（林业工程专业论文）高光泽彩色喷墨打印纸的研究.pdf

文摘 高光泽彩色喷墨打印纸，也叫数码相纸，是彩色喷墨打印纸中质量档次最高 的品种。作为一种新兴的办公自动化用纸和个性化图象打印用纸，数码相纸已成 为各行各业和家庭生活中的一种常用材料，用量直线上升，2 0 0 0 年8 月我国已 将数码彩喷纸列入中国高新技术产品目录中的第0 6 0 3 0 4 0 7 项。目前，该产品仍 然主要依靠进口，市场基本由e p s o n 、o j i 等公司的产品占领。民丰的彩喷纸项 目，原纸生产线己经胜利投产，涂布的亚光产品也在2 0 0 4 年1 1 月份面世，而高 光产品技术的引进遇到了很多的困难，因此对高光泽彩色喷墨打印纸进行研究， 具有很大的现实和经济意义。 高光泽彩色喷墨打印纸要求有良好的油墨吸收性能、高的光泽度、良好的色 彩还原性能、高的图象色密度、良好的图象和涂层耐水性能以及良好的涂层强度。 这些特性相互影响，相互制约，同处于一个矛盾体系之中。 利用目前国内外公开的技术加工出的高光泽彩色喷墨打印纸虽然某些特性能达 到进口同类产品的先进水平，但无论采用哪种技术路线加工出的产品都存在着某 方面或某几方面的缺陷。 近几年，我国在这方面进行了有益探索，少数小企业除以进口分切包装为主 以外，甚至已经有这类产品，然而，由于开发工作的保密性，导致了他们的产品 无论哪个企业真正自行开发的产品在某项或某几项特性上虽能很接近或者已经 超过进口高档产品的同类指标，但都存在着某个或某几个指标的缺陷，不能完全 满足人们的需要。 本文通过j f 交实验在目前市场上找到了采用铸涂技术路线加工高光相纸的 最佳化学品，研究了各种化学品的配合比、投料顺序和投料条件，并对某些不足 的地方进行了适当的改进，形成了一种加工高光泽彩色喷墨打印纸的良好配方。 在本研究中，最佳的光泽层颜料分散液是c a b o t 公司提供的p g 0 0 3 ，它的主 要成分是a 1 2 0 3 ，分散液的平均粒径为1 5 0 1 6 0 n m ，固含量为4 0 左右。最佳光 泽层胶粘剂是c e l a n e s e 公司提供的p v a 3 5 0 ，其聚合度为3 0 0 0 左右，醇解度为 8 8 。最佳光泽层固色剂是杭州绿色助剂研究所提供的p f 3 0 ，其固含量为3 0 左右。最佳的光泽层胶粘剂和颜料的比率是1 ：5 6 ( 绝干质量比率) 。光泽层固 色剂的最佳用量为颜料的1 2 ( 绝干量比率) 。最佳油墨吸收层颜料为三江化工 提供的7 2 ，它的平均粒径2 7um ，比表面积为3 1 0 m 2 悖，内孔体积为1 8 m l g ， 吸油值为3 1 0 m l 1 0 0 9 。最佳油墨吸收层胶粘剂为k u r a r y 公司提供的p v a r l l 3 0 ， 它的聚合度为1 7 0 0 左右，醇解度为9 8 ，是种甲硅烷基改性p v a 。油墨吸收 层使用的圆色剂是n i c a 公司提供的1 j 3 0 0 。在油墨吸收层中，颜料、胶粘剂和 固色剂之间的绝干量比率为1 0 0 2 3 1 2 。 为了提高打印图象的色密度，本研究的光泽层涂料液中，还要加入由g r a c e 公司提供的a 2 0 0 ，其加入量是光泽层颜料绝干量的2 0 。 为了提高涂层的耐水性，本研究的光泽层涂料液中，还要加入胶粘剂绝干量1 5 的乙二醛。 为了保证光泽层涂料液在涂布过程中有良好的剥离性能，光泽层涂料液中还 要加入由g r a c e 公司提供的p e c 一2 7 0 。 本研究的高光泽彩色喷墨打印纸的基材采用的是定量为1 6 0 9 m 2 的未涂布原 纸，它的白度在9 3 以上，紧度在o 8 8 9 c m 3 以上。 油墨吸收层的涂布最好采用刮刀或计量棒等接触式的涂布方式，采用热风或 红外等非接触式的方式干燥。涂布量为1 5 2 0 9 m 2 。 光泽层的涂布最好采用气刀涂布等非接触式的涂布方式，并且在涂层还没有 干燥前，与热的镜面烘缸接触，并在一定的压力下干燥。镜面烘缸的表面温度最 好在8 5 9 0 。c ，压力最好为5 0 0 n m 左右。光泽层涂布量为8 - 1 0 9 m 2 。 本研究的实验室中试纸样的油墨吸收性能、光泽度、耐水性能、打印图象色 密度、色彩还原性能和涂层强度都已经达到超过进口同类产品的先进水平。 关键词：高光彩喷纸、光泽度、色彩还原性、油墨吸收性、耐水性、保存性、 胶颜比 摘要 利用目前国内外公开的技术加工出的高光泽彩色喷墨打印纸虽然某些特性 能达到进口同类产品的先进水平，但无论采用哪种技术路线加工出的产品都存在 着某方面或某几方面的缺陷。本文通过正交实验在目前市场上找到了采用铸涂技 术路线加工高光相纸的最佳化学品，研究了各种化学品的配合比、投料顺序和投 料条件，并对某些不足的地方进行了适当的改进，形成了一种加工高光泽彩色喷 墨打印纸的良好配方。利用该方法得到的高光泽彩色喷墨打印纸的光泽度、油墨 吸收性能、涂层酎水性和打印图象的色密度、耐水性以及色彩还原性艟等各种特 性都能达到或超过日本王子制纸公司同类产品的水平。 