2%: 24,5
4.2.2. T nh ch t cơ ản của mực in UV-LED
Hình 33 Những t nh ch t cơ ản của mực in UV-LED
Từ sơ đồ trên cho thấy các yêu cầu cần thiết của mực cho máy in phun UV- LED. Máy in phun UV-LED sử dụng cho công nghệ in phun đầu in Piezo cần độ nhớt là 20cPs ở 25o
C, sức căng bề mặt khoảng 24 dyne / cm và kích thước hạt dưới 200nm.
Tính chất quan trọng của mực UV-LED là có độ bám dính tốt, tính dẻo, độ bóng và kháng nước hóa chất cao…
4.2.3. Phối màu sắc
Cách lựa chọn màu sắc rất quan trọng cho quá trình kết hợp các gram màu của mực OEM. Vì vậy cần tìm ra công thức phối các gram màu phù hợp để được chất lượng màu in tốt nhất. Màu trắng là màu chuẩn cơ bản được rút ra trên gam màu của giấy. Chúng ta sẽ đo CIE L * a * b của mực OEM bằng máy đo mà sắc SpectroDens Techkon. Các gía trị đo được từ các màu mực của OEM như sau.
Bảng 17 CIE L * a * của mực UV (OEM)
Màu sắc L * a * b * Xanh 62.40 - 19.80 - 37.40 Đỏ 63.70 47.90 - 0.64 Vàng 84.60 -5.90 53.57 Đen 47.40 -0.40 -1.20 Xanh nhạt 79.45 -13.21 -21.40 Đỏ nhạt 77.89 26.40 -10.83
Dựa trên CIE L * a * b của mực in OEM để làm cơ sở xây dựng màu mực UV-LED cho phù hợp.
Để có màu phù hợp với gram màu của máy in Flora UV inkjet printer, phần này cần tính ΔE* giữa mực mẫu và OEM.
- Δa* có nghĩa mẫu là đỏ hơn so với tiêu chuẩn
- Δa* có nghĩa mẫu xanh hơn so với tiêu chuẩn
- Δb* có nghĩa mẫu vàng hơn tiêu chuẩn
- Δb* có nghĩa là mẫu này xanh hơn so với tiêu chuẩn Kết quả
- 0 ≤ ΔE* ≤ 1: đôi mắt con người không thể phát hiện sự khác biệt.
- 1 ≤ ΔE* ≤ 2: sự khác biệt có thể được phát hiện bởi những kỹ năng trong nghệ thuật.
- 2 ≤ ΔE* ≤ 3.5: sự khác biệt có thể dễ dàng phát hiện.
- 3.5 ≤ ΔE* ≤ 5: sự khác biệt lớn.
- 5 < ΔE*: sự khác biệt rất lớn.
Bảng khảo sát giá trị CIE L* a* b theo % hàm lượng chất rắn của màu trong công thưc mực in.
Bảng 18 Giá trị CIE L * a * b của pigment C001
C001 / % rắn L * a * b * 1% 65.7 40.5 4.0 1.5% 62.3 41.8 3.17 2% 60.5 42.6 3.30 2.5% 57.9 44.3 3.12 3% 55.7 46.5 3.45 4% 50,2 50.5 2.80
Từ giá trị CIE L * a * b bảng trên cho thấy hàm lượng chất rắn ở 1.5% là đạt gam màu tốt nhất và giống với gram màu của mực OEM.
Bảng 19 Giá trị CIE L * a * b của pigment C002 C002 / % rắn L * a * b * 1% 88.7 12.4 54.2 1.5% 87.4 12.15 54.4 2% 86.4 11.3 55.2 2.5% 85.2 12.6 55.4 3% 84.1 11.7 56.1 4% 82.6 11.4 58.2
Từ giá trị CIE L * a * b bảng trên cho thấy hàm lượng chất rắn ở 2.5% là đạt gam màu tốt nhất và giống với gram màu của mực OEM.
Bảng 20 Giá trị CIE L * a * b của pigment C003
C003 / % rắn L * a * b * 1% 55.7 -0.4 0.2 1.5% 52.4 -0.15 - 0.1 2% 50.4 0.3 - 0.2 2.5% 48.2 0.2 - 0.1 3% 46.1 0.3 - 0.1 4% 40.6 0.4 - 0.2
Từ giá trị CIE L * a * b bảng trên cho thấy hàm lượng chất rắn ở 2.5% là đạt gam màu tốt nhất và giống với gram màu của mực OEM.
