电脑一体机热敏版纸原纸性能的改进

程益民（1.浙江鑫丰特种纸业股份有限公司，　浙江　衢州　324022；2.浙江海光特种材料有限公司，浙江　衢州　324022；3.中国制浆造纸研究院　衢州分院咨询委员会，　浙江　衢州　324022）

电脑一体机热敏版纸原纸性能的改进

程益民1、2、3
（1.浙江鑫丰特种纸业股份有限公司，浙江衢州324022；2.浙江海光特种材料有限公司，浙江衢州324022；3.中国制浆造纸研究院衢州分院咨询委员会，浙江衢州324022）

随着科技创新和技术进步以及新材料的出现，电脑一体机热敏版纸代替了铁笔蜡纸、打字蜡纸等文印材料和方法，与静电复印相比，在复印批量较大时具有单份价格低的优点。一体机热敏版纸被广泛使用于制作文件、讲义、试卷等场合。为改变传统热敏版纸原纸生产所需的桑皮、枸皮等韧皮纤维制浆过程带来的水环境污染和提升原纸的品质，试验采用LPET/PET双组分聚酯纤维、PET纤维和剑麻纤维进行组份优化并确定合理的打浆工艺，在侧浪式长网纸机或斜网纸机上生产热敏版纸原纸，再在涂布机上进行黏合剂涂布增强，制成性能优异的新型热敏版纸原纸，获得良好的效果。

电脑一体机热敏版纸原纸性能改进

0　前　言

一百年前，英国的基士得耶（Gestetenr）发明了油印机技术，随后出现了铁笔蜡纸。20世纪50年代，研制出了双滚筒油印机，1962年，日本理光公司开发了理光（RICOH）一体机。90年代推出了VT系列、90年代末推出了JP系列。作为印制一式多份（几十份到几千份）文件的电脑一体机和一体机用热敏版纸，是20世纪90年代研发、进入21世纪以来广泛应用的办公文印用品。随着科技创新和技术进步，电脑一体机热敏版纸，代替了手工操作的铁笔蜡纸、打字蜡纸等誊印材料，将铁笔和誊写钢版、铅字和打字机送进了博物馆（当然还有极少不发达地区包括一些不发达国家可能仍然在使用）。电脑一体机与一体机热敏版纸誊印文件资料与静电复印资料相比，在批量较大时具有单份价格低的特点，特别是在复制百份以上文件资料时，具有极其优越的经济性，被广大的机关、学校所采用，用于制作文件、讲义、试卷等文印材料。

1　热敏版纸的工作原理

热敏版纸（文印行业又称热敏蜡纸），一般由基纸和聚酯薄膜复合而成。基纸的定量为10～12 g/m2，原来由桑皮作为主要纤维原料，随后又有加入马尼拉麻、剑麻等纤维材料进行抄造。为了提高基纸强度需要涂布聚丙烯酸酯类增强剂以提高基纸的强度和湿强度，便于与薄膜进行复合作业，基纸主要作为热收缩性树脂薄膜的支撑材料，具有一定的刚度和强度，保证热敏版纸上机后进行印刷时的平整性；薄膜一般为PET材料制成，具有极强的拉伸强度，熔点在255～260 ℃，复合后的薄膜厚度一般小于5 µm，是油墨的阻隔材料。

电脑一体机（文印行业又称一体化速印机）制版的工作原理是在计算机里完成相应文件资料的排版，或将相应的图像扫描后将信号输入一体机，通过热敏头将版纸上的热收缩性薄膜熔融形成相应图像可透墨的孔版，印刷时油墨漏过孔版印在纸面上，这样就得到与原稿完全相同或需要的文件资料印刷品[1-2]。

数码式速印机的制版系统使用先进的CCD图像传感器和超精密细致热敏电子扫描制版技术，利用超精密细致的发热管击穿热敏蜡纸极薄的PET膜，其电子扫描精密度可达400线。该制版系统具备放大、由大变小、除暗影等功能。经过其计算机接口，成功实现了计算机与速印机之间数码信号的传递，以及数码信号与光信号、电信号之间的转换，使速印机变成计算机的一个印刷终端，许多人的想法只要经过计算机便可变成完美的印刷品。假如经过计算机网络，还可成功实现远距离、多用户对同一文件的印刷，“所想即所印”变成事实。为了获得极好的印刷效果，必须有相应细密且较大孔径（约50µm）的热敏版纸配合，才可获得清晰度高、层次感强、分辨率高的印刷品。

2　热敏版纸印刷适性的评价分析方法

由于热敏版纸成像、印刷一体技术属于孔版印刷技术的一种，其网孔分布程度没有一般丝网印刷规则，因此其印刷品质量不能等同于传统印刷技术的印刷品。一般一体印刷技术主要用于黑白色文件资料的制作或复制，由于一体机热敏版纸成像与印刷过程处于一体状态，一般不可以对印版（热敏版纸）进行检测，因此对热敏版纸印刷适性的检测评价分析，主要是对印刷品的质量检测为检查手段。

