الخصائص الفيزيائية والكيميائية للأحبار القابلة للذوبان في الماء

تُستخدم الأحبار القابلة للذوبان في الماء، والتي تُسمى أيضًا الأحبار المائية أو الأحبار المائية، على نطاق واسع في أنظمة الطباعة النافثة للحبر. إن فهم خصائصها الفيزيائية والكيميائية هو مفتاح الحفاظ على جودة طباعة ثابتة ومنع المشكلات الشائعة مثل انسداد الفوهات أو ضعف الالتصاق. تستعرض هذه المقالة الخصائص الأساسية التي يجب على كل مطبعة مراقبتها.

الترشيح والتحكم في الجسيمات

يجب أن تمر الأحبار القابلة للذوبان في الماء عبر مرشح بحجم 0.2 ميكرون دون انسداد. يضمن هذا المستوى من الترشيح عدم دخول أي جسيمات كبيرة الحجم إلى مجموعة رأس الطباعة. أي جسيم أكبر من قطر الفوهة يمكن أن يسبب انسدادًا فوريًا، مما يؤدي إلى توقف الإنتاج وإهدار الوسائط. يعد اختبار الترشيح المنتظم طريقة بسيطة لكنها فعالة للتحقق من جودة الحبر قبل وصوله إلى خط الإنتاج.

مقاومة الانسداد

يجب ألا تنتج تركيبات الحبر ترسبًا أو تكتلًا، وهو ما يُشار إليه عادةً بالانسداد. عندما تتجمع جزيئات الحبر معًا، فإنها تشكل رواسب صلبة داخل غرفة الفوهة. بمجرد تشكل هذه الرواسب، يصعب إزالتها دون محاليل تنظيف متخصصة أو استبدال رأس الطباعة. استقرار التشتت الجيد ضروري للتشغيل السلس دون انقطاع.

محتوى كلوريد الصوديوم

يجب أن تبقى مستويات كلوريد الصوديوم أقل من 100 جزء في المليون. يتسبب الملح في ترسب جزيئات الصبغة خارج المحلول، مما يؤدي مباشرة إلى الترسب في خزان الحبر وقنوات رأس الطباعة. في أنظمة النفث الحراري بالفقاعات، تصبح أيونات الكلوريد مشكلة خاصة. يعمل رأس الطباعة في درجات حرارة عالية، وعلى الرغم من أن لوحة الفوهة مصنوعة من التيتانيوم، فإن تآكل الكلوريد يتسارع في تلك الدرجات العالية. الحفاظ على انخفاض محتوى الملح يحمي جودة الطباعة وعمر الأجهزة.

التحكم في اللزوجة

تتراوح لزوجة الأحبار القابلة للذوبان في الماء عادةً بين 1 و5 سنتيبواز. تتطلب أنظمة الطباعة الكهروإجهادية لزوجة أعلى للعمل بشكل صحيح، بينما تعمل أنظمة النفث الحراري بالفقاعات بشكل أفضل مع سوائل ذات لزوجة أقل. تؤثر اللزوجة مباشرة على تكوين القطيرات واستقرار النفث. عدم تطابق اللزوجة يمكن أن يسبب قطيرات تابعة أو نقاطًا مفقودة أو وزن قطيرات غير متسق، وكلها تؤدي إلى تدهور جودة الصورة.

التوتر السطحي

تتراوح قيم التوتر السطحي للأحبار المائية من 30 إلى 60 داين لكل سنتيمتر. تعمل الأنظمة الكهروإجهادية مع سوائل ذات توتر سطحي أقل، بينما تحتاج أنظمة النفث الحراري بالفقاعات إلى توتر سطحي أعلى. يضمن التوتر السطحي المناسب أن يبلل الحبر الفوهة بشكل صحيح ويشكل قطيرات نظيفة. إذا كان التوتر السطحي مرتفعًا جدًا، فقد لا يتغذى الحبر بشكل موثوق في الفوهة. وإذا كان منخفضًا جدًا، فقد يقطر الحبر أو ينتج ضبابًا أثناء النفث.

استقرار الأس الهيدروجيني

يجب أن تتضمن تركيبة الحبر قدرة تنظيمية للحفاظ على قيمة أس هيدروجيني مستقرة. تترسب بعض مركبات الصبغة عندما يتغير الأس الهيدروجيني خارج نطاقها المستقر. يقاوم الحبر المنظم تغيرات الأس الهيدروجيني الناتجة عن امتصاص ثاني أكسيد الكربون من الهواء أو التفاعلات الكيميائية داخل خزان الحبر. يجب على المطابع قياس الأس الهيدروجيني بانتظام أثناء التخزين وقبل تحميل دفعات حبر جديدة.

مقاومة الضوء ومقاومة الماء

يجب أن تتحمل الصور المطبوعة التعرض للضوء والرطوبة. تقيس مقاومة الضوء مدى مقاومة الحبر للبهتان تحت الأشعة فوق البنفسجية والضوء المرئي. تقيس مقاومة الماء مدى مقاومة الحبر الجاف للسيلان أو التلطخ عند التعرض للماء. تعتمد كلتا الخاصيتين على كيمياء الصبغة وطلاء الركيزة. للتطبيقات الخارجية أو الأرشيفية، تعد مقاومة الضوء ومقاومة الماء العاليتين إلزاميتين.

مدة الصلاحية

عادةً ما يكون للحبر القابل للذوبان في الماء مدة صلاحية تبلغ 12 شهرًا من تاريخ التصنيع. حتى بعد سنة واحدة من التخزين، يجب أن يمر الحبر عبر مرشح 0.2 ميكرون دون صعوبة. قد تظهر بعض تركيبات الحبر تغيرات مرئية بعد ثلاثة أشهر من التخزين، لكن معظم المنتجات التجارية تظل صالحة للاستخدام لمدة عام كامل على الأقل. تساعد ظروف التخزين المناسبة، وهي البيئات الباردة والمظلمة، في الحفاظ على استقرار الحبر بمرور الوقت.

الاستقرار الحراري

في أنظمة النفث الحراري بالفقاعات، يتم تسخين الحبر إلى حوالي 400 درجة مئوية أثناء عملية الطباعة. يجب أن يتحمل نظام الصبغة والمذيب هذه الدرجة الحرارة القصوى دون أن يتحلل أو يتغير لونه. الصبغات التي تتحلل في درجات الحرارة العالية تنتج مخرجات غير متسقة وقد تترك رواسب كربونية على عنصر التسخين. يعد اختبار الاستقرار الحراري مهمًا بشكل خاص للأحبار المستخدمة في الطابعات الحرارية عالية الحجم.

سرعة الجفاف

يجب موازنة سرعة جفاف الحبر القابل للذوبان في الماء بعناية. يميل الحبر الذي يجف بسرعة كبيرة إلى تكوين قشرة على لوحة الفوهة، مما يسبب انسداد الفوهة أو نقص الحبر أثناء دورات الطباعة الطويلة. الحبر الذي يجف ببطء شديد يسمح للنقاط بالانتشار عبر الركيزة، مما يقلل حدة الحواف ويسبب زيادة في حجم النقطة تشوه التفاصيل الدقيقة. تعتمد سرعة الجفاف المناسبة على نوع الركيزة وسرعة الطباعة والظروف البيئية.