Из чего делают чернила: состав

Краткий экскурс по этапам эволюции чернил

Первые сочинения для письма представляли собой не что иное, как разбавленную маслом сажу. В древности египтяне писали такими «чернилами» на папирусах. Древние китайцы добавляли щелочной раствор к смеси сажи и смолы. В результате получается густая масса, которая при высыхании отслаивается.

В поисках идеальных чернил было использовано несколько компонентов:

• Растительное происхождение: бузина, отвары кожуры грецкого ореха и каштана, черника, сажа виноградных косточек.
• Животное происхождение: пакеты с сушеными и переработанными чернилами каракатицы (краситель сепия), раковины иголок (пурпурные). Последний использовался древними римлянами и греками для изготовления красных чернил — чрезвычайно редкого и дорогого красителя.
• Драгоценные камни: рубин, перламутр, сапфир. Рецепты таких красителей держались в секрете и не дошли до нашего времени.

В XVI-XVII веках на территории современной Российской Федерации изобрели «железные чернила» — смесь коры деревьев и галлов (болезненных образований на листьях деревьев), пропитанную фрагментами железа и впоследствии сульфатом меди. Этот состав сделал надписи устойчивыми к воздействию света и влаги. Чернила из сандалового дерева, изобретенные в 1847 году немецким химиком профессором Рунге, также пользовались популярностью. Для них характерен пурпурный оттенок.

В конце 19 века появились ализариновые чернила. Их создал саксонский Х. Леонгарди. Чернильные орехи снова были использованы в качестве основы, но добавление крапинки марены придало ранее бесцветным чернилам интенсивный сине-зеленый оттенок. Со временем растительные ингредиенты в ализариновых чернилах были заменены синтетическими.

В первых струйных принтерах, выпущенных в конце 1970-х гг. 20 век использовались чернила на водной основе. Они придавали принтам яркость и насыщенность, но не отличались устойчивостью к свету и влажности.

Требования к чернилам

К чернилам предъявляются следующие основные требования:

1. хорошая смачиваемость и адгезия к материалу перьев используемого пишущего инструмента и материалу, на котором он написан (при отсутствии адгезии и смачиваемости чернила не прилипают к ножнице, и нож не может оставить след от чернил при попытке писать на несмачиваемом материале, таком как пластик, след чернил собирается отдельными каплями, которые легко растекаются и крошатся после высыхания);
2. насыщенность и стойкость цвета в течение длительного времени при нормальных условиях хранения (например, некоторые виды чернил, произведенные на основе химических красителей в конце 19 — начале 20 веков, быстро выгорают на свету);
3. умеренная текучесть и впитывающая способность чернил по отношению к материалу, на котором они пишут (например, писать на фильтровальной бумаге чернилами перьевой ручки практически невозможно из-за размытия штрихов, но это вполне возможно с гелевыми чернилами и ручками к мячу);
4. умеренная скорость высыхания чернил на воздухе на пишущем блоке и в открытых емкостях для чернил;
5. Вязкость чернил должна соответствовать скорости подачи чернил, структурно заложенной в пишущем блоке пишущего инструмента (например, густая масса чернил в шариковых ручках иногда активно протекает через шариковый блок, чему способствует повышение температуры, увеличение пробелов по сфере пишущего блока и некоторые другие факторы, напротив, даже достаточно протекающие чернила могут пропустить при письме валиком или ручкой, если участков чернильных каналов недостаточно);
6. относительная доступность, доступность и безопасность компонентов и готовых чернил.

К чернилам могут быть предъявлены дополнительные требования:

1. повышенная водостойкость или стойкость к определенным растворителям;
2. повышенная адгезия к определенным материалам;
3. повышенная термостойкость, свет, морозостойкость;
4. содержание любых идентифицирующих компонентов и маркеров;
5. возможность смешивать разные цвета одного и того же типа чернил для достижения заданного оттенка.

Список возможных дополнительных требований не ограничивается указанными выше требованиями.

