不同颜料配比对喷墨打印纸性能的影响

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1、第 2 O卷 第 6期 2 0 0 8年 1 2月 造 纸 化 学 品 P A P ER C HE MI C AL S V0 1 2 O No 6 De c 2 o 0 8 不 同颜料 配 比对 喷墨打印纸性能的影响 研究表明， 气相二氧化硅( f u m e d s i l i c a ， F S ) 颜料在印刷中有很好的光泽， 但是在涂层收缩时会 产生裂纹。由于它的价格很 高， 而且在 高固含量(3 0 ) 下不能使 用， 限制 了它的应 用。通过添 加 常规颜料提 高固含量后 ， 可以降低在干燥时的收缩量 ， 减 少了涂层的裂纹， 最终改善 了涂层的光 泽度。 在本研究中， 通过添加不同

2、粒 子大小 的颜料 可 以增加气相二氧化硅颜料的固含量 。实验中气相二 氧化硅是主要颜料 ， 还加入 了沉淀碳酸钙 ( P C C) 和 超微细重质碳酸钙 ( U F G C C) 。气相二 氧化硅 与其 他 颜 料 的 质 量 比是 ： 1 0 0 ：0 ， 9 0 ：1 0 ， 8 0 ：2 0， 7 0： 3 0， 6 0： 4 0， 5 0： 5 0和 0： 1 0 0 。这种配 比可 以 获得高的光泽度和好的打印性能。用刮棒进行单面 涂布， 涂布量为 1 0 g m 。比较 了光学亮度 、 打印性 能、 印刷密度和印刷光泽 。研究表明， 混合颜料有和 单一颜料同样好的光学性质和打印性

3、能。 1 实验 1 1 主要 原料 1 1 1 颜 料 所 使 用 的 颜 料 有 3种 ： 二 氧 化 硅 、 P C C 和 U F G C C， 性质见表 1 。 表 1 3种颜料的性能 用于打印用的墨水主要是水溶性 的。墨水包含 有 9 0 的水。因此纸张应该快速地吸收水 ， 避免毛 细管作用和保持好的图像边缘清晰度。高吸收性和 多孑 L 性结构特性 的二氧化硅颜料可 以快速吸收水 ， 将纸对墨水的不适当吸收降低到最小 ， 可 以快速吸 收媒介和固色的作用， 保持好的图像边缘清晰度、 颜 色平衡和饱和度。 1 1 2聚 乙烯醇 在涂料配比中用的胶粘剂是部分水解和低黏度 的聚乙烯醇 (

4、P V A) 。这种 P V A是通过减小颜料和 P V A之间的相互作用来提高涂料 固含量 。P V A 的 水解度越高， 与二氧化硅颜料 的相互作用越强 ， 因此 限制 了涂料固含量。 1 2实验过程 本研究 内容主要包括 2部分 ： ( 1 )研究涂层的 比沉降容积 ( r e l a t i v e s e d i m e n t v o l u m e ， R S V) ； ( 2 )涂 层 的研究 ， 压光后光学性能、 打印性能的研究。 在搅拌和加热 的情况下 ， 将 P V A溶解在水 中， 固含量 控制 在 3 0 ， 大 约加 热 2 O一3 0 mi n ， 确保 P V

5、A完全溶解 ， 并加入消泡剂 。溶液固含量用 C E M 9 0 0 0微波湿度仪测量 。将 P V A溶液冷却 到 2 2 后， 在低速搅拌下再加入混合颜料。混合 2 0 3 0 m i n 后， 测量 p H和黏度 。涂料中颜料和胶粘剂的 比例为 7： 1 ， 这是因为 P C C和 U F G C C颜料不需太 多的胶粘剂。 涂料黏度用 R V T数显 黏度计测量。2 5 m L的 涂料在 2 5 0 0 0 r mi n转速的离心机下大约离心 1 5 h ， 在 3 0 的 固含量 下测 量 R S V。计 算 R S V 的公 式是 ： 水的质量 1 0 0 = 水的体积 = 水的质

