磁性油墨印刷技术的特点、原理及发展

    【集萃网观察】磁性油墨印刷(Magnetic Ink Printing)，简称磁性印刷，它是在油墨中填加磁性物质后进行印刷的一种技术。磁性印刷属于磁性记录技术的范畴、通过磁性印刷完成磁性记录体的制作，使之具有所要求的特殊性能。磁性印刷品是用记录技术和印刷技术结合而产生的独特的记录媒体，其特点是数据能在磁性卡片上写入、读出，视觉上亦能看到文字、图案和照片。用这种油墨印刷的图案或标识，用磁检测器可检出磁信号。其印刷的密码等信息，可用解码器读出。

    磁性印刷基本技术  

    磁性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于显示与其使用状况相应的视觉信息的印字层，经模压加工而成。磁性印刷品的片基，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。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，厚度在150-800微米之间。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。常用的有磁赤铁矿等。磁性油墨以磁粉颜料、连接料，干燥剂、抗氧剂、润湿剂、以及其他附加剂等组成。

    磁性印刷采用丝印或胶印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，而磁性油墨中磁性颜料的含最和印刷后汕墨膜层的厚度等对其磁性有影响。印刷完成后，在磁性印刷晶的两面复膜透明的PVC片，用热压机压合，按规定尺寸模切制成成品。为了防止伪造和篡改，对磁性印刷的安全保密性要求越来越高，因此在磁性材料，印刷、加工方法上往往采用特殊的材料或技术。如在印刷中使用特殊的制版技术和防伪油墨，包括用荧光油墨、热敏变色油墨、吸收红外线油墨等，还用地纹印刷、微缩印刷，彩虹全息等措施，以防止伪造。

    磁性印刷基本原理

    用于防伪磁性印刷的磁记录原理与录音磁带的磁记录原理基本相同，只是防伪磁性印刷的磁记录的要求相对较低，对感磁后磁性材料的磁性质量要求也较低。

    记录磁头，由内有空隙的环形铁芯和绕在铁芯上的线圈构成。在记录时，磁卡的磁性面以一定的速度移动(或记录磁头以一定的速度移动)，并分别和记录磁头的空隙或磁性面相接触。磁头的线圈通上电流后，空隙处就产生磁场，于是磁卡与空隙接触部分的磁性体就被磁化。如果记录信号电流随时间而变化，则当磁卡上的磁性体通过空隙时，便随着电流的变化而不同程度地被磁化。磁卡被磁化之后，离开空隙的磁卡磁性层就留下相应于电流变化的剩磁。

    磁头外形表面要平滑，使磁卡顺利地移过磁头，利用压力使磁卡和磁头表面保持接触。
磁卡工作头，是用高导磁系数的软磁材料制成的铁芯，上面缠有绕组线圈，磁头前面有一条很窄的缝隙，就工作时进入工作磁头的磁卡磁通量而言，可以看作是两个并联的有效磁阻，即空隙的磁阻和磁头铁芯的磁阻。因为空隙的有效磁阻远大于工作磁头铁芯的磁阻，所以磁卡上磁通量的绝大部分输入到磁头铁芯，并与工作磁头上线圈绕组发生交连，因而感应出电动势，在这种情况下，单根金属重放线所得到的感应电动势公式完全适用于环形磁卡工作磁头，只是比例系数不同而已。

    磁性油墨的发展

    上世纪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业务中使用。主要用于银行对票据的自动处理、邮局对信件的自动分拣，所以磁性油墨被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(MagneticInk  Character  Recognition，即MICR)。80年代开始，磁性油墨发展为四色磁性油墨。

    目前世界上磁性油墨的年消耗量已达数千吨之多，主要用于支票上的符号与字母印刷，印刷方法一般为平印与凸印；也有用于印刷信贷卡片上的磁带条。

    另一类与MICR技术情况基本相似的是光学字母识别法(Optical Charactcr Recognition，即OCR)。这种技术大约是在1952年发明的，这种设备简称为阅读器(Reading Machine)，亦称光学扫描器，是一种利用光学的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就叫OCR油墨(也叫光学识读油墨)。一般有两种类型：即非可读型和可读型，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、凹印和丝印用油墨等。非可读型油墨中的颜料含量一般在1％一5％之间，有的则可用到20％左右。

    目前，在文件分类方面MICR(亦简称MCR)已被OCR所替代，这是因为OCR往计算机中输入信息比较快。而MICR则主要应用于印刷防伪和信息记录等方面了。

    用于磁性印刷承印物基材的有高分子材料和纸张两大类。高分子材料主要有聚酯、硬质PVC和尼龙等，而纸张则多选一些上等纸，印刷后进行涂布或覆膜加工而得，这样既有好的印刷适性，又能提高纸张的耐磨性等机械性能。

