装饰原纸对数码喷印色彩还原和热压饰面保真性影响

王瑾，龙玲，戴华芬，肖兵，刘如，苟小兵

(1. 中国林业科学研究院木材工业研究所，北京 100091； 2. 浙江夏王纸业有限公司，衢州 324000)

数码喷印是从图像数据直接到基材表面的一种无接触式印刷方式，即通过一定的喷墨技术，将墨滴按需喷在基材上，无需任何印刷制版。与传统印刷技术相比，数码喷印技术具有适应性广、成本低、画质高、生产周期短、适用个性化定制等优点[1]。目前已有将数码喷印技术应用在家具、地板、墙板等方面的报道[2-3]。浸渍装饰纸作为用途最广、使用量最多的板式家具饰面材料，由装饰原纸经树脂浸渍并干燥至一定程度制得，可直接热压到人造板基材上，具有良好的装饰性和对基材的保护性[4]。因此，将数码喷印用于装饰原纸对于个性化定制板式家具具有重要的意义。但由于目前数码打印原纸生产工艺不同，使得装饰原纸的性能差异较大，从而对数码喷印色彩、图案、花纹等装饰性能的还原度以及热压饰面的保真性产生较大影响[5-6]。

为此，笔者研发了一款适用于数码喷印的自制装饰原纸，并与目前市场上现有的几款常规装饰原纸进行了数码喷印色彩还原性和热压饰面保真性的研究，旨在为获得适用于数码喷印的装饰原纸提供技术支持。

1 材料与方法

1.1 试验材料

3种装饰原纸：自制装饰原纸A、采购自国外的装饰原纸B和采购自国内的装饰原纸C。浸渍树脂：自制三聚氰胺-尿素-甲醛树脂(MUF)，固含量约50%，黏度为14 s(涂-4杯法)。人造板基材：中密度纤维板，厚度18 mm，密度0.85 g/cm3，购自市场。

1.2 主要试验设备

浸胶机，Rakelgerät，德国CHM公司；鼓风干燥箱，POH800.200.3S，上海博康精细化工有限公司；多线程数码打印机，JV150-160，日本MIMAKI公司；扫描电子显微镜，phenom XL，复纳科学仪器(上海)有限公司；光学显微镜，XSP-SW2A，上海光学仪器厂；色度仪，X-rite Color i5D，爱色丽(上海)色彩科技有限公司。

1.3 数码喷印

选取同样的花纹及图案，采用多线程数码打印机分别对装饰原纸A、B、C进行数码喷印。在计算机控制下，将数字信息生成的高分辨率图像，通过喷头使油墨墨水形成细微墨滴后直接喷射到装饰原纸表面，并迅速固化形成装饰纹样或图案。在装饰原纸A、装饰原纸B、装饰原纸C上分别打印C(青)、M(品红)、Y(黄)、K(黑)四原色并观察其色彩表现效果。

1.4 装饰原纸浸渍及热压饰面

浸渍：将3种数码喷印装饰原纸通过浸胶机在MUF浸渍树脂中进行两次浸渍-干燥处理，即获得浸渍数码喷印装饰纸。每一次的浸渍-干燥工艺均为：浸渍30 s后取出，在鼓风干燥箱(140±2)℃下干燥至手摸不发黏。

热压饰面：将3种浸渍数码喷印装饰纸在(190±2)℃、1.4 MPa下热压到中密度纤维板基材上，热压时间为20 s。

1.5 装饰原纸及其浸渍装饰纸基本性能检测

参照国家标准GB/T 28995—2012《人造板饰面专用纸》对数码喷印前装饰原纸的定量、灰分、透气度、平滑度、纵向干抗张强度、纵向湿抗张强度、pH、渗透性相关性能进行检测，同时对数码喷印后装饰纸的透气度以及浸渍装饰纸的浸胶量进行检测。