关键词：高光彩喷纸、光泽度、色彩还原性、油墨吸收惟、酎水性、保存性、股 颜比 a b s t r a c t t h ed o m e s t i ca l 话i n t e r n a t i o n a ll 嘲b l i et e c h i a i q u eo fe x p l o i t a t i o np r o c e s s e st h eh i g h l u s t e rc o l o r o f c u r r e n t l yi n k - j e t 芦i n tt h ep a p e r 蛐o l l g hs o m ec h a r a c t e r i s t i c s 锄a m f i n t h ea d v a n c e dl e v e lo fi m p o r tt h eo ft h es a m ek i n dp l _ o i 如蝗a d o p tr e g a r d d e s sw h i c h t e c h n i q u et h em u t ep r o c e s s e st h ep r o d u c t so f t oa 1 1e x i s t 姆s o m ea s p e c to rs o m e s e v e r a lb l e m i s h s e s t h i st e x tp a s sj u s th a n do v e rt h ee x p e r i m e n tt of o u n do u tt h e a d o p t i o nt od r a wt h et e c l m i q l l er o u t et op r o c e s so nt h em a r k e te u r r e n d yh i g hl i g h t m u t u a l l yp a p e ro ft h eb e s tc h e m i c a l s , t h em a t c ht h a ts t u d i e dv a r i o u sc h e m i c a l s c o m p a r e , t h r o w st oa n t i c i p a t et h es e q u e n c ea n dh u r l st oa n t i c i p a t et h ec o n d i t i o n , a n d c a r r i e do nt h ea p p m p r i a t ei m p r o v e m e n tt ot h ep l a c eo fs o m es h o r t a g e ，b e c o m i n ga k i n do fp r o c e s st h eh i g hl u s t e rt h ec o l o ri si n k - j e tt o p r i n tt h e 烨o f9 0 0 d f o r m u l a t i o nm a k eu s eo ft h eh i 曲l u s t e rc o l o rt h a tt h a tm e t h o dg e ti n k - j e tp f i n tt h e w a t e r , t h ep r i n t i n gi n ka b s o r p t i o nf u n c t i o no ft h ep a 渺a n dd r a wt h el a y e rt ob e a rt h e w a t e ra n dp - n tt h ec o l o rd e n s i t yo f t h ep o r t r a i ta n db e a rv a r i o u sc h a r a c t e r i s t i co f e t c o f t h ew d t 嚣ra n dc o l o r sr e v i v i f i c a t i o nf u n c t i o na n dc 强a n a mo re x c e e dt h el e v e lo f t h e j a p a n e s ep r i n c es y s t e mp a p e rc o m p a n yo f t h es a m ek i n dp r o d u c t k e y w o r d s ：g l o s s yi n k - j e tp a p e r , g l o s s , c o l o rr e v i v i f i c a t i o n , p r i n t i n gi n ka b s o r p t i o n , b e a l r st h ew a l e ra n dk e e p ss e x , t h eg u mt oc o m p a r e 高光泽彩色喷墨打印纸的研究 l 前言 1 1 选题的依据及研究的目的、意义 喷墨记录系统执行图象和信蘧的记录是通过依照各种原理在喷墨记录材料 上喷射油墨粒子，并使之附着在其表面上来实现的”t 。喷娶打印机具有打印速度 快、噪音低、记录的格调多种多样、不需要定影处理以及能快速丽准确地形成复 杂图象等特点。