基于合成紙的不同涂布方案對噴墨印刷墨點(diǎn)質(zhì)量的影響

田 罡 陳蘊(yùn)智 朱 婷 劉津明

（天津科技大學(xué)，天津，300222）

基于合成紙的不同涂布方案對噴墨印刷墨點(diǎn)質(zhì)量的影響

田 罡 陳蘊(yùn)智 朱 婷 劉津明

（天津科技大學(xué)，天津，300222）

本文以合成紙為基材，分別以SMA、PVA、PVA/CaCO3作為底涂材料，上層涂以不同比例的PVA/SiO2，制成涂布噴墨打印紙，并對涂布后的合成紙噴墨打印墨點(diǎn)清晰度進(jìn)行評價(jià)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，CaCO3良好的吸墨性能，使各墨點(diǎn)色密度有較大幅度上升，且墨點(diǎn)圓度相對較好，隨著膠黏劑比例的增加，逐步達(dá)到膠顏比例最佳狀態(tài)。

合成紙 雙層涂布 墨點(diǎn)圓度 色密度

1 合成紙概述

合成紙，又稱化工薄膜紙、塑料紙、聚合物紙等。它是以高分子化合物取代植物纖維為主要原料，經(jīng)過“紙狀位”處理制成的在外觀上與普通植物纖維紙相似、在性能上比它更優(yōu)越的一種新型紙張。它作為新型環(huán)保塑料產(chǎn)品，具有塑料和紙張的特性[1]。合成紙的優(yōu)良性能決定其用途的廣泛性。目前，合成紙產(chǎn)品的世界銷售額每年以10%的速度遞增，合成紙部分取代纖維紙的步伐也在加快[2]。

但合成紙的塑料特性，決定其分子表面張力較低，不利于噴墨顏料的附著。為解決此問題，本文以合成紙為紙基，通過優(yōu)化涂料配方對合成紙進(jìn)行雙層涂布處理，改善其表面附著力，以使其在噴墨打印方面有較好的表現(xiàn)[3，4]。

2 實(shí)驗(yàn)材料與方法

2.1 實(shí)驗(yàn)材料

二氧化硅TYZ-507E：山西天一納米材料有限公司；

輕質(zhì)碳酸鈣：山西天一納米材料有限公司；

聚乙烯醇：醇解度88%、低黏度的PVA1788，山西三維化工有限公司；

六偏磷酸鈉：含量（以P2O5計(jì)）65%～70%，天津北方天醫(yī)化學(xué)試劑廠；

消泡劑：天津大宇造紙廠自制；

PP 合成紙。 定量：101.65g/m2；白度：78.49%；不透明度：67.061%；粗糙度：2.54um。

2.2 實(shí)驗(yàn)儀器

MJ-SM600型多用磨砂機(jī)：博山博機(jī)微特電機(jī)廠；

MJ-65型溫控調(diào)速控制器：天津市國科電子科技有限公司；

D-8401型多功能調(diào)速器：天津市華興科學(xué)儀器廠；

實(shí)驗(yàn)室刮刀涂布器：南京市輕工研究所；

NEG300實(shí)驗(yàn)室多用途壓光機(jī)：南京市輕工研究所；

電子天平：BL-320H；白度儀；分光光度計(jì)；不透明度儀；分光光度計(jì)；粗糙度儀：DC-BKP型電腦測控粗糙儀等。

2.3 實(shí)驗(yàn)方法

2.3.1 涂料的配制

（1）SMA+PVA/SiO2的雙層涂布

配制4%SMA溶液作為底涂材料。按PVA：SiO2不同膠顏比配制4份涂料 （膠顏比在15：100～30：100之間）作為上層涂料，因攪拌過程中會產(chǎn)生氣泡，需加入0.5%的消泡劑[5]。

（2）10%PVA+PVA/SiO2的雙層涂布

配制10%PVA溶液作為底涂材料。按PVA：SiO2不同膠顏比配制4份涂料 （膠顏比在15：100～30：100之間）作為上層涂料，加入消泡劑同上[5]。

（3）PVA：CaCO3+PVA：SiO2的雙層涂布

配制 PVA：CaCO3為 30：100的膠顏比底涂材料。按PVA：SiO2不同膠顏比配制4份涂料（膠顏比在 15：100～30：100之間）作為上層涂料，加入消泡劑同上[5，6]。PVA：SiO2的比例參數(shù)見表 1。

