Краткий экскурс по этапам эволюции чернил

Первые составы для письма были не чем иным, как разведенной в масле сажей. Такими «чернилами» в древние века писали на папирусах египтяне. Древние китайцы добавили щелочной раствор в смесь сажи со смолой. В итоге получилась густая масса, которая отслаивалась при высыхании. 

В поисках идеальных чернил в ход шли самые разные компоненты: 

  • Растительного происхождения: бузина, отвары ореховой кожуры и каштанов, черника, сажа из косточек винограда. 
  • Животного происхождения: высушенные и переработанные чернильные мешочки каракатиц (краситель сепия), моллюски-иглянки (пурпур). Последний использовался древними римлянами и греками для изготовления красных чернил — крайне редкого и дорогого красителя.
  • Драгоценные камни: рубин, перламутр, сапфир. Рецептуры таких красителей держались в тайне и не дошли до нашего времени. 

Первые черинал из виноградных косточек

В XVI- XVII вв. на территории современной РФ изобрели «железные чернила» — смесь из древесной коры и галлов (болезненных образований на листьях деревьев), настоянных на железных обломках, а позже на медном купоросе. Такой состав придавал надписям стойкость к свету и влаге. Пользовались популярностью и чернила из сандалового дерева, изобретенные в 1847 году профессором Рунге — немецким химиком. Для них был характерен фиолетовый оттенок. 

В конце XIX века появились ализариновые чернила. Их создал саксонец Х. Леонгарди. За основу были снова взяты чернильные орешки, но добавление маренового краппа придало бесцветным до этого чернилам интенсивный сине-зеленый оттенок. Со временем на смену растительным ингредиентам в ализариновых чернилах пришли синтетические. 

В первых струйных принтерах, вышедших в конце 70-х гг. XX века, использовались чернила на водной основе. Они придавали отпечаткам яркость и насыщенность, но не отличались свето- и влагоустойчивостью.

Требования к чернилам

К чернилам предъявляют следующие основные требования:

  1. хорошая смачивающая способность и адгезия по отношению к материалу пишущего узла используемого писчего инструмента и к материалу, на котором пишут (при отсутствии адгезии и смачиваемости чернила не держатся на пишущем узле и последний не может оставить чернильный след, при попытке писать на несмачиваемом материале, например пластике, чернильный след собирается в отдельные капли, которые легко смазываются, а при высыхании осыпаются);
  2. насыщенность и стойкость цвета в течение длительного времени при нормальных условиях хранения (к примеру, некоторые виды чернил, выпускавшихся на основе химических красителей в конце XIX — начале XX веков быстро выцветали на свету);
  3. умеренная растекаемость и впитываемость чернил по отношению к материалу, на котором пишут (к примеру, чернилами для авторучек практически невозможно писать на фильтровальной бумаге из-за размытия штрихов, но чернилами для гелевых и шариковых ручек вполне возможно);
  4. умеренная скорость высыхания чернил на воздухе на пишущем узле и в открытых чернильницах;
  5. Вязкость чернил должна соответствовать конструктивно заложенной в пишущий узел писчего инструмента скорости подачи чернил (например, густая чернильная масса в шариковых ручках иногда активно вытекает через шариковый узел, чему способствуют повышенная температура, увеличенные зазоры вдоль шарика пишущего узла и некоторые другие факторы, напротив, даже достаточно текучие чернила могут давать пропуски при письме роллером или пером, если сечения чернильных каналов оказываются недостаточными);
  6. относительная дешевизна, доступность и безопасность компонентов и готовых чернил.

К чернилам могут применяться дополнительные требования:

  1. повышенные водостойкость или стойкость к определённым растворителям;
  2. повышенная адгезия к определённым материалам;
  3. повышенные термо-, свето-, морозоустойчивость;
  4. содержание каких-либо идентификационных и маркерных компонентов;
  5. возможность смешивания различных цветов однотипных чернил для получения заданного оттенка.

Список возможных дополнительных требований не исчерпывается приведёнными требованиями.

Чернила для струйных принтеров

Струйные принтеры для домашнего или офисного использования поставляются с картриджами, содержащими специальные жидкие чернила. Промышленные струйные принтеры и маркираторы поставляются с оригинальными флаконами большого объёма с чернилами и растворителем, флаконы снабжаются системами идентификации. Такие картриджи и чернила называют оригинальными (от англ. аббревиатуры ОЕМ — производитель оригинального оборудования) и производятся такими компаниями, как Epson, Canon, HP, Lexmark, и др.

