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第三节 特殊印刷油墨及特点

一、防伪印刷油墨

防伪油墨是防伪技术中的一个重要部分,是指具有防伪功能的油墨。防伪油墨由色料、连结料和油墨助剂组成,即在油墨连结料中加入特殊性能的防伪材料,并经特殊工艺加工而成的特种印刷油墨。防伪油墨之所以能够防伪,是利用油墨中有特殊功能的色料和连结料来实现的。如今,在许多防伪印刷领域,防伪印刷油墨的使用非常广泛,如在各种票证、单据、商标及标识等的防伪印刷上,都使用防伪印刷油墨。这主要是由于防伪印刷油墨具有防伪技术实施方便、成本低廉、隐蔽性较好、色彩鲜艳等特点。目前,国内外开发使用的防伪印刷油墨已达几十种,按印刷形式可分为凸版印刷油墨、凹版印刷油墨、孔版印刷油墨、平版印刷(胶印)油墨和水性柔版印刷油墨等,按承印物不同又可分为纸张油墨、印铁油墨、新闻油墨、塑料油墨等。

1.防伪油墨分类

按照其防伪功能,可分为以下类别:

①紫外激发荧光油墨。

②日光激发变色油墨。

③热敏防伪油墨(热致变色油墨)。

④化学反应变色油墨。

⑤智能机读(机器专家识别)防伪油墨。

⑥多功能或综合防伪油墨(激光全息加荧光防伪油墨)。

⑦其他特种油墨,如ovi光可变防伪油墨等。

具体实施主要以油墨印刷在票证、产品商标和包装上实现。这些防伪技术的特点是通过实施不同的外界条件,主要采用光、热、光谱检测等形式,来观察油墨印样的色彩变化达到防伪目的。其实施过程简单、成本低、隐蔽性好、色彩鲜艳、检验方便。但智能机读(机器专家识别)防伪油墨由于检测复杂、重现性强、变色多样等优点,是各国纸币、票卡、票证和商标包装的首选防伪技术。

2.防伪油墨制作技术

防伪油墨是在普通油墨中添加特种功能材料,从而使其具有防伪功能。此类油墨印刷获取的防伪产品成本低、检验方便。防伪油墨一般采用以下几种制备方法。

(1)力学方法(力致变形、力致变热、力致发声等)

例如,力致变色防伪标识,其特种功能材料外层为微型胶囊,内层装有染料,将其与普通油墨混配、印刷,检验时只需用力施压标识表面,因受外力作用,胶囊破裂释放出染料,颜色立即改变,胶囊染料颜色可任意选择而获得多种防伪效果。

(2)热力学方法(热致变色、热致变色发光)

例如,在油墨中添加热致变色材料,若环境温度发生变化,颜色会发生相应的变化以达到防伪效果。

(3)电学方法(电致变色、电致发光)

例如,电致变色油墨,是指在普通油墨中加入一些功能材料(如三氧化钨、导电高聚物等),当直流电压作用其上时,功能材料的结构发生变化,会使油墨产生外观颜色的改变。

(4)光学方法(光致变色、光致发光、隐形变色等)

例如,荧光油墨,是指在普通油墨中加入荧光材料,当紫外光照射时,会辐射可见光,达到防伪目的。

(5)根据客户需要

采用商品品牌专用的防伪油墨配方,用唯一性极强、可表征的防伪油墨产品,达到保护产品的目的。

3.防伪油墨应用的防伪技术

防伪是一个技术性非常强的行业,其市场同技术的联系非常密切,整个市场又有很多细分的领域。不同的商品、不同的使用环境,需要不同的防伪技术,没有一种防伪技术适用于所有防伪领域。

防伪油墨,即具有防伪性能的油墨,是一个极其重要的防伪技术领域,应用面极广,涉及许多学科。防伪油墨是在普通油墨中加入一些特殊物质而生成的具有防伪功能的特殊油墨,用于印制需要防伪的产品。它的配方、工艺均属机密,应严加管理;防伪产品也应定点、定时供应给指定的厂家,设专人定机使用,严防信息扩散。防伪油墨是目前使用最广泛的防伪材料,按其不同的特性可分为以下几种。

(1)紫外光源激发可见的荧光防伪油墨

紫外光源激发可见的荧光防伪油墨包括长波紫外光源激发可见荧光防伪油墨、短波紫外光源激发可见荧光防伪油墨、长短波双紫外光源激发可见荧光防伪油墨三种。由于紫外光源激发可见荧光防伪油墨的技术含量较低,仿造的难度不大,所以其防伪能力差。现在单独采用紫外光源激发可见荧光防伪油墨的用户已经大幅度减少。