表1 膠粘劑不同用量的涂料配方

2.3.2 噴墨打印墨點(diǎn)與線條清晰度的檢測手段

墨點(diǎn)的清晰度：

印刷中的圖像是由一個(gè)個(gè)微小的墨點(diǎn)構(gòu)成的，因此印刷質(zhì)量的好壞也可以用墨點(diǎn)的質(zhì)量來評價(jià)。理想狀態(tài)下，打印墨點(diǎn)應(yīng)是完美的圓形，沒有毛邊、羽化、擴(kuò)散現(xiàn)象。經(jīng)過軟件處理，黑色像素所占面積越小說明墨點(diǎn)向紙張邊緣擴(kuò)散越小，其圓度越好[6]。

其分析方法是在Pixera Pro 600 ES Diractor TM顯微照片拍攝儀下，用放大40倍顯微鏡利用CCD數(shù)字相機(jī)拍攝印品中黃色背景上，直徑為0.7mm圓形黑色墨點(diǎn)。利用專業(yè)圖像分析軟件對印品顯微圖像進(jìn)行分析處理[7]。處理步驟為：

①將JPEG格式顯微照片在ImageTool 2.0軟件中打開；

②將RGB模式圖像轉(zhuǎn)換成灰度圖像，執(zhí)行命令“處理-Color-to-grayscale”；

③將灰度圖像進(jìn)行色域加強(qiáng)，執(zhí)行命令“處理-Interactive Histogram Stretch”；

④進(jìn)行 “背景去除”處理，執(zhí)行命令 “處理-Background-Background Subtraction”，選擇初始灰度圖為第一張圖片，色域加強(qiáng)后的圖片為第二張圖片，兩圖片灰度值相減，去除圖像背景；

⑤將圖像進(jìn)行閾值化處理，轉(zhuǎn)變?yōu)槎岛诎讏D像，執(zhí)行命令“處理-閾值-自動”；

⑥分析二值圖像中黑白像素所占百分比，執(zhí)行命令“分析-Count Black/White Pixels”。

3 不同涂布方案對合成紙張墨點(diǎn)清晰度影響

3.1 不同涂布方案對合成紙張墨點(diǎn)圓度的影響

3.1.1 4%SMA+PVA/SiO2的雙層涂布對墨點(diǎn)圓度的影響

經(jīng)SMA表面處理后的各樣張中C、M、Y、K四色墨點(diǎn)圓度見表2，其油墨擴(kuò)散與滲透效果見圖1。可以看出SMA覆蓋合成紙張表面后，續(xù)涂PVA/SiO2后墨水邊緣擴(kuò)散現(xiàn)象明顯，SMA導(dǎo)致墨滴在合成紙表面很難干燥，并容易呈大范圍流動性擴(kuò)散。影響了墨點(diǎn)的圓度。且由于SMA的固色效果不夠理想，導(dǎo)致噴墨墨點(diǎn)顏色較淺，其對合成紙表面油墨固著力能力稍弱。

表2 4%SMA+PVA/SiO2的雙層涂布樣張墨點(diǎn)圓度

圖1 4%SMA+PVA/SiO2的雙層涂布樣張墨點(diǎn)

3.1.2 10%PVA+PVA/SiO2的雙層涂布對墨點(diǎn)圓度的影響

經(jīng)PVA表面處理后合成張中 C、M、Y、K四色墨點(diǎn)圓度見下表3，可以看出各涂布紙樣的墨點(diǎn)均為非理想狀態(tài)，墨水在涂層表面有所擴(kuò)散。由此可見，二氧化硅顆粒運(yùn)用在合成紙上，較以SMA底涂方式，使涂布樣張總體墨點(diǎn)邊緣擴(kuò)散程度有所緩解。同時(shí)隨著二次涂布的膠顏比中PVA的比例逐步增多墨點(diǎn)邊緣擴(kuò)散現(xiàn)象呈下降趨勢。

表3 10%PVA+PVA/SiO2的雙層涂布的墨點(diǎn)圓度

圖2 10%PVA+PVA/SiO2的雙層涂布的墨點(diǎn)

3.1.3 PVA/CaCO3+PVA/SiO2的雙層涂布對墨點(diǎn)圓度的影響

由表4中可以看出C、M、Y、K四色墨點(diǎn)在各樣張中的墨點(diǎn)圓度。各墨點(diǎn)呈現(xiàn)理想的圓形。圓形的邊緣存在微小的擴(kuò)散，主要由于底層涂布的碳酸鈣涂層在壓光過程中產(chǎn)生微小裂紋。但膠黏劑用量的增加，裂紋現(xiàn)象有所緩解。

表4 PVA/CaCO3+PVA/SiO2的雙層涂布的墨點(diǎn)圓度

圖3 PVA/CaCO3+PVA/SiO2的雙層涂布的墨點(diǎn)16

3.2 不同涂布方案對合成紙墨點(diǎn)色密度的影響

3.2.1 4%SMA+PVA/SiO2的雙層涂布對墨點(diǎn)色密度的影響

墨點(diǎn)色密度主要受涂層油墨吸收性的影響。油墨的厚薄程度、顏色的深淺將影響色密度的數(shù)值高低。密度值越高，噴墨打印圖像色澤越鮮艷，在保證其他指標(biāo)適宜的條件下，高墨色密度可提供更好的圖像效果。