    磁性油墨的基本结构磁性油墨基本构成与一般油墨相同，即由颜料、连接料、填充料和辅料组成。

    1、颜料磁性油墨所用的颜料不是普通色料，而是强磁性材料，经过磁场处理后具有较好的保留磁性的能力。磁性油墨中的主要成分是磁性颜料，最好的磁性颜料为氧化铁黑(Fe3O4)和氧化铁棕(Fe2O3)。这些颜料大多为小于1um的针状结晶，它们极易在磁场中均匀排列，从而得到比较高的残留磁性。

    磁性油墨颜料的强磁性材料主要有铁(Fe)、钴(Co)，镍(Ni)、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-A1和Mn-Bi那样NiAs型的结晶结构的合金等。磁性油墨颜料大多是铁素体。所谓铁素体是指其一般式用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1 8％-26％之间，氧化铁含量约在74％-82％之间。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，分散性在奸至优之间。耐热尚可，因为当加热至177℃左右时，氧化铁黑会氧化成氧化铁红。氧化铁黑的颗粒一致性比较好、冲淡后其色相带有干净的蓝-灰色。氧化铁黑一般是碱性反应。它们的颗粒形状一般是立方体或球体。

    2、连接料普通油墨的流动性、黏性、干性、印刷适性等主要取决于连接料。连接料是油墨中的流体组成部分。而磁性油墨的连接料同样是磁性油墨质量好坏的基础。磁性油墨的连接料与一般油墨的连接料相类似，可以选用植物油、动物油、矿物油，但更多地是选用合成树脂作为磁性油墨的连接料。

    植物油的基本化学组成是脂肪酸的甘油酯混合物，或称三甘油酯(甘油三酸酯)。即所有的油脂都可看作各种脂肪酸与甘油反应生成的产物。如果将油脂薄薄地铺于玻璃板上，隔了一定时间后，这薄层油膜会因吸收空气中的氧而逐渐变稠、有弹性，以至最后成固态。这就是油脂的干燥过程。这个过程越短，则此油的干性越好。油脂的干性好坏，可用碘值来测定。在一定的标准条件下，100克油脂所吸收的碘的克数称为该油脂的碘值，碘值越高则干性越好。一般地说碘值在140-200间为干性油，在100-140间的为半千性油，低于100的为不干性油。

    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接料，就成了目前主要的研究内容。树脂的特性决定了连接料的特性。纯亚麻油制的植物油型连接料，其主要缺点是相对分子质量小，所以制成的油墨在胶印印刷中容易乳化，从而带来一系列的弊病，使印刷不能顺利进行，印刷效果不好。而树脂型连接料几乎完全克服了这种缺陷，从而大大提高了印刷质量。醇酸树脂应用在浆状油墨中时，可以考虑为一种树脂增塑剂，由于它的粘附性和柔韧性较好，故也可调节油墨的干性及固着时间。在油型油墨中使用醇酸树脂时一般应考虑到它与颜料的反应性、与硬树脂的反应性以及它的成膜性能。高羟值、低粘度的醇酸树脂，对颜料具有非常好的润湿性能。异苯二甲酸醇酸树脂的润湿性则更为显著。以醇酸树脂与硬树脂制造的连接料配制油墨时，对选用的颜料应加注意，如果颜料能过度的吸收低分子量的连接料时，就要注意到连接料中硬树脂与醇酸树脂的平衡情况。一般浆状油墨中大多采用长油(65％)醇酸树脂。油性长者一般溶解性也比较好。因此，它在丝网(网孔)版油墨中也广有应用。这类树脂用在印铁油墨中时具有良好的颜色保留性，亮光好，粘附性优良。

    为了达到快干、亮光，磁性油墨中树脂含量要高，固着速度要快，以便于更多的连接料留在表面，并要求连接料有较好的抗水性及颜料的润湿性。

    3、填充料和附加料填充料在磁性油墨中可减少颜料用量、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。而磁性油墨中的附加料可以是颜料的附加部分，连接料的附加部分，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。

    对于不同的印刷方法，选用的磁性油墨就可能不同，但无论什么印刷方法，磁性油墨中的磁性颜料特性基本相同，而不同的主要是连接料。

    磁性印刷的应用目前，磁性印刷在很多领域得到应用，例如车票，月票、印花、银行存折、身份证等均可采用磁卡形式；价目表示卡上采用了磁性膜；资料登记表、支票上也