(2)光致变色防伪油墨

光致变色防伪油墨是采用特殊工艺制造的,当观察者变换观察角度时,其印刷颜色发生变化。现在国内已经有数家公司掌握此种技术,所以其防伪能力已有较大下降,随着该技术的进一步扩散,也有可能步紫外光源激发可见荧光防伪油墨的后尘,逐步退出防伪印刷领域。

(3)红外光源激发可见荧光防伪油墨

红外光源激发可见荧光防伪油墨是一种较新的防伪油墨,它采用特殊的合成化学标记物,使其在红外光源激发下产生可见荧光。由于合成的化学标记物材质不同,其在不同的红外光源激发下可以发出不同颜色的荧光。除可以直接用肉眼观察荧光的颜色及亮度来辨别产品真伪外,还能使用专门的识别仪器通过分析其光谱特性自动鉴别产品真伪。该项技术有较高的防伪能力,适合在防伪印刷中广泛使用。

(4)化学变色防伪油墨

化学变色防伪油墨是在油墨中添加了特殊的化学显色标记物,使用配套的显色剂,可以令使用这种防伪油墨印刷的产品产生特定的变色反应,以方便使用者鉴别产品真伪。

化学变色防伪油墨中还含有一种“开锁式防伪技术”,就是由化学加密显色制成,只有使用另一种配套的化学显色剂,才能用紫外光源激发产生相应的荧光反应而显色,以鉴别真伪,就像用钥匙开锁一样。由于该技术可以将油墨制成无色油墨或隐藏在其他颜色中,所以具有很强的防伪能力。

(5)磁性防伪油墨

磁性防伪油墨开始只是使用强磁性材料制造,鉴别真伪即检查有无磁性。由于磁性材料容易得到,且配制磁性防伪油墨的技术难度不大,所以其防伪能力较低。后来开发了采用弱磁性材料制造的磁性防伪油墨,用其印制成不同的磁编码,可以使用专用识别仪器进行识别,使得其防伪能力有了一定的提高。

(6)温变防伪油墨

温变防伪油墨采用热敏材料配制,根据变色所需的温度可分为低温变色(温度达到30℃以上)和高温变色(温度达到90℃以上)。因为此项防伪技术难度一般,较易仿制,故防伪性能较差。

(7)光变油墨(OVI)

光变油墨是现代防伪油墨中的佼佼者,属于反射型油墨,具有珠光和金属效应,彩色复印机和电子扫描仪都不可能复制出来。用光变油墨印制的产品,油墨色块可成对呈现颜色,如品红—蓝、绿—蓝、青—绿等。只要将油墨印迹倾斜60°,就可观察到图案由一种颜色向另一种颜色转化的现象。由于只有印品上的墨膜较厚时,才可能出现显著的色漂移现象,因此要求印刷墨层具有足够的厚度。光变油墨是一种原理简单而制造过程复杂的技术产品,它是利用涂层颜色可随视角变化而变化的干涉薄膜,对自然光(复色光)进行选择性吸收和反射以达到防伪目的。

(8)综合防伪油墨

根据不同用户的防伪需求,综合上述2种以上防伪油墨技术制成的具有综合防伪能力的防伪油墨,可以显著提高油墨的防伪能力,是未来研制新型高性能防伪油墨的发展趋势。

(9)防伪印油与印泥

盖章用的印油或印泥也是一种油墨,其防伪方法可以仿照上述各项技术。目前正在研究利用紫外线、红外线、X射线等不可视见的荧光化合物、光电转换物质、特种化学物质、动物或植物的DNA、单克隆抗体以及特异性抗原等物质,制成新型的防伪印油或印泥,使之更难仿制。用这种印油加盖的印文,外观与普通印文无异,但用相应的方法检测时则显示特殊的效果。如用紫外线激发防伪印油加盖的印文,在紫外线照射下可显现鲜艳的荧光。

二、数字印刷油墨/墨水

由于数字印刷的成像方法不同,采用的印刷油墨也有很大区别,但是都与成像技术的物理效应和图文转移特性相匹配,要求数字印刷系统使用特殊类型的油墨与所采用的数字印刷方法相匹配。

数字印刷油墨是由着色剂(颜料或染料)、树脂(连结料)、助剂、填充料等加溶剂经研磨后合成的。油墨的颜色一般是由颜料或染料决定的,不同类型的油墨是由不同的连结料做成的,助剂是增加或改善油墨性能而添加的辅料,也是构成高档次油墨所必备的组成成分,助剂可以增加抗静电性、流平性、爽滑性、抗磨性、抗水性等。

