UV浅述宽幅喷绘机的新环保墨水

资料来源：泓瀚科技股份有限公司 董事长 吕椬境博士

从网路资料, 数位印刷市场规模从2021年的248亿美元增长到2026年的343亿美元，复合年均成长率 (Compound annual growth rate, CAGR) 为6.7%。 (资料来源ReportLinker, May 10, 2021)。

又宽幅喷绘机市场从2020年的93亿美元增长到2025年的112亿美元， 复合年均成长率为 3.8%。推动该市场增长的关键因素包括纺织、广告、装饰、家居和汽车包膜等行业对大幅面印刷的需求激增；中国、印度等新兴经济体需求的增加将为全球大幅面喷墨打印机市场创造新的机会。(资料来源MarketsandMarkets)

这些宽幅喷绘机市场主要供应商，如 Hewlett Packard、Canon、Epson、Mimaki、Roland、Ricoh、Durst Phototechnik、Xerox、Konica Minolta 和 Agfa-Gevaert等，所贩售的设备遍布亚太、欧洲、北美、南美等世界上各个国家。这次Covid-19 不仅影响了这些喷印机制造商的生产，还影响他们的业务。 COVID-19 也影响了市场的需求方，由於低消费需求减少，降低了服装和家居装饰等应用对宽幅喷绘机的需求。

宽幅喷绘机在装饰市场中发挥重大的影响，并有迅速增长。宽幅喷绘机提供了喷印介质(如壁纸或汽车贴膜)有更适用的图件尺寸需求和更高品质、更高清晰度的输出图像；建筑师利用宽幅喷绘机有效且快速、准确地输出设计；汽车贴膜业也利用宽幅喷绘机，快速准确地让一移动广告面对户外千千百百旅客给予深刻映像，这些正在成为一种流行的广告媒体，它正推动全球对宽幅喷绘机的需求。

随著宽幅喷绘机降价，使得消费门槛降低，但市场上相容墨水比比皆是，但好的墨水哪里找？优良且相容墨水将是这市场主要战场。

泓瀚科技主要为开发、生产制造与销售宽幅喷绘机专用之低气味环保溶剂墨水，本公司以优异的研发与生产技术，顺利成为日本知名大型喷绘机大厂之墨水代工厂，并将墨水销售到世界九十多国，显示本公司所生产之墨水已位居世界宽幅喷绘机墨水领域一个不可轻忽的地位。

最近的 COVID-19 大流行，导致多个国家/地区实施严格的封锁，造成零件供应受限，整个供应链中断，影响全球宽幅喷绘机应用市场。邱吉尔名言：「不要浪费一场好危机」（Never let a good crisis go to waste.），这或许是最好的转机。泓瀚科技就此近年采多角化研发，项目广布在半导体产业、光电产业与生物试剂产业上，并对最引以为傲的宽幅喷绘机专用之低气味环保溶剂墨水积极改良、更新，使之同样仍低气味但更环保、更无害。因为机会是留给准备好的人。

早期宽幅广告用喷墨墨水大都是强溶剂墨水(solvent inks)，后来有弱溶剂墨水(mild solvent inks)与环保溶剂墨水(ECO-solvent inks)三种；强溶剂墨水使用的溶剂多为一些腐蚀性强，且对人体有伤害的化学物质，如异佛尔酮、N-甲基吡咯烷酮、环己酮及甲基异丁基酮等具刺激性臭味之溶剂，但这些溶剂有价钱低廉的优点，所以有些国家仍在使用；弱溶剂墨水使用的溶剂多为较温和的酯类溶剂为主要原料，例如：PMA、EEA、EBA、DEA、DBA等酯类溶剂为主，虽然这些溶剂毒性较低，但仍有刺激性气味，可能令人不舒服；低气味环保溶剂喷墨墨水由爱普生开发、生产、贩售，所使用的溶剂为γ-丁内酯(GBL)与二乙二醇二乙醚(DEDE)、四乙二醇二甲醚(TETREDM)之类的醇醚溶剂。这类溶剂气味很低，无明显恶臭，但这些低气味的醇醚溶剂随著化学品标示法规的更新，多数被列为高度关切物质(SVHC)，如：乙二醇二甲醚(EDM)、二乙二醇二甲醚(DEDM)、三乙二醇二甲醚(TEDM)与四乙二醇二甲醚(TETREDM)皆列为H360之可能生殖毒性物质，疑似对孕妇与未出生婴儿与男性生殖器官有影响，皆在欧盟REACH高度关切物质(SVHC)的219项之列。

