不同壓光方式對涂布紙張性能的影響

李寒東

壓光技術

原紙經(jīng)過涂布后，表面仍然不夠平整，常有纖維或顏料顆粒堆積的凸起，紙張結構疏松，纖維間的空隙較大，結合強度較差。為了保證高質量的印刷圖像和高印刷光澤度，涂布紙要在壓光機上進行最后的壓光。壓光是紙張經(jīng)過壓輥壓區(qū)，在此過程中產(chǎn)生了塑性形變，從而使紙張物理性能發(fā)生可控變化的過程。通過壓光可以使涂布紙的涂層更加質密、光亮且平滑，達到理想的鏡面膜層效果。壓光方式可分為硬輥壓光（也稱為機械壓光）、超級壓光和軟輥壓光。

材料和方法

1.實驗材料

①顏料：瓷土、NGCC。

②膠黏劑：聚乙烯醇、醇解度88%、低黏度的PVA-1788。

③助劑：CMC、消泡劑。

④分散劑：聚丙烯酸鈉。

⑤原紙：禹航-全木漿復印紙，A型，70GMS；定量：70g/m2；A4：210mm×297mm。

2.實驗儀器

①涂料制備設備：MJ-SM60型多用砂磨機（山東博山博機微特電機廠）；電子天平BL-620s（常州市宏衡電子儀器廠）；NDJ-79旋轉式黏度計（天津市華興科學儀器廠）；恒速攪拌器（上海申勝生物技術有限公司）；電熱恒溫水浴鍋（天津市泰斯特儀器有限公司）。

②涂布設備：Sumet CUS/200多功能涂布機（Sumet-Messtechnik公司）。

③壓光設備：Sumet CAS/200實驗室壓光機（Sumet-Messtechnik公司）。

④印刷打樣及印品檢測設備：紙張白度儀，L&W ELREPHO（瑞典L&W公司）；GretagMacbeth Eye-One分光光度計；DCP-PHY1 Ok型電腦測控平滑度儀（四川長江造紙儀器有限公司）；X-Rite500反射式密度計（愛色麗公司）；SZM體視顯微鏡；IGT印刷適性儀Newton C1。

3. 實驗方法

①涂料配方

本實驗所用涂料的具體配方見表1。

②顏料的分散

將蒸餾水和分散劑一起加入到高速攪拌機中預低速攪拌10分鐘，使分散劑均勻分散在水中，然后將顏料（瓷土或NGCC）緩慢地加入到涂料槽，待顏料完全潤濕后提高攪拌速度，攪拌50分鐘，使顏料充分地在水中分散。

③膠黏劑的制備

將PVA粉末緩慢加入到25℃左右的蒸餾水中，攪拌15～20分鐘，待PVA潤脹后放到水浴中逐漸升溫至96℃（升溫的同時一直攪拌），保溫30～40分鐘，直至溶液均勻透明。

④涂料的配制

將制備好的顏料和膠黏劑（瓷土、NGCC和PVA）以及涂料總量0.2%的消泡劑倒入攪拌容器中混合，以2500r/min的速度攪拌至少1小時，至涂料成為均勻的分散體系。

⑤涂布

將攪拌均勻的涂料倒入涂布機的涂料槽中，以輥子放入轉動時不會溢出為準，并在涂布過程中隨時添加涂料。涂布機使40號計量棒，將涂布輥壓力設為100N/m，刮刀壓力設為30N/m，刮刀角度設為18°，涂布速度設為14m/min，紅外干燥的能量比100%，熱風干燥溫度100℃、時間1分鐘。待所制涂布紙經(jīng)玻璃板壓平之后，用裁紙刀將紙張裁切成標準尺寸BS（長257mm，寬182mm）等待壓光。

⑥壓光

將涂布之后的紙張分成3組，每組各15張使用不同的方式進行壓光，即固定其他壓光條件（壓光溫度70℃，壓光壓力40N/m，壓光速度3m/min），分別使用硬輥壓光、軟輥壓光、超級壓光3種方式對涂布紙進行壓光。

⑦紙張涂層性能檢測

A.紙張物理性能檢測

主要對涂布不同壓光方式后的紙張進行定量、白度以及平滑度幾項基本性能的檢測。

B.紙張滲透

實驗中使用PDA動態(tài)滲透分析儀來測量各組彩噴紙的動態(tài)滲透特性。其測量過程及原理是：a.比照樣品裁切模具在各組涂布紙張上裁出50mm×80mm大小的紙樣，然后用雙面膠帶把紙樣固定在樣品固定器上，并用輥子壓緊使之完全貼合，避免氣泡的形成。將水倒入測量槽內(nèi)，并把樣品固定器安裝在儀器上。b.設定測量條件，選擇測量模式為涂布紙/水，測量面積為直徑35mm的圓，測量頻率為1 MHz，測量時間為30s。設置完畢開始測量，樣品浸入測量槽內(nèi)的水中。c.在測量容器中，垂直于紙樣的方向安裝有相對的超聲波發(fā)射器和接收器，當樣品浸入水中時發(fā)射器立刻發(fā)射超聲波信號穿透紙樣。在水滲透紙張的過程中，超聲波信號會被反射、散射和吸收，因此接收器收到的信號會有所變化，這些信號變化由接收器記錄下來，由集成處理器進行計算，并可顯示出數(shù)據(jù)和動態(tài)滲透曲線，通過曲線可自動推導出描述紙張?zhí)匦缘膮?shù)，進而由對參數(shù)的研究來反映紙張的滲透性。