Чернила для струйных принтеров

Струйные принтеры для домашнего или офисного использования оснащены картриджами, содержащими специальные жидкие чернила. Промышленные струйные принтеры и кодеры поставляются с оригинальными флаконами с чернилами и растворителем большого объема с системами идентификации. Такие картриджи и чернила называются оригиналами (от английского аббревиатуры OEM — производитель оригинального оборудования) и производятся такими компаниями, как Epson, Canon, HP, Lexmark и др.

Настоящие чернила можно приобрести только с одним картриджем. Конструкция картриджа является результатом многолетних исследований производителя принтера. Идея состоит в том, чтобы надежно удерживать и хранить чернила внутри картриджа и печатать с правильной скоростью. Для этого важны не только геометрические параметры картриджей и физические свойства материалов, но и строго определенные физико-химические характеристики чернил.

Наиболее важными для чернил являются:

• соответствие по высоте, насыщенности и яркости;
• кислотность;
• конкретный вес;
• поверхностное натяжение.
• динамическая вязкость;

Несоблюдение перечисленных характеристик автоматически переводит чернила в категорию низкого качества или в стадии разработки. Эти чернила могут быть дефектными или вообще не печатать.

Основным растворителем чернил для настольных струйных принтеров является вода, полностью лишенная примесей, т.е деионизированная. Краситель может быть водорастворимым красителем, который имеет сродство с целлюлозой, чтобы хорошо окрашивать поверхностный слой офисной бумаги или другой специальной бумаги и обеспечивать высокое качество печати. Чернила пигментированы и водорастворимы. Водорастворимые, чаще встречаются, они легко проникают глубоко в бумагу и там остаются. Для печати документов и фотографий, устойчивых к свету и воде, используются краски, содержащие пигменты, в которых красящее вещество представляет собой нерастворимый в воде краситель, то есть пигмент. Недостатки пигментных чернил — износ резисторов, сокращение срока службы печатающей головки и непригодность для печати на прозрачных пленках.

Чернила для струйных принтеров представляют собой сложную многослойную композицию, как чернила для перьевой ручки, содержащие водный растворитель, краситель, а также различные стабилизаторы и модификаторы свойств. Список красителей, стабилизаторов и модификаторов, используемых при производстве чернил для принтеров, намного шире, чем при производстве чернил для перьевых ручек, что связано с большей сложностью физических и химических процессов, которые контролируют подачу и нанесение чернил и необходимость буквально проверять их с предельной точностью. Характеристики чернил каждого отдельного производителя значительно различаются.

Помимо деионизированной воды и красителей, чернила для струйных принтеров могут содержать до 20 компонентов для обеспечения стабильной работы механизмов картриджа и правильной цветопередачи.

Строго говоря, заправлять картридж можно любыми достаточно жидкими чернилами на водной основе. Например, при заправке картриджей HP чернилами перьевой ручки «Радуга-2» не достигается нормальная глубина цвета и цветопередача. Кроме того, печатающая головка картриджа должна храниться под слоем воды или чернил, и каждый раз перед печатью очищать подающие сопла (или печатать непрерывно сразу после заправки), так как чернила в подающих соплах высыхают в через несколько часов после заправки.

Маркетинговая политика OEM-производителей такова, что они стараются делать оригинальные картриджи одноразовыми, без возможности заправки. Кроме того, в механизмы картриджей часто вводятся элементы, блокирующие работу однажды изношенного картриджа. В результате отдельные оригинальные чернила для заправки OEM-картриджей не продаются.

Подлинные картриджи часто можно заправить неоригинальными чернилами, используя соответствующее оборудование. Эти чернила называются совместимыми. Они производятся сторонними производителями с использованием оригинальных технологий производства и компонентов. Эти чернила выставлены на продажу под собственным брендом.

