Russell H. Tobias 和 Eric T. Everett*

Scitex 数码印刷公司，美国俄亥俄州代顿市

*Q-Lab 公司，美国俄亥俄州克利夫兰市

摘要

对使用连续二进制阵列喷墨设备，印刷在涂布纸和非涂布纸上的水性喷墨油墨进行了仪器测色（即 L* A* B*）和光密度测定。耐光性测试应使用以下方式进行：使用配备冷白荧光灯管的QUV®紫外老化试验机，配备窗玻璃滤光器的Q-SUN®氙灯老化试验箱，以及在位于佛罗里达的户外标准曝晒场进行玻璃框下暴露测试（Q-Lab老化研究服务中心）。这些测试结果要和2个室内场所的测试结果进行比较。产品性能表现的排序将会体现各种试验方法之间的一致性。本研究结果得到的数据表明，水性喷墨油墨的耐光性很复杂，而且与所用的涂布纸或非涂布纸的类型有关。研究还表明，印刷在涂布纸衬底上的油墨比印刷在光面衬底或非涂布纸衬底上的更容易受到紫外线照射影响而发生退化。而光稳定性测试方案的研发则力求对实际使用环境的模拟。从而可以得到有价值的数据，以便更好地评估“可归档性”或预测喷墨油墨和衬底的耐久性。

引言

喷墨打印技术已有10多年的商用历史。随着桌面打印技术的出现，纸张上已涂覆各种涂层和添加剂，以改善办公文件色彩的耐光性。已经完成的多项研究表明添加剂和颜料油墨在不同曝晒条件下对图像的质量有良好的保护效果。ANSI IT9.3 彩色图像稳定性分委会正在制定室内光稳定性和户外耐久性的测试标准。此外，该分委会正在制定潮湿牢度、臭氧褪色、热降解/黑暗稳定性的标准。

而如今，一般商业报表、票据和数据中心都已开始采用全彩色喷墨打印技术。这些文件必须采用低成本的纸张，以降低运行成本。此外，由于高速数字印刷设备的速度很高，所以必须采用偶氮型染料，才能满足其要求。总体来说，相比桌面喷墨设备印制的全彩色照片质量的图像来说，交易性文件和帐单对长期耐光性的要求较低。然而，某类文件必须有长期的可归档性。

对于喷墨印刷这一新技术，必须进行一些基础性的研究，以确定非涂布纸或胶版纸与低成本涂布纸的相对耐光性。在这项研究中，我们给出了采用Scitex数码印刷公司的VersaMarkTM 全彩数码印刷系统印刷的非涂布纸和涂布纸的耐光性。我们使用氙灯光源进行了逐步褪色率的比较，还与佛罗里达太阳光曝晒测试以及透过窗玻璃的室内太阳光测试进行了对比。这些结果也与采用冷白光源和纯荧光办公室光环境的结果进行了比较。

荧光灯

从历史上看，使用高输出冷白荧光灯的光稳定性试验已用于彩色照片（ANSI IT9.9）[1]测试。例如，标准测试条件为：450 lux/12小时的低瓦数冷白荧光灯照射一天，相对湿度为60%，室温70°F，但这种条件无法准确模拟用喷墨油墨打印各种计算机生成的图像时所使用的最终环境。虽然冷白荧光灯的输出可能会在一定程度上重现低光或博物馆环境，但这些灯管的光谱却是有限的。在本质上，这些灯的输出并不能完全重现透过窗玻璃的太阳光的光谱功率分布。对于主要应用环境是灯光陈列柜或纯室内荧光照明的环境的产品，可用冷白荧光灯进行测试。但是，这种测试无法准确预测典型室内环境中（即在家中或办公室）图像的使用寿命。摆放在窗口、滑动玻璃门、天窗等附近的图片，在晴朗的早晨，接收的全光谱太阳光（紫外线、可见光和红外线）高达50,000 lux。图 1 显示了冷白荧光灯与透过窗玻璃的太阳光之间的的光谱输出对比情况。