热敏版纸印刷适性检测与评价指标对于印刷品来说有四个控制要素:颜色（对于黑白稿来说是黑浓度）、层次、清晰度和一致性。

2.1颜色（黑浓度）

在印刷品质量评价体系中，黑浓度一般可以通过测量密度的方法得到。在测试页面中设置实地色块，通过对比复制前后实地密度还原情况确定复制系统对原稿复制的逼真程度，在复制材料确定的条件下则反映了版纸的漏墨能力。

2.2层次

层次即阶调，指图像可辨认的颜色的浓淡梯级变化。印刷品的阶调与层次在表现图像形象和明暗方面发挥着主导作用。

2.3清晰度

清晰度是指图文细节的清晰程度，是印刷复制的一个重要质量指标。由于热敏版纸成像一体印刷技术的市场定位决定其复制和打印对象大部分为线条和文字，因此在清晰度检测与评价中对线条、文字进行不同内容的评价。

2.4一致性

一致性即均匀性。它包括两方面内容:一方面指同一批次的印刷品不同部位各参数的一致程度；另一方面指的是不同批次的印刷品在同一部位个参数的一致程度。前者反映同一时间印刷出来的印刷品不同部位的稳定性，后者反映了设备系统的稳定性[3]。

3　电脑一体机热敏版纸原纸性能的改进

在20世纪90年代，日本、德国等国家就开始研究和生产感热孔版纸及孔版原纸用薄页纸，其原纸多采用马尼拉麻、厄瓜多尔麻、菠萝麻、新西兰麻等叶类纤维，亚麻、黄麻、芋麻、洋麻等韧皮纤维，与规格为平均Φ3.6 µm、长度3 mm和平均Φ6.0 µm、长度3 mm的PET纤维混合在斜网纸机湿法抄纸，定量为7～15 g/m2、采用凹版式涂布机涂布尿烷树脂、环氧树脂进行增强，涂布量为1 g/m2[4-5]。

国内专业致力于长纤维（韧皮纤维）特种造纸之一企业的浙江凯恩特种纸股份有限公司（原遂昌造纸厂）于2001年研发成功的热敏蜡纸原纸通过省级新产品鉴定[6]。随后，该产品在浙江衢州地区原有的长纤维（韧皮纤维）特种纸机（侧浪式长网纸机）造纸企业都有生产。

原有的热敏版纸原纸采用桑枝皮（Morus alba L.）、枸皮（Broussonetia papyrifera Vent）等植物韧皮纤维为原料，通过硫酸盐法制浆，然后经次氯酸钙漂白获得原纸抄造所需的纸浆。然而由于韧皮原料因生长期等因素在采集过程中的质量不稳定性，直接导致经化学高温制得的韧皮纤维的质量也不稳定。生产的原纸质量始终处在低档次的水平，体现在耐印性低、透墨性差、分辨率低、色度不够均匀、图像不够清晰、层次感弱等问题，而且韧皮材料在制浆过程中产生大量黑液，难以回收处理，导致严重的水环境污染，已不适应现代造纸清洁生产工艺要求。随着国家环保法制化政策的出台，小型化学制浆被列为淘汰落后产能范围，严禁生产和运行。同时为了保护生态植被，实行封山育林，植物韧皮纤维材料列为禁采、禁伐之列，因此来源断绝。桑枝皮手工采割的劳动力缺少及采割之后需要沤制剥皮，有大量浸出液含有丹宁、果胶等有机物污染水环境，因此来源也逐渐减少。

针对热敏版纸原纸的品质及生产过程中存在的环保问题，浙江华凯纸业有限公司展开热敏版纸原纸品质的改善及纤维原料替代的新材料创新试验工作，以进一步提高热敏版纸的品质。

3.1原料

采用LPET/PET双组份低熔点聚酯超短纤维为原料，替代桑枝皮、枸树皮等韧皮纤维。这样既减少了制浆环节，降低了生产成本，又为清洁生产创造条件，最重要的是大幅度降低环境污染，尤其是水环境的污染。

由于国内一直以来均采用桑枝皮、枸树皮为主要原料生产热敏版纸原纸。桑枝皮、枸树皮作为韧皮纤维，细长、柔韧，主要起到提高和稳定原纸的抗张强度和透气度的作用。但在制作桑枝皮、枸树皮浆纤维的过程中，需使用烧碱（NaOH）和硫化碱（Na2S）进行碱法或硫酸盐制浆，经高温蒸煮后会产生大量黑色液体。液体中含有5～10 g/L的残余NaOH和大量有机溶出物。因国内碱回收的成本较高，难以处理及回收，在排放过程中对水体造成严重污染。

