardzo
szerokiej gamy podłoży, zarówno
niechłonnych, jak i chłonnych niepowlekanych, w tym również podłoży
dotychczas stosowanych wyłącznie
w druku solwentowym, UV lub w druku
atramentami wodnymi. Do druku nadają
PRZEGLĄD PAPIERNICZY · 68 · KWIECIEŃ 2012
się niemal wszystkie media, które są
podawane w formie zwoju, np. papier,
folia, baner, tapeta, canvas, flaga backlit
oraz takie rodzaje podłoża, jak np. papier
offsetowy, tapeta winylowa, podłoża
poliestrowe itd.,
- odporność uzyskiwanych nadruków
na działanie czynników mechanicznych (warstwa utrwalonej farby jest
elastyczna, rozciągliwa i trudna do
zarysowania), atmosferycznych i ew.
zabrudzenia,
- duża intensywność barwy nadruków
(duża objętość bryły barw odtwarzalnych) i odporność na promienie
słoneczne (3 lata przy ekspozycji
zewnętrznej – bez laminowania, do 10
lat przy ekspozycji wewnętrznej – z laminowaniem),
- możliwość wykonywania druków eksponowanych zarówno wewnątrz (nadruki bezwonne), jak i na zewnątrz
pomieszczeń,
- zredukowany do minimum wpływ procesu drukowania na środowisko.
W 2011 r. pojawiła się już druga generacja ploterów drukujących wg technologii
HPLatex, przy szerokości zadruku 3,2 m
(HP Scitex LX850). Od listopada ub. roku
produkowana jest nowa – próbna seria
maszyn typu HP Designjet L26500 oraz
HP Designjet L28500 o szerokości 2,6 m.
Znacząco została obniżona temperatura
utrwalenia nadruku, która początkowo
wynosiła 120°C, a obecnie w nowych
ploterach jest ona równa 60°C. Zwiększyła
się również intensywność nadruku. Druk
atramentami lateksowymi może odbywać
się nie tylko za pomocą głowic termicznych HP, ale również z wykorzystaniem
piezoelektrycznych głowic Epson.
205
ZAGADNIENIA POLIGRAFICZNE
Do atramentów nowej generacji zaliczany jest także żywiczny atrament wodny
Sepiax Aquares, opracowany w Austrii,
w laboratoriach Sepiax Ink Technology
GmbH. Firma ta należy do grupy Gernot
Langes-Svarowski i powstała na bazie
laboratorium chemicznego, prowadzącego od lat badania nad nowatorskimi
technologiami druku, zwłaszcza druku
atramentowego. Badania te od początku
koncentrował y się na poszukiwaniu
alternatywnych rozwiązań, mogących wyeliminować powszechnie stosowane, niebezpieczne technologie solwentowe i UV,
i zastąpić je bezpiecznymi i przyjaznymi
dla środowiska technologami opartymi na
atramentach wodnych. Atrament Sepiax
po raz pierwszy został eksponowany na
targach FESPA 2008 w Genewie. Należy on do tej samej nowatorskiej grupy
atramentów ekologicznych co atrament
lateksowy firmy HP i dlatego atramenty
te są często ze sobą porównywane.
W obydwu technologiach zakres stosowanych do druku podłoży jest bardzo duży.
W przypadku Sepiax nie ma ograniczenia
pod względem modelu plotera i postaci
zadrukowanych mediów, można drukować na podłożach w postaci zwoju bądź
arkuszy. Za pomocą nowego atramentu
można drukować na zwykłych ploterach
wodnych lub solwentowych, ale wymagają one modyfikacji; instalacji systemu
podgrzewającego media do wymaganej
temperatury ok. 40-55oC, w zależności od
rodzaju podłoża, na którym wykonywany
jest nadruk. W USA, Wielkiej Brytanii
i Niemczech, a więc w krajach, w których
nowy atrament wzbudza największe
zainteresowanie, powstają urządzenia,
najczęściej oparte na ploterach Epson
lub Mutoh, doskonale dostosowane do
wymagań atramentu Sepiax.
W obecnych czasach r ynek druku
natryskowego jest jednym z najbardziej
dynamicznie rozwijających się, a do
perspektywicznych kierunków rozwoju
atramentów, stosowanych w druku natryskowym, należą przede wszystkim
te, które nie oddziaływają negatywnie
na człowieka i środowisko. Atramenty te
określane są jako „drukujące prawie na
wszystkim”; umożliwiają one przekraczanie granic druku dotyczących reklam
Nanografia – nowy rodzaj
druku cyfrowego
do pochłaniania światła i umożliwiają
uzyskiwanie niespotykanej dotąd jakości
drukowanego obrazu. W procesie druku
uzyskuje się bardzo ostre i jednolite punkty
oraz niezwykle szerokie spektrum barw
procesowych. Wydruki odznaczają się
nadzwyczaj dużą odpornością na ścieranie
i na zadrapanie.