Оригинальные чернила можно приобрести только вместе с картриджем. Конструкция картриджей — плод многолетней исследовательской работы производителя принтеров. Замысел состоит в том, чтобы надёжно удерживать и хранить чернила внутри картриджа, а также подавать на печать с необходимой для этого скоростью. Для этого важны не только геометрические параметры картриджей и физические свойства материалов, но и строго определённые физико-химические характеристики чернил.

Наиболее важными для чернил являются:

  • соответствие по основному тону, насыщенности и яркости;
  • кислотность;
  • удельная плотность;
  • динамическая вязкость;
  • поверхностное натяжение.

Несоответствие перечисленным характеристикам автоматически переводит чернила в разряд некачественных или находящихся в стадии разработки. Такие чернила могут печатать с дефектами или не печатать вообще.

Основным растворителем в чернилах для настольных струйных принтеров является вода, полностью очищенная от примесей, то есть деионизованная. Красящим веществом может выступать водорастворимый краситель, обладающий сродством к целлюлозе, чтобы хорошо окрашивать поверхностный слой офисной или другой специальной бумаги и обеспечивать качественную печать. Чернила бывают пигментные и водорастворимые. Водорастворимые более распространённые, легко проникают вглубь бумаги и задерживаются там. Для печати свето- и водостойких документов и фотографий применяются пигментосодержащие чернила, в которых красящим веществом является нерастворимый в воде краситель, то есть пигмент. Недостатками пигментных чернила является изнашивание резисторов, сокращение срока службы печатающей головки и непригодность для печати на прозрачных плёнках.

Чернила для струйных принтеров — это сложная, многоуровневая композиция, как и чернила для авторучек, включающая в себя водный растворитель, краситель, а также различные стабилизаторы и модификаторы свойств. Список красителей, стабилизаторов и модификаторов, используемых при производстве чернил для принтеров, заметно шире, чем при производстве чернил для авторучек, что связано с большей сложностью физико-химических процессов, управляющих подачей и нанесением чернил и необходимостью управления ими буквально с ювелирной точностью. Характеристики чернил каждого отдельного производителя, как правило, существенно различаются.

Кроме деионизованной воды и красящих веществ, чернила для струйной печати могут содержать до 20 компонентов, обеспечивающих стабильную работоспособность механизмов картриджа и правильную цветопередачу.

Строго говоря, залить в картридж можно любые достаточно жидкие чернила на водной основе. Например, при заправке картриджей HP чернилами для авторучек «Радуга-2» не достигается нормальная глубина цвета и цветопередачи. Кроме того, печатающую головку картриджа необходимо хранить под слоем воды или чернил, а перед печатью каждый раз проводить прочистку подающих сопел (либо печатать непрерывно сразу после заправки), поскольку через несколько часов после заправки чернила в подающих соплах засыхают.

Маркетинговая политика ОЕМ-производителей такова, что оригинальные картриджи они стараются делать одноразовыми, без возможности перезаправки. Более того, нередко в механизмы картриджей вводятся элементы, блокирующие работу однократно-израсходованного картриджа. Соответственно отдельно оригинальные чернила для заправки ОЕМ-картриджей не продаются.

Оригинальные картриджи нередко могут быть заправлены чернилами неоригинального происхождения с применением соответствующего оборудования. Эти чернила называют совместимыми. Они изготавливаются другими производителями (не ОЕМ) с использованием оригинальных технологий производства и компонентов. Таким чернилам присваивается собственная торговая марка для продажи.

Это приводит к появлению некоторых отличий при печати оригинальными и совместимыми чернилами. Тем не менее, на сегодняшний день качество совместимых чернил сравнимо с качеством оригинальных. Совместимые чернила также используются в совместимых (не ОЕМ) картриджах и в системах непрерывной подачи чернил. Их можно приобрести отдельно от совместимых картриджей и использовать для заправки:

  • оригинальных картриджей;
  • перезаправляемых картриджей;
  • систем непрерывной подачи чернил.

Чернила для струйных принтеров, МФУ и плоттеров.

