磁性油墨在丝网印刷中的技术探讨

2010-10-13李树坤

网印工业 2010年11期

文|李树坤

磁性油墨在丝网印刷中的技术探讨

文|李树坤

磁性油墨印刷属于磁性记录技术的范畴，它通过磁性油墨印刷完成磁性记录体的制作，使之具有读写、查询、防伪等多种要求的特殊功能。磁性油墨印刷品是用记录技术和印刷技术结合而产生的独特媒体，其特点是数据能在磁性卡片上写入、读出，视觉上能看到文字、图案和照片。

目前，磁性油墨印刷在很多领域都得到广泛的应用，如车票、月票、存折、身份证等多种证卡，此外资料登记表、支票等也可用磁性油墨印刷金额等项目。下面就谈谈磁性油墨在证卡印刷中的操作技术和要点。

一、磁性油墨的组成特点和应用

简单的说，磁性油墨就是在普通油墨中添加了强磁性物质，因此磁性油墨的构成与普通油墨的构成基本相同，即由原料、连接料（分散剂）、填充料和辅料等组成。

1．原料

磁性油墨之所以有磁性，是由于油墨配方中所用的原料是强磁性材料，在经过磁场处理后具有保留磁性的能力，在磁化前油墨本身是没有磁性的。

使用中影响磁性的因素还很多，如油墨中磁性原料的磁性强弱、原料的含量、印刷料，最好的磁性原料为氧化铁黑（四氧化三铁）和氧化铁棕（三氧化二铁）的机械混合物。这些原料大多为小于1mm的针状结晶体，这样的颗粒大小和形状使它们极易在磁场中均匀排列，从而得到比较高的残留磁性。但这些原料的不足是吸油量比较大，传递性能也不太好，因此有时还要拼用一些粒状的或立方体状的氧化铁类，以改善其印刷性能。由于这些氧化铁类的残余磁性较差，所以要注意控制其用量，不宜过多。但它的另一个好处是可以在配方中多用原料（因吸油量小），从而可以提高油墨的传递特性。

目前用于磁性油墨原料的强磁性材料主要有铁、钴、镍等磁性元素，含有Fe-Mo和Fe-W强磁性元素的合金，以及具有Mn-Al和Mn-Bi等Ni-As型结晶结构的合金等。

大多磁性油墨原料是铁素体。所谓铁素体是指一般用XO-Fe2O3表示的无机化合物，其中X为二价的金属离子，根据X的种类不同，有锰-铁素体、铁-铁素体、铜-铁素体等。氧化铁黑的组成中，一般氧化亚铁含量约在18～26%，氧化铁含量在74～82%。合成氧化铁黑具有优良的耐渗性、耐化学性（酸、碱）、耐光性，几乎是无毒性的，分散性在好至优之间。

2．连接料

连接料是油墨中的流体组成部分，在油墨中起连结作用，就是将原料等固体粉状物质连结起来，使之在研磨分散后形成浆状粘体，印刷后在被印物表面干燥固定下来。油墨的流动性、粘性、干性、印刷适性等都主要取决于连接料。所以高质量的磁性油墨不仅要有好的磁性材料，更必须有高质量的连结料。磁性油墨的连结料与一般油墨的连结料相类似，可以选用植物油、动物油、矿物油，通常选用的是植物油和合成树脂作为磁性油墨的连结料。

减少油墨乳化现象的一般处理方法主要是用树脂（如硅酮、醋酸乙烯、聚乙烯、聚酰胺、醇酸等）适当地被覆原料。其方法有：把原料分散在热熔融状态的树脂中，即把树脂溶解于适当的溶剂，并把原料分散其中之后，搅拌溶剂进行微粒粉碎。

合成树脂在油墨工业中的应用越来越广泛，所以各种类型的树脂型连结料，就成了目前主要的研究内容。树脂的特性决定了连结料的特性。由于纯亚麻油制的植物油型连结料存在相对分子质量小的缺点，制成的油墨在胶印印刷中容易引起乳化，从而带来一系列的弊病，使印刷不能顺利进行，影响印刷效果。而合成树脂型连结料几乎完全克服了这方面的缺陷，从而大大提高了印刷的质量。