本试验采用LPET/PET双组分低熔点聚酯短纤维，就是利用该纤维内、外层熔点的性能差异（外层110 ℃，内层260 ℃），在一定温度下，表面物质熔化，发生塑性流动，起到粘结其他纤维的作用，从而满足热敏版纸原纸抗张强度的要求[7]。

3.2在试制中优化纤维品种及比例

3.2.1纤维配比

根据LPET/PET纤维热熔黏合性较好的特性，选择使用适当比例尤为关键:过量投入不但纸机抄造困难，也给损纸回用制浆带来不便。经反复多次论证、试验，LPET/PET纤维比例控制在3%～11%，既能满足热敏版纸原纸的抗张强度需要，又能便于纸机抄造，同时损纸经简单处理就可实现二次回用的目的。

3.2.2纤维优选

由于热敏版纸原纸经1.5～1.8 μm聚酯薄膜复合后，具备耐印性高、透墨性好，分辨率高（300～600线）、色度均匀、图像清晰、层次感强等特点。因此生产原纸的纤维，须选择纤维、长度适中的品种，结合各种纤维的特性，进行合理配比使用。

（1）LPET/PET低熔点双组份聚酯超短纤维。该纤维规格为1.5～2 D×6 mm（D是纤维粗度单位，指标准状态下9 000 m纤维克重数）,外层熔点110 ℃，内层熔点260 ℃，黏合性能较好，是聚酯、改性聚酯分子结构的差异，导致他们熔点的差异。利用这种熔点差异的性能，满足热熔黏合的需要，达到原纸所需的理想抗张强度。

（2）PET聚酯超短纤维。该纤维规格为0.3～0.7 D×3～6 mm，具有抗张强度高、热稳定性好。纤维间良好亲和性，并且在水中有良好分散性。选用PET聚酯超短纤维作为生产热敏版纸原纸的主要原料，对提高原纸抗张强度，稳定的收缩率，对提高纤维均匀分布起到关键的提升作用。

（3）剑麻浆纤维。该纤维具有细腻坚韧、长宽比高、吸水性能好、抗张强度高等特性。选用该纤维为主要原料生产高档热敏版纸原纸，使产品具有更好的耐印性、透墨性、高分辨率，并且色度均匀、图像清晰。

经过多次研究、优化配比，最佳纤维比例为: LPET-PET低熔点双组分聚酯超短纤维11%，PET聚酯超短纤维44%。剑麻浆纤维45%[7]。

3.3打浆及抄造

各种纤维原料按比例在荷兰式打浆机中混合后进行游离状打浆，打浆的作用主要是使各类纤维充分的疏解、分散和混合均匀，获得混合浆料的最佳叩解度为20～22OSR、湿重为17～22 g；在疏解槽中加入黏度为30～35 Pa·s的PAM分散剂，使混合浆料纤维充分的分散并在纤维表面裹上一层黏液，防止纤维互相碰撞缠结而出现纤维絮聚现象。经过处理的纤维原料，送侧浪式特种长网纸机进行版纸原纸的抄造。在纸机抄造时，为了确保LPET/PET聚酯纤维与植物纤维之间有黏结，需要在纸机干燥部增加一只二烘，并适当提高烘缸表面温度达到110℃，使聚酯纤维与植物纤维互相黏结，提高原纸的强度。

3.4涂布补强

由于纸机生产出来的原纸还不具备与聚酯薄膜复合的强度，因此需要采用胶黏剂进行原纸的补强。本试验采用丙烯酸酯胶黏剂加固化剂或采用醋酸乙烯酯胶黏剂加固化剂，调成固含量为3.5%～6%的混合胶液，在涂布机上进行挤压涂布或喷涂涂布，在热风烘道中干燥到干度为70%时，转移至烘缸继续干燥和整理定型，获得可以提供热敏版纸复合加工的原纸。

3.5新型热敏版纸原纸的技术指标

详见表1。

表1　热敏版纸原纸技术指标

3.6热敏版纸原纸改进前后的电镜图（SEM）分析

详见图1、图2

图1　桑皮、枸皮纤维为主的版纸原纸

图2　采用LPET-PET纤维改进的版纸原纸

由于桑皮和枸皮的纤维直径相对比较粗，其纤维交叉、层叠时，该处就缺乏孔径，在上机制版印刷时，可导致透墨不畅，如图1所示；而采用LPET-PET聚酯纤维、剑麻纤维抄造的原纸纸页结构孔径分布细密、均匀，在纤维交叉、层叠处透墨仍然畅通，如图2所示。