⑧紙張印刷性能檢測

將通過3種不同壓光方式后的涂布紙以及沒經(jīng)過涂布和壓光的原紙用裁紙機裁剪為寬60mm的紙條，利用Newton C1印刷適性儀模擬印刷機分別對4組紙條（硬壓紙、軟壓紙、超壓紙、原紙）進行印刷，印刷油墨選用CMYK其中一種顏色。待紙條印刷干燥后用Eye-One分光密度計對印刷圖層進行密度檢測。

結果與討論

本研究內(nèi)容是分析不同的壓光方式對涂布紙物理性能以及印刷性能的影響。

1.紙張定量分析

涂布量就是指紙張表面經(jīng)涂布后定量的增加值，涂布量（g/m2）等于涂布紙樣張定量減去原紙定量。經(jīng)本實驗涂布配方涂布后的紙張定量為119g/m2，即涂布量為39g/m2，較大的涂布量增加了對紙張的覆蓋，同時也能夠更明顯地對下一步經(jīng)過不同壓光方式的涂布紙性能進行分析。

2.紙張白度分析

白度是評價紙張性能的一項重要指標，并且和印刷品的質量密切相關。涂布紙張的白度與顏料白度、膠黏劑需求量等因素有關。顏料的白度越高，則涂布制得的紙張白度也越高。白度相對高的紙可以比較真實地反映圖像色彩，紙張白度越高，印刷品圖文部分的色彩就越鮮艷。這是由于紙張白度越高，它的反射能力就越強。所以白度高的紙張幾乎可以反射全部色光，從而使印品墨色鮮艷，視覺效果好。而白度低的紙張，因為僅吸收部分色光，導致其既不能如實表現(xiàn)圖像明暗部分的反差，又比較容易造成偏色。圖1表示分別通過硬壓、軟壓和超壓3種壓光方式涂布紙張的白度數(shù)據(jù)?？梢钥闯?，由于經(jīng)過硬輥多次反復的壓光，超級壓光后的涂布紙具有最高的白度，而經(jīng)過硬輥壓光與軟輥壓光的涂布紙紙張白度較為接近。

3.紙張平滑度分析

紙張平滑度的高低也會直接影響彩噴紙的打印質量。平滑度高的涂布紙可以使墨層光滑均勻，圖像色彩生動、層次更加豐富。而在平滑度相對低的涂布紙上印刷后墨水會分散不均勻，其呈色效果較差，容易導致印刷品墨色發(fā)花、發(fā)淡。所以，在印刷要求較高的精細彩色印刷品時，應該盡可能使用平滑度較好的涂布紙進行印刷，從而保證原稿的再現(xiàn)效果。圖2分別表示硬壓、軟壓、超壓涂布紙以及未經(jīng)過壓光原紙的平滑度數(shù)據(jù)。可以看出經(jīng)過超級壓光的涂布紙平滑度遠遠大于其他壓光方式的涂布紙，約是其他壓光紙的兩倍；而軟輥壓光的涂布紙相比硬輥壓光涂布紙的平滑度有一定提升，但不是很明顯；硬輥壓光涂布紙平滑度與原紙相似，硬壓后的涂布紙平滑度不會得到提升。

4.紙張滲透性分析

圖3、4、5分別表示硬壓、軟壓和超壓涂布紙的滲透參數(shù)，3個試樣構建一張參數(shù)圖，橫坐標表示滲透所用時間，滲透時間越長表示涂層的抗水性越好；縱坐標表示滲透的強度，數(shù)值越小說明滲透性越強，表明涂層表明有粗大的毛細孔?？梢钥闯?，3種壓光方式涂布紙的滲透時間基本一致，但滲透強度方面，經(jīng)過超級壓光的涂布紙滲透強度明顯最小，其次是經(jīng)過硬輥壓光的涂布紙，經(jīng)過軟輥壓光的涂布紙具有最大的滲透強度。說明超壓涂布紙涂層表面的孔隙最小，軟壓涂布紙涂層表面孔隙相對最大。

5.印刷色密度分析

色密度是衡量打印圖像質量的一項重要參數(shù)，直接影響最終的色彩還原度和視覺效果。密度值越高，則噴墨打印圖像色彩就越艷麗、逼真。本實驗將3種不同壓光方式的涂布紙以及原紙用裁紙機裁切為寬60mm的紙條，再利用Newton C1印刷適性儀進行打印色條，采用的油墨為品紅顏色油墨，待印刷色條干燥后用分光密度計分別對4種色條進行測量，并對密度值進行對比。實驗硬壓、軟壓、超壓涂布紙和原紙條各6條，每條色條測量3個不同位置的色密度，最后求其平均值得到不同壓光方式色條的R色密度（圖6）?？梢钥闯?，原紙印刷的色密度是最小的，經(jīng)過涂布和壓光后的涂布紙色密度都有提高，相比超壓和硬壓涂布紙色密度最高，軟壓的涂布紙色條密度相對稍低。

結論

本實驗以研究不同壓光方式對涂布紙性能的影響為目，經(jīng)過涂布的紙張分別通過硬輥壓光、軟輥壓光和超級壓光的方式后對紙張白度，平滑度，滲透參數(shù)以及印刷后的色密度行進測量，得到以下結論：

①超壓涂布紙白度最高，硬壓和軟壓涂布紙白度稍低且近似。

②超壓涂布紙平滑度有比較大提升，軟壓涂布紙平滑度略有提高，硬壓涂布紙平滑度與原紙相似。

③超壓涂布紙涂層孔隙最小，軟壓涂布紙涂層孔隙相對最大。

④超壓和硬壓涂布紙印刷后色密度相似且最高，軟壓涂布紙色密度略低。

作者單位：天津科技大學包印學院