Это приводит к некоторым различиям при печати оригинальными и совместимыми чернилами. Однако сегодня качество совместимых чернил сопоставимо с оригинальными. Совместимые чернила также используются в картриджах, не совместимых с OEM-производителями, и в системах непрерывной подачи чернил. Их можно приобрести отдельно от совместимых картриджей и использовать для заправки:

• оригинальные картриджи;
• перезаправляемые картриджи;
• системы непрерывной подачи чернил.

Чернила для струйных принтеров, МФУ и плоттеров.

Чернила для принтера — это цветная жидкость на основе красителя со специальными свойствами, которая используется в струйных принтерах для формирования видимого изображения на листе бумаги или другом носителе.

В основном для печати цветных изображений струйные принтеры используют четыре основных цвета чернил, так называемые CMYK (CYAN-blue, MAGENTA-magenta, YELLOW-желтый, BLACK-черный), которые, смешанные в разных пропорциях, образуют огромное количество цветов и оттенков. Фотопринтеры и широкоформатные плоттеры могут использовать чернила дополнительных цветов и оттенков (до 9 цветов) во время печати для получения изображений высокой четкости и яркости).

Чернила для струйных принтеров, в зависимости от типа используемого красителя, условий использования и требований к полученному изображению, бывают следующих типов: чернила на водной основе (водорастворимые), пигментные чернила, сублимационные чернила и растворители (экологические) растворитель) чернила. Выбрав правильный тип печатающего устройства и тип используемых чернил, вы можете добиться отличных результатов и придать окончательному изображению необходимые свойства.

Среди производителей чернил, присутствующих на российском рынке, можно выделить InkTec, Ink-Mate и OCP.

Из чего состоят чернила

Конечно, состав краски напрямую зависит от ее назначения и области применения. Например, технология струйной термопечати Drop-on-Demand (типичная для принтеров HP) нагревает термоэлемент до 650 ° C. Чернила, контактируя с резисторами, нагреваются до газообразного состояния. Основная задача — сохранить все свойства краски и не допустить ее возгорания. Конечно, вышеупомянутые чернила не критичны для пьезоэлектрических струйных принтеров Epson. Чернила в таких принтерах практически не нагреваются, да и состав у них совершенно другой.

Несмотря на все разнообразие, в основе большинства красок лежит одна и та же формула — краситель и жидкая среда, в которой он растворяется или просто суспендируется. Другие свойства чернил, такие как прозрачность, скорость высыхания, текучесть, толщина, кислотность, смачиваемость, поверхностное натяжение, регулируются дополнительными добавками. Есть даже специальные консерванты, продлевающие срок хранения краски. Несмотря на обилие добавок (их более 20), все чернила для струйной печати делятся на две глобальные категории:

• тип красителя (пигментированный или растворимый);
• тип жидкой среды (основой может быть вода, растворитель или смесь).

Виды красящих веществ в чернилах

Тип красителя	Характеристики
Водорастворимый краситель	Такие чернила отлично подходят для глянцевого покрытия, поэтому незаменимы при фотопечати. Качество бумаги имеет большое значение для интенсивности печати
Пигмент (нерастворимые частицы)	Обеспечивает яркое и четкое изображение на любом типе бумаги. Используется для печати фотографий и обычных документов. Устойчивые к выцветанию отпечатки

Ключевым ингредиентом чернил для струйной печати является растворитель. Он бывает 2-х видов:

1. Водопад. Для струйных термопринтеров HP, Canon, Lexmark подходят только чернила на водной основе. Проходит несколько стадий очистки от солей и примесей. Деионизированная вода имеет низкую электропроводность, что способствует продлению срока службы картриджа и печатающей головки.
2. Растворитель. Это смесь сложных углеводородов. Используется для производства красок на пигментной основе. Этот краситель совместим только с пьезоэлектрическими принтерами.