3.7热敏版纸原纸改进前后黑浓度检测对照分析

一般黑浓度检查的方法是将原纸直接粘贴在80×50 mm开孔的版纸上，然后在一体化速印机上进行印刷试验，观察油墨透过原纸墨色的浓度、匀度等状况，分析、判断原纸透墨质量的优劣，改进前后的检版见图3、图4。

图3　改进前版纸原纸色浓度检测图

图4　改进后版纸原纸色浓度检测图

采用桑皮、枸皮生产的原纸在进行透墨检测时，其透墨效果不均匀且不饱满，有许多未透墨白点产生，如图3所示。采用LPET-PET、剑麻纤维生产的改进后的原纸在进行透墨检测时，整个版面墨色饱满，墨色均匀一致，说明改进后版纸原纸在质量上有了较大的提高，如图4所示。

4　结束语

（1）采用LPET-PET纤维、PET纤维和剑麻纤维抄造的一体机版纸原纸，其纤维间的空隙均匀、细密，利于印刷时油墨的均匀透过，可以提高印刷时的色值（黑浓度）、清晰度、层次感和印刷品的一致性，形成良好的印刷字迹。

（2）从版纸原纸与聚酯薄膜复合后的实际使用观察分析，采用LPET-PET、PET、剑麻纤维生产的版纸原纸，可以在一体机版纸印刷使用过程中起到的聚酯薄膜支持体的作用，印数可达3 000份以上，版纸不会产生皱褶等影响字迹正常的变化。

（3）由于替代了桑皮、枸皮等韧皮纤维，不仅满足了版纸的正常使用要求，而且可以杜绝因桑皮、枸皮化学制浆带来的环保问题，为持续改善环境做出贡献。

（4）从一体机版纸原纸的持续改进过程观察，还可以从纤维品种、纤维分散结构等方面进行持续的改善和改进工作，进一步改进生产设备和工艺，以期达到生产更加完善、完美的电脑一体机版纸原纸。

[1]栗军，万鸿安，刘政.对热敏蜡纸的剖析[J]. 纸和造纸，1999（5）:53.

[2]郝晓秀，杨淑蕙，冯群策,等.印刷一体机用版纸——热敏版纸[J]. 中国造纸，2003，22（8）：53-55.

[3]王丽珍，白卫国，梅玫,等.单色热敏蜡纸印刷适性检测与评价方法的研究[J].印刷杂志，2010（9）：66-69.

[4] 樋口正男，松崗義人.高画像性感熱孔版印刷原紙用薄葉紙.特開平9-39429[P]，平成9年（1997）,2月：3.

[5]SCHMIDT-SACHT W,SCHWITHAL H. Verfahren zur Zuordnung eines Informationsträgers zu Bildträgern eines Fotokunden .EP 1 043 624 A1[P].1999.4

[6]雷荣.一体机热敏蜡纸原纸通过省级鉴定[J].造纸信息，2001（8）：20.

[7]鄢伟华，程益民，焦雪峰,等.一体机热敏版纸原纸,CN 102787531 B[P].2014.10.

程益民（1961—），高级工程师，CTPAI会员，中国制浆造纸研究院衢州分院咨询委员。早期主要从事韧皮纤维生产特种薄页纸（铁笔蜡纸）、纸浆模塑、生活用纸的技术与生产管理工作；现从事育果袋纸的技术、质量、标准、知识产权管理及特种纸新产品、新材料（玻璃纤维高效低阻空气过滤材料）的研发。

电话： 137570502920570-3665211

E-mail:yimincheng@163.com

QQ: 807568966

Performance improvement of computer-integrated heat-sensitive version base paper

CHENG Yimin1,2,3
(1.Zhejiang Xinfeng Specialty Paper Co., Ltd., Quzhou, Zhengjiang Province, 324022;2.Zhejiang Haiguang Specialty Materials Co.,Ltd., Quzhou, Zhejiang Province,324022；3. Advisory Committee of Quzhou Branch of Chian National Pulp and Paper Research Institute Quzhou Zhejiang Province, 324022)

With the progress of scientific and innovation of technology, and the emergence of new materials, stencil paper and typing wax paper were replaced with heat-sensitive version paper. Compared with the electrostatic photocopying, large amount of copies has the advantages of low cost, so an integrated printer heat-sensitive version paper was widely used in copying documents, handouts and examination papers

In order to avoid water pollution caused by mulberry pulp and citric acid peel pulp production used for the raw material of traditional heat-sensitive version paper and promote the quality of the base paper, the experiment used LPET/PET, PET and sisal fibre. The optimum proportion and reasonable beating process were determined. Heatsensitive base paper was maked in inclined wire machine and lateral type machine, the thin paper was coated by a gravure roll with additive chemicals. A new heat-sensitive version base paper was produced, which had excellent properties and good usage effect.

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