溶剂γ-丁内酯(GBL)，溶解度非常好，对汽车贴膜与户外广告帆布有优异著色性，且气味低是低气味环保型溶剂墨水首选。但GBL水解后的产物γ-羟基丁酸(GHB)是二级毒品，被用作用镇静剂，用於治疗失眠、抑郁症、发作性嗜睡病和酗酒，该物质也被用作「毒品」，在许多国家是被禁止的；误食GBL，在人体内就会水解成GHB。

GBL与GHB是两种不同，但是几乎一样的药物，前者可以是一种合法销售的工业溶剂，但是一旦进入人体就会变成GHB。两种药物被人简称作「G」，都是一种无色无味的油性液体，溶解於饮料中被人体摄入。过量摄入G药物，在与酒精物或者其他药物混合时特别容易发生，可能导致不同程度的神智不清、抽搐、失去知觉甚至停止呼吸。

各国管制状况如下：

我们再三强调，泓瀚科技的墨水中不使用化学品全球调和制度(Globally Harmonized System, GHS)判定具有下列危害警告讯息之物质：H340(可能导致遗传缺陷)、H341(怀疑导致遗传缺陷)、H350(可能导致癌症)、H351(怀疑致癌)、H360(可能会损害生育能力或未出生的孩子)、H361(怀疑有生育能力或未出生的孩子)、H370(对器官造成伤害)、H371(可能对器官造成伤害)、H372(长期或反覆接触会对器官造成伤害)、H373(长期或反覆接触可能对器官造成伤害)，墨水中不含有汞、铅、镉、镍及六价铬，且甲醛、总多环芳香族碳氢化合物＊及总挥发性有机化合物＊＊含量符合管制限值。

化学品的使用有种种新限制，为了使新一代环保溶剂墨水喷印出来的图像表现得色彩更饱和、更扎实，色阶转换更精细、滑顺，图型更鲜艳、更光亮，附著力更好、更耐刮、更耐摺、更好的延伸，喷品又要耐候好等等，泓瀚科技以17年喷墨墨水开发、制作经验，严格慎选材料，用对的材料，落实全面电脑化投料管理系统；从材料著手，也生产管理著手，使新一代喷墨墨水不只能适应各种应用，如：室内外大型广告看板、标示牌、灯箱片、汽车贴膜、冷裱膜、条幅布、旗帜布、高光纸、PP合成膜、帆布、灯片帆布、单透贴、PU转移膜等等，更重要的是生产稳定，批次稳定，喷印稳定，价钱稳定，供货稳定。

ECO环保型墨水之开发

喷墨墨水的主要成分包含：色料、溶剂、树脂、界面活性剂及其他添加剂。其中，溶剂所占成分最重，亦由溶剂来区别墨水分类，色料是颜色来源，而树脂、界面活性剂及其他添加剂等，为墨水灵魂。

为了耐候，新墨水采用光牢度8级的五色有机颜料色粉，其中红色墨有蓝口与黄口两支；另外有些新机种所使用的有橘色、绿色、红色、紫色，泓瀚科技也有对应的墨水可提供。颜料有较佳之耐候性与防水性，理想添加量为1.0-30%，颜料粒子粒径在50~150奈米时，具有最佳之著色力、光泽、遮盖力与耐候性。