Bảng 21 Giá trị CIE L * a * b của pigment C004 C004 / % rắn L * a * b * 1% 70.8 - 4.3 -15.2 1.5% 68.7 - 4.47 -16.6 2% 66.8 - 4.6 -17.5 2.5% 63.2 - 4.3 -18.3 3% 60.6 - 4.65 -19.4 4% 55.8 - 4.9 -22.1
Từ giá trị CIE L * a * b bảng trên cho thấy hàm lượng chất rắn ở 2.5% là đạt gam màu tốt nhất và giống với gram màu của mực OEM.
Bảng 22 Giá trị CIE L * a * b của pigment C005
C004 / % rắn L * a * b * 1% 60.4 45.8 12.4 1.5% 58.8 46.4 12.1 2% 57.5 47.3 12.7 2.5% 55.6 48.6 12.5 3% 54.1 49.8 12.9 4% 50.8 51.5 13.1
Từ giá trị CIE L * a * b bảng trên cho thấy hàm lượng chất rắn ở 1 % là đạt gam màu tốt nhất và giống với gram màu của mực OEM.
Đồ thị biểu hiện giá trị L * theo nồng độ % rắn trong dung dịch của các gram màu.
Hình 35 Đồ thị iểu hiện giá trị L * theo nồng đ % rắn 4.2.4. Công th c thực nghiệm
Quy trình xây dựng công thức mực UV-LED
Bước 1: cho chất khơi mào vào bình khuấy, tiếp tục cho monomer vào bắt đầu khuấy đề trên bếp khuấy từ đến lúc chất khơi mào tan hoàn toàn trong monomer.
Bước 2: cho các oligomer vào hỗn hợp khuấy trong 3 giờ ( Oligomer tan hoàn toàn).
Bước 3: thêm các chất phụ gia khuấy đến hỗn hợp đồng nhất.
Bươc 4: cuối cùng thêm màu vào trong hỗn hợp công thức hòa toan trong hai giờ. 40 50 60 70 80 90 100 0 1 2 3 4 5
Color C001 Color C002 Color C003 Color C004 Color C005
L *
Bảng 23 Công th c mực UV-LED (A) UV-LED curable ink
Thứ tự Hóa chất % Khối lượng
1 M001 30 2 M002 30 3 P001 3 4 P002 3 5 P003 4 6 OL004 10 7 OL001 2 8 AD001 1 9 C001 17 Tổng 100 Tính chất Độ nhớt 22.7 cPs Kích thước hạt 130.4 Sức căng bề mặt 24.6dynes/cm
Sau quá trình xây dựng công thức sẽ đem mẫu ra phân tích các tính chất vật lý của mẫu.
Bước 1: lọc công thức bằng giấy lọc có kích thước nhỏ để đạt được yêu cầu về kích thước hạt trong dung dịch mực.
Bước 2: đo độ nhớt để diểu khiển độ nhớt cho phù hợp với yêu cầu của đầu in.
Bước 3: đo sức căng bề mặt để biết được sức căng bề mặt của mực ảnh hưởng tới những chất nền như thế nào. Cần chỉnh sức căng bề mặt cho phù hợp với yêu
Bước 4: Kiểm tra độ bám dính bằng cách lấy mẫu sau khi lọc draw-down trên chất nền PET và PVC. Sử dụng đèn UV-LED cung cấp năng lượng cho hai lớp mực trên.
Kết quả: trong khoảng bước sóng 360 – 420nm thì màng mực đã khô và bám dính tốt trên hai chất nền PET và PVC.
Độ nhớt của công thức đạt 22.7cPs, kích thước hạt <130nm và sức căng bề mặt là 24.6 dynes/cm.
Nhưng lại có v n đề thời gian khô của mực là khá lâu.
- Vấn đề là do lớp mực khi phun có thể dày
Giải quyết: tạo một lớp mực khác mỏng hơn để kiểm tra thời gian khô của công thức trên hai chất nền PET và PVC. Sau khi kiểm tra lại vấn đề vẫn chưa được giải quyết vì màng mực vẫn chưa khô hoàn toàn.
- Vấn đề có thể là do sử dụng lượng monomer khá nhiều nên đây có thể là lý do làm cho công thức mực lâu khô vì sử dụng chất khơi mào chưa phù hợp
Giải quyết vấn đề này bằng cách thêm vào công thức mực một lượng chất khơi mào vừa đủ để các monomer phản ứng hoàn toàn trên bề mặt và ở chân tiếp xúc với chất nền.
Quy trình pha công thức giống như công thức A
Bảng 24 Ảnh hưởng của ch t khơi mào đến màng mực Công th c mực Hóa chất B C D E G % M001 30,5 30 31,5 30 30 M002 30 30 30 30,5 31,5 P001 2,5 3 3,5 2,5 3,5 P002 3 3 3 3 3 P00P 4 4 4 4 4 Thêm hóa chất khác 100% Độ nhớt (cPs) 22,2 23,1 25 20,8 22,4
Đem các mẫu B, C, D, E và G đi kiểm tra các tính chất tương tự công thức A.