油墨中连结料常用的合成树脂是醇酸树脂，醇酸树脂就是醇和酸的酯化反应产物，醇和酸酯化反应生成的高分子化合物，一般都叫聚酯（树脂），故醇酸树脂也是聚酯树脂的一种，差别在于它的组成中含有很大一部分一元（脂肪）酸。醇酸树脂的反应，是形成树脂的反应中最多能的反应，几乎没有一个树脂能像它那样千变万化，和与其他聚合物进行化学物理改性的本领。纯醇酸树脂由于亲水，溶解性差，与植物油不溶，拼混性不好，易于胶凝等，故甚少使用。为了改善其应用性能，一般要用植物油、松香，以及其他合成树脂等进行改性。

3．填充料

填充料在磁性油墨中同样可减少原料用量、降低成本，又可调节油墨的性质，如稀稠、流动性等，也提高了配方设计的灵活性。

4．辅料

磁性油墨中的辅料可以是原料的附加部分和连结料的附加部分，也可以作为油墨成品的附加部分，主要视产品的特点要求而定。常见的辅料有：

（1）增塑剂。主要是为了使连结料具有适当的柔软性，相对分子质量低的增塑剂会在片基中移动或渗出表面，所以往往使用液状的高分子物质。

（2）稳定剂。能防止连结料的老化变质，常用的是硬脂酸钡等金属有机酸盐系老化防止剂；分散剂，其作用是使磁浆粒子分散，分散剂有卵磷脂等各种界面活性剂。

（3）防电剂。作用是减小磁层的电阻，防止磁卡带电以免发生故障，以前多使用正离子系或负离子系各种界面活性剂，如今多在磁层内渗入炭黑或石墨固体等电性粉末，炭黑的电阻较低，而且能在较大的温度范围内保持稳定的电阻值。

（4）润滑剂。润滑剂能减小磁卡同磁头、导柱、导轮等的摩擦，因而减小磁头和磁卡的磨损，使运动稳定。润滑剂有硅油、氟油、卡斯特罗油、腊类脂肪酸或酯等。

（5）着色剂。为了区别颜色，需加着色剂，选用的着色剂必须能与连结料相适应。

磁性油墨的研发使用始于20世纪60年代前后，随着电子技术的发展，磁性油墨首先在银行和邮政的业务中使用。当时使用磁性油墨并非用于防伪，而是主要用于银行对票据的自动处理、邮政对信件的自动分拣，所以磁性油墨只用于印刷字母和数字，以能对印件进行自动识别和处理，即磁性油墨字母识别法（MICR）。

另一类与MICR技术情况基本相似的是光学字母识别法（OCR）。这种技术大约在1952年发明，设备简称为阅读器，亦称光学扫描器，是一种利用光学原理来辨认字母符号的设备，其输出系统可以产生磁性或直接输入计算机作数据处理。用于这种设备上的油墨叫OCR油墨（也叫光学识读油墨）。一般有两种类型：非可读型和可读型。后者主要指黑色油墨类，前者则是指各种彩色油墨。OCR油墨可以按照一般类型的油墨来设计，例如平印、凸印、凹印和丝印等。非可读型油墨中的原料含量一般在1～5%，有的则可用到20%左右。

目前，在文件分类方面，MICR已很快被OCR替代，因为OCR信息输入计算机中的速度比较快，而MICR则主要应用于印刷防伪和信息记录等方面。

二、证卡磁性油墨网版印刷操作技巧

磁性油墨印刷品是在纸张或塑料片基上敷以磁层，在其他部分印上文字或图案，以及用以显示与使用状况相应的视觉信息的印字层，经模压加工而成。

磁性油墨印刷品的片基，要求有适度的韧性，厚度均匀，表面平滑，温湿度变化时不易发生伸缩或卷曲，耐水和耐蚀性良好，印刷和加工适性好、价格低廉。

磁性油墨印刷目前主要采用小型胶版印刷和丝网印刷的方法获得带状或图形磁层，它能在卡片必要的地方形成磁带，从而降低了成本，而磁性油墨中磁性原料的含量、颜色的磁性和印刷后油墨膜层的厚度等都会影响磁性。采用不同的印刷制作的方法，所产生的效果也不一样，这在设计时应引起充分的重视。