色料部分，可使用之颜料众多，有机颜料包含：Yellow 1、Yellow 3、Yellow 12、Yellow 13、Yellow 14、Yellow 17、Yellow 65、Yellow 73、Yellow 74、Yellow 75、Yellow 81、Yellow 83、Yellow 97、Yellow 126、Yellow 127、Yellow 139、Yellow 150、Yellow 151、Yellow 154、Yellow 174、Yellow 176、Yellow 180、Yellow 183、Yellow 188、Orange 5、Orange 13、Orange 16、Orange 34、Orange 36、Red 2、Red 3、Red 4、Red 8、Red 9、Red 12、Red 14、Red 21、Red 22、Red 23、Red 31、Red 48:1、Red 48:2、Red 48:3、Red 48:4、Red 49:1、Red 49:2、Red 52:1、Red 52:2、Red 53:1、Red 53:3、Red 57:1、Red 63:1、Red 81、Red 112、Red 122、Red 144、Red 146、Red 166、Red 170、Red 171、Red 175、Red 176、Red 177、Red 179、Red 184、Red 185、Red 208、Red 210、Red 243、Red 266、Violet 1、Violet 3、Violet 19、Violet 23、Violet 27、Blue 1、Blue 15:1、Blue 15:2、Blue 15:3、Blue 15:4、Blue 56、Blue 61、Green 7、Black 7；无机颜料包含：Pigment Yellow 32、Pigment Yellow 34、Pigment Yellow 36、Pigment Yellow 42、Pigment Red 101、Pigment Red 104、Pigment Blue 27、Pigment Blue 29、Pigment Green 17、Pigment Black 11、Pigment Orange 21。考量到产品在户外使用，光牢度7-8级则只有Yellow 75、Yellow 127、Yellow 139、Yellow 150、Yellow 151、Yellow 154、Yellow 155、Yellow 183、Orange 5、Orange 36、Red 4、Red 48:2、Red 48:3、Red 48:4、Red 122、Red 144、Red 166、Red 171、Red 266、Violet 19、Violet 23、Blue 15:1、Blue 15:2、Blue 15:3、Blue 15:4、Green 7、Green36、Black 77等可挑选，搭配分散剂、合适粗细之研磨珠。

颜料并非溶解於溶剂之中，而是均匀分散於溶剂中，因此这些多彩的颜料须搭配超微粒颜料研磨分散技术，将使墨水表现更出色，色域更广阔。颜料研磨期间，必须加入适当之分散剂，使颜料固体被最佳地分散於液相，系统之状态必须被稳定，透过分散剂使颜料间之吸引力抵消，以免色料粒子透过凡德瓦尔力吸引结合在一起，形成颜料团块，称为聚集体。聚集体之粒径较大，可由肉眼观察到，很容易凝结产生沉淀，除了造成颜色不平均之外，更会造成喷头的阻塞。如何解决这些不同稳定机制，可用立体空间位置阻碍机制来稳定之，分散剂为带官能基之高分子，高分子一端锚定在色料表面，另一部份则伸出，进入颜料表面之液体中，因此伸出之分子必须能很好的展开在树脂与溶剂混和液中，当二个已湿润之色料粒子互相靠近时，伸出之聚合物互相排斥，避免了聚集体产生，使分散的稳定性得以维持。

溶剂会选用高闪火点与高沸点之无味聚乙二醇醚酯类溶剂(R1-O(CH2CH2O)n-C(O)R2，R1与R2可个别为1-4个碳之烷基，n为2-4之重复单元)，例如：二乙二醇乙醚醋酸酯, DEEA、二乙二醇丁醚醋酸酯, DEBA、三乙二醇丁醚醋酸酯, TEBA等；与聚丙二醇醚酯类溶剂(R3-O(CH(CH3)CH2O)m-C(O)R4，R3与R4可个别为1-4个碳之烷基，m为2-4之重复单元)，例如：二丙二醇甲醚醋酸酯, DPMA、二丙二醇乙醚醋酸酯, DPEA、三丙二醇甲醚醋酸酯, TPMA等；可达到保湿之功能，防止喷头阻塞；适时也可加入酮酸酯类溶剂，CH3COCH2COOR5，R5为1-4个碳之烷基，例如：乙醯乙酸丁酯(butyll acetoacetate)、乙醯乙酸乙酯(ethyl acetoacetate)等，能有效渗入基材，增加解析度；该等化合物具有与酮类相当之材质腐蚀性，但却无刺鼻难闻之味道，反而显示酯类化合物特有之香甜气味，且均非致癌物质，在环境中具生物裂解(Biodegradable)之功能，对环境毒害低。该类化合物也应用於食品中之香料添加剂，显示其对人体之危害性较一般有机溶剂低。