經(jīng)SMA表面處理，不同膠顏比例下，各涂布紙樣的色密度如圖4所示，各色塊的實(shí)地密度相對其他涂布方案，數(shù)值偏低。這是由于SMA對合成紙張表面墨點(diǎn)固色效果不佳，導(dǎo)致墨滴在合成紙表面很難干燥，并容易呈大范圍流動性擴(kuò)散。但隨膠黏劑用量的增加，膠黏劑PVA的對油墨吸收性產(chǎn)生積極作用，使得紙樣再現(xiàn)的色密度呈上升趨勢。

圖4 4%SMA+PVA/SiO2的雙層涂布樣張墨點(diǎn)色密度

3.1.2 10%PVA+PVA/SiO2的雙層涂布對墨點(diǎn)色密度的影響

經(jīng)10%PVA表面處理，在不同膠顏比例下，各涂布紙樣的色密度如圖5所示，可知二氧化硅顆粒，較SMA使合成紙張墨點(diǎn)色密度有所增加。同時(shí)隨著二次涂布的膠顏比中PVA比例逐步增多，色密度呈上升趨勢。

圖5 10%PVA+PVA/SiO2的雙層涂布的墨點(diǎn)色密度

3.1.3 PVA：CaCO3+PVA：SiO2的雙層涂布對墨點(diǎn)色密度的影響

底涂比例為30：100PVA與CaCO3，表層以不同膠顏比的PVA:SiO2做上層涂料，墨點(diǎn)色密度值如圖6所示，可以看出各涂布合成紙張色塊密度值，較其他涂布方案有所增加，CaCO3涂料顯現(xiàn)出良好的吸墨性能，且隨著膠料比例的增加，密度值呈現(xiàn)上升趨勢。

圖6 PVA/CaCO3+PVA/SiO2的雙層涂布的墨點(diǎn)色密度

如表5所示，為不同涂布方案CMYK的四色墨點(diǎn)色密度，可以看出，4%SMA+PVA：SiO2的涂布方案中，色密度值較低，SMA在合成紙張表面的干燥速度慢，形成的墨點(diǎn)向四周擴(kuò)散現(xiàn)象嚴(yán)重影響了其墨色固著。而PVA：CaCO3+PVA：SiO2的雙層涂布配色方案，色密度有良好表現(xiàn)，體現(xiàn)了CaCO3良好的固色性能。

表5 不同涂布方案墨點(diǎn)色密度

3 結(jié)論

由于合成紙表面致密，噴墨打印墨水很難在其表面形成質(zhì)量高的圖像。通過SMA、PVA PVA：Ca-CO3的三種表面涂布處理過程，再以不同膠顏比進(jìn)行二次涂布，我們可得出以下結(jié)論：墨點(diǎn)圓度方面，4%SMA+PVA：SiO2的雙層涂布，墨水在涂層表面很難干燥，并容易呈大范圍流動性擴(kuò)散趨勢，造成墨點(diǎn)色密度較低，墨點(diǎn)圓度處于非理想狀態(tài)；10%PVA+PVA：SiO2的雙層涂布紙張墨點(diǎn)邊緣向紙張內(nèi)部擴(kuò)散程度降低，墨點(diǎn)密度值有所提高；PVA：CaCO3+PVA：SiO2的雙層涂布，由于CaCO3良好的吸墨性能，使各墨點(diǎn)色密度有較大幅度上升，且墨點(diǎn)圓度相對較好，隨著膠黏劑比例的增加，逐步達(dá)到膠顏比例最佳狀態(tài)。

[1]陸趙情，張美云，牟國永.合成紙的現(xiàn)狀及其生產(chǎn)技術(shù).紙和造紙.2004（3）：60-63.

[2]王素霞.合成紙的發(fā)展與未來.上海造紙.2005（4）：27-30.

[3]鄭咸雅.合成紙具有無限潛力.廣東印刷.2003（5）：71.

[4]洪星.合成紙的主要技術(shù)特點(diǎn).塑料包裝.2006（16）：13-16.

[5]陳蘊(yùn)智，涂布彩色噴墨打印涂層技術(shù)[J].中國印刷與包裝研究，2010年第一期.

[6]Erik Svanholm.Printability and Ink-Coating Interactions in Inkjet Printing [J].Karlstad University Studies，2007（2）：31-33.

[7]Tomi Kimpim ki.A new surface sizing concept-A significant decrease in porosity liquid penetration and surface roughness[J].Paper Technology，July 2005：23-35.

2011－7－18

自動控制