6、量 水的密度 + 颜料的质量 颜料的密度 1 0 0一水的体积 =颜料 的体积 颜料 的体积 =总的涂料体积 颜料体积 1 0 0 R S V= 用离心机分离的水 颜料的体积 涂料用不同的刮棒将其应用在未涂布原纸上。 选择的刮棒可以使涂布量达到 1 0 g m 。纸样在空 气 中干燥到可以接触的程度。用压力冲孔机将试样 切成 5 英寸直径 的圆。然后测量涂布量， 干燥后在 C E M微波数湿分析仪测量涂布和未涂布纸 的涂布 量。然后将样品放于恒温恒湿房 间中， 平衡后测量 光学性能和物理性能 。 纸张白度是按照 T A P P I 标准用 白度仪测量 ； 光 泽度是用7 5 。 光泽度仪按照

7、T A P P I 标准测量； 纸页 表面粗糙度和渗透性是用粗糙度仪测量。 试样用佳能 S 4 5 0喷墨打印机打印， 然后测量 打印图像 ， 测量纸样 打印密度和打印光泽度。打 印 -4 8- 造 纸 化 学 品 第 2 0卷 光泽度用 6 0 。 微光泽度仪测量 ， 打印密度用 B Y K显 像密度计测量。 2 结果与讨论 2 1 不同颜料配比与 R S V的关系 图1 是每个涂层的R S V， 其中， 涂布量1 0 g m ， 纸样 经 过压光 ， m( 颜料 )：m( 胶粘 剂 )：7：1 ， 下同。 3 3 2 2 1 1 O 颜料 配比 图 l 不同颜料配比的比沉降容积 由图 1中

8、的曲线可知 ， F S和 U F G C C组成的涂 层的 R S V随着 U F G C C颜料的增加而降低。 在 F S和 P C C组 成 的涂料 中， R S V在 加 入 W ( P C C)=3 0 以前变化不大。这是 因为 P C C矿物 粒子没有改变 F S内部的葡萄串状空隙体积形状。 7 0 质量分数的 F S和 3 0 质量分数 的 P C C组成的 涂层 的吸收率 与全部是 F S涂 料 的相 同。加入 W ( P C C)= 4 0 后， R S V减小 ， 因为 P C C粒子填充到 了 F s空隙内部。在 F S和 U F G C C组成 的涂料 中， R S V数

9、值从 1 0 质量分数的 U F G C C加人量开始降 低。从数据知 ， U F G C C的菱形粒子会降低 F s的内 部空隙体积。 2 2不同颜料配比与涂层亮度的关系 图 2显示了亮度与 P C C和 U F G C C颜料配比的 关系 。 酿 颜料配 比 图 2 亮度 与 P C C和 U F G C C颜料 配比的 关 系 由图 2可知， 随着 P C C和 U F G C C添加量 的增 加 ， 亮度也在增加 。 F S和 P C C组成的涂层亮度 比 F S和 U F G C C组 成 的要高。亮度受光散射和吸收量影响。而散射是 受颜料的表面和空气 与颜料界面接触的大小决定 ，

10、F s和 P C C组成 的涂层有更大 的空隙结构 ， 因此更 容易散射。 2 3 不同颜料配比与涂层光泽度和粗糙度的关系 图 3和图 4是 2种颜料不同配比组成的涂料与 光泽度和粗糙度 ( P P S平滑度) 的关系。 她 颜料配比 图 3 光泽度与 P C C和 U F G C C颜料配比的关系 三 越 窭 1； L _ 颜料配比 图 4 粗糙 度 与 P C C和 U F G C C颜 料 配比 的关 系 从图 3和图 4可知， 添加量少于 3 0 质量分数 的 P C C颜料由于增加了折射率和平滑度使得光泽 度增加 ， 当用量增加到 4 0 以后， 光泽度降低。这 说明， 虽然添加 P

