吸墨劑超細二氧化硅對彩噴打印效果的影響

李春山，張　憶，張周赫

（北京航天賽德科技發(fā)展有限公司 涿州分公司，河北 涿州　072761）

吸墨劑超細二氧化硅對彩噴打印效果的影響

李春山，張憶，張周赫

（北京航天賽德科技發(fā)展有限公司 涿州分公司，河北 涿州072761）

伴隨著噴墨打印技術(shù)的發(fā)展，市場對噴墨打印介質(zhì)的要求也越來越高。噴墨打印介質(zhì)吸墨性能的好壞取決于吸墨涂層的特性，而吸墨涂層中最重要的一個組成部分就是吸墨劑。超細二氧化硅以其多孔的結(jié)構(gòu)和良好的白度作為吸墨劑已被廣泛應(yīng)用。為了獲得更好的噴墨打印效果，該文研究、分析了超細二氧化硅對彩噴打印效果的影響因素及各類二氧化硅產(chǎn)品的應(yīng)用性能。

吸墨劑；超細二氧化硅；彩噴打?。挥绊懸蛩?/p>

1　引言

隨著電腦的普及、數(shù)字成像技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，噴墨打印技術(shù)已實現(xiàn)了工業(yè)化。與激光打印技術(shù)相比，噴墨打印技術(shù)以其非接觸、低噪音、高速度、低成本和易彩色化而深受大眾歡迎。伴隨著噴墨打印技術(shù)的發(fā)展，市場對噴墨打印介質(zhì)需求量也有所增加，隨之而來的不僅僅是家庭使用的噴墨打印紙需求量的上升，也是證件、彩色防水卡片的制作，戶外張貼的防水畫布，懸掛的具有廣告效果的防水無紡布等需求量的增加，同時對噴墨打印介質(zhì)的要求也越來越高：首先，噴射到片基上的墨滴吸收的速度要快；其次，打印出來的畫面清晰度要高。

噴墨打印介質(zhì)吸墨性能的好壞取決于吸墨涂層的特性，而吸墨涂層中最重要的一個組成部分就是吸墨劑。超細二氧化硅由于其多孔的結(jié)構(gòu)和良好的白度，作為噴墨打印介質(zhì)的涂層內(nèi)的吸墨劑已獲得了市場的廣泛應(yīng)用［1］。

為了得到更好的打印效果，本文研究了吸墨劑超細二氧化硅對彩噴打印效果的影響因素，并分析了各類二氧化硅產(chǎn)品的應(yīng)用性能。

2　吸墨劑超細二氧化硅的作用機理

吸墨劑二氧化硅在吸墨涂層中，其微粒的內(nèi)部分子處于力場均衡狀態(tài)，合力等于零，而表面的分子則處于力場不均衡狀態(tài)，橫向合力為零，縱向合力則為垂直于微粒表面的力，外部表面上每個分子都受到一個指向微粒內(nèi)部的力。微粒收縮到最小面積時達到最穩(wěn)定狀態(tài)，表面上的能量稱為表面自由能，就是吸墨涂層中二氧化硅微粒對墨水吸附的動力。微粒的表面積越大，對墨水的吸附能力也越強。單個微粒吸附的墨水僅局限于微粒的表面，若有大量微粒，且其濃度足以使微粒間的距離縮小到構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，形成一系列微孔，則由于毛細管作用，進一步增加了吸墨容量［2］。

二氧化硅表面存在大量微孔結(jié)構(gòu)，由于大量微孔的存在，使得二氧化硅微粒的表面積大量增加。這些內(nèi)部微孔的尺寸不僅影響產(chǎn)品整體的吸墨能力，而且會使二氧化硅微粒在吸墨涂層的干燥過程中，受到不同方向的壓力而產(chǎn)生不同程度的收縮［3］。選用孔隙性合適、顆粒大小尺寸適宜的二氧化硅吸墨劑產(chǎn)品是保證吸墨涂層吸墨性能穩(wěn)定的前提。