在静电照相技术中,在带电区域必须使用带有适当极性的呈色剂,以确保呈色剂可以成功地从油墨单元转移到成像材料表面。如果在成像材料表面形成电荷潜像的电荷类型是负电荷,那么呈色剂微粒必须带正电荷。而在气泡喷墨或压电喷墨工艺中,往往要求使用低黏度的墨水,才能在墨水射流的飞行过程中形成墨滴。热成像技术则直接采用渗透了油墨的色膜或色带;热升华数字印刷系统所用色膜上的染料应该在受热后发生升华现象,直接从固态转化为气态。

1.数字印刷呈色剂

按照成像方法不同可以分为静电照相呈色剂、喷墨油墨、热成像色带、磁成像呈色剂和离子成像呈色剂等,其中,静电成像、离子成像和磁成像中使用的呈色剂构成类似,主要有两种不同类型,即干式色粉和液体呈色剂。其中干式色粉又可以分成单组分干式色粉和双组分干式色粉两种,双组分干式色粉比单组分干式色粉的使用更加普遍。

(1)单组分呈色剂

静电单组分色粉不需要载体颗粒,直径约为5μm,又分为磁性和非磁性。磁性干式色粉主要用于单色印刷,呈色剂转移过程相对简单,色粉颗粒通过控制的静电场来转移,主要应用于高速单色印刷系统中,如离子成像、磁成像系统以及低档的静电复印和静电照相印刷系统。非磁性干式色粉更多用于低速印刷系统中,在大面积区域着墨时,很难形成均匀的色粉转移,而且容易起脏,导致印刷质量降低。

(2)双组分呈色剂

双组分色粉由载体微粒和颜料微粒组成,载体微粒(如直径约80μm的氧化铁)吸附颜料微粒,并传输颜料微粒显影。给印刷图像着墨的色粉微粒是通过载体微粒转移到图像载体上的。直径大约为80μm的载体微粒把直径大约为8μm的色粉微粒传输到成像载体的表面,色粉微粒在印刷过程中被转移到承印物上,而载体微粒在显影过程中是可以重复使用的。双组分色粉常用于高档、高速多色印刷系统,如柯达、施乐、佳能的数字印刷系统。

(3)液体呈色剂

液体呈色剂的组成是在液体载体中含有1~3μm大小的色料微粒。成像过程中,带电荷的色料微粒集中在图像区域,并从液体载体中分离出来。转移过程需要灵敏的热控制和电控制,微小颗粒能够获得极薄的墨膜和较高的解像力,从而可以获得类似胶印质量的图像。载体溶液可以在印刷过程中被回收重复使用。

固体呈色剂的墨层厚度为5~10μm,而液体呈色剂的墨层厚度应在1~3μm,这主要是液体呈色剂微粒的尺寸只有1~2μm。传统胶印的墨层厚度约为1μm,所以,使用液体呈色剂印刷的质量更加接近胶印水平。

(4)喷墨墨水

喷墨印刷装置的特殊要求,墨水要以直径为1μm左右的微小墨滴,以30000~50000滴/秒的速度从喷嘴中喷出。因此,喷墨墨水的基本组分为溶剂、呈色剂和添加剂。喷墨墨水可分为染料型和颜料型。

①染料型墨水:其溶剂一般为纯度极高的去离子水,能均匀溶解呈色剂和其他添加剂,呈色剂多为阴离子染料,添加剂主要是一些高沸点液体,降低水溶剂的挥发,减少染料沉淀以防堵塞喷嘴。与颜料相比,染料色谱齐全,且许多染料已经商品化,所以目前喷墨墨水大多属于染料型墨水。其颜色饱和度较好,但是耐水性不佳,耐光度较差,分辨率较低。

②颜料型墨水:多选择有机颜料作为着色剂,水和醇类作为主要溶剂,辅以分散剂、pH调节剂、金属螯合剂、抗褪色剂等助剂。颜料型墨水具有良好的耐水性、耐光性、耐热性和耐溶剂性,印字清晰,色彩鲜艳。但是,颜料型墨水的液体稳定性差,易于引起喷嘴堵塞。其使用和研究正在日渐增多。

另外,按照喷墨墨水使用溶剂种类的不同,又可以分为水基墨、油溶墨和固态墨。

水基墨是目前最普遍使用的一种喷墨墨水,是以水做溶剂的一种液态墨水。它易于保持墨水通畅连续,不腐蚀墨头和喷嘴,印字清晰、牢固、安全、无毒、无味,并且具有一定的贮存时间。

