石头纸相关性能研究

张 琳， 张美云， 吴养育， 段华伟

(1.陕西科技大学 轻工与能源学院 陕西省造纸技术及特种纸品开发重点实验室， 陕西 西安 710021; 2.广东壮丽彩印股份有限公司， 广东 汕头 515064)

0 引言

纸张作为印刷复制中最为重要的一种传统承印材料，其主要构成成分为纤维[1].随着人们越来越多地致力于研究开发绿色材料，石头纸作为一种新型环保合成纸在国内外逐渐受到了重视和发展[2].石头纸不同于传统纸张，是将石头的主要成分“碳酸钙”研磨成超细微粒后吹塑成纸.目前，市场上已经投产并推广使用石头纸，其在新闻出版领域、文化用纸、地图、墙纸等方面已得到了较好的应用[2-8].

本文研究了石头纸的相关性能和印刷适性，并进行了各方面应用的对比，为石头纸的应用提供理论和实验依据，有利于石头纸今后的推广.

1 实验部分

1.1 石头纸

本实验研究的石头纸分别取自于江西蔡氏(97 g/m2)、安徽天象(171 g/m2)、福建美伦达(130 g/m2)等三家石头纸生产企业.其中，安徽天象石头纸采用吹膜法生产工艺； 江西蔡氏、福建美伦达石头纸均采用压流延法生产工艺.

纸张测试条250×80 mm.

1.2 实验仪器及其他材料

C1-7型IGT印刷适性仪、X-Rite528型分光密度计、GM光泽度测试仪、电脑测控平滑度仪、纸张耐折度测试仪、耐破度测试仪等.

天津东洋普通C、M、Y、K胶印油墨，两种不同性能铜版纸(128 g/m2).

1.3 实验方案

确定印刷压力200 N和使用同种油墨.实验过程中改变印刷盘的供墨量，采用小墨量上墨法，依次为0.1 mL、0.2 mL、0.3 mL、0.4 mL、0.5 mL、0.6 mL，每种墨量印刷3张试样条，印刷色块210×65 mm.

2 石头纸相关性能及印刷适性研究

2.1 石头纸表观性能描述

石头纸外观目测较平整、光滑，颜色不是很白，比较厚，当拿一叠石头纸时感觉较重，细看纸张表面发现很多细小的孔，透明度较高，挺度较差.

2.2 石头纸物理及机械性能分析

石头纸物理性能分析如表1所示.

表1 石头纸物理及机械性能测量值

注：江西蔡氏的石头纸由于在进行横向测量时，纵向太容易撕裂而无法使试样从切口处撕开，因此无法测量出横向撕裂度.

由表1可见，在白度、平滑度、光泽度等方面，石头纸均低于铜版纸.其中，白度比铜版纸略低，而平滑度、光泽度与铜版纸差距较大.

在耐折度、撕裂度、耐破度、抗张强度等方面，石头纸均表现出了较好的能力，要比铜版纸高.可以说，在包装功能上，石头纸是达到要求的，即很难折断、具有很强的形变能力、吸水性很小等特性.

2.3 石头纸印刷适性分析

2.3.1 印刷质量各指标的测量

实验数据记录及计算如表2所示.

表2 江西蔡氏、安徽天象、福建美伦达等三种石头纸实验数据记录

续表1

纸张供墨量/mL0.10.20.30.40.50.6印版墨量x/(g/m2)2.043.547.0510.3612.2117.57转移墨量y/(g/m2)0.961.733.023.263.585.63福建美伦达油墨转移率f/%47.3648.8642.5731.4629.3432.07青实地密度值DS0.901.171.352.232.412.5墨层厚度L/um0.971.743.043.283.615.68

2.3.2 石头纸主要性能的灰关联分析

利用灰色关联分析法研究纸张主要性能对印品质量的影响程度.灰色关联分析可以根据因素之间发展趋势的相似或相异程度，即“灰关联度”，衡量各因素间关联程度，该值越大，说明该因素与某指标的关系越密切.具体见表3所示，计算出了纸张各性能的灰关联度并进行排序，这里仅选取了与印刷质量相关的纸张性能.

表3 石头纸各性能灰关联序的比较

从表3可以看出，对石头纸来说，纸张相关性能对印品质量影响的综合排序是：吸水性﹥光泽度﹥白度﹥抗张强度﹥平滑度.

吸水性是与印刷效果相关度最高、影响最大的指标，研究时应作为重要的参考依据.平滑度是一个值得仔细注意的指标.分析表明，平滑度是一个不敏感的指标，它不是决定印效差异的主要因素.究其原因，在印刷过程中，平滑度应该只有与吸墨性、表面强度、吸水性等指标联系起来考察才具有意义[9-10]，若只单独确定其大小并不能决定印刷情况，甚至可能产生较大偏差.根据此结果，实际中不必过分追求石头纸的平滑度，更不能只依据平滑度来对石头纸的印刷适性作出判断.

另外，石头纸与铜版纸相比，外观表现为偏黄、偏黑的色相，这会反映在白度的相关性排序上.实际上对印刷而言，纸张白度也并不是越高越好，白度的差异不是评价图像复制质量高低的绝对标准，但白度又确实影响着印刷图像带给人的心理感受，因此，使用石头纸要特别注意复制适用的对象.

