吸墨剂超细二氧化硅对彩喷打印效果的影响

李春山，张　忆，张周赫

（北京航天赛德科技发展有限公司 涿州分公司，河北 涿州　072761）

吸墨剂超细二氧化硅对彩喷打印效果的影响

李春山，张忆，张周赫

（北京航天赛德科技发展有限公司 涿州分公司，河北 涿州072761）

伴随着喷墨打印技术的发展，市场对喷墨打印介质的要求也越来越高。喷墨打印介质吸墨性能的好坏取决于吸墨涂层的特性，而吸墨涂层中最重要的一个组成部分就是吸墨剂。超细二氧化硅以其多孔的结构和良好的白度作为吸墨剂已被广泛应用。为了获得更好的喷墨打印效果，该文研究、分析了超细二氧化硅对彩喷打印效果的影响因素及各类二氧化硅产品的应用性能。

吸墨剂；超细二氧化硅；彩喷打印；影响因素

1　引言

随着电脑的普及、数字成像技术和网络技术的发展，喷墨打印技术已实现了工业化。与激光打印技术相比，喷墨打印技术以其非接触、低噪音、高速度、低成本和易彩色化而深受大众欢迎。伴随着喷墨打印技术的发展，市场对喷墨打印介质需求量也有所增加，随之而来的不仅仅是家庭使用的喷墨打印纸需求量的上升，也是证件、彩色防水卡片的制作，户外张贴的防水画布，悬挂的具有广告效果的防水无纺布等需求量的增加，同时对喷墨打印介质的要求也越来越高：首先，喷射到片基上的墨滴吸收的速度要快；其次，打印出来的画面清晰度要高。

喷墨打印介质吸墨性能的好坏取决于吸墨涂层的特性，而吸墨涂层中最重要的一个组成部分就是吸墨剂。超细二氧化硅由于其多孔的结构和良好的白度，作为喷墨打印介质的涂层内的吸墨剂已获得了市场的广泛应用［1］。

为了得到更好的打印效果，本文研究了吸墨剂超细二氧化硅对彩喷打印效果的影响因素，并分析了各类二氧化硅产品的应用性能。

2　吸墨剂超细二氧化硅的作用机理

吸墨剂二氧化硅在吸墨涂层中，其微粒的内部分子处于力场均衡状态，合力等于零，而表面的分子则处于力场不均衡状态，横向合力为零，纵向合力则为垂直于微粒表面的力，外部表面上每个分子都受到一个指向微粒内部的力。微粒收缩到最小面积时达到最稳定状态，表面上的能量称为表面自由能，就是吸墨涂层中二氧化硅微粒对墨水吸附的动力。微粒的表面积越大，对墨水的吸附能力也越强。单个微粒吸附的墨水仅局限于微粒的表面，若有大量微粒，且其浓度足以使微粒间的距离缩小到构成网络，形成一系列微孔，则由于毛细管作用，进一步增加了吸墨容量［2］。

二氧化硅表面存在大量微孔结构，由于大量微孔的存在，使得二氧化硅微粒的表面积大量增加。这些内部微孔的尺寸不仅影响产品整体的吸墨能力，而且会使二氧化硅微粒在吸墨涂层的干燥过程中，受到不同方向的压力而产生不同程度的收缩［3］。选用孔隙性合适、颗粒大小尺寸适宜的二氧化硅吸墨剂产品是保证吸墨涂层吸墨性能稳定的前提。

国产品牌中，有北京航天赛德科技发展有限公司生产的、也是最早向客户推出的可替代进口产品的、并已获得广泛使用二氧化硅吸墨剂SD系列。随着国内二氧化硅生产规模的不断扩大，国内多家生产企业技术水平的逐步提升，各个企业均占有一定的地位，SA系列和TYS系列等二氧化硅吸墨剂在替代格雷斯Davidson P系列产品的应用中，为国内彩喷涂层行业降低生产成本做出了一定贡献；同时，在日趋激烈的市场竞争中，山西天一纳米材料科技有限公司、湖南冷水江三A化工集团等公司逐步退出了各自的吸墨剂二氧化硅产品的生产［4］。

3　吸墨剂二氧化硅对彩喷打印效果的影响因素

3.1试验方法

试剂：吸墨剂，有国产品牌及进口品牌的沉淀法合成二氧化硅产品（包括北京航天赛德科技发展有限公司生产的SD-640和SD-690；湖南冷水江三A化工集团生产的SA 580；山西天一纳米材料科技有限公司生产的TYS 507B和美国格雷斯生产的P 508）；胶粘剂，为聚乙烯醇（PVA），17%；固色剂，为强阳离子型NF-30；消泡剂，为毕克（Byk）助剂。

表1为吸墨剂产品理化指标。

测试设备：氮吸附测试仪；铂坩埚；激光粒度测试仪；pH计；千分台式测厚仪；X-Rite色密度计；放大镜（40x）。

分析检测：按照HG/T 4526—2013《消光用二氧化硅》测试吸墨剂产品的二氧化硅纯度、孔隙率、平均粒径及pH等理化指标［5］。

表1　吸墨剂产品理化指标

将不同生产厂家生产的二氧化硅吸墨剂产品与水按照相同配比，高速分散于水中，加入相同质量份的PVA、固色剂和消泡剂分散后，制备涂层，干燥后测试其色密度［6］，并观察其色块交界处的墨点渗透情况和细线的清晰度，结果见表2。

