Russell H. Tobias 和 Eric T. Everett*

Scitex 數(shù)碼印刷公司，美國俄亥俄州代頓市

*Q-Lab 公司，美國俄亥俄州克利夫蘭市

摘要

對使用連續(xù)二進(jìn)制陣列噴墨設(shè)備，印刷在涂布紙和非涂布紙上的水性噴墨油墨進(jìn)行了儀器測色（即 L* A* B*）和光密度測定。耐光性測試應(yīng)使用以下方式進(jìn)行：使用配備冷白熒光燈管的QUV?紫外老化試驗(yàn)機(jī)，配備窗玻璃濾光器的Q-SUN?氙燈老化試驗(yàn)箱，以及在位于佛羅里達(dá)的戶外標(biāo)準(zhǔn)曝曬場進(jìn)行玻璃框下暴露測試（Q-Lab老化研究服務(wù)中心）。這些測試結(jié)果要和2個室內(nèi)場所的測試結(jié)果進(jìn)行比較。產(chǎn)品性能表現(xiàn)的排序?qū)w現(xiàn)各種試驗(yàn)方法之間的一致性。本研究結(jié)果得到的數(shù)據(jù)表明，水性噴墨油墨的耐光性很復(fù)雜，而且與所用的涂布紙或非涂布紙的類型有關(guān)。研究還表明，印刷在涂布紙襯底上的油墨比印刷在光面襯底或非涂布紙襯底上的更容易受到紫外線照射影響而發(fā)生退化。而光穩(wěn)定性測試方案的研發(fā)則力求對實(shí)際使用環(huán)境的模擬。從而可以得到有價值的數(shù)據(jù)，以便更好地評估“可歸檔性”或預(yù)測噴墨油墨和襯底的耐久性。

引言

噴墨打印技術(shù)已有10多年的商用歷史。隨著桌面打印技術(shù)的出現(xiàn)，紙張上已涂覆各種涂層和添加劑，以改善辦公文件色彩的耐光性。已經(jīng)完成的多項(xiàng)研究表明添加劑和顏料油墨在不同曝曬條件下對圖像的質(zhì)量有良好的保護(hù)效果。ANSI IT9.3 彩色圖像穩(wěn)定性分委會正在制定室內(nèi)光穩(wěn)定性和戶外耐久性的測試標(biāo)準(zhǔn)。此外，該分委會正在制定潮濕牢度、臭氧褪色、熱降解/黑暗穩(wěn)定性的標(biāo)準(zhǔn)。

而如今，一般商業(yè)報表、票據(jù)和數(shù)據(jù)中心都已開始采用全彩色噴墨打印技術(shù)。這些文件必須采用低成本的紙張，以降低運(yùn)行成本。此外，由于高速數(shù)字印刷設(shè)備的速度很高，所以必須采用偶氮型染料，才能滿足其要求。總體來說，相比桌面噴墨設(shè)備印制的全彩色照片質(zhì)量的圖像來說，交易性文件和帳單對長期耐光性的要求較低。然而，某類文件必須有長期的可歸檔性。

對于噴墨印刷這一新技術(shù)，必須進(jìn)行一些基礎(chǔ)性的研究，以確定非涂布紙或膠版紙與低成本涂布紙的相對耐光性。在這項(xiàng)研究中，我們給出了采用Scitex數(shù)碼印刷公司的VersaMarkTM 全彩數(shù)碼印刷系統(tǒng)印刷的非涂布紙和涂布紙的耐光性。我們使用氙燈光源進(jìn)行了逐步褪色率的比較，還與佛羅里達(dá)太陽光曝曬測試以及透過窗玻璃的室內(nèi)太陽光測試進(jìn)行了對比。這些結(jié)果也與采用冷白光源和純熒光辦公室光環(huán)境的結(jié)果進(jìn)行了比較。

熒光燈

從歷史上看，使用高輸出冷白熒光燈的光穩(wěn)定性試驗(yàn)已用于彩色照片（ANSI IT9.9）[1]測試。例如，標(biāo)準(zhǔn)測試條件為：450 lux/12小時的低瓦數(shù)冷白熒光燈照射一天，相對濕度為60%，室溫70°F，但這種條件無法準(zhǔn)確模擬用噴墨油墨打印各種計(jì)算機(jī)生成的圖像時所使用的最終環(huán)境。雖然冷白熒光燈的輸出可能會在一定程度上重現(xiàn)低光或博物館環(huán)境，但這些燈管的光譜卻是有限的。在本質(zhì)上，這些燈的輸出并不能完全重現(xiàn)透過窗玻璃的太陽光的光譜功率分布。對于主要應(yīng)用環(huán)境是燈光陳列柜或純室內(nèi)熒光照明的環(huán)境的產(chǎn)品，可用冷白熒光燈進(jìn)行測試。但是，這種測試無法準(zhǔn)確預(yù)測典型室內(nèi)環(huán)境中（即在家中或辦公室）圖像的使用壽命。擺放在窗口、滑動玻璃門、天窗等附近的圖片，在晴朗的早晨，接收的全光譜太陽光（紫外線、可見光和紅外線）高達(dá)50,000 lux。圖 1 顯示了冷白熒光燈與透過窗玻璃的太陽光之間的的光譜輸出對比情況。

氙弧燈

1954年德國開始采用氙弧燈進(jìn)行加速老化試驗(yàn)。氙燈老化試驗(yàn)箱，如Q-SUN氙燈老化試驗(yàn)箱，最適于測試材料的耐光性，因?yàn)樗鼈兡苣M出最佳可用的全光譜太陽光：紫外線、可見光和紅外線全都包括在內(nèi)。氙燈老化試驗(yàn)箱使用濾光器來模擬相應(yīng)的光譜（如戶外太陽光或透過窗玻璃的太陽光）。