Химический состав и описание компонентов водорастворимых чернил

Составная часть	Количество, %	Особенности и назначение
Водопад	40–85	это средство адгезии для других компонентов
Сорастворитель	5-35	Обеспечить стабильное состояние красящего компонента и увеличить вязкость раствора
ПАВ (ПАВ)	0,1-12	Регулировка поверхностного натяжения и потока капель чернил
Консерванты	0,2-1	Профилактика появления болезнетворных микроорганизмов и грибков на печатающей головке картриджа
Замедлитель коррозии	0,5	Защищает головку принтера от коррозии
Увлажнитель	0,2-3,0	Предотвращение образования чернильных пробок в соплах парогенератора и высыхания чернил
Связующие полимеры	0,1-2,5	Нанесение чернил на носитель (бумагу или другое)
Краситель или пигмент	2-20	Окрашивает чернила в один из цветов цветовой схемы CMYK: черный, голубой, желтый, пурпурный

Помимо вышеперечисленных компонентов, в состав чернил часто вводят дополнительные компоненты, которые регулируют контраст изображения, скорость закрепления раствора, его плотность, а также повышают стойкость отпечатков к УФ-лучам и влаге.

Водные (водорастворимые) чернила.

Эти чернила производятся на основе жидких красителей, растворенных в специально подготовленной водной основе. Характерной чертой чернил на водной основе является их нестабильность при попадании жидкости на отпечатанное изображение и быстрое выцветание цветов, когда отпечаток подвергается прямому воздействию света.

Несмотря на видимые недостатки, подавляющее большинство принтеров используют именно этот тип чернил, так как он позволяет точно воспроизводить яркость и четкость исходного изображения, что чрезвычайно важно при печати фотографий. Недостатки чернил на основе красителей (водорастворимые) компенсируются использованием бумаги (фотобумаги) со специальными свойствами, помогающими защитить изображение от внешних факторов.

Недостатки

Как следует из названия, эти чернила боятся воды. Поэтому, делая заметки такими чернилами, будьте осторожны, чтобы не попасть под дождь и не утонуть в реке с блокнотом или блокнотом в руках. После такого приключения ваши записи обязательно закончатся. Но, пожалуй, это единственный недостаток таких чернил. Мы лучше говорим о богатстве.

Положительные качества

• Доступность. Это самый распространенный и популярный вид чернил. Вероятность того, что они находятся на канцелярских принадлежностях, составляет 99.
• Безумное количество цветов и их оттенков. Как писали в древности, в ХХ веке: в самом широком ассортименте есть цвет для самых требовательных покупателей. Подождите секунду, это предложение вызвало у меня судороги, глаза закатились и сделали три оборота в глазницах. Однако у британского бренда Diamine в базовой коллекции 243 цвета, не говоря уже о специальных сериях и выпусках. А тушь американского бренда Noodler’s насчитывает 125 цветов в базовой серии. И это всего лишь два производителя чернил. А сколько их в мире? Я не уверен, что знаю всех. И если вы подумали: «Ну, конечно, где они и где Хек», не переживайте, у нашего партнера есть такая чернила: Мекка наркоманов и раскаивающихся — интернет-магазин Getpen.ru».
• Водорастворимые чернила, если говорить о базовом сборе, не токсичны. Это не значит, что их теперь можно пить… Но организму не будет никакого вреда, если придется съесть листок бумаги с пометкой, сделанной такими чернилами. А если и есть, то от самой бумаги, а не от туши. Так что, если вы шпион, пишите перьевой ручкой водорастворимыми чернилами по краю и ешьте бумагу для своего здоровья, и в этом случае.
• Такие чернила безопасны не только для человеческого тела, но и для перьевой ручки, особенно для ее источника питания. Опять же, когда дело доходит до базовой цветовой коллекции. Если вы помните, в статье о заправочных системах я давал советы по уходу за ручками, то есть о полоскании 3-4 раза в год. И этого достаточно, чтобы ручка прослужила вам верой и правдой не один десяток лет.

Пигментные чернила.