2.3.3 油墨转移率的变化

绘制油墨转移率曲线如图1所示.由图1中的曲线分析可知，各种纸张的油墨转移率都是先上升后下降，最后趋于平缓，有最大峰值，其他特征为：

(1)石头纸的油墨转移率峰值均小于铜版纸.这是因为石头纸对油墨的吸收主要是靠碳酸钙粉体来吸收，而纸张原料中的树脂对碳酸钙粉体形成了包裹，使碳酸钙对油墨的吸收量降低.

(2)石头纸油墨转移率达到峰值后，下降趋势相对比较平缓，而铜版纸则较剧烈.

(3)安徽天象石头纸油墨转移率整体上优于江西蔡氏和福建美伦达石头纸.这可能是由于安徽天象石头纸采用吹膜法生产工艺，而江西蔡氏、福建美伦达石头纸均采用压流延法生产工艺，导致安徽天象的石头纸纸张纵横向差异比江西蔡氏、福建美伦达的石头纸纵横向差异小，从而影响了油墨转移率的变化.

图1 石头纸油墨转移率曲线

2.3.4 印品实地密度及墨层厚度的变化

由图2和图3中的曲线可以得知：三种石头纸张上色块的实地密度值(即100%图像阶调处的密度)和墨层厚度都随着上墨量的增加而增加；石头纸上印刷色块的实地密度值和墨层厚度整体均低于铜版纸.这是由于石头纸对油墨的吸收性好，使得较多的连结料和部分的颜料被吸入纸张内部，印迹不饱和，阶调压缩，层次损失.

图2 石头纸墨层厚度-上墨量变化曲线

2.3.5 印刷色度值的变化

各种纸张印刷色域范围见图4所示.对比各种试样油墨转移的C、M、Y、R、G、B值，可以看出，石头纸所能表现出来的色域范围要比铜版纸的小，石头纸在色彩表达方面要弱于铜版纸.

图3 石头纸实地密度-上墨量变化曲线

图4 色域范围比较

2.3.6 印刷光泽度的测量

由表1对比分析可知：三种石头纸纸张的印刷光泽度随着供墨量的上升都有所增加，只是增加的幅度不一样.石头纸在吸收油墨时，主要依靠无机粉体、树脂相互间的空隙来吸收油墨[11-13].安徽天象和福建美伦达的石头纸中碳酸钙粉体含量较高，对油墨的吸收较多、较快，致使印品光泽度较低，容易造成透印的现象.

而江西蔡氏的石头纸中树脂的含量较高，所用碳酸钙粉体的细度较高，树脂对碳酸钙粉体形成了充分地包裹，使纸张对油墨的吸收性大大下降，造成印品的光泽度较高，这就意味着印品上的油墨不容易干燥，容易出现反印的印刷故障.

3 结论

本文针对石头纸的物理性能及印刷适性进行了实验比较与分析，通过实验数据可以得出以下重要结论：

(1)对石头纸来说，纸张相关性能对印品质量影响的综合排序是：吸水性﹥光泽度﹥白度﹥抗张强度﹥平滑度.

(2)石头纸的油墨转移率峰值均小于铜版纸，采用吹膜法生产工艺石头纸的油墨转移率整体上要优于采用压流延法生产工艺石头纸.

(3)在纸张色彩还原上，石头纸在最大密度上要差于铜版纸，色度上也出现较小的区域.

(4)在各类石头纸所表现出的性能上，可以看出，石头纸比较适合作为包装材料使用.因为其既具备纸张的性能，同时又具备部分PVC的性能.

石头造纸符合当前产业的发展趋势，而且在印刷、包装材料和一次性可降解产品中有着广泛的应用前景.与传统纸相比，它具有更强的生命力，希望能够根据实验结果，尽快研究并开发出更适合各种应用的石头纸.

[1] 高 峰.发泡石头纸的制备和性能检测[J].包装工程，2011，32(11):21-26.

[2] 马晚思.石头纸与铜版纸印刷适性差异性分析[J].华东纸业,2011，42(3):24-27.

[3] 黄 翔.基于SWOT分析的石头纸发展与对策探讨[J].环境科学与管理,2010，35(12):24-27.

[4] Sebastian Teir,Sanni Eloneva,Ron Zevenhoven. Production of precipitated calcium carbonate from calcium silicates and carbon dioxide[J].Energy Conversion and Management,2005,46:2 955-2 977.

[5] Jung-Ah Kim,Gi-Chun Han,Mihee Lim,et al.Effect of hydraulic activity on crystallization of precipitated calcium aarbonate(PCC) for eco-friendly Paper[J].Int.J.Mo.l Sc.i,2009,10:4 955-4 961.

[6] 阳铁建，颜 鑫.浅议石头纸的特性、生产现状及发展前景[J].湖南造纸,2012，42(4):24-27.

[7] 覃炳达.“石头纸”相关专利技术概述[J].造纸信息，2010(4):24-27.

[8] 刘仁庆.关于石头造纸的若干问题[J].纸和造纸，2010，29(1)：58-62.

[9] 林一亭.石头造纸——传统造纸技术的重大突破[J].华东纸业，2010,41(1):55-57.

[10] Wang D,Jiang W,Gao H,et al. Preparation,characterization,and mechanical properties of microcellular poly(aryl ether ketone) foams[J].Journal of Polymer Science:Part B:Polymer Physics,2007,45(2):173-183.

[11] 余贻骥.浅议石头纸[J].纸和造纸,2010，29(5)：1-2.

[12] 林其水.精美的石头会说话——介绍两种新型高科技石头环保低[J].今日印刷,2010(7):55-56.

[13] 张 科.石头长出纸[J].环境,2010(4):35.