升华类热转印纸质量的影响因素

1、 李智斌,工程师;主要从事特种涂布技术及特种纸的研发 工作。随着数码热转印技术的不断发展,其主要耗材之一热升华转移印花纸成为近几年织物印花和造纸行业关注的热点。目前热升华转移印花纸主要依靠从韩国、荷兰等地进口。转移类印花纸根据其转印方式可分为水转移印花纸和热转移印花纸两大类,其中热转移类印花纸又分为热升华转移印花纸和胶膜热转印纸。本文针对热升华转移印花纸的性能特点和使用要求,研究了影响热升华转移印花纸转印效果及转印质量的主要因素,并对热升华转移印花纸的转印原理进行了总结讨论。1热升华转移印花纸的性能要求及主要检测指标热升华转移印花纸的性能要求国内目前没有统一标准,也没有任何规范的统一专用检测仪

2、器,但国外一些大的生产厂商,如韩国H a n s o l公司、美国AW公司等和国内一些终端用户都有一套自己的检测手段来严格控制产品质量。国内在这个领域的研究并不是很多。通过相关资料对进口产品的分析以及国内用户的使用要求1,认为热升华转移印花纸的质量要求和性能测试可以从以下几个方面着手。1.1打印质量打印质量(image print quality是指纸张打印图像的整体效果。热升华转移印花纸要求打印图像吸墨性好,吸收均匀,墨滴吸收速度快,打印完毕无明显堆墨和图像洇色现象。如果图像打印质量差,涂层吸墨性不好,吸收不均匀,洇色现象较明显,打印图像上的瑕疵在转印产品上会表现的更加明显,普遍表现为图像颜

3、色均匀性差,深浅不一致。另外,如果纸张不能快速吸墨,堆墨现象严重,在连续生产过程中打印图像容易被刮蹭或破坏,影响转印成品率和连续生产速度。1.2转印质量转印质量(heat transfer efficiency quality技术进步TEchnology 8 2010第31卷第22期 2010年11月5 是指图像打印在热升华转印纸上,在一定转印条件下,经过热转印后,图像要尽可能完全的转印在承印物上,转印图像完整、逼真、颜色密度值高,不同颜色之间界线分明,无重影现象,且纸上残留的油墨量要尽可能的少。采用的方法就是将纸张在同一台喷墨打印机、同一打印模式下打印图像,转印后以转印产品图像整体效果以及纸

4、张上残留墨量多少来评判纸张好否。具体的是观察转印产品的整体效果(包括颜色均匀性、颜色之间的界线分明等和用反射光密度计测量转印后转印产品图像C M Y K颜色光密度值以及纸张上残留图像的光密度值来表示。转印图像整体效果好,各种颜色光密度值之和的平均值高,纸张上残留颜色平均密度值低,残留墨量少,纸张质量就越好。1.3纸张形稳性纸张形稳性(shap e st abi l ity主要是指成纸在普通室内环境下的形变以及高温环境(180230下的热稳定性。如果热升华转印纸在普通室内环境下形变较大,在连续转印生产过程中,纸张则不能与承印物(如布匹等充分而紧密地接触,影响转印质量,而且可能会造成转印产品图像重

5、影现象。纸张在高温环境(180230下稳定性差,易老化,强度变差,在转印过程中容易出现断纸现象,影响生产。具体评判方法是以一定湿度和温度条件下,一定时间内,纸页卷曲的程度来评判纸张在普通室内环境下的稳定性;以不同高温环境(180250下纸张的抗张强度和撕裂强度来评判高温环境下纸张的稳定性。2实验2.1原料与仪器原纸:定量80g/m2,紧度0.86g/cm3,平滑度34s。碳酸钙、高岭土、SiO2、热升华专用墨水(进口、PV A (17-88,17-99、高聚合度改性树脂(自制,以下称改性树脂、分散剂、增白剂、润滑剂(硬脂酸钙、其他助剂。印刷表面粗糙度仪、E p s o n R270彩色喷墨打印

6、机、DNJ-5S旋转黏度计、高速分散机(上海、X-Rite 528系列分光密度计(美国X-Rite公司、热转印机。2.2方法2.2.1涂料配方与涂布方法本实验涂料配方:颜料100份,胶黏剂30份,分散剂0.15%,增白剂、润滑剂各1份,其它助剂。涂布方法:采用实验室钢丝刮棒刮涂方式,涂布量控制在46g/m2;干燥:采用烘箱热风干燥,干燥时间为30s。压光条件:温度40,压力49kPa。2.2.2样品转印将实验样品用热升华喷墨打印机打印选定图案,将打印好图案样张用热转印机进行转印实验。热转印机设定温度200,时间30s,压力98kPa。2.2.3检测与评价检测与评价主要包括打印质量和转印质量两方