Kết quả
Hai công thức đều bám dính tốt trên hai chất nền PET và PVC khi hấp thụ năng lượng của đèn UV-LED.
Sau khi kiểm tra sự ảnh hưởng của chất khơi mào ảnh hưởng tới tốc độ phản ứng và tốc độ khô của các công thức trên. Công thức C có tôc độ khô nhanh hơn các công thức còn khac. Vì vậy, tỷ lệ sử dụng các chất khơi mào là (P001:P002:P003) 3:3:4 là tốt nhất để có được tốc độ khô nhanh hơn. Tuy nhiên, vấn đề thời gian khô của màng mực vẫn chưa được giả quyết.
- Vấn đề do ảnh hưởng của các loại monomer khác nhau
Sử dụng các monomer khác nhau để cải thiện vấn đề lâu khô của công thức. Có hai loại monomer sử dụng là acrylate monomer mạch thẳng và acrylate mạch vòng.
Tiến hành pha hai công thức I và K tương tự công thức A nhưng sử dụng các monomer khác nhau.
Bảng 25 Ảnh hưởng của monomer đến công th c mực UV-LED curable ink
Thứ tự Hóa chất % Khối lượng
Công thức I Công thức K 1 M001 60 2 M002 60 3 P001 3 3 4 P002 3 3 5 P003 4 4 6 OL004 10 10 7 OL001 2 2 8 AD001 1 1 9 C001 17 17 Tổng 100 Tính chất Độ nhớt 21.4 cPs 23.8cPs Kích thước hạt 126.2 133.7
Đem hai mẫu I và K đi kiểm tra các tính chất như công thức A.
Kết quả
Hai công thức đều bám dính tốt trên hai chất nền PET và PVC khi hấp thụ năng lượng của đèn UV-LED.
Sau khi kiểm tra ảnh hưởng của các monomer lên tôc độ khô và tốc độ phản ứng của hai công thức I và K. Do cấu trúc của hai Acrylate monomer là khác nhau nên công thức I có độ cứng tốt hơn so với công thức K. Bởi vì công thức M001là công thúc mạch vòng nên Tg (nhiệt độ chuyển tiếp thủy tinh) cao hơn so với M002. Tóm lại, acrylate monomer M001 được dùng để cải thiện độ cứng của mực in.
- Sau khi kiểm tra mực vẫn chưa khô tốt và mất thời gian chiếu đèn UV-LED khá dài.
Giải quyết vấn đề này bằng sử dụng monomer đa chứa năng để cải thiện thời gian khô của công thức.
Quy trình pha công thức theo các bước ở công thức A.
Bảng 26 Ảnh hưởng của monomer đa ch c n ng đến công th c Công th c mực Hóa chất L M N O H J % M001 59,3 58,8 58,3 57,8 57,3 56,8 D001 0,5 1 1,5 2 2,5 3 T001 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 Thêm hóa chất khác 100%
Đem các mẫu đi kiểm tra các tính chất như công thức A
Kết quả:
Các công thức trên đều bám dính tốt trên trên hai chất nền PET và PVC khi hấp thụ năng lượng của đèn UV-LED.
Sau khi kiểm tra các tính chất của màng mực thấy công thức H có độ bám dính tốt, tốc độ khô của mang mực rất tốt và cải thiện được những vấn đề khi gặp phải ở các công thức trên.
Như vậy có thể giải thích được lý do màng mực lâu khô vì do nhóm chức của các acrylate monomer một nhóm chức phản ứng chậm hơn các acrylate monomer đa nhóm chức. Vấn đề này giải thích cho nếu nhiều nhóm acrylate thì chuỗi polymer tạo ra cứng hơn nhưng không dễ bong ra vì nồng độ của các chất đồng đều với nhau.
Tỷ lệ sử dụng của D001 (2,5%) và T001 (0,2%) thì lớp mực bám dính tốt nhất và không bị bong ra trên màng PET…
T nh ch t của công th c mực in H
Công thức H đã có những tính chất tốt như bám lên các chất nền khác nhau, có tính mền dẻo và ít bị bong ra khi bị tác động các yếu tố bên ngoài.
Bảng 27 Hình ảnh của màng mực sau khi khô trên các ch t nền
Chất nền Hình ảnh Chất nền
PET PVC
Vinyl AL
Sau khi có được thành phần % cơ bản của công thức mực UV-LED
Để kiểm tra được giọt mực đi ra như thế nào, opentime, dòng phun của mực và trọng lượng hạt mực bắn ra chúng ta đem công thức mực H chạy thử nghiệm trên máy Gen 4 với công nghệ đầu in Piezo.
