Хімічний склад та фізико-хімічні характеристики чорнил для струминного друку

Чорнило для певного типу картриджів має свій хімічний склад. Хімікати підібрані таким чином, щоб бути сумісними між собою та з матеріалами картриджа і голівки з точки зору хімії: не повинно відбуватися небажаних процесів, таких як корозія, склеювання, термічне розкладання, хімічні реакції з отриманням нових речовин, осаду, газів, тощо.

Розглянемо коротко з чого складаються чорнила і для чого в їх склад вводиться той чи інший компонент.

1. ВОДА - основний компонент і головний розчинник. Чорнило для термоструминного друку (картриджі для принтерів НР, Canon, Lexmark) виробляються виключно на основі води, в той час як для принтерів Epson можуть бути використані чорнила на основі інших розчинників. Воду необхідно попередньо ретельно очистити від механічних домішок, розчинених солей, газів і інших домішок. Для цього застосовують механічні фільтри, вугільні фільтри та іонообмінники. Для остаточного очищення та дезінфекції води застосовують ультрафіолетове опромінення і зворотній осмос. В результаті виходить продукт - пермеат, в 10 разів чистіший дистильованої води. Чистоту перевіряють, вимірюючи електричну провідність кондуктоміром. Водопровідна вода має електропровідність 400-500 мікроСіменс/см, дистилят - 20-25, а пермеат - менше 3.
2. БАРВНИКИ. Чорнила для струминних принтерів містять барвники чорного, блакитного, пурпурового або жовтого кольору. При цьому він може бути або розчинною синтетичною органічною сполукою або пігментом. Барвник - це хімічна речовина, яка повністю розчиняється у воді. Пігмент - забарвлена речовина, яка не розчиняється у воді і знаходиться в чорнилі у вигляді дуже дрібних твердих частинок. Як компонент чорнила, барвник також має бути високоочищеним і не містити солей, механічних домішок, напівпродуктів виробництва, тощо. Відсутність або наявність механічних домішок виявляється при фільтруванні розчину барвника через мембранні фільтри з діаметром пор 1, 0.45 і 0.2 мкм. Наявність розчинених домішок виявляється шляхом вимірювань провідності розчину барвника. Відповідність кольору та інтенсивність забарвлення перевіряється спектрофотометрією. За умови успішного проходження чорнилами таких перевірок воно готується до виробництва пробної партії і перевіряється якість друку.
3. СПІВРОЗЧИННИКИ. Вводиться до складу чорнила для поліпшення розчинності барвника.
4. ЗМОЧУВАЧ. Це органічна речовина, що допомагає запобігти засиханню чорнила при контакті з повітрям, зокрема - в соплах друкуючої голівки.
5. ФІКСУЮЧА ДОБАВКА (ПЕНЕТРАНТ). Допомагає зафіксувати чорнило на субстраті (папері, плівці і т.д.).
6. ПАР. Підсилює змочування чорнилом поверхні субстрату, картриджа, друкуючої голівки.
7. РЕГУЛЯТОРИ ПОВЕРХНЕВОГО НАТЯГУ, ДИНАМІЧНОЇ В'ЯЗКОСТІ І КИСЛОТНОСТІ. Служать для встановлення і підтримки необхідних фізико-хімічних характеристик чорнила. Якщо поверхневий натяг занадто високий, то чорнило не буде належним чином проходити до друкуючої голівки, що призведе до неоднорідності друку. На папері чорнило буде довго сохнути і розмазуються. Якщо поверхневий натяг занадто низький, то чорнило буде надмірно виходити з сопел і утворювати при друці клякси. Зображення розпливається, втрачається чіткість і яскравість картинки, чорнило глибоко проникає у папір (аркуш мокрий) і проявляється на іншій стороні аркуша (пробивання).
8. БІОЦИД. Запобігає розмноженню грибів, бактерій та інших мікроорганізмів в чорнилі при тривалому зберіганні, не дозволяє друкуючій голівці зарости слизом.
9. ІНШІ ДОБАВКИ служать для посилення контрасту при друці, запобігання втрати чіткості надрукованих символів, прискорення висихання, регулювання відтінку кольору, швидкості проникнення в папір або спецпокриття, посилення світлостійкості і водостійкості зображень, тощо.

Всього до складу чорнила може входити до 15 компонентів.

Чорнило для певного типу картриджів має також конкретні фіхіко-хімічні параметри (характеристики). Серед них - поверхневий натяг, в'язкість, кислотність, провідність і ін.

Ретельно збалансовані характеристики + відповідний хімічний склад = хороше чорнило для певного типу картриджів. І тільки так.

Характеристики кожного типу чорнила взаємопов'язані і при зміні одного параметра або компонента - змінюються інші. Так, наприклад, підвищуючи в'язкість чорнила, можна цим знизити поверхневий натяг і чорнило буде довго сохнути на папері і розмазуватися. Знижуючи в'язкість, отримаємо рідке чорнило, яке буде витікати з дюз при друці, але засихати в них при простоях у роботі. В'язкість - дуже «ніжна» характеристика чорнила, вона може зменшитися в 2 рази при збільшенні температури на 15 градусів, але при цьому повинні зберігатися властивості чорнила в цілому.