1.6 表面形态分析

采用扫描电子显微镜对数码喷印前装饰原纸A、B、C进行观测。观测前，首先将装饰原纸在(103±2)℃下干燥8 h，之后进行喷金处理。

1.7 色彩分析

采用光学显微镜对数码喷印前装饰原纸、喷印后的装饰纸以及热压饰面后饰面板表面进行观测，并利用色度仪分析装饰原纸数码喷印前、后的明度指数L、红绿指数a、黄蓝指数b的值。

2 结果与分析

2.1 装饰原纸及其浸渍装饰纸基本性能分析

装饰原纸及其浸渍装饰纸基本性能检测结果见表1。目前市场上数码喷印用装饰原纸定量在80～90 g/m2，本研究所制备的装饰原纸A定量为89.3 g/m2。由表1可知，相比装饰原纸B和C，装饰原纸A灰分值较高，渗透速率较快，同时具有良好的平整度与纵向干、湿抗张强度，其pH也与装饰原纸B和C接近。灰分高意味着原纸有着更好的遮盖效果以及更好的耐光色牢度[7]；渗透时间快则在后期浸胶压板过程中可以有更快的浸胶速度以及更好的压板效果，不容易开裂或出现干湿花等成品板质量问题[8]。在数码喷印前，装饰原纸A的透气度为34.4×10-2s/mL，相比装饰原纸B较小，但高于装饰原纸C，而经过数码喷印之后，其透气度有所降低，说明了喷印油墨堵塞了部分装饰原纸的孔隙，但装饰原纸C增加不明显，可能与其表面平滑度较低有关[9]；表1中，装饰原纸A与装饰原纸B的透气度无论是喷印前还是在喷印后，其数值均大于国标的规定值，这主要与其特殊的生产工艺有关，在满足后期使用的前提下，透气度值可以做一定范围的提升。由于数码喷印属于无接触式印刷方式，因此对于装饰原纸表面的平滑度并不做太高的要求，但需保证纸面平整，达到数码喷印的要求[10]。此外，经过MUF浸渍后，3种浸渍装饰纸的浸胶量基本相同，这也与国标规定值一致。

表1 装饰原纸及其浸渍装饰纸基本性能检测结果Table 1 Basic properties of decorative base paper and impregnated decorative paper

2.2 装饰原纸色彩分析

数码喷印前装饰原纸的L、a和b值见表2。对比3款原纸的L、a和b值发现，3种装饰原纸的L值基本接近，并保持较高的数值(>95)。而自制装饰原纸A的a和b值接近0，说明其基本接近于白色。装饰原纸B和C的a值也基本接近0，但b值相对较大，说明这两款原纸更偏向黄色。

表2 装饰原纸的L、a和b值Table 2 L, a, and b values of decorative base paper

2.3 装饰原纸表面形态分析

数码喷印前装饰原纸A、B、C的扫描电镜图见图1。由图1可见：装饰原纸A纸样表面不平整，基本没有孔洞，表面纤维基本被覆盖，且表面有颗粒状物质；装饰原纸B纸样表面平整度更低，且孔洞较多，表面纤维被覆盖率低，纤维裸露多，表面有大小不一的颗粒状物质；装饰原纸C纸样表面同样不平整，基本无孔隙，表面纤维部分被覆盖，纤维裸露较少，同样有颗粒状物质。为进一步观察3款原纸的表面结构，将其放大5 000倍进行观察，可以看出：装饰原纸A表面有比较密集的颗粒状物质堆积，且表面高低不平，纤维被完全覆盖，基本无裸露；装饰原纸B表面颗粒状物质较少，但有类似于胶黏状的物质，表面较平整，部分纤维裸露在外面；装饰原纸C表面有散落的颗粒状物质覆盖，表面较平整，部分纤维裸露在外面。因此：装饰原纸A表面基本覆盖了一层颗粒状物质，纤维基本被覆盖，且表面不平整；装饰原纸B表面结构比较紧密，纤维部分裸露在外面，除有颗粒状物质还有类似于胶黏状物质，可能是为了提高色彩的保真性，在造纸过程中加入了一些树脂物质[11]；装饰原纸C表面结构比较疏松，颗粒状物质覆盖较少，纤维裸露较多，不利于油墨在其表面附着[12]。