Чернила для принтера – это цветная жидкость, изготовленная на основе красителя, обладающая специальными свойствами, которая используется в струйных печатающих устройствах для формирования на листе бумаги или другом носителе видимого изображения.

В основном, для печати цветных изображений, струйные принтеры используют четыре основных цвета чернил, так называемый CMYK(CYAN- синий, MAGENTA- пурпурный,YELLOW- желтый,BLACK- черный), которые при смешивании в разных пропорциях образуют огромное количество цветов и оттенков. Фотопринтеры и широкоформатные плоттеры, для полученияизображений высокой четкости и яркости, могут использовать при печати чернила дополнительных цветов и оттенков (до 9 цветов).

Чернила для струйных принтеров, в зависимости от вида используемого красителя, условий использования и требований к полученному изображению, бывают следующих видов: водные (водорастворимые) чернила, пигментные чернила, сублимационные чернилаи сольвентные (экосольвентные) чернила. Правильно выбрав вид печатающего устройства и вид используемых им чернил, вы сможете добиваться превосходных результатов и придать конечному изображению необходимые свойства.

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

Из чего состоят чернила

Конечно, состав чернил напрямую зависит от их назначения и области применения. Например, технология термоструйной печати Drop-on-demand (характерна для принтеров HP) предполагает нагрев термоэлемента до 650 °C. Чернила, соприкасаясь с резисторами, нагреваются до газообразного состояния. Главная задача – сохранить при этом все свойства краски и не дать ей воспламенится. Конечно, вышеописанные чернила критически не подойдут для пьезоэлектрических струйных принтеров Epson. Краска в таких принтерах почти не нагревается, да и состав у неё совершенно другой.

Не смотря на все разнообразие, в основе большинства чернил лежит одна и та же формула: краситель и жидкая среда, в которой он будет растворяться или просто находиться во взвешенном состоянии. Прочие свойства чернил, такие как четкость, скорость высыхания, текучесть, густота, кислотность, смачиваемость, натяжение на поверхности регулируются с помощью дополнительных добавок. Существуют даже особые консерванты, продлевающие срок годности краски. Не смотря на обилие добавок (их бывает более 20-ти), все чернила для струйных принтеров разделяют на две глобальных категории:

  • по типу красителя (пигментные или растворимые);
  • по типу жидкой среды (основой может быть вода, сольвент или смесь).

Виды красящих веществ в чернилах

Тип красящего вещества Характеристики
Водорастворимый краситель Такие чернила отлично ложатся на глянцевое покрытие, потому незаменимы при фотопечати. Качество бумаги имеет большое значение для интенсивности отпечатков
Пигмент (нерастворимые частицы) Обеспечивает яркость и четкость изображения на любом типе бумаги. Используется для печати фото и обычных документов. Отпечатки устойчивы к выгоранию

Фундаментальным ингредиентом в чернилах для струйной печати является растворитель. Он может быть 2 видов:

  1. Водный. Для термоструйных принтеров HP, Canon, Lexmark подойдут чернила только на водной основе. Она проходит несколько стадий очистки от солей и примесей. Деионизированная вода обладает низкими показателями электропроводности, что благоприятно сказывается на сроке службы картриджа и печатающей головки.
  2. Сольвентный. Представляет собой смесь сложных углеводородов. Применяется для производства чернил на пигментной основе. Такой краситель совместим только с принтерами, работающими по пьезоэлектрическому методу печати.

Химический состав и описание компонентов водорастворимых чернил

Компонент Количество, % Характеристика и назначение
Вода 40-85 Является связующей средой для остальных компонентов
Сорастворитель 5-35 Обеспечение стабильного состояния красящего компонента и повышение вязкости раствора
Поверхностно-активные вещества (ПАВ) 0,1-12 Регулирование поверхностного натяжения и текучести чернильных капель
Консерванты 0,2-1 Предупреждение появления патогенных микроорганизмов и грибков на печатающей головке картриджа
Ингибитор коррозии 0,5 Защищает головку принтера от коррозии
Увлажнитель 0,2-3,0 Предотвращение образования чернильных пробок в соплах ПГ и высыхания чернил
Связующие полимеры 0,1-2,5 Закрепление краски на носителе (бумага или иной)
Краситель или пигмент 2-20 Окрашивает чернила в один из цветов цветовой схемы CMYK: чёрный, голубой, жёлтый, пурпурный

Кроме вышеперечисленных компонентов, в состав чернил часто вводят дополнительные компоненты, регулирующие контрастность изображения, скорость закрепления раствора, его густоту, а также повышающие устойчивость отпечатков к УФ-лучам и влаге.