В отличие от водорастворимых чернил, пигментные чернила содержат твердые частицы и большую часть основы. Твердые частицы после высыхания образуют изображение, которое практически не смывается водой, а его яркость и насыщенность сохраняются надолго. Недостатком пигментных красок является их быстрое высыхание в узлах и элементах принтера при длительных перерывах в печати и их высокая стоимость.

Несмотря на относительно небольшой размер частиц, добиться высокого разрешения при печати на принтере, использующем пигментные чернила, довольно сложно, поэтому фотопринтеры используют большое количество цветов (до 9 цветов) для точного воспроизведения оттенков).

Итак, плюсы

Водонепроницаемый и устойчивый к выцветанию.

Минусы

Ручка с такими чернилами требует ухода. Нельзя просто взять его, залить пигментными чернилами и на месяц забыть о ручке. Потому что, скорее всего, он испортится: пигмент в чернилах осядет на краях устройства подачи и забьет канал, то есть «цементирует» отверстие для подачи чернил в перо. Если не получается промыть перо, в лучшем случае придется искать, покупать и менять адаптер питания, а в худшем — выбросить. А если бы рукоятка была поршневой, как в той статье о типах заправок, то пигмент на стенках ствола с удовольствием закрепится, так что поршень потом уже нельзя сдвинуть. Возможно, ручку спасет ультразвуковая ванна, которую можно купить в специализированных магазинах ручки. Москвичам и петербуржцам повезло — в Гетпенах этих городов точно есть такие бани. Но что, если тебя там нет?

Сублимационные чернила.

Сублимационные чернила по составу и структуре напоминают пигментные чернила и состоят из твердых частиц на водной основе, но обладают другими свойствами и сферой применения. Сублимационные чернила необходимы для переноса изображений на материалы и поверхности из синтетических волокон (ткани или специально подготовленные твердые материалы).

Для получения изображения используется принтер с технологией пьезоэлектрической печати (наиболее подходят аппараты марки EPSON) и специальная бумага для сублимации (термотрансферная печать). Не существует подлинных и совместимых картриджей с сублимационными чернилами, поэтому для использования сублимационных чернил в принтере должны быть установлены СНПЧ или перезаправляемые картриджи. Перенос изображения с листа на ткань или другую поверхность происходит под воздействием высокой температуры. Обычно для нагрева и переноса изображений используются специальные термопрессы, но в домашних условиях можно использовать и обычный утюг, что, конечно, скажется на результате в худшую сторону. Суть процесса передачи изображения заключается в том, что при нагревании частицы сублимации переходят из твердого в газообразное состояние и окрашивают поверхность. Сублимационные чернила глубоко окрашивают волокна и обеспечивают устойчивость изображения к внешним факторам.

Специальные чернила

Принтер для печати на ткани

Существуют струйные принтеры, которые печатают на тканевых изделиях специальными текстильными красками. В зависимости от состава материала — носителя изображения используются реактивные, кислотные, сублимационные и пигментированные красители. Процесс проходит в три этапа:

1. Подготовительная обработка грунтовкой, которая действует как защитная пленка, предохраняющая волокна ткани от насыщения чернилами.
2. Закрепление продукта в принтере, выравнивание положения печатающей головки и печать.
3. Ткань с набивным рисунком нагревается до температуры около 150 ° C и выдерживается в течение двух минут под прессом для фиксации, после чего становится устойчивой к стирке (до 60 раз).

УФ-краски также можно разделить на нестандартные и специальные. Краска состоит из веществ, которые полимеризуются под действием излучения мощной ультрафиолетовой лампы, которая освещает каждый выстрел СГ. Они используются для печати практически на всех материалах, в том числе на гладком стекле и неровных поверхностях, так как обладают высокой адгезией ко многим веществам. Процесс фиксации необратим, изображения стабильны и долговечны.

