基于合成纸的不同涂布方案对喷墨印刷墨点质量的影响

田 罡 陈蕴智 朱 婷 刘津明

（天津科技大学，天津，300222）

基于合成纸的不同涂布方案对喷墨印刷墨点质量的影响

田 罡 陈蕴智 朱 婷 刘津明

（天津科技大学，天津，300222）

本文以合成纸为基材，分别以SMA、PVA、PVA/CaCO3作为底涂材料，上层涂以不同比例的PVA/SiO2，制成涂布喷墨打印纸，并对涂布后的合成纸喷墨打印墨点清晰度进行评价。实验结果表明，CaCO3良好的吸墨性能，使各墨点色密度有较大幅度上升，且墨点圆度相对较好，随着胶黏剂比例的增加，逐步达到胶颜比例最佳状态。

合成纸 双层涂布 墨点圆度 色密度

1 合成纸概述

合成纸，又称化工薄膜纸、塑料纸、聚合物纸等。它是以高分子化合物取代植物纤维为主要原料，经过“纸状位”处理制成的在外观上与普通植物纤维纸相似、在性能上比它更优越的一种新型纸张。它作为新型环保塑料产品，具有塑料和纸张的特性[1]。合成纸的优良性能决定其用途的广泛性。目前，合成纸产品的世界销售额每年以10%的速度递增，合成纸部分取代纤维纸的步伐也在加快[2]。

但合成纸的塑料特性，决定其分子表面张力较低，不利于喷墨颜料的附着。为解决此问题，本文以合成纸为纸基，通过优化涂料配方对合成纸进行双层涂布处理，改善其表面附着力，以使其在喷墨打印方面有较好的表现[3，4]。

2 实验材料与方法

2.1 实验材料

二氧化硅TYZ-507E：山西天一纳米材料有限公司；

轻质碳酸钙：山西天一纳米材料有限公司；

聚乙烯醇：醇解度88%、低黏度的PVA1788，山西三维化工有限公司；

六偏磷酸钠：含量（以P2O5计）65%～70%，天津北方天医化学试剂厂；

消泡剂：天津大宇造纸厂自制；

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

2.2 实验仪器

MJ-SM600型多用磨砂机：博山博机微特电机厂；

MJ-65型温控调速控制器：天津市国科电子科技有限公司；

D-8401型多功能调速器：天津市华兴科学仪器厂；

实验室刮刀涂布器：南京市轻工研究所；

NEG300实验室多用途压光机：南京市轻工研究所；

电子天平：BL-320H；白度仪；分光光度计；不透明度仪；分光光度计；粗糙度仪：DC-BKP型电脑测控粗糙仪等。

2.3 实验方法

2.3.1 涂料的配制

（1）SMA+PVA/SiO2的双层涂布

配制4%SMA溶液作为底涂材料。按PVA：SiO2不同胶颜比配制4份涂料 （胶颜比在15：100～30：100之间）作为上层涂料，因搅拌过程中会产生气泡，需加入0.5%的消泡剂[5]。

（2）10%PVA+PVA/SiO2的双层涂布

配制10%PVA溶液作为底涂材料。按PVA：SiO2不同胶颜比配制4份涂料 （胶颜比在15：100～30：100之间）作为上层涂料，加入消泡剂同上[5]。

（3）PVA：CaCO3+PVA：SiO2的双层涂布

配制 PVA：CaCO3为 30：100的胶颜比底涂材料。按PVA：SiO2不同胶颜比配制4份涂料（胶颜比在 15：100～30：100之间）作为上层涂料，加入消泡剂同上[5，6]。PVA：SiO2的比例参数见表 1。

表1 胶粘剂不同用量的涂料配方

2.3.2 喷墨打印墨点与线条清晰度的检测手段

墨点的清晰度：

印刷中的图像是由一个个微小的墨点构成的，因此印刷质量的好坏也可以用墨点的质量来评价。理想状态下，打印墨点应是完美的圆形，没有毛边、羽化、扩散现象。经过软件处理，黑色像素所占面积越小说明墨点向纸张边缘扩散越小，其圆度越好[6]。

其分析方法是在Pixera Pro 600 ES Diractor TM显微照片拍摄仪下，用放大40倍显微镜利用CCD数字相机拍摄印品中黄色背景上，直径为0.7mm圆形黑色墨点。利用专业图像分析软件对印品显微图像进行分析处理[7]。处理步骤为：

①将JPEG格式显微照片在ImageTool 2.0软件中打开；

②将RGB模式图像转换成灰度图像，执行命令“处理-Color-to-grayscale”；

③将灰度图像进行色域加强，执行命令“处理-Interactive Histogram Stretch”；

④进行 “背景去除”处理，执行命令 “处理-Background-Background Subtraction”，选择初始灰度图为第一张图片，色域加强后的图片为第二张图片，两图片灰度值相减，去除图像背景；

⑤将图像进行阈值化处理，转变为二值黑白图像，执行命令“处理-阈值-自动”；

⑥分析二值图像中黑白像素所占百分比，执行命令“分析-Count Black/White Pixels”。

3 不同涂布方案对合成纸张墨点清晰度影响

3.1 不同涂布方案对合成纸张墨点圆度的影响

3.1.1 4%SMA+PVA/SiO2的双层涂布对墨点圆度的影响

经SMA表面处理后的各样张中C、M、Y、K四色墨点圆度见表2，其油墨扩散与渗透效果见图1。可以看出SMA覆盖合成纸张表面后，续涂PVA/SiO2后墨水边缘扩散现象明显，SMA导致墨滴在合成纸表面很难干燥，并容易呈大范围流动性扩散。影响了墨点的圆度。且由于SMA的固色效果不够理想，导致喷墨墨点颜色较浅，其对合成纸表面油墨固着力能力稍弱。