Водные (водорастворимые) чернила.

Это чернила, изготовленные на основе жидких красителей, растворенных в специально подготовленной водной основе. Особенностью чернил на водной основе, является их неустойчивость при попадании на напечатанное изображение жидкости и быстрое выгорание цветов при нахождении отпечатка под прямым воздействием света.

Несмотря на видимые недостатки, подавляющее большинство принтеров используют именно этот вид чернил, так как они позволяют максимально точно передать яркость и четкость исходного изображения, что крайне важно при печати фотографий. Недостатки чернил на красителях (водорастворимых) компенсируют использованием бумаги (фотобумаги) со специальными свойствами, которые помогают защитить изображение от воздействия внешних факторов.

Недостатки

Как следует из названия, эти чернила боятся воды. Поэтому, если делаете записи такими чернилами, опасайтесь попасть под дождь или тонуть в реке с тетрадью или записной книжкой в руках. После такого приключения вашим записям точно придёт конец. Но, пожалуй, это единственный недостаток таких чернил. Давайте лучше о достатках расскажу.

Положительные качества

  • Доступность. Это самый распространённый и популярный вид чернил. Вероятность 99 %, что в канцелярском магазине будут именно они.
  • Сумасшедшее количество цветов и их оттенков. Как писали в древности, в ХХ веке: в широчайшем ассортименте найдётся цвет для самых взыскательных клиентов. Подождите секунду, от этой фразы у меня случился спазм лица, а глаза закатились и сделали три оборота внутри глазных орбит. И тем не менее у великобританского бренда «Диамайн» (англ. Diamine ink) в базовой коллекции 243 цвета, не говоря уже о спецсериях и выпусках. А у американского бренда «Нудлерс» (англ. Noodler’s ink) в базовой серии 125 цветов. И это всего два производителя чернил. А сколько их в мире? Не уверен, что знаю всех. И если вы подумали: «Ну конечно, где я, а где „Диамайн“», — не расстраивайтесь, эти чернила есть у нашего партнёра: мекки ручкоманов и пентузиастов — интернет-магазина «Гетпен.ру».
  • Водорастворимые чернила, если мы говорим о базовой коллекции, нетоксичны. Это не значит, что теперь их можно пить… Но вреда организму, если придётся съесть бумажку с записью, сделанную такими чернилами, не будет. А если и будет, то от самой бумажки, а не чернил. Так что, если вы шпион, пишите перьевой ручкой с водорастворимыми чернилами на борту и ешьте бумагу на здоровье, в случае чего.
  • Такие чернила безопасны не только для человеческого организма, но и перьевой ручки, в частности её фидера. Опять же, если речь идёт о базовой коллекции цветов. Если помните, в статье о системах заправок я давал рекомендации по уходу за ручками, то есть об их промывке 3–4 раза в год. И этого достаточно, чтобы ручка служила вам верой и правдой не один десяток лет.

Пигментные чернила.

В отличие от водорастворимых чернил, красящим элементом у пигментных чернил, являются твердые частицы, а в основу входит больше элементов. Твердые частицы, после высыхания образуют изображение, которое практически не смывается водой, а его яркость и насыщенность сохраняется на протяжении большого промежутка времени. Минусом пигментных чернил, является их быстрое высыхание в узлах и элементах принтера при долгих перерывах в печати и высокая стоимость.

Несмотря на сравнительно маленький размер частиц, добиться высокого разрешения при печати на принтере, использующем пигментные чернила достаточно сложно, поэтому фотопринтеры используют для точной передачи оттенков большое количество цветов (до 9 цветов).

Итак, плюсы

Водостойкость и стойкость к выцветанию.

