高速喷墨印刷——下一代平板印刷新技术？

高速喷墨印刷
——下一代平板印刷新技术？

新型改性碳酸钙（MCC）涂布颜料正在逐步推动纸厂为飞速发展的印刷工业开发创新性与经济性兼具的纸品。这种新颜料的优点表现在：（1）性价比高；（2）固含量高；（3）流变性能优良；（4）涂布设备运行性能好（计量施胶压榨涂布、刮刀涂布和帘式涂布等涂布设备）；（5）配方简单；（6）胶粘剂用量低；（7）能够提高纸张表面性能；（8）用染料或颜料型墨水印刷时具有良好的黑白或彩色印刷质量。

随着当今的市场营销商需要越来越多相关的、多变的和个性化的市场信息，现代工业喷墨印刷技术已经成为满足这种日益增长需求的主要竞争手段。一些业内专家预测，未来10 a喷墨印刷纸种将会迎来爆发式增长，而且会继续抢占平板印刷市场越来越多的份额。一些人甚至预测，喷墨印刷会在未来10 a内将达到与传统平板印刷同样的规模。

但是直到最近，喷墨印刷仍然被视为SOHO台式打印机的一个小众市场，其正在使用的纸张已经被认为是足够好了。造纸行业现在已经认识到，高速喷墨印刷是一个巨大的商业机遇，因为这些纸的需求开始增长。随着纸张涂料配方的变化，尤其是涂布胶粘剂用量与传统平板印刷相比也大幅度降低——新的利润点便建立起来了。由于运行速度更快、电子校对、版面控制等操作简单而且运营成本低，喷墨印刷已经证明其在正面临着竞争和挑战的印刷行业里是有利可图的。结果，新媒介营销商和印刷厂正在积极寻找更好的载体以满足这些需求。

应用于计量施胶压榨涂布、刮刀涂布和帘式涂布的高固含量新型MCC颜料正处于喷墨颜料开发的最前沿。计量施胶压榨涂布、刮刀涂布和帘式涂布的发展都聚焦在既能提供优良的涂布机运行性能、又易于操作且涂料配方简单高效、同时又能满足终端产品性能和打印要求的这样一种颜料上。

与目前的加工纸或颜料涂布纸相比，新型MCC颜料可改善全彩色印刷过程的印刷适性并显著提高运行性能。这主要是由于固含量高达50%～60%的涂料有效消除了通常状况下低固含量而高体积的涂料所带来的运行性能干扰。这种理念为进一步提高传统的商业票据印刷提供了机会，同时也为降低全色账单广告的印刷成本指明了新方向。

1 喷墨印刷需求

欧米亚公司已经在它的欧米亚jet®5000产品线上使用新型MCC颜料。事实证明其能迅速吸收相对大量的油墨溶剂（主要是水），同时将染料或使油墨颜料固着在纸张表面或附近，以避免墨水渗出和油墨速干，同时产生最大的印刷密度。

为了实现固定阴离子染料目的，造纸厂通常对原纸表面进行阳离子化处理。但是，由于印刷技术已经朝全色印刷方向发展，这种经阳离子化处理喷墨纸的图像质量已经不能适应账单和直邮广告市场等高价值市场营销信息的需要了。因此，新型涂布纸开发的需求正在日益显现。

用于新型涂布纸开发的新型MCC涂布颜料除了能够增加渗透性以使小孔隙处于张开状态，同时也能提供大量微小孔隙从而使得毛细管吸收作用达到最大化。传统的涂布颜料通常会形成一层致密的涂层，以至于缺少必要的毛细管作用和渗透性能。另一方面，常见的高比表面积喷墨颜料，如二氧化硅或者特种沉淀碳酸钙等，则表现出极高的毛细管作用和极大的渗透性。