11、 C C颜料可以使得折射系数增加， 但由于 F s和 P C C的包覆作用使得表面粗糙度和微 观粗糙度增加。F S和 U F G C C涂层中， 在 U F G C C用 量少于 3 0 的时候 ， 光泽度是 降低 的， 经过这个点 后 ， 光泽度改变。 2 4 不同颜料配比与涂层渗透性对打印密度的关系 图5和图 6是不同颜料配比的涂层的渗透性对 打印密度的影响 ， 图中 c表示青 色， M表示红色， Y 表示黄色， K表示黑色。 第 6期 不同颜料配比对喷墨打印纸性能的影响 4 9 8 2 2 4 7 5 3 5 7 2 5 6 6 9 5 8 5 8 6 9 4 6 9 8 3 7 8 7

12、 渗透 性 ( mL rai n ) 图 5 打印密度与 F S和 P C C组成的涂层渗 透 性 的 关 系 髑 岳 8 2 2 4 7 64 5 7 l 3 5 6 7 3 4 5 3 5 9 4 5 6 7 2 8 9 7 渗透 l ( mL min ) 图 6 打印密度与 F S和 U F G C C组成的涂层渗 透性 的 关 系 涂层有很大的开空结构( 高的渗透性) ， 会快速 的吸收墨水， 使得墨水颜料或染料留着在表面上。 因为喷墨墨水带有负 电荷 ， 因此涂层应该带正 电荷 使得墨水染料或颜料留着在 表面。但 添加 P C C和 U F G C C使得实验中涂料的阳电荷数量降低。

13、 2 5 不同颜料配比与打印光泽度和纸页光泽度的关系 图 7是打 印光泽度 ( 6 0 。 ) 和纸页光泽度 ( 7 5 。 ) 的关系。 越 楚 岳 纸页光泽度 图7 F S和 P C C组成涂料 的涂布纸光泽度 和打 印光 泽度 的 关 系 打印光泽 度 随着纸 页光 泽度 的降低 而 降低 。 不同于胶印过程 ， 底层表面积 的增加 ， 墨水光泽度 由于墨水涂层 的收缩作用而降低。在打印过程 中， F s大 的表 面能没有 引起墨水涂层 的收缩 。涂 层高的表面能由于墨水的快速吸收有助于墨水染 料 的固着 。 图 8是 渗 透 性 和 打 印 光 泽 度 ( 6 0 。 )之 间 的 关

14、系。 跫 岳 8 2 2 4 7 5 3 5 7 2 5 6 6 9 5 8 5 8 6 9 46 98 37 8 7 渗透性 ( m L m i n ) 图 8 F S和 U F G C C为涂料 的涂布纸的渗透 性 和打 印光 泽度 的 关 系 渗透性并没有影响到打印光泽度。在传统的涂 布打印纸中， 涂层的气孔结构能够改变打印光泽度。 在本研究 中， 打印光泽度受纸 页光泽度的影 响要 比 渗透性大。 3 结论 研究 表 明 ， 亮 度 受 颜 料 类 型 及 F S 、 P C C 和 U F G C C配 比的影 响。随着 P C C和 U F G C C添加量 的增加 ， 亮度也在增

15、 加。F s和 P C C组成 的涂层亮 度要 比 F s和 U F G C C组成的要高。 当 P C C的添加量大 于 3 O 时 ， 光泽度是 改变 的。结果表 明 ， 尽管 添加 P C C可 以使 得涂层 的折 光系数 增 加 ， 但 由于 改变 了 F S和 P C C包 覆 的次 序 ， 使得粗糙度和微 观粗糙度 也在增加。在 F s和 U F G C C组成 的涂料中 ， U F GC C的添加量少 于 3 0 时 ， 光泽度是 降f 氐的 ， 超过 这个 量后 ， 光泽 度是 会 、改变的。 添加 P C C和 U F G C C使得打印密度降低 ， 但影 响不是很大。渗透性对打印光泽度不影响。在传统 的涂布打印纸中 ， 涂层 的气孑 L 结构能够影 响到打印 光泽度。在本研究 中， 打印光泽度受纸页光泽度 的 影响要 比渗透性大。 ( 滕铭辉赵传山 编译)