油溶墨以有机化合物作为溶剂,既可以是低沸点的溶剂,也可以是高沸点的溶剂。着色剂可以是油溶性染料,也可以是颜料。油溶墨的耐水性比水基墨好,一般不会造成纸张卷曲。但是印刷时存在墨水扩散问题,使边缘的清晰度不高。干燥速度虽然相比水基墨有很大改善,但是仍然不理想。而且,油溶墨易燃,存在污染环境等问题,成本也较高。

固态墨也称为蜡基固态油墨,其呈色剂是颜料,具有良好的耐光性和色稳定性,一般用于压电喷墨中。印刷时,首先熔化墨盒内的蜡基固态墨水,由图文信号控制喷射。蜡基固态墨水一旦接触承印材料后就凝固干燥,墨水不会渗透到承印材料内部,固着在承印材料表面,形成的图像清晰、稳定,图像层较厚。墨膜有极好的耐褪色性,图像有较好的清晰度和光泽,但是易于磨损且固着性差。

(5)热成像色带

在热成像印刷(热转移和热升华)中使用的是一种特殊类型的油墨,即色带。图文信息控制脉冲电流在热成像头或激光成像头上产生高温,瞬间温度可达150~300℃,热成像头与色带接触,色带背面涂有热熔融型或热升华型油墨,发热电阻或激光的热量通过很薄的涤纶膜传递到墨层,墨层熔化或升华,转移到承印物上形成图像。在热转移中,色带中的颜料和黏合剂树脂全部转移,而热升华中只有染料分子扩散转移到承印物上。

2.数字印刷油墨性能

数字印刷油墨有以下基本性能要求:

· 形成图像质量高,能耐光、耐候、耐干/湿摩擦等。

· 油墨的组成不会造成喷嘴堵塞。

· 长期搁置不易分层。

· 油墨与喷嘴不能发生任何化学反应。

· 具有较好的着色稳定性。

· 能在普通纸上印刷。

目前,常用的油墨是水基油墨,它通过渗透、吸收和蒸发固定在承印物表面。该类油墨制作简单,用量最大,但图像耐久性、耐水性有待提高。

非水基油墨即溶剂型油墨主要使用有机溶剂而不是水,其他添加剂和助剂也有所区别,主要应用于不具有渗透性的承印物,如塑料薄膜、金属等,依靠油墨溶剂的快速蒸发而固定在承印物表面。

热熔性油墨的代表类型是固体油墨,它在室温下呈固态,高温高压下以熔融态从喷嘴中喷出,液体迅速固化成像,避免了油墨扩散与渗透,颜色比较鲜艳,图像质量优异。

喷墨墨水的性能检测包括以下几个方面。

(1)黏度

墨水的黏度用黏度计测量。墨水黏度过高,影响到墨水的流动性,不容易形成墨滴从喷嘴顺利喷出,造成堵塞,降低喷头的使用寿命。并且,过高的黏度会使溶剂不易迅速渗透、蒸发和吸收,干燥时间加长,降低了图像的分辨率。而过低的墨水黏度会使着色剂不能很好地黏附到承印物上,造成脱色、褪色,也会影响图像的质量和耐久性。所以,墨水黏度应保持在适当的范围内。

(2)表面张力

表面张力用表面张力分析仪测试。墨水具有合适的表面张力,能够更好地使溶剂和承印物表面接触、润湿和渗透,在热喷墨印刷中还会使气泡更容易产生,从而提高印刷速度,降低干燥时间。

(3)颗粒度

色料颗粒度用PCS(光子相干谱)测定。在连续喷墨数字印刷中,数字印刷油墨采用超微颗粒的着色剂,既增加油墨的稳定性,又可以提高图像的分辨率和光泽度。

(4)分解温度

染料的分解温度用热分析仪确定。常温下,染料以分子状态溶解在水中,但在热喷墨印刷中,加热表面的温度可达到300℃左右,而大多数染料在250~300℃容易发生分解,产生的难溶物质沉积在加热装置表面,堵塞喷嘴,从而导致印刷不畅。采用热分析仪可以获得更加合适的染料。

(5)干燥时间

干燥时间是指喷墨墨滴在纸张等承印物上渗透、蒸发或吸收直至充分干燥的时间。干燥时间越短越有利于提高印刷图像的质量。充分干燥的测定方法是指用手指压无涂污,每次指压时间大约半秒钟。

上机实验是对喷墨墨水使用性能进行检测的最重要方法。对油墨印刷图像的色泽、扩散性、耐水性、耐寒性、耐光性等性能的检测是判定印刷图像质量的主要手段。 b6zUIfocY15FfumUtCShohQpXusSjI4bDwRJ6T24fokLI3Bs044FpfVSXLxgV1/s

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