纸张与油墨结合的微观状态研究

纸张与油墨结合的微观状态研究,答辩人：张嘉玲 专业：11级印刷工程二班 指导教师：刘壮,研究的目的及意义,实验材料及仪器的选备 实验与结果分析 结论,目录,一.研究的目的及意义,人们对于印刷品质量要求尤其是印刷的细节感官要求越来越高，这就要求印刷时油墨在纸张表面的再现更注重微观的尺度效果。然而，国内外研究者对纸张再现油墨的研究大部分停留在宏观尺度上，因此本文利用SEM、AFM与OM研究讨论不同纸张对油墨再现的微观状态。对今后研究介孔、微孔、纳孔材料的推广有着重要的意义。,二.实验材料及仪器的选备,纸张：10种,油墨：2种 天女牌胶印亮光快干蓝色墨 实验室配的红色可食性油墨,测量仪器：3种 扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）、光学显微镜（OM）。,三.实验与结果分析,选取10种纸张、2种油墨，进行丝网刮墨，记录好时间，保存好样品,将刮好的纸张样品进行SEM、AFM、OM仪器测量，采集数据及图像。,采集的数据和图像用excel、PS软件进行整理和分析。,对论文进行全面总结，得出结论。,01,02,03,04,1.丝网刮墨,制得网框 丝网刮墨,刮墨记录,刮墨记录,刮墨记录,刮墨记录,共刮得47个样张，他们的干燥时间、油墨种类、纸张种类各不同。,纸张染色,将空白纸张进行中国兰染色，显微镜下观察的纸张纤维较为明显。,2.印品测量,将刮得的47个纸张样品进行下一步的纸张测量。,扫描电子显微镜（SEM）,SEM实验共选择24个有代表性的纸样进行测量，对于纸张这种不导体，表面需镀一层导电金属，本实验采取喷金处理,扫描电子显微镜（SEM）,利用SEM技术对试样进行测试分析，如图是不同纸张的刮有蓝色丝网油墨的微观形貌图像。 （a）70g/m2双胶纸 （b）100g/m2双胶纸 （c）120g/m2双胶纸,扫描电子显微镜（SEM）,（d）200g/m2哑粉纸 （e）157g/m2铜版纸 （f）55g/m2双胶纸,扫描电子显微镜（SEM）,（g）70g/m2轻型纸 （h）80g/m2轻铜纸 （i）60g/m2双胶纸,扫描电子显微镜（SEM）,图（a）（b）（c）（f）（i）是不同克重的双胶纸，纸张的纤维、孔洞明显，有明显的空白区域，其中纸张纤维纵横交织排列，纤维的粗细各不同，影响纸张的表面状态，克重越小的纸张纤维明显且分布疏松，孔洞多，空白区域大，引起了纸张和油墨的接触不良。而图（d）（e）是哑粉纸和铜版纸，几乎看不到纸张的空白区域和纤维，只有些许的颗粒出现，这些颗粒是纸张上涂料颗粒。图（g）（h）是轻型纸和轻铜纸，轻型纸中可以看到少量纤维和孔洞，轻铜纸中只有孔洞而无纤维出现，由于纸张表面涂有涂料就无法观察出纸张表面的纤维形貌。,扫描电子显微镜（SEM）,下图是不同纸张的刮有红色可食性油墨的微观形貌图像。,扫描电子显微镜（SEM）,（a）40g/m2无碳复写纸（b）55g/m2双胶纸 （c）60g/m2双胶纸,扫描电子显微镜（SEM）,（d）70g/m2双胶纸 （e）100g/m2双胶纸 （f）120g/m2双胶纸,扫描电子显微镜（SEM）,（g）80g/m2轻铜纸 （h）70g/m2轻型纸 （i）157g/m2铜版纸,扫描电子显微镜（SEM）,（j）200g/m2哑粉纸,从图中可以看到纸张表面有明显的油墨聚集，纸张和油墨接触不良，几乎全部看不到纸张的原始形貌，只有图（d）能看到纤维交错。而其他的最多是纸张表面的凹凸不平感十分明显，这与同样刮有油墨的纸张相比差异显著。这就可以看出刮墨纸张样品的好坏与油墨的种类有着密切的关系，直接影响到微观纸张和油墨接触情况，进而影响纸张表面状况。,3.空白纸张测量,扫描电子显微镜（SEM） 下图是不同空白纸张的微观形貌图像。 （a）200g/m2哑粉纸 (b)70g/m2双胶纸 (c)80g/m2轻铜纸,扫描电子显微镜（SEM）,(d)70g/m2轻型纸 (e)157g/m2铜版纸,扫描电子显微镜（SEM）,将图像结合起来分析（双胶纸）： 可以看出没刮油墨的纸张纤维明显，纤维上没有附着颗粒，孔洞明显；刮有蓝色丝网油墨的纸张也能较清晰的看清纸张纤维，但表面有颗粒出现，有凹凸感；刮有红色可食性油墨的纸张看不到纸张的纤维，表面只有颗粒，油墨聚集。 