近年来，它的应用得到了高速的推广，特别是在计算机拷贝复杂 的图象信息( 如：信函和图形) 中豹运用。此外，采用多喷嘴能简化多色记录， 而不影响记录图象的效果。而且当印刷量较少时，它较之印刷和照相要经济嗍。 高光泽彩色喷墨打印纸，英文名叫g l o s s y 诎- j e tp a i p c r ，又叫照相质量的喷 墨打印纸( p h o t o q u a l i t yi n k - j e tp a p e r ) ，也叫数码相纸，是彩色喷墨打印纸中质量档 次最高的品种。作为一种新兴的办公自动化用纸和个性化图象打印用纸，数码胡 纸已成为各行各业和家庭生活中的一种常用材料，甩量直线上升1 5 l ，2 0 0 0 年8 月我国已将数码彩喷纸列入中国离新技术产品目录中的第0 6 0 3 0 4 0 7 项。 随着计算机技术的发展和数码相机的普及，以及廉价的喷墨打印机涉足商业 界，2 0 0 0 年以来，我国高光彩喷纸的市场总需求量每年以4 0 的速率增长，2 0 0 3 年已达到3 0 0 0 盹1 3 0 j 。目前，该产品仍然主要依靠进口，市场基本由爱普生、王 子等公司的产品占领。 民丰的彩喷纸项耳，原纸生产线已经胜乖j 投产，涂布的亚光产品也在2 0 0 4 年1 1 月份面世，而高光产品技术的引进遇到了很多的圃难，因此对高光泽彩色 喷墨打印纸进行研究，具有缀大的现实和经济意义。 12 市场前景及经济牡会效益 1 2 1 市场前景 数码彩喷纸( 数玛相纸) 是一种新兴的办公自动化用纸和个性化打印用纸。 髓着数码科技的迅猛发展，电脑、数码相机的普及和广告业的不断发展以及办公 自动化程度的不断提高，高光彩喽纸已逐渐成为备行各业和家庭生活中常用的器 材，其用量也成直线上升趋势。隧着数码相机的蓬勃兴起，高质量的高光数码彩 喷纸的需求量会威倍上升预计国内年使用量在2 0 0 4 年后来来2 3 年内将达到 5 0 0 0 万平方米以上，总产值高达4 5 亿人民币【孙j 。冈此，高档高光数码彩喷纸 的l 肓场前景非常厂阔。 目前，国内的数码彩喷纸生产厂商的产品的综合性能无法满足户外广告和数 码相机的要求。国内市场销售的高档高光数码彩喷纸主要是柯尼卡、王子、三菱、 爱普生等公司的进口产品”1 ，但进口高光彩喷纸的价格比较高，不能很好的满足 人们对高光数码喷墨打印的需求。 本课题的目标就是要研制出综合性能能达到国外先进水甲的高光泽彩色喷 墨打印纸，真正实现国产化，打破由进e l 产品垄断国内市场的局面，从而进一步 降低其价格，更好的满足人们的需求。 12 ! 经济效益分析 本课题的高光泽彩色喷墨打印纸是在消化、吸收国外公丌的高档彩喷纸先进 生产技术的基础上，再有针对性的进行改进而成的，与国外同类产品相比，无论 是色彩还原性、分辨率、光泽度和耐水性等方面均相当，完全可以满足各种彩色 愤梁打印输出效果。因此，完全可以替代同类进1 2 产品，课题产品的开发每年 可以节省外汇2 0 0 0 万美元。本课题的实施将可以产生巨大的经济效益。 i23 社会效益分析 茸先近几年，我闰在高光泽彩色喷墨打印纸方面进行了有益探索，少数小 企业甚至已经有同类产品，但他们的产品主要是以进口分切包装为主，由 _ 开发 t 作的保密性，导致 r 无论哪个企业真正自行开发的产品在某项或某几项特性i ： 能很接近或者已经超过进口高档产品的同类指标，但邵存在着某个或某几个指标 的缺陷，刁i 能完全满足人们的需要。开发出综合性能能达到困外先进水平的商光 泽彩色喷墨打印纸，必定能推动我国数码彩喷纸产业化的进程，其社会效益相当 显著。 其次，目前国内市场销售的高档高光数码彩喷纸基木上都是进口产品，价格 比较高，不能满足人们对高光数码喷墨打印的需求。课题产品开发成功，替代进 口形成国产品牌，迫使进口产品大幅降价，为国家节约大量外汇，为我国消费者 节约人量开支。这同我国胶卷行业的情况类似，据统计报道，由于有国产胶卷乐 凯的存在，使得进口胶卷在中国市场的价格为2 美元，而在原产地市场价格为3 美元，在没有胶卷生产能力的东欧巾| 场则达到4 美元以上，仅此一项就为我国消 费者每年节约开支1 2 亿元i ，高光泽彩色喷墨打印纸的研制也具有同样的意义。 最后，随着我国高档高光彩色喷墨打印纸的国产化，消费者购买力的增加， 也将反过来进一步促进人们购买数码相机、扫描仪和高分辨率打印机，推动我国 数码工业的发展。 1 ，3 本课题研究的主要内容 ( 1 ) 在目前国内外市场卜i 寻找生产高光彩喷纸的虽佳化学品种类； ( 2 ) 研究其他常闫助剂的配合比，助剂的投料条件、次序等组方技术； ( 3 ) 对涂料配方进行研究，找到最佳配方，该配方利用常规的涂布方式， 能生产出光泽度、彩还原性、油墨吸收性、和耐水陛、保存性等特性都与r 本王 子制纸公司同类产品相媲美的高光彩喷纸。 2 文献综述 2 1 喷墨打印纸的发晨 2 0 多年来，喷墨打印纸的发展，大体上经历了一个由高吸收性的专用纸发展 到涂布纸，由涂布纸发展到普通纸，再发展到当前的普通纸和涂布纸同时并举的过 程1 1 引。高光泽彩色喷墨打印纸在质量上是涂布彩喷纸的尖端产品，其彩色喷墨 打印后的彩色图象的质量可以与银盐照片的质量相媲荚。 