欧米亚jet MCC系列产品旨在控制上述2种极端情况，并结合这2种情况各自的优点以满足未来高速、高彩色质量喷墨印刷条件下原纸的技术要求。

MCC用于喷墨打印纸的涂料配方中，其可在涂料中创建纳米级孔隙结构，使毛细管吸收作用得到优化，同时依靠最佳的粒度分布以提高渗透性能。

图1和图2显示了3种颜料形成的颜料粒子的孔隙结构。

图1 颜料的孔隙度

图2 颜料的孔径分布（汞压法）

欧米亚jet®5000新型MCC颜料不仅是为液体吸收、也是为提高流变性能而量身开发的。传统意义上，具有高比表面积的喷墨颜料常常会导致涂料流变性能变低和胶粘剂需求量增加。这主要是由于颜料自身固含量较低和改性程度较高。由于它们的高固含量和优良的保水性能，这些颜料可以很容易应用于所有典型的涂布设备（计量施胶压榨涂布、刮刀涂布和帘式涂布）。而且，胶粘剂用量可以降低至涂布胶版纸水平之下，这也可带来可观的经济效益。

表1总结了上述3种涂料的配方和特性。

表1 含有3种颜料的涂料配方组成

表1中的“耐磨性”可以反映涂料的表面强度。耐磨性在0.5以下则表示涂料具有较好的表面强度。由表1可以看出，即便是有高的胶粘剂用量（11份），高比表面积的PCC产品也缺乏表面强度，而欧米亚jet®5000新型MCC只用3份胶粘剂便显示出了较高的表面强度。应用试验表明，所有常用的天然胶粘剂（聚乙烯醇，淀粉）和合成胶粘剂（聚醋酸乙烯乳胶等）都可以和欧米亚jet®5000新型MCC同时使用。

如果表面是采用阴离子型染料油墨进行印刷，那么阳离子添加剂是涂料的一个非常重要的功能部分。新型HS喷墨机通常就是采用阴离子型染料油墨。因此，在进行染料固着时便使用了阳离子聚合物添加到涂料配方中。欧米亚 jet®5000新型MCC颜料可以在阳离子或阴离子条件下进行分散，尽管如此，涂料里在阴离子分散颜料和阳离子添加剂共同存在的情况下也并不需要任何特殊设备，使用涂料车间常用的混合器就可以避免黏度峰值，如图3所示。

图3 阳离子添加剂用量与黏度的关系

黏度增加是正电荷和负电荷部分絮凝的结果。在使用一定剂量的阳离子聚合物后，系统达到正电荷稳定态，同时黏度下降到原有水平附近。在这项应用研究中，使用了高泰公司新开发的一种阳离子聚合物（TOP-SPERSE®67 K）。该聚合物推荐用量为5份（相对于绝干颜料），从而确保平稳的运行性能和最佳的图像质量。

2 商业试用

在一台奥西JetStream 100型商业HS喷墨印刷试验机上进行了欧米亚jet®5000新型MCC的应用试验，意在将欧米亚jet®5000新型MCC的优点形象地表现出来。试验中所用纸张为直接从市场取用的一种高改性二氧化硅涂布喷墨纸以及采用刮刀涂布设备专门生产的胶版印刷纸和欧米亚 jet® 5000涂布纸。涂料配方如表1所示，每面涂布量为10 g/m2。

图4显示了胶版纸、二氧化硅涂布喷墨纸和欧米亚jet®5000涂布纸打印质量的图像。

图4 图像的打印质量

从打印出来的图像效果可以清晰地看出胶版纸的印刷性能最差。这是由于所用涂料缺乏最佳的孔隙结构和阳离子染料固色剂，从而导致了吸墨不均和光密度差。高改性二氧化硅涂布喷墨纸和欧米亚jet®5000涂布纸则显示了较佳的打印质量，但二者之间差别微小。然而，通过图5所示的纸张检测结果可以看出，这2种纸在性能上差异还是较大的。

图5 所测试样品的纸张和印刷性能

3 结束语

如前所述，与传统的喷墨颜料（二氧化硅，高比表面积PCC）相比，欧米亚jet®5000新型MCC采用了明显不同的改性技术。它不仅在应用上具有优势，而且在提高纸张性能方面也有着非常明显的优点。

总之，目前的涂布喷墨打印纸似乎是为高速喷墨印刷新技术和新工艺的发展所进行的超前设计。因此，通过应用MCC这一全新开发的颜料，纸厂不但可以节约生产成本，而且能够提高涂布运行速度并获得颜色质量更好的纸张。

（王亮 编译）