空白纸张 刮有蓝色油墨纸张 刮有红色油墨纸张,扫描电子显微镜（SEM）,小结：双胶纸中克重越小的纸张纸张纤维越加明显，且孔洞越大，孔隙率越大，着墨效果越差，纸张和油墨的结合情况不良；而相对于双胶纸来说哑粉纸、铜版纸表面平滑，几乎没有孔洞出现，只有一些小颗粒出现在表面。因此可以明显的看出哑粉纸、铜版纸纸张和油墨的微观结合效果好。对于轻铜纸还有轻型纸虽然没有哑粉纸和铜版纸的印刷效果好，但比克重较轻的双胶纸效果好许多。对于同种纸张来说蓝色的丝网油墨要比红色的可食性油墨的印刷效果好许多，它的着墨性强，没有图文糊死现象。,原子力显微镜（AFM）-55g/m2双胶纸,通过以下图片既可以从直观上看出纸张高低不平的凹凸感，又可以通过具体的数据（粗糙度Ra）看出。,原子力显微镜（AFM）-70g/m2轻型纸,原子力显微镜（AFM）-70g/m2双胶纸,原子力显微镜（AFM）-80g/m2轻铜纸,原子力显微镜（AFM）-100g/m2双胶纸,原子力显微镜（AFM）-120g/m2双胶纸,原子力显微镜（AFM）-157g/m2铜板纸,原子力显微镜（AFM）-200g/m2哑粉纸,原子力显微镜（AFM）,观察以上三维图可以直观的看到纸张微观的高差变化，这9种纸张都有比较明显的突起和凹陷情况。通过具体的纸张表面粗糙度的数据可看出，对于同种纸张双胶纸来说，克重越大纸张的轮廓算术平均值Ra越小，也就是纸张的粗糙度越小，纸张更加平滑；轻铜纸和轻型纸的轮廓算术平均值适中，差异明显不大；而异于反常的是铜版纸，其轮廓算术平均值偏大。,光学显微镜（OM）,以55g/m2双胶纸为例采集的图像，并把图像进行二值化处理，计算其油墨覆盖百分比:,光学显微镜（OM）,刮有蓝色丝网油墨的70g/m2轻型纸(2015.4.23） 刮有蓝色丝网油墨的200g/m2哑粉纸（2015.4.23）,光学显微镜（OM）,刮有红色可食性油墨的80g/m2轻型纸（2015.4.24） 刮有红色可食性油墨的60g/m2双胶纸（2015.4.27）,油墨覆盖情况,油墨覆盖情况,油墨覆盖情况,光学显微镜（OM）,小结：通过以上表格中的数据可以明显的看到刮有红色可食性油墨的的纸张油墨覆盖百分比与刮有蓝色油墨的相比很低。对于刮有同种油墨的纸张，无碳复写纸的油墨覆盖百分比是这10种纸张中最低的。刮有油墨的同种纸张克重越大纸张的油墨覆盖百分比越大。甚至铜版纸和哑粉纸的油墨覆盖率可以达到100%。空白纸张的孔隙率几乎比较接近都偏小，纸张本身的性能比较好。,孔隙率,光学显微镜（OM）,表中数据表明，200g/m2哑粉纸的孔隙率最小为0.02%。40g/m2无碳复写纸印刷油墨后的空白区域最多，80g/m2轻铜纸空白区域也较多。而应用200g/m2哑粉纸印刷后试样在光学显微镜的测量下几乎无空白区域，其表面几乎全部被印刷油墨所遮盖，但其细部微观表面仍然有较多的露白点，具体结果可见AFM与SEM结果。,光学显微镜（OM）,普通丝网油墨比实验室配得的可食性油墨印刷效果好，着墨率高。 即可以总结为同种纸张克重越大，孔隙率越小，空白区域越少，油墨覆盖越好，印刷质量越好。而本试验中干燥时间对印刷质量几乎没有任何影响。,四.结论,就本篇论文中所研究的纸张，铜版纸和哑粉纸纸张表面平滑，微观无明显的孔洞、露白，孔隙率低，其中铜版纸的孔隙率为0.12%、哑粉纸的孔隙率为0.02%。而轻铜纸和轻型纸较双胶纸来说印刷效果也较好。但是双胶纸的印刷效果不太好，采集的图像中可以清楚的看到纤维孔洞，露白部分，孔隙率较大，其中双胶纸中孔隙率最大的是70g/m2的双胶纸高达1.94%，双胶纸的粗糙度大，油墨覆盖百分比低，空白区域少，印刷效果不太理想。因此涂布纸的印刷效果比非涂布纸的印刷效果好的多。,四.结论,对于同种纸张来说（双胶纸）克重越大的纸张微观上纤维孔洞较少，孔隙率低，粗糙度小，油墨