Drukować można na wszystkich rodzajach podłoży, a więc na papierach
powlekanych i niepowlekanych, tekturze
makulaturowej, papierze gazetowym,
foliach opakowaniowych z t wor zyw
sztucznych – i to bez obróbki wstępnej,
bez specjalnej warstwy podłożowej, bez
utrwalania. Grubość nadrukowanego
obrazu wynosi tylko 500 nm, co stanowi
około połowę grubości drukowanego
obrazu w technologii offsetowej. Koszt
wydrukowania jednej strony jest niższy
niż w jakimkolwiek innym procesie. Proces
druku nanograficznego wykorzystuje tusze
wodorozcieńczalne, jest efektywny energetycznie i przyjazny dla środowiska.
Izraelska firma Landa Corporation
przedstawi na targach Drupa nowy rodzaj
druku cyfrowego nazwany nanografią.
Nowa technologia została stworzona przez
ojca komercyjnego druku cyfrowego Benny’ego Landę, który prezentując w 1993
roku maszynę drukującą Indigo, dał początek cyfrowej rewolucji w dziedzinie drukowania. Proces druku nanograficznego jest
owocem trwających dziesięć lat badań
w dziedzinie nanotechnologii. Jego twórca
zapewnia, że jest to prawdziwy przełom,
który może zapoczątkować kolejną rewolucję w przemyśle poligraficznym.
W procesie druku nanograficznego zasadniczą rolę odgrywa tusz – Landa Nano
Ink. Użyte do jego produkcji nanopigmenty
składają się z cząstek, których wielkość
mierzy się w dziesiątych częściach nanometra (grubość ludzkiego włosa to ok.
100 tys. nanometrów). Nanopigmenty
odznaczają się wyjątkową zdolnością
206
(zewnętrznych i wewnętrznych). Zbliżające się targi „Drupa 2012” z pewnością
zaskoczą zwiedzających oraz wielką
rzeszę specjalistów z branży poligraficznej nowymi rozwiązaniami i ofertami
dotyczącymi atramentów stosowanych
w cyfrowym druku natryskowym.
Literatura
1.„Wszystko o technologii UV – Przewodnik techniczny”, Cz. I, II, Świat druku, 6, 7-8/2005.
2.„I ekologia i oszczędności”, Poligrafika
12/2010.
3.Materiały informacyjne firmy Xerox http://
www.synetrix.pl/docs/TechnologiaAtramentuStalego.pdf
4.Materiały informacyjne firmy Xerox http://
www.synetrix.pl/docs/TechnologiaAtramentuStalego.pdf
5.„Oce ColorWave 600: Szyrokoformatnyj printer
s „żemczuznym tonierom””, Kursiv 2, (2009),
dostępny na: http://www.oce.ru/articles/article_47485.html
6.A. Lygun: „ Oce colowave 600”, Publish 1-2,
2009, dostępny na: http://www.publish.ru/
publish/2009/01-02/6673418/
7.„HP Latex Printing Technologies”, materiały
informacyjne firmy HP.
Wszystkie maszyny drukujące Landa,
które nawet w porównaniu z innymi cyfrowymi maszynami drukującymi wymagają
bardzo niewielkiej powierzchni w pomieszczeniach produkcyjnych, są przystosowane do druku ośmioma kolorami
z rozdzielczością 600 dpi lub 1200 dpi. Na
targach Drupa zostanie pokazana cała rodzina maszyn arkuszowych i zwojowych.
Znajdą się wśród nich arkuszowe maszyny
drukujące z odwracaniem w formatach B3,
B2 i B1, osiągające wydajność do 11 tys.
arkuszy na godzinę, przeznaczone do druku akcydensów i opakowań, oraz zwojowe
maszyny do druku wydawniczego i druku
opakowań giętkich, o szerokościach
roboczych od 52 do 104 cm i wydajności
do 200 m/min.
Maszyny nanograficzne mogą znaleźć
zastosowanie w produkcji druków akcydensowych, książek, czasopism, reklam
rozpowszechnianych drogą pocztową,
etykiet, pudełek składanych i opakowań
giętkich do artykułów spożywczych, produktów farmaceutycznych, kosmetyków
i innych.
E.W.
PRZEGLĄD PAPIERNICZY · 68 · KWIECIEŃ 2012