7、面。打印质量:打印质量以主观评价为主,其中包括纸张油墨吸收速度、吸收均匀性、图像洇渗现象等方面。采用目视观察法将图像质量分为A、B、C三等。打印图像油墨吸收均匀,无明显堆墨和洇色现象,吸收速度快(打印完毕约1s内纸面无堆墨现象2,图像清晰,细节表现清楚,记为等级A;图像模糊不清,堆墨和洇色现象严重,打印完油墨干燥速度慢(超过10s仍有堆墨现象,吸收不均匀,记为等级C;介于两者之间记为等级B。转印质量:在同一台喷墨打印机、同一打印模式下打印图像,转印后,以纸张上残留墨量的多少(C M Y K 四种颜色光密度平均值,转印产品CM Y K四个色块的光密度平均值以及目测转印图像整体效果来评判纸张转印质

8、量。3结果与讨论技术进步7TEchnology2010Nov., 2010 Vol.31, No.22 China Pulp & Paper Industry53.1颜料对热升华转印纸性能及转印效果的影响3.1.1颜料性质对打印质量的影响热升华转移印花纸涂层涂料中的颜料应具有较大的比表面积和高吸收性。目前比较常用的颜料有碳酸钙、高岭土、S i O 2等,不同颜料性质及对热升华转印纸打印质量的影响分别见表1、表2和图1。实验配方选用颜料100份,P VA (17-9930份,改性树脂20份,分散剂0.15%,增白剂1份,润滑剂1份,其他助剂。涂布量5g/m 2,热风干燥,喷墨打印机同一模式下打印

9、图像,打印效果如表2所示。从图1可以看出,几种不同特性颜料相比较,碳酸钙和高岭土的油墨吸收性相对差一些,尤其是碳酸钙,图像堆墨现象严重,吸收速度慢,有明显洇渗现象,整体打印质量较差。SiO 2的图像打印质量要好于碳酸钙和高岭土,随着S i O 2粒子粒径的减小和比表面积的增大,图像打印质量越来越好。所以颜料本身的性质和其比表面积大小对图像吸墨性和打印质量起主要作用。同一颜料粒径越小,比表面积越大,吸墨性越好。3.1.2颜料与胶黏剂不同配比对转印效果的影响实验配方选用P VA与改性树脂混合,其他助剂,以S i O 22不同比例配比的涂料配方体系,实验对比不同颜料与胶黏剂配比组合对转印质量的影响。

10、颜料用量为颜料与胶黏剂之比值。从图2可以看出,随着颜料与胶黏剂配比比例提高,开始转印产品图像光密度值逐渐增加,随着配比比例的继续增加,转印产品光密度值开始缓慢减小,后趋于平稳。在开始,由于涂层中颜料较少,纸张本身吸墨量较差,吸收的墨量较少,所以转印到承印物上的墨量也就较少,图像密度值低。随着颜料的增加,纸张吸墨性越来越好,进而有更多的墨量转移到承印物上,但随着颜料量的增加,在转印过程中,较多的颜料就会对升华的油墨形成一个“阻挡层”,对升华的油墨“飘逸”到承印物表面起到阻碍作用,从而影响转印效果。如图3。 3.2不同胶黏剂对打印质量和转印效果的影响3.2.1不同胶黏剂对打印质量的影响在热升华转移

11、印花纸中胶黏剂的选择非常重要,合适的胶黏剂不但可以提高热升华转印纸的打印质量,还可以明显改善转印质量。常用的胶黏剂有聚乙烯醇(P VA、聚醋酸乳液、改性树脂、丁苯胶乳等。实验配方选用胶黏剂100份,S i O 22 100份,其他助剂。涂布量5g/m 2,热风干燥,喷墨打印机同一模式下打印图像,打印效果如表3所示。从表3和图4可以看出,不同胶黏剂对打印质量均有一定影响,P VA17-88、P VA17-99均有明显堆墨和洇表1 不同颜料性能对比碳酸钙高岭土SiO 21SiO 22SiO 23项目平均粒径m 1324480.71.00.20.415303550200245298吸油值g/100g

12、 10205060160180180200BET比表面积m 2/g 图1 不同颜料对热升华转印纸打印质量的影响 图2 颜料用量与转印产品光密度值之间的关系注:堆墨现象、吸收速度、洇渗以及图像整体效果好与不好以“*”多少来表示,“*”越多堆墨现象越不严重、 吸收速度越快、洇渗现象越不明显、整体打印效果越好。表2 不同颜料性能对热升华转印纸打印质量的影响碳酸钙高岭土SiO 21SiO 22SiO 23吸收速度*堆墨现象洇渗现象*整体效果*技术进步TEchnology 82010第31卷第22期 2010年11月5色现象,整体图像打印效果较差,改性树脂堆墨和洇色现象较不明显,整体打印效果相对较好。3

13、.2.2不同胶黏剂对转印效果的影响实验配方选用不同胶黏剂30份,S i O22 100份,其他助剂。涂布量5g/m2,热风干燥,喷墨打印机同一模式下打印图像,转印效果如图5所示。图5纵坐标为转印产品和纸张上残留颜色C M Y K 平均密度值。从图5可以看出,丁苯胶乳转印产品密度值较低,纸张上残留墨量较多;改性树脂转印产品密度值较高,纸张上残留墨量较少;VA17-88、P VA17-99转印效果基本相同,聚醋酸乙烯乳液的转印产品和残留墨量密度值介于P VA与改性树脂之间,所以选用不同胶黏剂的配方涂料,成纸之间转印效果有着较为明显差异,改性树脂效果好于其它,丁苯胶乳转印效果最差, P VA17-8