國產(chǎn)品牌中，有北京航天賽德科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的、也是最早向客戶推出的可替代進口產(chǎn)品的、并已獲得廣泛使用二氧化硅吸墨劑SD系列。隨著國內(nèi)二氧化硅生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大，國內(nèi)多家生產(chǎn)企業(yè)技術(shù)水平的逐步提升，各個企業(yè)均占有一定的地位，SA系列和TYS系列等二氧化硅吸墨劑在替代格雷斯Davidson P系列產(chǎn)品的應(yīng)用中，為國內(nèi)彩噴涂層行業(yè)降低生產(chǎn)成本做出了一定貢獻；同時，在日趨激烈的市場競爭中，山西天一納米材料科技有限公司、湖南冷水江三A化工集團等公司逐步退出了各自的吸墨劑二氧化硅產(chǎn)品的生產(chǎn)［4］。

3　吸墨劑二氧化硅對彩噴打印效果的影響因素

3.1試驗方法

試劑：吸墨劑，有國產(chǎn)品牌及進口品牌的沉淀法合成二氧化硅產(chǎn)品（包括北京航天賽德科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的SD-640和SD-690；湖南冷水江三A化工集團生產(chǎn)的SA 580；山西天一納米材料科技有限公司生產(chǎn)的TYS 507B和美國格雷斯生產(chǎn)的P 508）；膠粘劑，為聚乙烯醇（PVA），17%；固色劑，為強陽離子型NF-30；消泡劑，為畢克（Byk）助劑。

表1為吸墨劑產(chǎn)品理化指標。

測試設(shè)備：氮吸附測試儀；鉑坩堝；激光粒度測試儀；pH計；千分臺式測厚儀；X-Rite色密度計；放大鏡（40x）。

分析檢測：按照HG/T 4526—2013《消光用二氧化硅》測試吸墨劑產(chǎn)品的二氧化硅純度、孔隙率、平均粒徑及pH等理化指標［5］。

表1　吸墨劑產(chǎn)品理化指標

將不同生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的二氧化硅吸墨劑產(chǎn)品與水按照相同配比，高速分散于水中，加入相同質(zhì)量份的PVA、固色劑和消泡劑分散后，制備涂層，干燥后測試其色密度［6］，并觀察其色塊交界處的墨點滲透情況和細線的清晰度，結(jié)果見表2。

表2　不同吸墨劑制備的涂層在干膜厚度30 μm時測試結(jié)果對比

結(jié)合二氧化硅在彩噴涂層生產(chǎn)過程使用具體情況，對比測試結(jié)果得出：作為吸墨劑二氧化硅，對彩噴打印效果的影響因素主要有孔隙率、pH、粒徑及其添加量占比。

3.2孔隙率

孔隙率越大的二氧化硅，其吸墨性越強。二氧化硅通常可用作油漆涂料的消光劑。其專業(yè)的孔隙率測試需要通過氮吸附儀進行檢測［7］，通常情況下，可以通過單位質(zhì)量的二氧化硅產(chǎn)品吸油量的大小，間接反映其孔隙率的大小，吸油量越大的產(chǎn)品一般孔隙率越大。孔隙率的大小是選擇吸墨劑二氧化硅的一個重要指標。在一些要求特殊打印效果的涂層中，需要使用孔隙率低于1.5的二氧化硅吸墨劑產(chǎn)品。

3.3pH

二氧化硅產(chǎn)品的pH通常為6～8，某些特殊處理的產(chǎn)品pH低于6。一般選擇pH不低于6的產(chǎn)品［8］。作為吸墨劑應(yīng)用到彩噴涂層的吸墨涂層中，pH過低會造成產(chǎn)品在漿料分散過程中與某些助劑發(fā)生增稠，涂料變質(zhì)無法使用，或在貯存過程中發(fā)生凝膠，導(dǎo)致涂層出現(xiàn)拉絲。

3.4粒徑

吸墨劑二氧化硅的粒徑選擇也同樣重要。與油漆涂料不同，作為吸墨涂層產(chǎn)品所使用的二氧化硅，并不是粒徑越細越好，過細的粉體在涂層干燥之后反而容易出現(xiàn)掉粉現(xiàn)象，其平均粒徑不能超過涂層干膜厚度，其中大粒子粒徑一般不能超過100 μm；否則將造成漿料在生產(chǎn)使用過程中過濾困難的現(xiàn)象。

3.5添加量

在吸墨涂層的配置過程中，作為吸墨劑的二氧化硅，應(yīng)使其與水以一定固含量的比例充分高速分散后，再與其他膠粘劑或漿料低速分散后使用。改變二氧化硅吸墨劑的添加量，可獲得不同色彩打印效果，通常選擇二氧化硅質(zhì)量占總漿料質(zhì)量比的10%進行添加。

