Physikalische und chemische Eigenschaften von wasserlöslichen Tinten

Wasserlösliche Tinten, auch wasserbasierte Tinten oder wässrige Tinten genannt, werden in Tintenstrahldrucksystemen weit verbreitet eingesetzt. Das Verständnis ihrer physikalischen und chemischen Eigenschaften ist entscheidend, um eine gleichbleibende Druckqualität zu erhalten und häufige Probleme wie Düsenverstopfung oder schlechte Haftung zu vermeiden. Dieser Artikel erläutert die wesentlichen Eigenschaften, die jede Druckerei überwachen sollte.

Filtration und Partikelkontrolle

Wasserlösliche Tinten müssen einen 0,2-Mikron-Filter ohne Verstopfung passieren. Diese Filtrationsebene stellt sicher, dass keine übergroßen Partikel in die Druckkopfeinheit gelangen. Jedes Partikel, das größer als der Düsendurchmesser ist, kann sofortige Verstopfungen verursachen, was zu Ausfallzeiten und verschwendetem Medium führt. Regelmäßige Filtrationstests sind eine einfache, aber effektive Methode, um die Tintenqualität zu überprüfen, bevor sie in die Produktionslinie gelangt.

Verstopfungsresistenz

Tintenformulierungen sollten keine Sedimentation oder Aggregation bilden, die allgemein als Verstopfung bezeichnet wird. Wenn Tintenpartikel zusammenklumpen, bilden sie feste Ablagerungen in der Düsenkammer. Sind diese Ablagerungen erst einmal entstanden, lassen sie sich ohne spezielle Reinigungslösungen oder einen Austausch des Druckkopfs nur schwer entfernen. Eine gute Dispersionsstabilität ist für einen reibungslosen, unterbrechungsfreien Betrieb unerlässlich.

Natriumchlorid-Gehalt

Der Natriumchlorid-Gehalt muss unter 100 Teilen pro Million bleiben. Salz bewirkt, dass Farbstoffpartikel aus der Lösung ausfallen, was direkt zu Sedimentation im Tintentank und in den Kanälen des Druckkopfs führt. In thermischen Bubble-Jet-Systemen werden Chloridionen besonders problematisch. Der Druckkopf arbeitet bei hohen Temperaturen, und obwohl die Düsenplatte aus Titan besteht, beschleunigt sich die Chloridkorrosion bei diesen hohen Temperaturen. Ein niedriger Salzgehalt schützt sowohl die Druckqualität als auch die Lebensdauer der Hardware.

Viskositätskontrolle

Die Viskosität wasserlöslicher Tinten liegt typischerweise zwischen 1 und 5 Centipoise. Piezo-basierte Drucksysteme erfordern eine höhere Viskosität für den ordnungsgemäßen Betrieb, während thermische Bubble-Systeme mit niedrigviskoseren Flüssigkeiten besser funktionieren. Die Viskosität beeinflusst direkt die Tröpfchenbildung und die Strahlstabilität. Eine falsche Viskosität kann Satelliten, fehlende Punkte oder ein inkonsistentes Tropfengewicht verursachen, was alles die Bildqualität beeinträchtigt.

Oberflächenspannung

Die Oberflächenspannungswerte für wässrige Tinten liegen zwischen 30 und 60 Dyn pro Zentimeter. Piezo-Systeme arbeiten mit Flüssigkeiten niedrigerer Oberflächenspannung, während thermische Bubble-Systeme eine höhere Oberflächenspannung benötigen. Eine korrekte Oberflächenspannung stellt sicher, dass die Tinte die Düse richtig benetzt und saubere Tröpfchen bildet. Ist die Oberflächenspannung zu hoch, kann die Tinte möglicherweise nicht zuverlässig in die Düse gefördert werden. Ist sie zu niedrig, kann die Tinte tropfen oder beim Strahlen Nebel erzeugen.

pH-Stabilität

Die Tintenformulierung sollte Pufferkapazität enthalten, um einen stabilen pH-Wert aufrechtzuerhalten. Einige Farbstoffverbindungen fallen aus, wenn der pH-Wert außerhalb ihres stabilen Bereichs liegt. Eine gepufferte Tinte widersteht pH-Änderungen, die durch Kohlendioxidaufnahme aus der Luft oder chemische Reaktionen im Tintenreservoir verursacht werden. Druckereien sollten den pH-Wert regelmäßig während der Lagerung und vor dem Einfüllen neuer Tintenchargen messen.

Lichtbeständigkeit und Wasserbeständigkeit

Gedruckte Bilder müssen der Einwirkung von Licht und Feuchtigkeit standhalten. Die Lichtbeständigkeit misst, wie gut die Tinte dem Verblassen unter UV- und sichtbarem Licht widersteht. Die Wasserbeständigkeit misst, wie gut die getrocknete Tinte dem Verlaufen oder Verschmieren bei Wasserkontakt widersteht. Beide Eigenschaften hängen von der Farbstoffchemie und der Beschichtung des Substrats ab. Für Außen- oder Archivierungsanwendungen sind hohe Lichtbeständigkeit und Wasserbeständigkeit unerlässlich.

Haltbarkeit

Wasserlösliche Tinte hat typischerweise eine Haltbarkeit von 12 Monaten ab dem Herstellungsdatum. Auch nach einem Jahr Lagerung muss die Tinte noch problemlos einen 0,2-Mikron-Filter passieren. Einige Tintenformulierungen können nach drei Monaten Lagerung sichtbare Veränderungen zeigen, aber die meisten kommerziellen Produkte bleiben mindestens ein volles Jahr funktionsfähig. Geeignete Lagerbedingungen in kühler und dunkler Umgebung tragen dazu bei, die Tintenstabilität über die Zeit zu erhalten.

Thermische Stabilität

In thermischen Bubble-Jet-Systemen wird die Tinte während des Druckprozesses auf etwa 400 Grad Celsius erhitzt. Das Farbstoff- und Lösungsmittelsystem muss dieser extremen Temperatur standhalten, ohne sich zu zersetzen oder die Farbe zu ändern. Farbstoffe, die bei hohen Temperaturen zerfallen, erzeugen inkonsistente Ergebnisse und können Kohlenstoffablagerungen auf dem Heizelement hinterlassen. Die Prüfung der thermischen Stabilität ist besonders wichtig für Tinten, die in Hochvolumen-Thermodruckern verwendet werden.

Trocknungsgeschwindigkeit

Die Trocknungsgeschwindigkeit wasserlöslicher Tinte muss sorgfältig abgestimmt werden. Tinte, die zu schnell trocknet, neigt dazu, auf der Düsenplatte zu verkrusten, was Düsenverstopfung oder Tintenmangel bei langen Druckläufen verursacht. Tinte, die zu langsam trocknet, lässt die Punkte auf dem Substrat verlaufen, was die Randschärfe verringert und eine Punktzunahme verursacht, die feine Details verzerrt. Die richtige Trocknungsgeschwindigkeit hängt von der Substratart, der Druckgeschwindigkeit und den Umgebungsbedingungen ab.