采用小型胶印机印刷时，制版时可以采用彩色照片，并且能够再现很细的线条，其制版和印刷成本低，文字及图像清晰。一般使用专用的PVC卡印刷机或进口四色彩印机在单层PVC卡料上印刷，然后再进行层压、冲卡、写磁、打凸字等工序，使用UV胶印油墨，成品色彩艳丽，清晰度好，质量高，适合大批量印刷。但因其印刷时采用UV油墨，使得保护膜容易脱落。因此在设计时应在塑料磁卡的周围留有2 mm的空白，进行断裁或加工时也应充分注意。

在印刷时最好不要使用荧光油墨，而对于丝网印刷，它在目前磁卡印刷占有相当大的份额。由于网印具有墨层厚实（可达30mm以上，是胶印墨层厚度的5～10倍）、印刷图案立体感强（特别是金、银墨的印刷效果，更是胶印无法相比的）、质感丰富、耐光性强、色彩艳丽、密度大、对油墨和承印物的印刷适性好等特点，具有很好的耐候性能及耐药品性能。因此，对于常见的磁卡，一般都是以PVC材料为卡基而使用网印工艺。磁性油墨印刷品在印刷后，在两面覆膜透明的PVC片，用热压机压合，按规定尺寸进行模切。

磁性油墨印刷为了防止伪造和篡改，对安全保密性要求越来越高，因此在磁性材料、印刷、加工方法上采用特殊的材料或技术。如在丝网印刷中使用特殊的制版技术和油墨，包括用荧光油墨、热敏变色油墨、吸收红外线油墨进行印刷，还用地纹印刷、微缩印刷、彩虹全息等措施，以防止伪造。由于在证卡上网印磁性油墨对印刷色彩的要求比较高，因此，要充分常握证卡网印技巧。

归纳起来，要注意以下几个方面：

1．油墨

磁卡网印通常采用了树脂类热固化油墨，其粘附强度高，适于大面积着色的印刷版面使用。但是丝网印刷对于很细的线条或很小的文字其印刷精度比小型胶印机低，另外其制版费用也较高。此外，磁卡网印也采用溶剂型软塑网印油墨。在选择油墨必须注意油墨与承印材料的附着力要强，油墨的遮盖力要高这两大要素，这也是证卡网印油墨的关健。附着力主要影响油墨与卡片基材的粘结牢度，而遮盖力的强弱主要影响印刷质量。因此，在调整油墨黏度时，一定要选择与油墨相适应的，最好是与油墨同一生产厂家的溶剂。

调墨中要掌握控制好溶剂的添加量，添加量过度，则油墨黏度低，容易流到网版的背面，造成卡片图案变糊变粗；而添加量过少，油墨黏度高，印刷中又容易引起堵网，使磁卡局部或大部分图案无法完整再现。此外，在印刷过程中，随着溶剂的不断挥发，油墨黏度会逐渐增加，因此要注意经常推动网版上的油墨，不断补充调整的油墨，使其有稳定的黏度。

对于油墨的调色，要注意以基本色为主进行调色。油墨的色数要尽量少，一般掌握间色用3～4种。若用墨颜色过多，会更难调出理想的色相。调和的油墨中，往往会有大量的气泡。黏度低的油墨放置一定时间会自然脱泡；黏度高的则需要加入1%左右的消泡剂，搅拌均匀即可满足印刷要求。油墨的干燥时间因磁卡印刷图案大小及特点的不同而不同。一般满版图案的磁卡干燥时间较长，文字、小色块的磁卡干燥时间略短。需要注意的是，由于刚干燥的磁卡材料因受热有伸长性，因此干燥后不能马上印刷，而必须冷却一段时间。一般冷却10min左右即可，若能向印刷品吹冷风则效果更好。

2．网版制作

网版的制作质量对印刷品质起着关键作用。磁卡网印一般选择150～350目的丝网，就能基本满足不同油墨及各种图案的磁卡印刷；但对于金银油墨印刷，因为油墨中有金银粉等金属颗粒，选择网目数时要考虑所有金银粉颗粒直径的大小，颗粒直径大，则选择网目数小、网孔大的丝网。一般来说，选择160～250目的丝网比较合适。磁卡网印一般用铝合金网框，挑选网框时，要注意网框四边的平整度，框架有无扭曲现象。每次用旧网框重新绷网时，注意用砂轮磨平网框架。由于国产网纱在伸长性、耐磨性等方面还不够理想，因此网印证卡目前多采用进口尼龙网纱。对绷好的丝网要检查其质量，做到每张网版四个角的张力保持一致，每套网版的张力（一般印刷前网版的张力在14～15N/cm为宜）保持一致。此外，要注意绷网的角度，除了一些满版图案可采用90°直绷网外，一般图案尽可能采用斜绷网，它可有效地避免磁卡图案边缘部分网孔出现锯齿形，提高图文的清晰度和印刷质量。实践证明，绷网角度以22.5°比较合适。