表3和圖1分別為二氧化硅不同添加量涂布后的吸墨測試結(jié)果和圖片打印效果。

表3　二氧化硅不同添加量涂布后的吸墨性測試結(jié)果

圖1　二氧化硅不同添加量涂布后的圖片打印效果對比

分析表3色密度數(shù)據(jù)及圖1的打印效果表明：吸墨效果不佳的涂層可通過適當加大二氧化硅吸墨劑的添加比例進行調(diào)整，但二氧化硅的添加量不宜過大；當二氧化硅添加量過大時，涂層的黏度增大，涂布之后不能順利流平，致使干燥后涂層各向吸墨性不一致，產(chǎn)生洇墨現(xiàn)象，影響打印效果；另外，添加量過大時，生產(chǎn)過程的漿料分散用時過長，雜質(zhì)過濾操作不易進行，在影響生產(chǎn)效率、增加生產(chǎn)成本的同時，漿料黏度增加也會增大干燥過程的負荷從而降低生產(chǎn)能力。

4　結(jié)論

為了展現(xiàn)圖片的最佳打印效果，應(yīng)針對彩色噴墨打印介質(zhì)的特性，結(jié)合涂層生產(chǎn)過程的干膜厚度、固含量的調(diào)整來選擇符合客戶需求的二氧化硅吸墨劑產(chǎn)品，注重二氧化硅吸墨劑產(chǎn)品的孔隙率、pH、粒徑及添加量等理化指標，結(jié)合終端客戶的使用需求，合理選擇適用于不同體系的二氧化硅吸墨劑產(chǎn)品。

［1］賴興強，張育川，張默君，等.吸墨劑二氧化硅的制備及其在噴墨打印中吸墨性能的研究［J］.北京化工大學(xué)學(xué)報，2003，30（3）：51-54.

［2］張步堂.紙張吸墨性故障及排除［J］.印刷工藝，2006（1）：62-63.

［3］馬吉峰.高品質(zhì)亞光彩噴紙的研制［D］.南京：南京林業(yè)大學(xué)，2005.

［4］施昌亞.高性能合成二氧化硅的市場——噴墨打印紙需求擴大［J］.造紙化學(xué)品，2001，13（1）：41-43.

［5］宋曉明，高姍姍.彩色噴墨打印紙吸收性的幾種測定方法［J］.湖北造紙，2009（1）：44-45.

［6］劉艷新，趙傳山.普通噴墨打印紙涂料配方的研制［J］.造紙化學(xué)品，2004，16（3）：13-18.

［7］戴忠國，張美云.彩色噴墨打印紙的涂布化學(xué)品［J］.造紙化學(xué)品，2002，14（3）：48-49.

［8］呂洪娜，陳光民.關(guān)于提高彩色噴墨打印紙吸墨涂層特性的探討［J］.影像技術(shù)，2002（2）：47-49.

Micro-silica as Ink Absorption Impact on Ink-jet Printing

LI Chun-shan，ZHANG Yi，ZHANG Zhou-he
（Beijing Aerospace Sai De Science&Technology Development Company Ltd.Zhuozhou Branch，Zhuozhou 072761，China）

With the development of inkjet printing technology，the demands of the market of inkjet printing media is more and more high.Ink absorption properties of inkjet printing media depends on ink absorption coating properties，and the most important absorbing ink coating of a part is the ink absorbing agent.Ultrafine silicon dioxide by its porous structure and excellent whiteness as ink absorption agent has been widely used.In order to obtain better inkjet printing effect，this paper studies and analyses the influence of ultrafine silicon dioxide color printing effect factors and the application performance of all kinds of silica products.

ink absorption agent；micro-silica；inkjet printing；influential factors

TQ127.2

A

1007-2225（2015）02-0035-03

李春山女士（1991-），本科，助理工程師；主要從事無機粉體技術(shù)開發(fā)與研究；E-mail：1096284191@ qq.com。

本文文獻格式：李春山，張憶，張周赫．吸墨劑超細二氧化硅對彩噴打印效果的影響［J］．造紙化學(xué)品，2015，27（2）∶35-37．

2015-02-27（修回）