表2 4%SMA+PVA/SiO2的双层涂布样张墨点圆度

图1 4%SMA+PVA/SiO2的双层涂布样张墨点

3.1.2 10%PVA+PVA/SiO2的双层涂布对墨点圆度的影响

经PVA表面处理后合成张中 C、M、Y、K四色墨点圆度见下表3，可以看出各涂布纸样的墨点均为非理想状态，墨水在涂层表面有所扩散。由此可见，二氧化硅颗粒运用在合成纸上，较以SMA底涂方式，使涂布样张总体墨点边缘扩散程度有所缓解。同时随着二次涂布的胶颜比中PVA的比例逐步增多墨点边缘扩散现象呈下降趋势。

表3 10%PVA+PVA/SiO2的双层涂布的墨点圆度

图2 10%PVA+PVA/SiO2的双层涂布的墨点

3.1.3 PVA/CaCO3+PVA/SiO2的双层涂布对墨点圆度的影响

由表4中可以看出C、M、Y、K四色墨点在各样张中的墨点圆度。各墨点呈现理想的圆形。圆形的边缘存在微小的扩散，主要由于底层涂布的碳酸钙涂层在压光过程中产生微小裂纹。但胶黏剂用量的增加，裂纹现象有所缓解。

表4 PVA/CaCO3+PVA/SiO2的双层涂布的墨点圆度

图3 PVA/CaCO3+PVA/SiO2的双层涂布的墨点16

3.2 不同涂布方案对合成纸墨点色密度的影响

3.2.1 4%SMA+PVA/SiO2的双层涂布对墨点色密度的影响

墨点色密度主要受涂层油墨吸收性的影响。油墨的厚薄程度、颜色的深浅将影响色密度的数值高低。密度值越高，喷墨打印图像色泽越鲜艳，在保证其他指标适宜的条件下，高墨色密度可提供更好的图像效果。

经SMA表面处理，不同胶颜比例下，各涂布纸样的色密度如图4所示，各色块的实地密度相对其他涂布方案，数值偏低。这是由于SMA对合成纸张表面墨点固色效果不佳，导致墨滴在合成纸表面很难干燥，并容易呈大范围流动性扩散。但随胶黏剂用量的增加，胶黏剂PVA的对油墨吸收性产生积极作用，使得纸样再现的色密度呈上升趋势。

图4 4%SMA+PVA/SiO2的双层涂布样张墨点色密度

3.1.2 10%PVA+PVA/SiO2的双层涂布对墨点色密度的影响

经10%PVA表面处理，在不同胶颜比例下，各涂布纸样的色密度如图5所示，可知二氧化硅颗粒，较SMA使合成纸张墨点色密度有所增加。同时随着二次涂布的胶颜比中PVA比例逐步增多，色密度呈上升趋势。

图5 10%PVA+PVA/SiO2的双层涂布的墨点色密度

3.1.3 PVA：CaCO3+PVA：SiO2的双层涂布对墨点色密度的影响

底涂比例为30：100PVA与CaCO3，表层以不同胶颜比的PVA:SiO2做上层涂料，墨点色密度值如图6所示，可以看出各涂布合成纸张色块密度值，较其他涂布方案有所增加，CaCO3涂料显现出良好的吸墨性能，且随着胶料比例的增加，密度值呈现上升趋势。

图6 PVA/CaCO3+PVA/SiO2的双层涂布的墨点色密度

如表5所示，为不同涂布方案CMYK的四色墨点色密度，可以看出，4%SMA+PVA：SiO2的涂布方案中，色密度值较低，SMA在合成纸张表面的干燥速度慢，形成的墨点向四周扩散现象严重影响了其墨色固着。而PVA：CaCO3+PVA：SiO2的双层涂布配色方案，色密度有良好表现，体现了CaCO3良好的固色性能。

表5 不同涂布方案墨点色密度

3 结论

由于合成纸表面致密，喷墨打印墨水很难在其表面形成质量高的图像。通过SMA、PVA PVA：Ca-CO3的三种表面涂布处理过程，再以不同胶颜比进行二次涂布，我们可得出以下结论：墨点圆度方面，4%SMA+PVA：SiO2的双层涂布，墨水在涂层表面很难干燥，并容易呈大范围流动性扩散趋势，造成墨点色密度较低，墨点圆度处于非理想状态；10%PVA+PVA：SiO2的双层涂布纸张墨点边缘向纸张内部扩散程度降低，墨点密度值有所提高；PVA：CaCO3+PVA：SiO2的双层涂布，由于CaCO3良好的吸墨性能，使各墨点色密度有较大幅度上升，且墨点圆度相对较好，随着胶黏剂比例的增加，逐步达到胶颜比例最佳状态。

[1]陆赵情，张美云，牟国永.合成纸的现状及其生产技术.纸和造纸.2004（3）：60-63.

[2]王素霞.合成纸的发展与未来.上海造纸.2005（4）：27-30.

[3]郑咸雅.合成纸具有无限潜力.广东印刷.2003（5）：71.

[4]洪星.合成纸的主要技术特点.塑料包装.2006（16）：13-16.

[5]陈蕴智，涂布彩色喷墨打印涂层技术[J].中国印刷与包装研究，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

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