图1 数码喷印前装饰原纸A、B、C的扫描电镜图Fig. 1 SEM images of decorative base papers A, B and C before digital printing under different magnifications

2.4 数码喷印装饰纸色彩分析

2.4.1 四原色数码喷印装饰纸色彩分析

数码喷印装饰纸需打印不同的花纹或图案，再经浸胶压贴在人造板上，达到人造板饰面的目的。而C(青)、M(品红)、Y(黄)、K(黑)为数码喷印的四原色，因此通过对四原色的分析可以进一步了解数码打印装饰原纸对花纹或图案的还原能力，以及其色彩表现效果[13]。在装饰原纸A、装饰原纸B、装饰原纸C上分别打印四原色并观察其色彩表现效果，并对比不同上墨量下的显色效果；同时将其用显微镜放大100倍做进一步的观察，并利用色度仪对3款装饰原纸打印四原色的L、a和b值进行分析。为进一步对比其印刷图案效果，分别对比印刷木纹以及彩色纹路的花纹或图案的还原能力。以上结果见图2～5。

图2 数码喷印装饰纸印刷C原色对比Fig. 2 Comparison of digital printing decorative paper with primary color C

由图2可以看出：数码喷刷C原色后，装饰纸A色彩的还原度较好，颜色饱和度高、亮度高；其次为装饰纸C，色彩饱和度较高但亮度比较低；而装饰纸B印刷C原色后色彩呈现效果最差。将印刷面放大100倍后进行观察，装饰纸B表面着墨量最差，清晰度最低；装饰纸C中色料更多地渗透到纤维里，这使得打印后虽然有较好的饱和度，但亮度比较低；而装饰纸A色料较多地覆盖在表面，因此色彩呈现效果最好。

由数码喷刷M原色(图3)以及Y原色(图4)的装饰纸同样可以看出，装饰纸B均有着较高的亮度，而装饰纸A和装饰纸C的亮度较低。对比色彩呈现效果，装饰纸B最好，其次为装饰纸A，装饰纸C较差。同样将其放大100倍进行对比，装饰纸A以及装饰纸B颜色均匀性要高于装饰纸C。装饰纸C有着较多的露白，这也导致其较差的色彩呈现效果。

图3 数码喷印装饰纸印刷M原色对比Fig. 3 Comparison of digital printing decorative paper with primary color M

图4 数码喷印装饰纸印刷Y原色对比Fig. 4 Comparison of digital printing decorative paper with primary color Y

对比分析3款数码喷印装饰原纸印刷K原色(图5)的效果，3者没有明显的区别，但装饰纸B略黑。将其放大100倍后进行观察，可以看出：装饰纸A色彩呈现效果最好，均匀性、色彩饱和度以及色彩亮度最好；而装饰纸C色彩呈现效果最差，有大量纤维未着色；装饰纸B效果较差，亮度及色彩清晰度均不如装饰纸A。

图5 数码喷印装饰纸印刷K原色对比Fig. 5 Comparison of digital printing decorative paper with primary color K

通过数码喷印四原色的着色效果可以看出；装饰纸A的色彩还原度比较好，颜色饱和度和亮度比较高；而装饰纸B对色彩的呈现略差，这可能是其添加了一些树脂物质，导致油墨对纤维的润湿性变差[14]；装饰纸C对油墨色料的润湿性较好，但是过多的色料容易渗透到纤维内部，导致露白增多，因此着色效果也相对较差。

