二氧化硅性質(zhì)對涂布紙張性能影響研究

馮龍 郭麗娜

（內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué) 內(nèi)蒙古 呼和浩特 010080）

二氧化硅性質(zhì)對涂布紙張性能影響研究

馮龍 郭麗娜

（內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué) 內(nèi)蒙古 呼和浩特 010080）

二氧化硅的類型和顆粒性質(zhì)影響彩噴紙的性能，本文選擇5種不同粒徑的二氧化硅作為主要涂層材料，通過涂布加工制得涂布紙，從白度、不透明度、平滑度和油墨吸收性等幾個性能指標，比較不同顏料涂布紙張的性能，以期助力于控制和優(yōu)化涂層結(jié)構(gòu)，指導(dǎo)實際生產(chǎn)應(yīng)用。

涂布紙張；涂層；紙張性能；二氧化硅

噴墨印刷（Ink Jet Printing），簡稱IJP，是通過計算機控制，將油墨流從噴嘴射在承印物，從而獲得文字和圖像的無壓印刷，即將細微的墨水顆粒，按照一定的要求，噴射在打印紙上，成像并完成輸出。隨著噴墨印刷技術(shù)的飛速發(fā)展，對承印介質(zhì)——噴墨打印紙的市場需求也隨之不斷增加。消費者希望紙張品種更豐富，質(zhì)量更高，價錢更低。為了更好的適應(yīng)市場的發(fā)展趨勢，造紙工作者不斷進行技術(shù)及材料的創(chuàng)新，根據(jù)紙張的最終使用要求選擇相應(yīng)的涂料，從而生產(chǎn)出不同等級的紙張，以滿足消費者個性化的需求。噴墨打印的紙張與油墨配合使用，其紙張表面的特征和多孔性的本質(zhì)，決定了墨水在纖維中的擴散，普通的多孔性紙張其記錄邊緣模糊，而特殊涂層的紙張可以有效改善這種情況。彩噴紙涂層主要是將顏料，膠粘劑及少量添加劑的混合物，通過一定的涂布方式施涂到紙頁表面干燥形成的多孔性覆蓋層。涂層結(jié)構(gòu)即為涂層的厚度、孔隙度、微孔尺寸的分布以及涂料組分在表面和內(nèi)部的分布。而當前對承印材料研究的重難點即在于表面涂層材料的選擇。涂層材料結(jié)構(gòu)則決定著涂層的性能，進而決定著涂布紙的性能指標。

涂布紙性能主要取決于涂層的微觀結(jié)構(gòu)及涂料組分的分布。涂層結(jié)構(gòu)中，微孔的數(shù)量和尺寸、堆砌結(jié)構(gòu)、表面凹凸程度決定了涂布紙的不透明度、白度和光散射系數(shù)等。涂層的多孔結(jié)構(gòu)對光學(xué)性能、機械性能和液體吸收性能等都有重要影響。

目前全球噴墨打印紙涂層顏料中，二氧化硅是一種應(yīng)用最廣泛且最重要的白色顏料。雖然它的折射率和白度略低于碳酸鈣和二氧化鈦，但是其比表面積和吸油性遠遠超過了兩者。比表面積大，孔隙度高，在涂層中可形成強大的吸墨和固墨網(wǎng)絡(luò)。在相同時間內(nèi)，幾種顏料的液體轉(zhuǎn)移量大小順序是：二氧化硅＞碳酸鈣＞二氧化鈦，這種涂層可快速吸收墨水，抑制墨水在水平方向的擴散。微孔網(wǎng)絡(luò)保證了優(yōu)良的色彩效果，縮短了干燥時間。

因此，二氧化硅是噴墨打印紙張理想的顏料，本實驗采用的涂料顏料也主要是二氧化硅，但市場上二氧化硅的品種繁多，特性不一，對彩噴紙的性能和打印質(zhì)量產(chǎn)生了重要影響。

圖一

故本實驗選擇了5種較大粒徑的二氧化硅（如圖一，其中，1#為沉淀法超微細二氧化硅，2為沉淀法片狀二氧化硅，3、4、5為溶膠凝膠法二氧化硅）與膠黏劑（聚乙烯醇——水解度：98%）、助劑（分散劑——聚二烯丙基二甲基氯化銨；消泡劑）進行涂料配制（如圖二），實驗結(jié)果如圖三。