Минусы

За ручкой с такими чернилами нужен уход. Нельзя просто так взять, залить пигментные чернила и забыть о ручке на месяц. Потому что тогда она, скорее всего, испортится: пигмент в чернилах осядет на рёбрах фидера и забьёт канал, то есть «зацементирует» отверстие для подачи чернил к перу. Если промыть ручку не удастся, то в лучшем случае придётся искать, покупать и менять фидер, а в худшем — её выкинуть. А если ручка была поршневой, как в той статье о видах заправки, то пигмент и на стенках барреля с удовольствием закрепится так, что поршень потом уже не сдвинуть. Возможно, ручку спасёт ультразвуковая ванна, которая бывает в специализированных ручечных магазинах. Москвичам и петербуржцам повезло: в «Гетпенах» этих городов такие ванны точно есть. Но что если вы не там?

Сублимационные чернила.

По своему составу и структуре, сублимационные чернила напоминаю пигментные, и состоят из твердых частиц находящихся в водной основе, но имеют другие свойства и область применения. Сублимационные чернила необходимы для переноса изображений на материалы и поверхности, состоящие из синтетических волокон (ткань или специально подготовленные твердые материалы).

Для получения изображения используют принтер с пьезоэлектрической технологией печати (лучше всего подходят аппараты марки EPSON) и специальная сублимационная (термотрансферная) бумага. Оригинальных и совместимых картриджей с сублимационными чернилами не бывает, поэтому для использования сублимационных чернил в принтер необходимо установить СНПЧ или перезаправляемые картриджи. Перенос изображения с листа на ткань или другую поверхность происходит под воздействием высокой температуры. Обычно для нагрева и переноса изображений применяют специальные термопрессы,но в бытовых условиях можно воспользоваться обычным утюгом, что, само собой, в худшую сторону повлияет на результат. Суть процесса переноса изображения состоит в том, что при нагревании, сублимационные частицы переходят из твердого состояния в газообразное и окрашивают поверхность. Сублимационные чернила глубоко прокрашивают волокна и обеспечивают стойкость изображения к воздействию внешних факторов.

Специальные чернила

Принтер для печати на ткани
Принтер для печати на ткани

Существуют струйные принтеры, печатающие на изделиях из ткани специальными текстильными чернилами. Применяются реактивные, кислотные, сублимационные и пигментные красители в зависимости от состава материала – носителя изображения. Процесс осуществляется в три этапа:

  1. Подготовительная обработка праймером, выполняющим роль защитной пленки, предохраняющей волокна ткани от пропитывания чернилами.
  2. Закрепление изделия в принтере, выравнивание положения печатающей головки, и сама печать.
  3. Ткань с изображением нагревается до температуры около 150 °C и выдерживается в течение двух минут под прессом для закрепления, после чего становится устойчивой к стиркам (до 60 раз).

К нестандартным или специальным можно также отнести УФ-чернила. Краска производится из веществ, полимеризующихся под воздействием излучения ультрафиолетовой лампы высокой мощности, которая освещает каждый ход ПГ. Используются при печати на практически любых материалах, включая и гладкое стекло, и неровные поверхности, так как обладает высокой адгезией ко многим веществам. Процесс закрепления необратим, изображения устойчивы и долговечны.

Принтер HP Latex 300
Принтер HP Latex 300

Латексные чернила разработаны компанией HP для своих принтеров серии Latex, предназначенных для печати рекламных плакатов для наружного использования, ширина которых от 54 до 104 дюймов. В составе чернил преимущественно водная основа, но около 30% растворителей все-таки присутствует. Твердая часть состоит из пигмента и полимера (латекса), который запекается на материале-носителе. Измененная технология струйной печати этой серии принтеров предусматривает нагревание носителя до температуры 60-100 °C, в зависимости от свойств запечатываемого материала. В результате испаряется водная основа чернил, полимер запекается, печатная продукция выходит из принтера полностью сухой и обладает высокой степенью устойчивости к воздействию внешней среды.

  • Как работает лазерный принтер.

Сольвентные (экосольвентные) чернила.

Сольвентные чернила используютсяв широкоформатных плоттерах для печати изображений на любых поверхностях (преимущественно ПВХ). Сольвентные чернила обеспечивают максимальную яркость и стойкость отпечатка к воздействию внешних факторов (влажность, температура, воздействие УФ-излучения).