2 2 离光彩喷纸的应用领域 ( 1 ) 高精度和大爝格成象 高分辨率高速度的喷銎打印机，配套离质量l g 照相级彩色喷墨打印纸，就可 以完全获得质量与效果超过彩色印刷的画片( 彩色印刷的分辨率很难超过 1 0 0 0 d p i ) 或可以与彩色相片帽媲美。到2 0 0 0 年大规格朐彩色喷墨打印机全世 界赍勺销量已超过1 0 0 0 万台，对纸和其他摹材的彩色喷墨打印材辩的需求量2 0 0 0 年比1 9 9 5 年增长1 0 0 0 以上，大规格喷墨打印机及其耗材的市场全世界总销售 额达到了1 8 0 亿美凰i 。 ( 2 ) 数码照相摄影 2 0 0 1 年以来数字影象技术和多媒体技术发展极为迅速，数码照相摄影技术 也很快的应运丽生，已经专业应用方面进一步扩大到民用方面。其质量比几年前 已有了显著的提高，价格也下降了很多捌。数码照相机可直接连接喷墨打印机 输出彩色图象，也可以与计算机连接，通过图象处理，再用喷墨打印机输出图象。 随着数码相帆的发展，目前彩色喷墨打印机的价格也在不断下降。随着数码相机 技术的不断提高，彩色打印机以及数码相纸价格的的持续下降，数码照相已经风 行中国大陆。 ( 3 ) 短版印刷和纺织印染等 市场的需求促进了龟子出版技术的迅猛发展如用利用计算机和喷墨打印机 的图象输出系统直接打样。把彩色原稿有彩色扫描仪输入计算机对文字和图象信 息进行修版、组版等图象处理后，再加喷墨打印机输出分色软件片，即可拿去制 作印刷版。剥l - f o l 刷或印染分数很少的业务，即短版印刷带来极大的方便【2 9 1 。 所以彩色喷墨打印今后在短版印刷或印染的发展中将起到很大的作用。 4 此外，还有资料介绍了喷墨打印纸或薄膜为面层的新的自粘标签材料，将进 步扩大不干胶的用途。 2 3 高光彩囔纸的质量要求 ( 1 ) 油墨吸收性能 油墨吸收性能包括油墨吸收量和油墨吸收速度，油墨吸收性能不佳，墨水会 停留在纸面上，相互融合变得模糊，容易出现“污染”现象；吸墨性太好，抗水 性就差，会造成墨水的扩散，出现“泅纸”，图象有毛边，喷墨打印纸的c o b b 值最好为2 0 8 0 9 m 2 ，图象分辨率 ，2 8 8 0 d p i ，印迹干燥时间3 s ： ( 2 ) 光泽度 要使彩喷纸的彩色喷墨打印图象的质量达到银盐照片的水平，其光泽度必须 在7 5 ( 7 5 度角) 以上： ( 3 ) 色彩还原性 喷墨打印后的彩色图象的颜色必须与原图象的颜色相同； ( 4 ) 色密度 色密度是色彩光学密度的简称，高光相纸的彩色喷墨打印图象的各种颜色的 色密度应该在1 5 以上； ( 5 ) 耐水性 彩喷纸的耐水性包括涂层的耐水性和图象的耐水性，喷墨打印图象难免遇到 潮湿的空气，甚至与水接触，没有良好的耐水性能，不能很好的满足人们的要求： 耐水性要求前后密度值之差o 2 5 ： ( 6 ) 涂层强度 作为数码图象的承印物，高光彩喷纸涂层必须具有足够的抗弯曲和耐摩擦的 强度。 2 4 高光彩喷纸的质量影晌因素 2 4 1 油墨吸收性的影响因素 彩色喷墨打印纸的油墨吸收性能包括油墨吸收量和油墨吸收速度两个方面。 、每单位面积的吸要量可用下试来表示f 2 4 1 ： l 驴( 警t ) 2 其中：v 表示单位面积吸墨量 表示喷墨打印纸吸墨层中的空隙率：，表 示纤维柔顺性系数；r 表示毛犀管平均孔径；y 表示油墨的表面张力；o 表示接 触角：q 表示油墨黏度。 通过上式可以看出，除油墨本身的性质外，彩色喷墨打印纸韵油墨吸收量主 要影响因素是吸墨层的空隙率，吸墨层的空隙率取决于涂层颜料粒子的内空隙率 和颜料粒子间空隙率，颜料粒子的内空隙率通常用颜料粒子的吸油值来衡量，颜 料粒子河的空隙率主要取决于颤料粒子的粒径，粒径越太，颜料粒子在堆积时形 成的空隙率自然越大。 其次，为了使彩色喷墨打印纸有更好的吸墨性能，涂层中的空隙大小、形状 和分布也应该很好的加以控制。 在高岭土、轻质c a c 0 3 、重质c a c 0 3 、含成s i 0 2 、钛自粉、b a s 0 4 等诸多 颜料粒子中，唯有合成s i 0 2 对水性油墨的吸附最快、吸附量最大，更为重要的 是合成s i 0 2 的物理性质和化学性质可以人为地根据需要自由地进行控制，这一 独特的优势也为彩色喷墨打印纸的其他特性要求提供了选择的舞台。 2 、油墨吸收速度除了与涂层中的空隙率、空隙的形状、大小以及分布有直 接的关系外，还与涂料液的胶颜比、胶粘剂的种类有关，胶颜比越大，涂层亲水 性越差，吸墨速度越慢；胶粘剂的耐水性越好，涂层的吸墨速度也越慢。 此外，对于吸墨层和光泽层分开涂布的高光泽彩色喷墨打印纸，油墨白勺吸收 速度与光泽层的微孔大小和数量有很大的关系。 2 4 2 光泽度的影响因素 涂布纸的光泽度包括纸面光泽度和印刷光泽度两方面。这里主要讨论的是纸 面光泽度，它与其表面的粗糙度密切相关，表面粗糙度涉及涂层、油墨膜结构。 颜料粒子大小、排列，涂层空隙率及分布，胶粘剂种类及其在涂层中z 向浓度 分布等因素极大影响涂层结构。 1 、胶粘剂 6 胶粘剂的品种不同，成膜能力差别较大，涂层的光泽度的差异也很大，成膜 能力越强，黏结能力也越强，越有利于涂层光泽度的提高。通常用于光泽层的 胶粘剂有苯丙胶乳、p v a 、p v p 等，p v a 的黏结力最强，成膜的光泽度最高。 