14、8、P VA17-99基本相同,聚醋酸乙烯乳液较差于合成胶黏剂。产生差异主要是与胶黏剂本身性质有关,包括与墨水之间的结合(作用、亲和性等。由于绝大多数热升华墨水为水性墨,且颜料粒子一般都带有阴离子性基团,其与胶黏剂的亲和作用有所不同,所以升华“飘逸”的程度也不尽相同,导致不同种类胶黏剂纸张上残留的墨量也不同,所以对转印效果的影响也不同。3.3原纸对转印效果的影响热升华转移印花纸原纸除了一般涂布原纸的基本要求外,原纸透气度、紧度等对转印质量都有一定影响。图6为不同透气度原纸对转印质量的影响。从图6可以看出,原纸透气度越小,转印产品图像密度值就高,纸张残留墨量也越少,转印质量越好。这是因为在转印过

15、程中,原纸透气度较小,受热升华的墨水透过原纸通过纸张背面向外扩散墨量就越少,从而更多的墨被“飘逸”吸附到承印物上,所以转印产品密度值较高。所以选择透气度小的纸张作为热升华转移印花纸原纸较为理想。另外,原纸还需要有较高的抗张强度和耐热性能,尤其是在加热后,原纸仍然需要保持一定强度,只有这样,才能保证纸张在高温连续生产过程中仍具有很高强度,不会轻易出现断纸现象,保证生产正常化。有研究表明3,当全部用针叶木和阔叶木化学浆(37比例配抄热升华转印纸原纸时,纸张耐热性能较好,特别是针叶木化学浆用量较多时,原纸的耐热性能和强度会更好一些。3.4热升华转移印花原理热升华转移印花的承印物必须是聚酯纤维或表层注

16、:堆墨现象、吸收速度、洇渗以及图像整体效果好与不好以“*”多少来表示,“*”越多堆墨现象越不严重、吸收速度越快、洇渗现象越不明显、整体打印效果越好。表3 不同胶黏剂对热升华转印纸打印质量的影响合成胶黏剂聚醋酸乳液丁苯胶乳PVA17-88PVA17-99吸收速度*堆墨现象洇渗现象*整体效果*图5 不同胶黏剂对转印效果的影响 注:图5横坐标1、2、3、4、5分别代表丁苯胶乳、PVA17-88、PVA17-99、聚醋酸乙烯乳液、改性树脂。图3 颜料用量与纸张残留墨量之间的关系 图4 不同胶黏剂对打印质量的影响 技术进步7TEchnology2010Nov., 2010 Vol.31, No.22 C

17、hina Pulp & Paper Industry5是聚酯纤维或类似聚酯纤维材料的产品4,5。它的转印原理是聚酯纤维的无定型区存在110m的微小空隙,当温度上升到200左右时,无定型区剧烈运动,空隙增大,并逐渐形成半熔融状态,即形成所谓“液层”,这为气态分散染料进入纤维创造条件。另一方面,在这种温度下,染料升华为气态,由于范德华力的吸引,气态染料运动到聚酯纤维周围,然后扩散进入无定型区,随着温度的降低,染料分子凝华且被包覆在无定型区内,达到着色作用。只有聚酯纤维或类似聚酯纤维的物质才有这种特性,棉纤维则不能直接采用此方法进行转移印花,原因是棉类纤维无定型区在干燥状态下空隙极小且不具有热塑性。

18、当温度上升时,其无定型区不会形成所谓“液层”,而且其本身对气态分散染料也没有吸引力。4结论4.1颜料的种类对热升华转移印花纸打印质量起决定性作用,粒径较小,吸油值较高,比表面积较大的S i O2为较适合的热升华转移印花纸涂料颜料。4.2颜料与胶黏剂的不同配比对转印质量有一定影响,胶颜比为11时,转印整体效果较好。4.3胶黏剂的种类对热升华转移印花纸转印质量有一定影响,通过比较,改性树脂与PAV混合比较适合作为热升华转移印花纸涂料胶黏剂。4.4原纸性能对热升华转移印花纸转印质量有一定影响,透气度较小的原纸可以提高热升华转移印花纸转 印质量。参考文献1黄婷,陈港,唐爱民,等.浅色热转印纸的特性及应

19、用J.中国造纸,2007,26(7:42-45.2Cast coated paper for ink jet recording, process for produc-ing the paper and ink jet recording method using the paper: US,5741584P. 1998-04-21.3滕铭辉.热转印纸涂层结构及纸页性能的研究D.山东:山东轻工业学院,2009-06.4De Visser Anthonie. Transfer paper for ink-jet printing:EP,1102682B1P. 2002-10-23.5Matthew, Warren, Shedd. Sublimation transfer paper meth