3．刮刀

刮刀是网印中将油墨推动并转移至承印物上最直接的工具，它对网版进行挤压、滑动，使油墨透过着墨部分的孔洞在承印物上形成所需要的印刷图文。刮刀对印刷品质量影响很大。刮刀最好选取用聚氨酯材质的，其耐溶剂性强，耐磨性好，可耐90℃以下高温，非常适合磁卡网印的溶剂型油墨。

刮刀的硬度与印品特点的匹配很重要，如SH60-80的软性刮刀适合印刷满版图案，精度要求高的线条、文字等，最好采用SH80的刮刀。刮刀需经常研磨，印完一色再印下一色时，要确认刮刀刃口是否正常及桷胶是否有弯曲的倾向。刮刀的刮印角度、压力、刃口的锐度、圆滑程度都对印刷质量有直接影响。此外，刮刀的印刷角度、印刷压力、刮胶的硬度及印刷速度的快慢不一致等，控制不好都会造成色差的故障，这就需要操作人员不断积累经验，调整控制。

4．印刷机械

磁卡网印机目前以平面网印和滚筒式网印为主。平面网印机是最早的机械化网印机，应用较广的有半自动和全自动机型；滚筒式网印机最大的特点是印刷台呈圆筒状。滚筒式网印机与平面印机相比，其印刷速度快，产品质量更胜一筹，但在操作及精度调整方面要求高一些。

无论哪种类型的网印机，调整好网版与版台之间的距离（即网距）都非常重要。网距小，会因网版未能在过墨后及时弹出导致网版与承印物呈现面接触，易产生油墨渗散现象，造成拉墨困难；网距过大，压印时网版延伸过度后不易复原而产生松驰，引起印刷尺寸与版面产生误差，对套印影响最大，会引起套印不准等故障。另外还要注意调整控制好网距与版框大小、油墨黏度、网版张力之间匹配关系。

5．承印物

适于磁性油墨印刷的证卡材料，要有适度的韧性，厚度均匀，表面平滑，温湿度变化时不易发生伸缩或卷曲，耐水和耐蚀性良好，印刷和加工适性好，价格低廉。常用的材料有胶版纸、涂料纸、浸树脂纸和聚氯乙烯（PVC）、聚对苯二甲酸酯（PET）等塑料片基及其复合材料，厚度一般150～800mm。

对磁粉的要求是磁饱和度大、颗粒大小均匀、分散性好、稳定、时效长。常用的有磁赤铁矿、附着钴铁的一氧化铁，以磁粉原料、连结料、干燥剂、抗氧剂、润湿剂及其他附加剂等组成磁性油墨。在黑墨中加入炭黑，在色墨中加入其他彩色原料使之得到色彩。

6．组合印刷

由于目前网印证卡一般只能印刷简单的文字和图形，不能印制高质量的彩色图案。因此，为了制作大批量、印刷质量高的磁卡，通常取长补短地利用胶印和网印各自的优缺点，将网印与胶印结合使用，其主要的特点是综合上述两种印刷方法的优点，一般大面积着色部分采用丝网印刷，而细线或小文字部分采用小型胶印机印刷，以弥补两者的不足。但是，由于网印是通过具有柔性的网版印刷的，且存在每块网版张力不同等原因，容易造成网印磁卡图案大小与制版胶片尺寸有一定误差，这样在网印与胶印组合印刷中会产生套准的难题。为解决这个问题，一般可在印刷方法上进行调整。

常用的印刷方法是：先用网印印刷的尽量先进行网印，而后以胶印再进行印张。这样，胶印即可根据网印的实际尺寸进行调整。叼口与拖梢尺寸不同时，可通过调整胶印机的橡皮布、改变印刷包衬厚薄等来调整胶印图文纵向尺寸，而横向尺寸可根据网印印刷实际尺寸，经制版胶片重新拼版。

经过以上简单调整，基本上能解决网印和胶印的套准问题。此外，如果网印过程中，由于网版破损等原因而更换网版时，则需要及时调整印刷尺寸的变化幅度。