2.4.2 不同上墨量数码喷印装饰纸色彩分析

数码喷印装饰纸在打印时通过不同的上墨量来展现图案的层次感，因此可通过印刷不同的上墨量来对比3款装饰纸对于色彩的呈现效果[15]。不同上墨量数码喷印装饰纸色彩分析见图6，放大量为100。由图6可知：当上墨量为100%时(图6a～c)，装饰纸B的色彩呈现效果最好，其次为装饰纸A，而装饰纸C的效果最差；当上墨量为65%时(图6d～f)，装饰纸A色彩呈现效果最好，均匀性以及饱和度较高，其次为装饰纸C，而装饰纸B则较差；当上墨量为30%时(图6g～i)，装饰纸B的墨点清晰度以及墨点密度最好，其次为装饰纸A，装饰纸C最差。一般情况下，数码喷印的上墨量为40%～70%。因此，装饰纸A在做数码印刷时有着更好的色彩表现力和色彩还原效果。

图6 数码喷印装饰纸不同上墨量的对比Fig. 6 Comparison of digital printing decorative paper at different ink volume

2.4.3 数码喷印装饰纸完整图案色彩分析

通过印刷完整的图案来对比3款数码喷印装饰纸的色彩还原效果，结果见图7。当喷印木纹时(图7a～c)，可以看出装饰纸B的色彩还原最好，层次感最好，其次为装饰纸A，而装饰纸C效果最差。喷印彩色图案(图7d～f)后，同样是装饰纸B的色彩呈现效果最好、饱和度最高，其次为装饰纸A，而装饰纸C效果最差。

图7 数码喷印装饰纸木纹和彩色图案对比Fig. 7 Comparison of digital printing decorative paper with different wood grains and color patterns

2.5 数码喷印装饰纸饰面纤维板保真性分析

装饰原纸经打印不同的花纹和图案之后，最终是需要热压在板上达到饰面的目的，通过热压机将浸胶完成的数码喷印装饰纸在同等条件下压贴在相同基材(中密度纤维板)上，对压贴在基材上的表面效果进行观察分析，同时将其表面纹路在显微镜下放大100倍进行观察，结果见图8。由图8a～c可以看出装饰纸B的效果最好，板面木纹色彩呈现最为鲜艳，颜色亮度以及饱和度最好，同时花纹层次感也最好；其次为装饰纸A，装饰纸C效果最差。但是在压板过程中装饰纸B板面开裂，存在质量问题，严重影响了饰面板在家居产品上的应用。将3款数码原纸打印木纹后放大100倍进行观察(图8d～f)，装饰纸A墨点清晰度最好，色彩鲜艳，但有轻微露白；装饰纸C虽然没有露白，但墨点比较模糊；而装饰纸B虽然墨点比较清晰，但是有较多的露白。综上，装饰纸A更适用于数码喷印浸渍装饰纸饰面。

图8 浸渍数码喷印装饰纸热压饰面表面对比Fig. 8 Comparison of hot-pressed digital printing decorative paper surfaces

3 结 论

1)自制装饰原纸A相比进口装饰原纸B和国产装饰原纸C，灰分含量更高，渗透性更好，且表面基本覆盖了一层颗粒状物质。相比国产装饰原纸C，自制装饰原纸A的结构更紧密，因此对色彩还原度高于装饰原纸C，但装饰原纸B的结构更为致密，因此色彩的饱和度更高。

2)进口装饰纸B虽然有着较好的色彩还原性，但是在压板过程中容易出现开裂问题，无法在人造板饰面上做进一步的应用，相比国产装饰纸C，自制装饰纸A的热压保真性较高，色彩表现力较好。

3)综合分析，装饰纸A应用于数码喷印装饰产品具有较好的前景，但对图案和花纹的还原能力和对色彩的呈现效果，以及在基材上的压板应用还需要进一步的提升和改善，使数码喷印装饰纸在装饰行业得到更好的发展，为人们家居个性化发展提供更多的可能。