表2　不同吸墨剂制备的涂层在干膜厚度30 μm时测试结果对比

结合二氧化硅在彩喷涂层生产过程使用具体情况，对比测试结果得出：作为吸墨剂二氧化硅，对彩喷打印效果的影响因素主要有孔隙率、pH、粒径及其添加量占比。

3.2孔隙率

孔隙率越大的二氧化硅，其吸墨性越强。二氧化硅通常可用作油漆涂料的消光剂。其专业的孔隙率测试需要通过氮吸附仪进行检测［7］，通常情况下，可以通过单位质量的二氧化硅产品吸油量的大小，间接反映其孔隙率的大小，吸油量越大的产品一般孔隙率越大。孔隙率的大小是选择吸墨剂二氧化硅的一个重要指标。在一些要求特殊打印效果的涂层中，需要使用孔隙率低于1.5的二氧化硅吸墨剂产品。

3.3pH

二氧化硅产品的pH通常为6～8，某些特殊处理的产品pH低于6。一般选择pH不低于6的产品［8］。作为吸墨剂应用到彩喷涂层的吸墨涂层中，pH过低会造成产品在浆料分散过程中与某些助剂发生增稠，涂料变质无法使用，或在贮存过程中发生凝胶，导致涂层出现拉丝。

3.4粒径

吸墨剂二氧化硅的粒径选择也同样重要。与油漆涂料不同，作为吸墨涂层产品所使用的二氧化硅，并不是粒径越细越好，过细的粉体在涂层干燥之后反而容易出现掉粉现象，其平均粒径不能超过涂层干膜厚度，其中大粒子粒径一般不能超过100 μm；否则将造成浆料在生产使用过程中过滤困难的现象。

3.5添加量

在吸墨涂层的配置过程中，作为吸墨剂的二氧化硅，应使其与水以一定固含量的比例充分高速分散后，再与其他胶粘剂或浆料低速分散后使用。改变二氧化硅吸墨剂的添加量，可获得不同色彩打印效果，通常选择二氧化硅质量占总浆料质量比的10%进行添加。

表3和图1分别为二氧化硅不同添加量涂布后的吸墨测试结果和图片打印效果。

表3　二氧化硅不同添加量涂布后的吸墨性测试结果

图1　二氧化硅不同添加量涂布后的图片打印效果对比

分析表3色密度数据及图1的打印效果表明：吸墨效果不佳的涂层可通过适当加大二氧化硅吸墨剂的添加比例进行调整，但二氧化硅的添加量不宜过大；当二氧化硅添加量过大时，涂层的黏度增大，涂布之后不能顺利流平，致使干燥后涂层各向吸墨性不一致，产生洇墨现象，影响打印效果；另外，添加量过大时，生产过程的浆料分散用时过长，杂质过滤操作不易进行，在影响生产效率、增加生产成本的同时，浆料黏度增加也会增大干燥过程的负荷从而降低生产能力。

4　结论

为了展现图片的最佳打印效果，应针对彩色喷墨打印介质的特性，结合涂层生产过程的干膜厚度、固含量的调整来选择符合客户需求的二氧化硅吸墨剂产品，注重二氧化硅吸墨剂产品的孔隙率、pH、粒径及添加量等理化指标，结合终端客户的使用需求，合理选择适用于不同体系的二氧化硅吸墨剂产品。

［1］赖兴强，张育川，张默君，等.吸墨剂二氧化硅的制备及其在喷墨打印中吸墨性能的研究［J］.北京化工大学学报，2003，30（3）：51-54.

［2］张步堂.纸张吸墨性故障及排除［J］.印刷工艺，2006（1）：62-63.

［3］马吉峰.高品质亚光彩喷纸的研制［D］.南京：南京林业大学，2005.

［4］施昌亚.高性能合成二氧化硅的市场——喷墨打印纸需求扩大［J］.造纸化学品，2001，13（1）：41-43.

［5］宋晓明，高姗姗.彩色喷墨打印纸吸收性的几种测定方法［J］.湖北造纸，2009（1）：44-45.

［6］刘艳新，赵传山.普通喷墨打印纸涂料配方的研制［J］.造纸化学品，2004，16（3）：13-18.

［7］戴忠国，张美云.彩色喷墨打印纸的涂布化学品［J］.造纸化学品，2002，14（3）：48-49.

［8］吕洪娜，陈光民.关于提高彩色喷墨打印纸吸墨涂层特性的探讨［J］.影像技术，2002（2）：47-49.

Micro-silica as Ink Absorption Impact on Ink-jet Printing

LI Chun-shan，ZHANG Yi，ZHANG Zhou-he
（Beijing Aerospace Sai De Science&Technology Development Company Ltd.Zhuozhou Branch，Zhuozhou 072761，China）

With the development of inkjet printing technology，the demands of the market of inkjet printing media is more and more high.Ink absorption properties of inkjet printing media depends on ink absorption coating properties，and the most important absorbing ink coating of a part is the ink absorbing agent.Ultrafine silicon dioxide by its porous structure and excellent whiteness as ink absorption agent has been widely used.In order to obtain better inkjet printing effect，this paper studies and analyses the influence of ultrafine silicon dioxide color printing effect factors and the application performance of all kinds of silica products.

ink absorption agent；micro-silica；inkjet printing；influential factors

TQ127.2

A

1007-2225（2015）02-0035-03

李春山女士（1991-），本科，助理工程师；主要从事无机粉体技术开发与研究；E-mail：1096284191@ qq.com。

本文文献格式：李春山，张忆，张周赫．吸墨剂超细二氧化硅对彩喷打印效果的影响［J］．造纸化学品，2015，27（2）∶35-37．

2015-02-27（修回）