2 、颜料 颜料粒子舶大小对涂层的光泽度的影响很大，粒子的粒径越大，对胶粘剂所 形成的膜的破坏越厉害，涂层的最终光泽度也越低。遥常用于光泽层的颜料粒子 包括二氧化硅、氧化铝粒子等。 3 、胶颜比 胶粘剂的比率越大成膜越致密，光泽度也越高。 4 、干燥方式 涂层的干燥方式有非接触式烘干和接触式烘干硒种，如果接触式烘干所用的 烘缸是镜面烘缸，那这种方式就是铸涂。铸涂是最有利于提高涂层光泽度的干燥 方式，但它要求基材必须有良好的透气性。如果采用非接触的干燥方式，那么涂 料液中所用的胶粘剂必须有很好的成膜性能。 2 4 3 色密度的影响因素 色密度就是图象的打印光学浓度，喷墨打印图象的光学浓度可用下式表示 | 2 4 j ： ( k s ) = ( k d ，s d ) x + ( k a s a l 其中k 表示吸光系数：s 表示散射系数：( k s ) x 表示图象的光学浓度： ( k d s d ) 入表示油墨染料的光学浓度；( k a s 娜 表示油墨吸收层的光学浓度。 从上式可以看出，要提高喷墨打印图象的光学浓度和色彩的鲜艳性，除了油 墨本身的因素步卜，喷墨纸的涂层最好选用吸收系数丈面散射系数小的材料来作为 涂布层。另一面由于喷墨打印图象的显色是利用减色混合原理，所以要获得色彩 明亮的图象，也要求吸墨层的散射系数要小。 同时，涂层和原纸对油墨粒子的渗透性也是降低打印图象光学浓度的因素， 应该使油墨粒子尽可能多的滞留在涂层的表面。因此，通常在涂层中要加入阳离 子物质，这些跟离子物质舱够与喷墨打印中的阴离子性磺酸基、羧基产生窀性结 台，使染料粒子凰着在涂层的表面，提高图象的色密度。 7 2 , 4 4 色彩还原性的影响因素 色彩还原性是指喷墨打印图象与电脑或相机中的原图象在色彩方面的一致 性，它是衡量喷墨打印图象质量的重要指标。 喷墨打印用的墨水多为水溶性染料型的，一般带有磺酸基，如 1 1 ： 魏刚廿 - n = i u - 删w ，9 廿州 删i s o , n _ s o 水a ”世 * n 固 l ：。盏 国 、s o l 、i 舭p 出。 忡n 。的1 4 , o h 廿。心。删，燃州- * w 忡n - 的廿一， 一一 删， 当墨水染料与涂层i ：i 拘f h 离了固色剂结合，会改变染料结构上的磺酸基、羧 酸幕的供电能力，使染料分了上的共轭电子云能级发牛细小变化，改变染料的色 光。冈此，除了油墨本身的染料分子量的大小和亲水性会影响彩喷纸的色彩还原 性外，涂层中所玎的固色剂也是色彩还原性的主要影响因素。 2 4 5 耐水性 彩喷纸的耐水性包括涂层耐水性和打印图象耐水性两个方面，涂层的耐水性 指涂层遇水后的不溶解、不软化、不脱落等性能，打印图象的耐水性是指图象被 水某种程度地湿润时染料的流失情况。前者是后者的基石 l ：，如果涂层本身的耐水 性不好，就不可能有好的图象耐水性。涂层耐水性主要取决于涂层中所用的胶粘 剂的耐水性；图象的耐水性是由染料粒子与涂层的结合力决定的，喷墨打印用墨 水的染料粒子大多是阴离子性的，而常用的涂布颜料的粒子也是阴离子性的，要 使它们之间有良好的结合，一般涂层中都要加入阳离了化台物( 固色剂) ，固色 剂的种类是图象耐水性的主要影响因素。 2 5 国内外研究动态 2 5 1 国内生产和研究状况 高光泽彩色喷墨打印纸在质量上要求有良好的光泽度外，还要有良好的色彩 还原性、油墨吸收性、和耐承性、保存性等特性。近几年，我国在这方面进行了 有益探索，少数小企业除以进口分切包装为主以外，甚至邑经有这类产品，然而， 电脑、数码照相机的普及和彩喷广告宣传的膨胀式的高速发展，对数码彩喷纸的 质量和喷墨打印技术都提出了越来越高的要求。如彩喷纸的防水性能、光亮度都 至少达到传统银盐相纸的水准：而且打印精度越来越惠，要求彩喷纸涂层更加细 腻。但由于开发工作的保密性，导致了他们的产品无论哪个企业真正自行开发的 产品在某项或某几项特性上虽能很接近或者已经超过进口高档产品的同类指标， 但都存在着某个或某几个指标的缺陷，不能完全满足人们的需要。 2 5 2 国外的研究动态 国际上高光泽彩色喷墨打印纸的生产和深加工技术的研究主要集中在欧美 和日本等少数国家，资料显示，数码相纸的加工方法有如下几种： ( 1 ) 膨胀型。这种高光彩喷纸由基材和涂布在其至少一面上的单一涂层构 成，基材可以是照相原纸、r c 纸( 树脂涂布纸) 、p 口膜、p p 膜等，涂层由吸 水膨胀性树脂组成，这类树脂有很好的成膜性，能在涂布后不经过任何处理，形 成7 5 ( 7 5 度角，下同) 以上的光泽度，而且该类树脂遇水后会膨胀吸收，这 也是它油墨吸收性的来源。由于基材是水不能渗透性的，所以油墨粒子不会渗透 下去，因此，打印图象的色密度很高，色彩还原性也很好，硬度及平整性等与传 统银盐相纸没什么两样。但这类数码相纸由于涂层在吸收油墨的水分后会膨胀而 软化，其记录图象的耐水性能很差，印迹干燥时间很长，根本无法满足且强t 码 打印的需要因此，这类高光彩喷纸已经基本被淘汰。 ( 2 ) 微孔树脂型。这种高光彩喷纸的结构和所采用的基材都与膨胀型的相 同，它的吸墨能力来源于图层中的锾孔，打印后纸的挺度和平整性、图象的色密 度、色彩还原性都很好。