Đầu in Gen 4 hoạt động ở nhiệt độ tối đa là 600
C và độ nhớt của mực cần trong khoảng 9 – 12cPs. Chúng ta thấy độ nhớt của công thức H là khoảng 23,8 cPs nên khi muốn kiểm tra các tính chất trên đầu máy Gen 4 thì cần phải giảm độ nhớt của mực xuống bằng cách tăng nhiệt độ của mực lên trong khi phun và không được vượt quá ngưỡng hoạt động của đầu máy Gen 4.
Đồ thị dưới đây sẽ cho chúng ta thấy độ nhớt của công thức mực H giảm khi nhiệt độ tăng lên.
Hình 36 Đồ thị đ nhớt phụ thuốc vào nhiệt đ
Dựa vào đồ thị trên tôi có được độ nhớt của mực là 11,2 cPs ở 450
C sau đó tôi tiến hành kiểm tra mực trên máy Gen 4. Tiến hành cài đặt các số liệu cần thiết cho máy Gen 4 và kiểm tra các tính chất của công thức H.
23,8 20,1 17 13,6 11,2 8 10,5 13 15,5 18 20,5 23 25,5 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 Độ nhớt Nhiệt độ
Bảng 28 Hình ảnh các giọt mực sau khi ắn ra khỏi đầu in Gen 4
Hình ảnh Khối lượng hạt Tốc độ bắn
450 – 600 nano gam 5 – 7,5 m/s
Bảng trên cho chúng ta biết được là khối lượng hạt mực bắn ra là khoảng 42 – 50 nano gam và tốc độ bắn hạt mực ra khỏi đầu in là 5 – 7,5 m/s. Đây là những kết quả đạt được sau khi kiểm tra.
Bảng 29 Ảnh hưởng của tốc đ ắn đối với giọt mực Tốc độ bắn (%) Hình ảnh thu được Tốc độ bắn (%) Hình ảnh thu được 100 80 95 75 90 70 85 67
Khi chúng ta giảm tốc độ bắn thì khoảng cách và hình ảnh các giọt mực sẽ dễ quan sát hơn so với lúc bắn 100% công suất của bơm. Vì vậy chúng ta chọn tốc độ bắn phù hợp để không ảnh hưởng tới chất lượng giọt mực khi in, nếu giọt mực bắn quá nhanh hay quá chậm thì sẽ ảnh hưởng tới chất lượng hình ảnh. Trong các tốc độ bắn trên thì tôi chọn tốc độ bắn là khoảng 70 – 75%, trong khoảng cách này thì các giọt mực phun ra ổn định và khối lượng hạt mực phun ra là phù hợp.
Kiểm tra open time của công thức mực H
Bảng 30 Kiểm tra opentime của mực in
Time (p) Baseline Sau thời gian kiểm tra
1
10
30
40
80
120
180
600
1200
- Trong khoảng thời gian đầu thì mực in vẫn phun ra bình thường nozzle không bị nghẹt.
- Trong khoảng thời gian 600 phút mực in vẫn phun đều ở các nozzle.
- Nhưng để mực bình thường trong thời gian 1200 phút thì khi mực phun ra bị nghẹt một vài nozzle nên chúng ta cần giải quyết vấn đề này.
Những giả thuyết đưa ra cho vấn đề nghệt đầu in là
- Thời gian của mực để trong đầu in là khá lâu nên có thể là pigment của mực đã bị lắng.
- Những hóa chất tôi sử dụng có thể có vấn đề khi để ở nhiệt độ cao trong thời gian kiểm tra.
- Điều kiện kiểm tra mực không được tối ưu như bị ánh sáng chiếu và trong quá trình kiểm tra, nhiệt độ trên đầu in là khá cao.
Tìm cách cải thiện công thức để có được open time dài hơn như vậy các tính chất của công thức mực UV-LED sẽ hoàn thiện hơn.
4.3. KẾT LUẬN
Quan trọng là tôi đã đi sâu và nghiên cứu mực UV-LED curable ink-jet.
Phân tích các tính chất đặc biệt của monomer, oligomer, chất khơi mào và chất phụ gia tôi đã xây dựng thành công công thức mực in dành cho công nghệ in phun UV-LED. Công thức mực in UV-LED đã có những tính chất tốt như:
- Có độ nhớt sức căng bề mặt phù hợp với loại máy in UV-LED
- Độ bám dính tốt trên chất nền không thấm
- Màng mực dẻo ít bị bong tróc khi chịu tác động bên ngoài