Область применения сольвентных чернил достаточно широка, но большее распространение они получили наружная реклама, баннеры, перетяжки и прочие информационные носители, используемые на открытом воздухе.В состав сольвентных чернил входит большое количество химических элементов, что вызывает вредные испарения при печати и требует специальной подготовки места расположения плоттера. Для изготовления печатной продукции вне специально подготовленных производственных помещений используют экосольвентные чернила. Количество вредных выбросов при печати экосольвентными чернилами гораздо ниже, что обеспечивает безопасность человека при контакте с ними.

Свойства чернил

Чернила специально разработаны, чтобы писать четко и быстро сохнуть. Их вязкость строго контролируется. Толщина линии должна быть достаточно малой, чтобы можно было писать. Поэтому чернила в ручке должны быть в меру текучим и не расплываться.

Чернила состоят из пигмента или красителя, растворенного или суспендированного в растворителе. Пигменты представляют собой крошечные цветные частицы, разбавленные в растворителе. Красители полностью растворимы в жидкости. Растворителем большинства чернил является вода или масло.

Основные требования к чернилам

Первое, и самое важное, это то, что краска должна быстро высыхать после проведения печати. При этом не засыхать во время хранения в закрытой упаковке. Также стоит упомянуть и о следующих свойствах:

основные компоненты чернила для картриджей

  • Смачивание и прилипание. Чернило должно легко отставать от головки картриджа и не застывать, дабы не засорять расходник и не преграждать подачу краски. В то же время, это красящее вещество обязано надежно укрепится на бумажном листе.
  • Растекание и впитывание. После создания отпечатка, он не должен размазываться, расплываться и пропитываться на следующую сторону.
  • Насыщение и стойкость. Отпечатки, в независимости от цвета, обязаны ярко и четко передавать структуру печатаного материала, а также долго не выгорать под действием прямых солнечных лучей.

К счастью, чернила, это экологически чистый компонент, поэтому пользоваться такой печатью могут люди любых возрастных категорий.

Как делают чернила сегодня

Казалось бы, что в сегодняшние дни чернила – это неактуально. Но это не так. Чернила по–прежнему широко используются в струйных принтерах, в шариковых, гелевых, капилярных ручках. Чернилами подписываются важные документы, дипломы. Чернилами работают дизайнеры и художники. На документы ставятся чернильные печати и штампы.
Меняются технологии, меняются и требования. Как и древние чернила, современные чернила состоят из растворителя: воды, спирта, глицерина, этанола; красящего вещества: фуксина, индиго и индигокармина, сульфата железа. В современные чернила добавляются модификаторы, улучшающие их свойства – смачиваемость, скорость высыхания, вязкость. Это многоатомные спирты, сахар, декстрины, латекс. Сохранить на долгое время сами чернила, надписи и рисунки, сделанные ими, предназначены консерванты: щавелевая кислота, этанол, сульфацилин.
В зависимости от того, как и где применяются чернила, к ним предъявляются множество требований. Основные требования: отличная смачиваемость с носителем и несмачиваемость с пишущим узлом; сохранение цвета и насыщенности при хранении документов на свету; впитываемость; скорость высыхания, устойчивость к действию воды и растворителей; возможность смешивания для получения оттенков; постоянно снижающаяся стоимость.

Источники

  • https://rustoner.ru/news/evolyutsiya-chernil-ot-sozdaniya-do-vyisokotehnologichnyih-sovremennyih-sostavov
  • https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A7%D0%B5%D1%80%D0%BD%D0%B8%D0%BB%D0%B0
  • https://wiki2.org/ru/%D0%A7%D0%B5%D1%80%D0%BD%D0%B8%D0%BB%D0%B0
  • https://printmall.ru/catalog/rashodnyie-materialyi_chernila-dlya-struynyih-printerov/
  • http://PrinterP.ru/info/iz-chego-sostoyat-chernila.html
  • https://segment.ru/productsreviews/tayny_chernil_dlya_perevykh_avtoruchek/
  • https://PrinterProfi.ru/raznoe/iz-chego-sostoyat-chernila.html
  • https://www.kakprosto.ru/kak-883080-iz-chego-delayut-chernila-dlya-sharikovyh-ruchek
  • https://kartridge.org/blog/iz-chego-delajut-chernila-dlja-kartridzhej.html
  • https://www.kakprosto.ru/kak-860346-kak-delayut-chernila

[свернуть]