据报道目前市场上的某些非铸涂法高档数码相纸就是这 种类型的产品，但关键的技术仍然垄断在国外少数企业手里，还是绝对保密的状 态，课题缎在最近的各国专利中都没有找到包含有其核心技术的专； l i 。日本k o k s i 9 0 7 - 1 3 7 4 3 2 公开了一种合有具有内孔的聚合物榜脂粒子的喷墨打印纸，然丽这里 所用的树脂粒子的平均粒径大于o 5 微米，记录材料的光i 酸不理想 美国专利u 8 2 0 0 3 0 1 3 8 6 0 5 公开了一种高光喷墨打印纸，这种多孔树鹰粒子由平 均粒径小于o 5 微米的多孔粒子组成，这种多孔性聚醋粒子是通过在有水不；瞎性 的有机溶剂存在的条件下，在种水包油乳渡中胶联一种不饱和聚酶原料和一种 易于聚合的烯不饱和单体形成的。涂布采用普通的涂布方式，包括副刀涂布、气 刀涂布，辊筒涂布、届g 潦，棒涂、凹扳涂布、压涂和慕涂，其涂匕量最好在1 0 b 4 0 9 m 2 之间。干燥采用非接触式的干燥方式，如热风干燥或红外干燥。干燥后 的吸墨层的光泽度可以达到7 0 以上。但这种彩喷纸的印迹干燥时阐高达1 5 0 s 。 ( 3 ) 铸涂型。这种高光彩喷纸一般由基材、基材至少一面上的油墨吸收层 和油墨层t 的光泽层组成。它的基材只能是未经涂布的原纸或照相原纸，因为铸 涂爱求基材必须有良好的透气性能。油墨吸收层一般由吸收能力报强的无机颜料 粒子和胶j ；j i 剂组成，可用的无机颜料包括瓷、磷酸钙、二氧化硅、氧化铝和沸 石等，胶粘剂可以是聚乙烯酵、淀耪、丁苯胶乳，于酪素、羧甲基纤维素等等。 光泽层一般由有机的胶粘剂和无机的颜料粒子复合物组成，胶粘剂可以是p v a 、 苯丙胶乳、丁苯胶乳、明胶等常用的胶枯剂，光泽度的源泉是胶耕剂的成膜性能， 无机颜料粒子是为了赋予所形成的膜一定的水可通过性，以保证油墨中的水分能 够通过光泽层进入油墨吸收层。另外由于它所采用的基材是普通的原纸或照褶原 纸，为了防止成品数码相纸卷曲、吸墨后变形等，该种高光根纸必须进行背涂处 理。特别是当基材采用的是普通原纸的时候，背涂的材料可以是p v a 、苯丙胶 乳、丁苯胶乳、明胶、淀粉等常用的胶粘嗣。 美国专利u s p 6 3 3 5 0 8 5 公开了一种具有良好光泽度、油墨吸收性能和色密度 的喷墨打印纸，它由普通原纸、油墨吸收层和光泽层构成，吸墨层由颜料和胶粘 荆构成，颜料可以是二氧化硅、氧化锅、沸石和合成蒙脱石，所采用的基材移油 墨吸收层中都含有阳离子化台物一双氟胺，光泽层由一种聚合物树腮和胶体二 氧化硅构成，这种聚合物树脂有至少一种不饱和烯烃单体合成，其玻璃化湿度为 4 0 左右。在其首选方案中，吸墨层的颜料粒子是比表面积为1 0 0 5 0 0 9 m 2 ， 吸油值在1 0 0 4 0 0 m l 1 0 0 9 的二氧化硅，光泽层中的聚合物树脂是苯乙烯- 2 - 甲 基，丙烯酸己酶( 或盐) 共聚物，与胶体二氧化硅的比率为5 0 5 0 ，复合物的玻 1 0 璃化温度为7 y c a 光泽层通过铸涂形成，即在光泽层涂料液干燥前，与热的镜 基珙缸接触，并在一定的压力下干燥，分离的干燥涂层具有足够的光泽度。按照 这种方法加工出的高光泽彩色喷墨打印纸，光泽度能达到9 0 n 6 ，色密度也能达到 1 8 ，但油墨干燥时间高到1 2 0 s ，图象的耐水性也不理想。 ( 4 ) 其他高光彩喷纸加工方法。美国专利u s p 6 ，3 3 3 ，3 9 l 和中国专利公开号 c n l 2 8 3 7 2 3 公开了一种具有良好的油墨吸收性、表面光泽度和色彩还原性的喷 墨记录材料。这种记录材料的基材是p e t 膜、p p 膜或p e 膜，在基材上有层 吸墨层，吸墨层由一种具有内孔隙的氧化铝和胶粘剂组成，在氧化铝的孔豫中 1 3 r i m 以上5 0 r i m 以下孔隙的体积与3 n m 以上1 3 r i m 以下孔隙的体积的比率范匿 在o 3 0 9 之间，或者说1 3 r i m 以上5 0 r i m 以下孔隙的体积为o 1 0 5 m l g 。对 于初级粒子同的孔隙，可以通过改变氧化铝的生产方法和生产条件来控制其孔径 范围或孔隙体积。吸墨层可以采用一层或多层涂布，为了获得良好的油墨吸收能 力，涂布量在3 0 5 0 9 r n 2 。用这种方法加工的喷墨打印纸，虽然色彩还原性很 好，色密度也很高，但光泽度只能达到卯左右，而且油墨干燥速度也很不理想。 2 6 技术路线的选择 2 6 ，l 产品质量上分析 各种技术路线所得到的高光泽彩色喷墨打印纸的特性指标： 表2 - 1 ；各种技术路线所得到的高光泽彩色喷墨打印纸的特性指标襄 汝 印迹干燥光泽度图象 色密度 a e 时间s ( 7 5 0 ) 耐水性 纸样一 1 5 07 6l7 3o7 7l5 纸样二 1 2 0 9 018 0 0 9 41 8 纸样三 j 05 51 4 s0 2 4 3 注t 表中的色密度是各种颜色色密度的平均值：耐水性用前后色密度值之差来表示。纸样一 是微孔树脂型的高光相纸；纸样二是铸涂型的高光相纸；纸样三是单层颜料粒子型的高光相 纸色彩还原性是将试样的彩色喷墨打印图象与标准纸样( 日本王子制纸公司的高光相纸) 在相同的打印条件下的彩色喷墨打印图象的比较鳝飘用t s e 表示) 。 