圖二 涂料配制

圖三 實驗結(jié)果

1.孔隙率和透氣度分析

由于五種涂布紙樣選用相同原紙，因盡管存此，其孔隙率盡管存在著部分差別，但其程度細微，由于型號1#為沉淀法超微細二氧化硅，其粒徑小，顏料堆積排列形成的細小孔徑分布較多，因而孔隙率最高，而2#的沉淀法二氧化硅，其顆粒呈片狀，似“圓餅”，堆積密實而導(dǎo)致其孔隙率相對偏低。溶膠凝膠法生產(chǎn)工藝的3#、4#、5#型號的二氧化硅顆粒成球形，粒子堆砌松散，其本身表面涂層孔徑較大，因而孔隙面積相對較大。實驗結(jié)果表明，顏料粒子大小對孔隙大小有所影響，隨二氧化硅粒徑的增加，其涂層表面形成的孔隙也隨之增大，而涂層孔徑和孔面積也成正比變大。而透氣度則間接反映了紙張孔隙的多少和孔隙率大小，故隨二氧化硅粒徑的增加，大孔隙率的張紙透氣性也越來越好。

2.白度影響分析

涂布彩噴紙的白度影響因素主要在于顏料本身白度、膠黏劑需求量、光吸收系數(shù)幾個方面。實驗選定的5種型號涂布紙樣的白度值差值不大，且都處于白度值的高段位，除5#型號外，各涂布紙樣白度值在二氧化硅粒徑增加、膠黏劑需求減少情況下而相對小幅度增加。

3.不透明度分析

紙張不透明度是指入射光線照射在紙張上時不透光的程度，它是描述紙張阻光能力的一項指標。為了防止印跡的相互透印，對于要印刷的紙張必須是不透明度比較高，這樣才能保證在紙張的一面看不到另一面的圖文。紙的不透明度是決定印刷后紙張是否透印的主要因素。由實驗結(jié)果可知，各涂布紙樣的不透明度隨著粒徑的增加呈下降趨勢。但各紙樣之間的差值不大，且不透明度高，不易發(fā)生圖文透印。

4.平滑度分析

二氧化硅粒徑越小，其平滑度越高，但如果顏料分散，則會影響紙面平整度，進而對涂布紙平滑度產(chǎn)生影響，故實驗結(jié)果中，3#略高于2#的平滑度即由于其二氧化硅粒徑分散范圍窄，粒徑分布較為均勻而致。同時，二氧化硅粒徑大小和分布對紙張表面強度影響較大，使用粒徑大分布較寬的二氧化硅表現(xiàn)出較高的表面強度，而使用粒徑小分布集中的二氧化硅，涂層表面強度差。粒徑小，則需要更多的膠黏劑才能達到一定的表面強度，因此對于小粒徑的顏料需要提高膠黏劑使用量。

5.吸收性分析

對彩噴紙而言，良好的吸收性是獲得高質(zhì)量圖像的前提。如果涂層的吸收性差，墨水滲透干燥時間緩慢，墨水容易噴濺、珠化。但是如果吸收性太好，墨水快速滲透，容易造成透印，圖像光澤度低，圖像發(fā)虛。顏料吸收性大小可以說是顏料粒徑、比表面積和孔容等因素同時作用的結(jié)果，但在其他條件相對保持穩(wěn)定不變的情況下，根據(jù)實驗結(jié)果可知，二氧化硅吸收性隨粒徑增加而增加。

綜上所述，不顏料粒徑大小、比表面積對彩噴紙白度、不透明度、平滑度、吸收性等參數(shù)有著重要影響。高白度顏料涂布的紙樣白度高。對同一種顏料來說，二氧化硅顆粒的大小影響紙張的不透明度，顏料的顆粒越細，覆蓋能力越強。涂布紙的平滑度主要受顏料的粒徑和分散程度影響。涂布紙的孔隙率取決于涂層顏料粒子的內(nèi)孔隙率和顏料粒子間孔隙率。顏料的粒徑、比表面積和孔容都會影響紙張的吸收性，顏料本身吸收性的大小是這三者綜合作用的結(jié)果。

隨著噴墨印刷技術(shù)的發(fā)展，以及人們對噴墨印刷效果的要求越來越高，印刷企業(yè)務(wù)必進行多方調(diào)研和測試，選擇使用合適性能、涂層的彩噴紙及相關(guān)材料、設(shè)備設(shè)備，才能印刷出高質(zhì)、精美的產(chǎn)品。

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注：本文系內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)科學(xué)研究項目，項目編號：X201233作者簡介：

馮龍（1979.03-），男，漢族，內(nèi)蒙古自治區(qū)呼和浩特市，碩士，內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)輕工與紡織學(xué)院，印刷機械和數(shù)字印刷，講師。郭麗娜，女，漢族，內(nèi)蒙古自治區(qū)呼和浩特市，碩士，內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)輕工與紡織學(xué)院，數(shù)字印刷與印后加工，講師。

TP204

A

1009-5624（2016）05-0014-02