Принтер HP Latex 300

Чернила HP Latex разработаны HP для серии принтеров Latex для печати плакатов для наружной рекламы шириной от 54 до 104 дюймов. Состав чернил в основном на водной основе, но около 30% растворителей все еще присутствуют. Твердая часть состоит из пигмента и полимера (латекса), нанесенного на подложку. Модифицированная струйная технология для этой серии принтеров предназначена для нагрева носителя до 60–100 ° C, в зависимости от свойств носителя. В результате водная основа чернил испаряется, полимер спекается, печатный материал выходит из принтера совершенно сухим и имеет высокую степень устойчивости к внешним воздействиям.

• Как работает лазерный принтер.

Сольвентные (экосольвентные) чернила.

Сольвентные чернила используются в широкоформатных плоттерах для печати изображений на любой поверхности (в основном ПВХ). Сольвентные чернила обеспечивают максимальный блеск и устойчивость отпечатка к внешним факторам (влажность, температура, УФ-излучение).

Область применения сольвентных чернил довольно велика, но они более популярны в наружной рекламе, баннерах, баннерах и других носителях информации, используемых на открытом воздухе. Состав сольвентных чернил содержит большое количество химических элементов, которые при печати вызывают появление ядовитых паров и требует специальной подготовки позиционного плоттера. Для изготовления полиграфической продукции вне специально подготовленных производственных помещений используются экосольвентные чернила. Выбросы вредных выбросов при печати экосольвентными чернилами намного ниже, что гарантирует безопасность человека, контактирующего с ними.

Свойства чернил

Чернила специально разработаны для четкого письма и быстрого высыхания. Их вязкость строго контролируется. Ширина линии должна быть достаточно маленькой, чтобы ее можно было писать. Поэтому чернила в ручке должны быть умеренно жидкими и не размытыми.

Чернила состоят из пигмента или красителя, растворенного или суспендированного в растворителе. Пигменты — это крошечные цветные частицы, разбавленные растворителем. Красители полностью растворяются в жидкостях. Растворителем для большинства красок является вода или масло.

Основные требования к чернилам

Во-первых, чернила должны быстро высохнуть после печати. При этом не сушить при хранении в закрытой упаковке. Также заслуживают внимания следующие свойства:

• Смачивание и адгезия. Чернила должны легко оставаться за головкой картриджа и не замерзать, чтобы не забивать расходные материалы и не блокировать подачу чернил. При этом красящее вещество должно плотно прилегать к листу бумаги.
• Распространение и поглощение. После создания отпечатка он не должен растекаться, размываться и намочить следующую сторону.
• Насыщенность и стойкость. Отпечатки, независимо от цвета, должны ярко и четко передавать структуру печатного материала, а также долгое время не выгорать под воздействием прямых солнечных лучей.

К счастью, чернила — экологически чистый компонент, поэтому пользоваться такой пломбой могут люди любого возраста.

Как делают чернила сегодня

Казалось бы, чернила сегодня неактуальны. Но это не так. Чернила до сих пор широко используются в струйных принтерах, шариковой ручке, геле, капиллярных ручках. Важные документы и дипломы подписываются ручкой. Тушью работают дизайнеры и художники. На документы наклеиваются печати и чернильные штампы.
Меняются технологии и требования. Как и древние чернила, современные чернила состоят из растворителя: воды, спирта, глицерина, этанола; красящие вещества: фуксин, индиго и индигокармин, сульфат железа. В современные чернила добавляются модификаторы, улучшающие их свойства: смачиваемость, скорость высыхания, вязкость. Это поливалентные спирты, сахар, декстрины, латекс. Консерванты предназначены для длительного сохранения самой краски, сделанных ими надписей и рисунков: щавелевая кислота, этанол, сульфацилин.
К чернилам предъявляется множество требований в зависимости от того, как и где они наносятся. Основные требования: отличная смачиваемость с опорой и несмачиваемость наконечником; сохранение цвета и насыщенности при хранении документов на свету; впитывающая способность; скорость высыхания, устойчивость к воде и растворителям; возможность смешивания для получения оттенков; стоимость постоянно снижается.