从表上可以看出，利用当前公开的技术，无论通过哪种技术路线得到的高光 相纸，都存在某些指标上的不足。要生产出高品质的商光相纸，必须在公开技术 的基础上加以改进和完善。 2 6 2 技术可行性上分析 ( 1 ) 微孔树脂型的技术路线 微孔树脂型的技术路线涂布和干燥设备均为常用的常用的涂布和干燥设备， 民丰目前已经拥有这样的涂布生产线。但多孔聚醑的合成复杂，涉及很深的化工 和高分子方面的专业知识，而这两方面对我们面言是相对薄弱的：另外，多孔聚 酯的合成所需的设备也是很复杂的；最后，就目前公开的技术来看，该种高光相 纸产品特性上存在的缺陷较多，需要进行改进和完善地方自然很多，这些对于我 们搞造纸为主的企业来说显然难度很大。 ( 2 ) 铸涂型的技术路线 与第一种不同，该种高光泽彩色喷墨打印纸的加工和生产需要铸涂设备，民 丰没有这样的设备，但它所需要的原料和化学品存目前过内外市场上都能找到， 涉及的化工和高分子合成方面的知识相对较少，涉及纸加工和涂布方面的知识相 对较多，而这方面足我们相对的优势，困此，从这个角度上来说，建这一技术路 线难度相对要小，可行性也较大。 ( 3 ) 单层颜料粒子型的技术路线 这种高光泽彩色喷墨打印纸不需要铸涂设备，也不涉及我们民丰所欠缺的化 工和高分子合成方面的知识，但它的涂层所需的涂布量太大，一般需要4 0 9 m 2 以上，涂布操作相对比较困难，涂层容易脱落：其次，在公开的技术中，它的纸 样油墨吸收性能和光泽度都不是十分理想，这种“双低”情况改善起来非常困难 的；再次，涂层中所需要的两种孔隙体积的比率的控制也绝非易事。因此我们采 用这种技术路线的开发难度也会很大。 2 6 3 技术路线的确定 出于以上的分析，课题组决定采用铸涂型的技术路线来进行高光泽彩色喷墨 打印纸的研发，主要任务是在现有公开的铸涂型技术路线的基础上，针对它的油 墨吸收性能、光泽度、耐水性等各项特性进行技术改进，开发出各项特性指标都 能达到日本王子制纸公司高光相纸的水平的高光彩喷纸。其大致结构为： 图2 - ! ：本研究高光彩色喷墨打e 口纸的结构圈 铸涂光泽层 油墨吸收层 基材( 原纸) 背涂层 我们选择的技术路线为： 吸墨层涂料液的制备光泽层涂料液的制备 il 原纸卜涂布油墨吸收层+ 涂布光泽民背涂- ，港曲啼 分切+ 打包 围2 - 2 ：本研究本研究高光彩色喷墨打印纸的加工工艺滚程圈 3 实验村料与实验方法 3 1 光泽屡的研究 3 1 1 实验材l 井及主要实验仪器 实验材料 ( 1 ) 商品亚光相纸：定量 o s g m 2 ，规格a 4 ( 2 9 7 m m x 2 1 0 n m 口) ( 2 ) 光泽层颜料： 表3 - 1 ：光泽屡颤料 诀 主要成分平均粒经( r i m )固含量( )离子性能原料来源 7 0 3 c s i 0 2 3 0 0 1 9 5阳离子 格雷斯 p g 0 0 l s i 0 2 2 3 03 0 阴离子卡博特 4 0 ( ) 0 c s i 0 2 8 0 4 0 阳离子格雷斯 p g 0 0 3 a l ：o s 1 6 04 0 阳离子号搏特 ( 3 ) 光泽屡胶稻剂： 表3 - 2 ：光泽层胶牯剂 诀 主要成分聚台度醇解度( ) p h 值 圃含量( )原料来源 b a - s a 苯丙共聚物 | 652 3 肄世科技 p 、，a 1 l7p 、al7 0 09 86 0 可乐力 p 、r a 3 5 0 p v a3 0 0 09 8 6 o ， 塞拉尼斯 p 、强2 3 5p v a3 5 8 86 0， 可乐力 注；表中“苯而共聚物”是苯乙烯与丙烯酸酯共聚物的简称。 ( 4 ) 胶联帮：主要成分乙_ 醛，固含量3 0 ，上海试剂厂。 ( 5 ) 削泡剂：代号6 8 1 f ，罗地亚公司。 ( 6 ) 剥离剂：代号p e c - 2 7 0 ，格雷斯公司。 ( 7 ) 离子平衡剂：a 2 0 0 ，格雷斯公司 1 4 ( 8 ) 光泽层固色剂： 表3 - 3 ：光泽层圈色荆 诀 主要成分p l l 值固含量( )原料来源 d k ? 9 5 6 高分予聚胺类聚合物 4 05 0 星光p m c 1 1 7 高分子聚胺类聚合物 5 o5 0日华化学 p f 3 0 高分子聚胺类聚合物 753 0 杭州绿色助荆 x f 2 0 高分子聚胺类聚合物 72 0 杭州绿色助 f | 1 主要实验仪器 ( 1 ) s f 0 4 分散砂磨两用机： ( 2 ) k 2 0 2c o n t r o lc o a t c r - ( 3 ) 8 0 i i 型自控温度电动上光机： ( 4 ) y q - z - 4 9 a 自度颜色测定仪； ( 5 ) e p s o ns t y l u s p h o t 0 8 1 0 打印机： ( 6 ) r e ) 9 1 4 赛兑佩斯反射色密度仪； ( 7 ) 光泽度仪( n m p o nd e n s h o k u 0 g y 0c o ，曲f d ) ； ( 8 ) 水浴如热锅。 