醚酯类溶剂其化学特殊性，能有效地稳定色料分子，具有高沸点、高极性、溶解力强等功能，因此常应用於制造墨水、染料、印刷油墨与清洁液等用途。本发明中所使用为高沸点之聚乙二醇醚酯类溶剂与聚丙二醇醚酯类溶剂，沸点最少都大於200°C，闭杯闪火点都大於86°C，而且不具有刺激气味，且高沸点可使喷头具有保湿效果，提高喷印稳定度。另外在加热的条件时，对列印材质有腐蚀性，应用於喷墨列印时，通常列印材质会进行预热动作，因此更可以增加列印解析度，提升列印品质。该等聚乙二醇醚酯类溶剂与聚丙二醇醚酯类溶剂，兼具保湿与溶剂之功能，安全性则大幅的提升，物质安全资料显示均非为危险物质，且对人体与生物毒性低。

树脂会挑选耐磨、亮度高，如陶氏化学(Dow Chemical)所生产之UCAR溶剂型聚乙烯树脂系列VYHH、VYNS-3、VYNC-P、VMCH、VAGD、VAGF、VAGC、VAGH、VYLF-X、VROH、VERR-40、VMCA等，能提升墨水对材质之附著力，并具有耐磨损、增加亮度等功能。

在墨水配方中添加树脂，除了用来调整墨水之黏度特性，其含量通常为10%以下，以符合各式喷头与机型规格之要求外，还必须兼具有耐刮、防水、增加亮度等功能。坊间树脂可选用之种类很多，我们可使用陶氏化学所生产之UCAR™ solution vinyl resins系列，该系列树脂之使用安全性佳，可用来作为食品包装材质，通过美国FDA认证。对本专利所使用溶剂之溶解度佳，具有适当之分子量22,000-50,000，在喷墨头高压高热之环境处於软化状态，而喷出后於常温下硬化，具耐刮防水特性。此外该系列树脂对PVC材质有很好的附著性，形成之薄膜强度佳， 因目前坊间所使用之溶剂型列印材质，80%以上均使用PVC材质或PVC涂布加工，使用该系列树脂能达到最佳之效果。

在使用界面活性剂方面，则用来降低墨水之表面张力，使墨水具有优异的扩散涂布功能，添加量为0.1-1.0%。主要可分为阴离子型、阳离子型、非离子型与两性等类型，成分大多为含碳氢化合物、氟碳化合物或有机矽化合物。界面活性剂之特性为该分子同时具有极性基团和非极性基团，该分子结构使它可以在液体表面定向，分子之非极性部分指向空气，极性之部分则保留在溶液中，液体的表面张力因此而降低。基材之表面均具有表面能，常见的底材如：聚酯 (43 mN/m)、聚乙烯 (36 mN/m)、聚丙烯 (30 mN/m)、石蜡 (26 mN/m)等，因此墨水之表面张力必须低於基材，才能有好的覆盖涂布效果。可采用无毒性之高分子平滑剂，如含有机矽高分子润湿剂系列或有机矽润湿/流平剂系列，可有效地使墨水表面张力降低至20-40 (mN/m)，对於PVC材质有很好的涂布效果，且不易产生气泡，降低喷头因气泡之形成，而有喷墨不顺过热损毁之情况。

添加含矽氧烷之平滑剂，如有机矽润湿/流平剂系列，或不含矽流平剂系列，能有效地降低表面张力，使墨水具有优异的扩展散布能力，不会有缩孔、涂膜附著力差之缺陷，提升列印之品质。

在保湿剂之作用方面，由於喷头长时间静止使用时，仍暴露於大气环境中，因此附著於喷头部分之墨水，溶剂易挥发而导致色料、树脂等沉积物产生，使喷墨头阻塞，会造成喷头塞孔、斜喷之情形产生。因此为避免上述之现象产生，品质优良之墨水会於墨水配方中加入保湿剂，通常为高沸点之溶剂或其他添加剂，含量为50%以下，以减缓喷头墨水之挥发速率，避免沉积物产生。

泓瀚科技一直很关注生态环境优化，对於如何防止全球变暖，减少二氧化碳排放和控制化学物质，我们不断努力。如厂房顶楼的太阳能板搭建，厂房周围的绿地规划与常绿植物的栽种，水资源再回收利用，厂区排气完全吸覆过滤再排出，办公区空调温度控制等等；泓瀚在 2017 年取得了 ISO 14001 国际环境管理认证，它提供了一个管理架构，并进行定期审核，以确保我们持续保持规范，也提供持续改进方向，我们将不断地成长，履行泓瀚对环境保护的坚持。展望未来，泓瀚期待有机会与您一起携手合作，共创佳绩!