氙弧灯

1954年德国开始采用氙弧灯进行加速老化试验。氙灯老化试验箱，如Q-SUN氙灯老化试验箱，最适于测试材料的耐光性，因为它们能模拟出最佳可用的全光谱太阳光：紫外线、可见光和红外线全都包括在内。氙灯老化试验箱使用滤光器来模拟相应的光谱（如户外太阳光或透过窗玻璃的太阳光）。

图7显示了QUV老化试验箱暴露测试的结果与室内荧光灯褪色暴露测试结果之间的良好相关性，表明QUV老化试验箱能很好地确定室内办公环境中印刷品褪色的耐久性。图8表明品红色染料的强褪色表现与光源无关。图9中的差异可能是 Q–SUN老化试验箱和典型的室内办公环境之间的温度差异造成的。然而，在图10中较高的排序相关性表明氙弧灯暴露测试与佛罗里达玻璃框下曝晒可很好地应用于喷墨成像材料。

测试中的问题 进行耐光性测试时有多个必须考虑的问题，包括：光照、温度、材料的温度敏感性、湿度、黑暗稳定性、褪色的线性度、协同失效、气体（臭氧）褪色，纸张发黄及lux与W/m2之间的关系。由于有这么多参数，喷墨印刷品的耐光性测试结果可能会有差异。因此，只有对这些参数进行充分的调查研究，才能对使用寿命作出准确的预测。

结论

从本项研究可以得知，印刷在涂层衬底上的喷墨油墨比印刷在胶版衬底或非涂层衬底上的更容易受到紫外线照射的影响而退化。

带窗玻璃滤光器的氙灯老化试验箱可以预测带窗玻璃的室内环境中的油墨/衬底的耐光性。另外，配备冷白荧光灯管的QUV 试验箱可以模拟室内环境的加速效果，适用于室内办公或零售环境中打印商业文件的喷墨油墨和衬底。佛罗里达玻璃框下自然曝晒可以作为加速试验，以模拟带窗玻璃的室内环境。本项研究中的差异性，可能与温度或湿度的差异有关。

室内大厅暴露，室内荧光灯暴露，实验室加速暴露（Q-SUN 和 QUV 试验箱）及佛罗里达玻璃框下太阳光暴露测试之间的排序相关性极好。自然和加速测试，都能区分产品耐光性的好坏。

本项研究表明，黑色喷墨油墨受自然和加速光稳定性测试的影响最小。黑色油墨使非涂布纸和涂布纸都有优良的可归档性。喷墨油墨、有涂层衬底和无涂层衬底的进一步测试应包含对环境湿度、温度和臭氧的模拟。目前，不同暴露方法的可重复性和可再现性尚不清楚。因样品制备和颜色测量技术造成的差异也是未知数。根据现实世界中的实际使用情况，为今后的研究确定一个适当的暴露测试基准大有用处。研究中的一个注意事项是选择一种耐光性已知的参考材料，将其与试样一起进行暴露测试。然后，可按参考材料的性能将测试样品的数据进行标准化。

致谢

笔者在此感谢Michael J. Crewdson先生，Q-Lab老化研究服务中心的工作人员，以及Q-Lab公司的Patrick J. Brennan和 Stephen Novak对本研究项目的帮助和指导。

参考文献

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.

人物简介

Russell H. Tobias, 1978年获得美国California大学Santa Barbara分校理学化学学位，1982年获得Akron大学高分子科学博士学位。自2000年以来，就职于俄亥俄州代顿市Scitex 数码印刷公司。主要从事于连续二进制阵列喷墨打印机高速喷墨印刷所用新型喷墨油墨和衬底的研发。同时也是IS&T及美国化学学会成员。

Eric T. Everett, 1987 年获得Baldwin-Wallace学院文学学位，1989 年获得Case Western Reserve大学硕士学位。1998 年以来，就职于俄亥俄州克利夫兰市的Q-Lab公司。主要从事于标准的制定和管理。是彩色图像、包装、纺织品及其它材料耐候性及测试的ANSI, ASTM, ISO, SAE委员会的成员。