3 1 2 光泽层涂料液的制备和涂布 ( 1 ) p v a 的熬制：熬制浓度1 0 ，称取一定量的p v a ，量取所需要的水量， 在搅拌的条件下，慢慢加入p v a ，润胀1 5 m i n ，加热，升温至9 3 9 6 c ( p v a i1 7 和p v a 2 3 5 为9 3 左右，p v a 3 $ 0 为9 6 左右) ，然后保温4 0 r a i n ，至溶液完全透 明为止。在熬铡过程中，为保证溶液的圃含量，还要向溶液中补充适量的水。 ( 2 ) 涂料液的配秘：加入所需的胶粘荆，用s f 0 4 分散砂磨两用机，在 8 0 0 r m i n 的搅拌遽度下，依次按比率加入颜料分散液、固色剂，有时还有胶联剂、 到离莉和消泡剂，每加入一种成分后分别搅拌2 0 m i n ，得到成品涂料液，待用。 ( 3 ) 涂料液的涂布：在a 4 商品亚光相纸上，用勉0 2c o n t r o lc o a t e r 涂布 机涂布涂料液，在涂层湿润的条件下，放入s o i f 型自控温度电动上光机中进行 干燥，上光机表面温度为8 5 9 0 e ，顶紧辊压力为5 0 0 n m ，待纸页完全进入后， 停止转动，干燥l m i n 左右，重新重新开始转动，出来的纸样郾为所需纸样，待 测试。光泽层涂布量为8 1 0 9 m 2 3 1 3 光泽屡的有关测试 ( 1 ) 光泽度的测定：采用光泽度仅( n 】既o nd e n 甾i o k uk o g y oc o ， l t d ) ，根据o b t8 9 4 1 3 1 9 8 8 进行测定，测定角度为7 5 。 ( 2 ) 印逑干燥时闯的测定：采用e p s o ns t y l u sp h o t o8 1 0 打印机，1 4 4 0 d p ， 在纸样上打印测试图档，打开打印机蘸子，用肉眼观察油墨干燥情况，用秒表记 录油墨干燥时间。 ( 3 ) 油墨渗透性能的测试：采用e p s o ns t y l u s p h o t o8 1 0 打印机，1 4 4 0 d p i ， 在纸样上打印测试图档。用肉跟观测两种颜色间的相互渗透倚况。 ( 4 ) 色密度的测试：采用e p s o ns t y l u sp h o t o8 1 0 打印机，1 4 4 0 d p i ，分别 用品红、青色，黄色和黑色打印纸样，根据g b t1 8 7 2 2 - 2 0 0 2 ，r d - 9 1 4 麦克佩 斯反射色密度仪，分别测定各种颜色的色密度。 ( 5 ) 图象耐水性的测定：用e p s o ns t y l u sp h o t o8 1 0 打印机，1 4 4 0 d p i ，分 别用黑色、晶红、黄色和青色打印纸样，分别测它的色密度1 ，然后把打印好的 纸样放入水中冲洗1 分钟，干爆之后再测其色密度2 ，用色密度1 与色密度2 之 间的差值表示打印图象的耐水性。 ( 6 ) 图层耐水性的测定：采用e p s o ns t y l u s p h o t o8 1 0 打印机，1 4 4 0 d p i ， 在图象耐水性良好的纸样上打印测试图档，然后向图象上滴5 滴水，并用手指摩 擦图象，用肉眼观测图象的变化情况。 ( 7 ) 色彩还原性的测试：用e p s o ns t y l u s p h o t o8 1 0 打印帆，1 4 4 0 d # 分别 分别用黑色、品红、黄色和青色打印试样和日本王子制纸公司的商品高光相纸， 用y q z - 4 8 a 白度颜色测定仪测定分别测试各种颜色的色度( l 、a 、b 值) ，比 较试样和商品高光相纸闻颜色的差异( 用l ，a a 、a b 来表示) ，用a e = ( a l 2 + a 2 + b 2 ) m 来表示试样的色彩还原性能。 1 6 3 1 4 光泽屡的研究小鳍 课题组首先通过正交实验找到了加工光泽层最合适的主要化学品：p ( ；3 、 p v a 3 5 0 、p f 3 0 ，又通过对比实验，寻找到了它们之间的最佳比率，也找到了改 善图象色密度和躅层耐承性的方法，得到了理想的光泽层涂料液配方。 表3 - 4 ：光泽屡涂料液配方 组分名称 质量份数 p g 0 0 31 0 0 p 3 5 07 4 p f - 3 01 6 a 2 0 04 7 p e c - 2 7 0 0 6 乙二醛2 注：表中的质量份数是分数涟的质量。 涂料液匿含量2 8 8 3 ，蚺杯流动度1 6 ，5 s ，p h 值4 ，2 5 。 涂辩液采用k 2 0 2c o n t r o lc o a t e r 涂布机涂布在商品亚光相纸上，涂布量1 0 1 2 9 m 2 ，在涂层湿润的条件下，放入8 0 1 【型自控温度电动上光机中进行干燥， 上光机表面温度为8 5 9 0 c ，顶紧辊压力为5 0 0 n m ，待纸页完全进入后，停止 转动，干燥i m i n 左右，重新开始转动拿出纸样，编号为纸样四。用采用e p s o ns t y l u s p h o t o 8 1 0 打印机，1 4 4 0 d p i 打印纸样，纸样四的各项特性指标如表3 5 。 表3 - 5 ：纸样四的各项特性指标 汰 印迹干燥光泽度图象 色密度6 e 时间s ( 7 5 0 ) 耐水性 纸样四 l 7 3 i 8 5 n 2 i 2 注：表中的色密度和a e 的值都是品红、青色