圖7顯示了QUV老化試驗(yàn)箱暴露測試的結(jié)果與室內(nèi)熒光燈褪色暴露測試結(jié)果之間的良好相關(guān)性，表明QUV老化試驗(yàn)箱能很好地確定室內(nèi)辦公環(huán)境中印刷品褪色的耐久性。圖8表明品紅色染料的強(qiáng)褪色表現(xiàn)與光源無關(guān)。圖9中的差異可能是 Q–SUN老化試驗(yàn)箱和典型的室內(nèi)辦公環(huán)境之間的溫度差異造成的。然而，在圖10中較高的排序相關(guān)性表明氙弧燈暴露測試與佛羅里達(dá)玻璃框下曝曬可很好地應(yīng)用于噴墨成像材料。

測試中的問題 進(jìn)行耐光性測試時有多個必須考慮的問題，包括：光照、溫度、材料的溫度敏感性、濕度、黑暗穩(wěn)定性、褪色的線性度、協(xié)同失效、氣體（臭氧）褪色，紙張發(fā)黃及l(fā)ux與W/m2之間的關(guān)系。由于有這么多參數(shù)，噴墨印刷品的耐光性測試結(jié)果可能會有差異。因此，只有對這些參數(shù)進(jìn)行充分的調(diào)查研究，才能對使用壽命作出準(zhǔn)確的預(yù)測。

結(jié)論

從本項(xiàng)研究可以得知，印刷在涂層襯底上的噴墨油墨比印刷在膠版襯底或非涂層襯底上的更容易受到紫外線照射的影響而退化。

帶窗玻璃濾光器的氙燈老化試驗(yàn)箱可以預(yù)測帶窗玻璃的室內(nèi)環(huán)境中的油墨/襯底的耐光性。另外，配備冷白熒光燈管的QUV 試驗(yàn)箱可以模擬室內(nèi)環(huán)境的加速效果，適用于室內(nèi)辦公或零售環(huán)境中打印商業(yè)文件的噴墨油墨和襯底。佛羅里達(dá)玻璃框下自然曝曬可以作為加速試驗(yàn)，以模擬帶窗玻璃的室內(nèi)環(huán)境。本項(xiàng)研究中的差異性，可能與溫度或濕度的差異有關(guān)。

室內(nèi)大廳暴露，室內(nèi)熒光燈暴露，實(shí)驗(yàn)室加速暴露（Q-SUN 和 QUV 試驗(yàn)箱）及佛羅里達(dá)玻璃框下太陽光暴露測試之間的排序相關(guān)性極好。自然和加速測試，都能區(qū)分產(chǎn)品耐光性的好壞。

本項(xiàng)研究表明，黑色噴墨油墨受自然和加速光穩(wěn)定性測試的影響最小。黑色油墨使非涂布紙和涂布紙都有優(yōu)良的可歸檔性。噴墨油墨、有涂層襯底和無涂層襯底的進(jìn)一步測試應(yīng)包含對環(huán)境濕度、溫度和臭氧的模擬。目前，不同暴露方法的可重復(fù)性和可再現(xiàn)性尚不清楚。因樣品制備和顏色測量技術(shù)造成的差異也是未知數(shù)。根據(jù)現(xiàn)實(shí)世界中的實(shí)際使用情況，為今后的研究確定一個適當(dāng)?shù)谋┞稖y試基準(zhǔn)大有用處。研究中的一個注意事項(xiàng)是選擇一種耐光性已知的參考材料，將其與試樣一起進(jìn)行暴露測試。然后，可按參考材料的性能將測試樣品的數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。

致謝

筆者在此感謝Michael J. Crewdson先生，Q-Lab老化研究服務(wù)中心的工作人員，以及Q-Lab公司的Patrick J. Brennan和 Stephen Novak對本研究項(xiàng)目的幫助和指導(dǎo)。

參考文獻(xiàn)

1. ANSI/NAPM IT9.9, American National Standard for Imaging Materials-Stability of Color Photographic ImagesMethods for Measuring.

2. ASTM G154, Standard Practice for Operating Fluorescent Light Apparatus for UV Exposure of Non-Metallic Materials.

3. ASTM G155, Standard Practice for Operating Xenon Arc Light Apparatus for Exposure of Non-Metallic Materials.

4. ASTM D3424, Evaluating the Relative Lightfastness and Weatherability of Printed Matter.

5. Laboratory studies carried out at Scitex Digital Printing using an EMCO DPM 30 to measure ultrasonic transmission of inkjet inks penetrating into coated and uncoated paper.

人物簡介

Russell H. Tobias, 1978年獲得美國California大學(xué)Santa Barbara分校理學(xué)化學(xué)學(xué)位，1982年獲得Akron大學(xué)高分子科學(xué)博士學(xué)位。自2000年以來，就職于俄亥俄州代頓市Scitex 數(shù)碼印刷公司。主要從事于連續(xù)二進(jìn)制陣列噴墨打印機(jī)高速噴墨印刷所用新型噴墨油墨和襯底的研發(fā)。同時也是IS&T及美國化學(xué)學(xué)會成員。

Eric T. Everett, 1987 年獲得Baldwin-Wallace學(xué)院文學(xué)學(xué)位，1989 年獲得Case Western Reserve大學(xué)碩士學(xué)位。1998 年以來，就職于俄亥俄州克利夫蘭市的Q-Lab公司。主要從事于標(biāo)準(zhǔn)的制定和管理。是彩色圖像、包裝、紡織品及其它材料耐候性及測試的ANSI, ASTM, ISO, SAE委員會的成員。