聚乙烯蠟對鋁系噴墨介質(zhì)性能的影響

張麗惠（通訊作者），范永新，蓋樹人，蘇騰龍

（樂凱膠片有限公司研究所 河北 保定 071054）

1 引言

噴墨打印影像輸出方式以其圖像色彩鮮艷、分辨率高、能完美再現(xiàn)膚色等優(yōu)勢而迅速普及，特別是在噴墨打印輸出過程中無廢水、廢氣等排放等符合國家的環(huán)保政策成為影像輸出的新寵。

噴墨打印紙作為噴墨墨水接收材料直接影響噴墨打印輸出的影像質(zhì)量，噴墨打印紙吸墨涂層按吸墨原理可以分為2 類膨潤型和微孔型。膨潤型噴墨打印紙的吸墨原理為通過吸墨涂層自身的水溶性樹脂吸水膨脹后來吸墨，存在涂層和畫面防水性差、噴墨打印的墨水干燥時間很長等問題。微孔型噴墨打印紙吸墨機理為通過涂層中的微孔來吸墨，墨水中的水通過空隙滲透至涂層中，噴墨打印后墨水干燥極短。由于吸墨顏料具有陽離子性與墨水中的染料發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，實現(xiàn)畫面的防水。由于上述無與倫比的優(yōu)點微孔型噴墨打印紙倍受市場青睞。微孔型噴墨打印紙按照涂層中吸墨劑類型還分為氧化鋁（鋁系）和二氧化硅（硅系）[1-3]，鋁系噴墨打印紙打印出的影像色彩鮮艷、耐折性好，國內(nèi)生產(chǎn)技術(shù)比較成熟、生產(chǎn)工藝穩(wěn)定，因此目前鋁系噴墨打印紙成為國內(nèi)的主流噴墨打印紙。然而由于吸墨劑氧化鋁本身的硬度較小，鋁系噴墨紙存在的主要問題為抗劃傷性差，在涂布生產(chǎn)、物流運輸、打印輸出過程中，容易產(chǎn)生“亮斑”的弊病。而聚乙烯蠟有良好的分散性、優(yōu)異抗劃傷性能、低廉的價格，從而廣泛應(yīng)用在涂料、印刷等領(lǐng)域，用于提高涂料的抗劃傷性能。在噴墨涂層中加入聚乙烯蠟，旨在提高涂層的耐磨性，尚未檢索到聚乙烯蠟對噴墨涂層影像性能影響的相關(guān)文獻。本文在噴墨涂層中加入了聚乙烯蠟，旨在改善噴墨涂層的抗劃傷性，還發(fā)現(xiàn)聚乙烯蠟?zāi)芴岣弑砻娴墓鉂啥?。但隨著聚乙烯蠟乳液百分含量的不斷增加，在噴墨打印后的影像性能影響方面，色彩還原能力黃、品、黑、青四色最大密度的影響則出現(xiàn)了分化，黃、品、青三色密度略有提升，黑色密度反而出現(xiàn)了下降趨勢。

2 實驗

2.1 原材料和設(shè)備

自制涂塑紙基（高光型225g）、聚乙烯醇（可樂麗PVA235）、氧化鋁粉（國產(chǎn)天津）、聚乙烯蠟乳液（新諾）、樂凱表面活性劑7#、硼酸（試劑）。

電子天平、恒溫水浴、德國IKA 高速分散攪拌、70#涂布棒（RDS）、X-RITE 310 色密度計、DJ520 粘度計、紅外干燥箱、100g 砝碼。

2.2 實驗方法

2.2.1 噴墨紙的涂布液制備

根據(jù)表1 中配方1-5 號，將純水加入燒杯中，用高速分散機在10000rpm 速度下慢慢加入氧化鋁，加完后繼續(xù)分散60min，停止攪拌。在45 ～48℃下，加入聚乙烯醇溶液（質(zhì)量濃度10%）、聚乙烯蠟乳液、表面活性劑7#（質(zhì)量濃度10%）、硼酸溶液（質(zhì)量濃度1.9%），在200rpm速度下繼續(xù)混合攪拌53min，消泡0.5h，制備為鋁系噴墨1-5 號打印紙涂布液。

表1 噴墨紙涂布液配方Table 1 The formulations of coating liquid

2.2.2 噴墨打印紙制備

將噴墨打印紙涂液，用RDS 涂布棒分別涂布在涂塑紙基上，在干燥箱中100℃下烘干20min，得到噴墨打印紙1-5#。

2.3 評價方法

2.3.1 光澤度

采用XGP 光澤度計測試涂層表面光澤度（60°）。

2.3.2 打印紙打印性能測試

采用愛普生噴墨打印機Stylus-290、另色鬼兼容墨水，按國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T21301—2007 打印標(biāo)準(zhǔn)圖形，用X-RITE 310 密度計測定100%色塊色密度。

2.3.3 噴墨介質(zhì)抗劃傷性能測試

將噴墨打印紙涂層面朝上平鋪于平板玻璃上，將300mm×40mm 涂塑紙基條（220g）非涂層面向下放置在涂層面上，將100g 砝碼置于涂塑紙基條光面?zhèn)壬?，拉動紙基條反復(fù)20 次，用愛普生牌噴墨打印機（Stylus290 型）打印100%黑色塊，按照2mm*2mm 面積作為單位方格，數(shù)出有“亮斑”的方格數(shù)，計算出“亮斑”所占色塊百分率，百分率為0 為0 級，0 ＜百分率≤5 為1 級，5 ＜百分率≤10 為2 級，百分率＞10 為3 級。

3 結(jié)果與分析

3.1 聚乙烯蠟對介質(zhì)光澤度的影響

噴墨介質(zhì)的光澤度是反映噴墨介質(zhì)表面效果的指標(biāo)，表2 為在噴墨涂液中加入聚乙烯蠟對噴墨介質(zhì)光澤度的影響。

表2 聚乙烯蠟對介質(zhì)光澤度影響Table 2 The influence of PEW on the gloss of the inkjet paper

由表1 中數(shù)據(jù)可以看出，隨著聚乙烯蠟的百分含量不斷增加，噴墨介質(zhì)光澤度逐漸升高，這是由于聚乙烯蠟的“漂浮效應(yīng)”[4-5]，使得其干燥過程中分布在噴墨涂層表面。當(dāng)入射光線照射噴墨介質(zhì)涂層的表面時會產(chǎn)生不同程度反射，從而對涂層光澤度產(chǎn)生不同的影響。漂浮在噴墨涂層的聚乙烯蠟粒徑及粒徑分布不同，對光澤度的影響不同，本文加入的聚乙烯蠟粒徑為0.01μm，彌補了噴墨涂層表面的微小缺陷，使得成膜后小粒徑的蠟顆粒更加均勻地分散在涂膜表面，產(chǎn)生了更高程度的全發(fā)射，起到了提高光澤度的“增光作用”[6]。

3.2 聚乙烯蠟對噴墨介質(zhì)抗劃傷性的影響

鋁系噴墨介質(zhì)產(chǎn)生“亮斑”原因主要噴墨涂層表面的粗糙度較高，在摩擦中由于涂層表面凸出部分的損傷而出現(xiàn)反射光變化造成亮斑，“亮斑”的放大照片見圖1。因此提高噴墨涂層表面的耐磨性、平整度是解決“亮斑”問題的技術(shù)方案。而聚乙烯蠟具有較高的硬度，可提高涂膜的耐磨性，涂層表面形成了聚乙烯蠟保護層，可以提高噴墨涂層表面的平滑度，使得物體接觸到噴墨涂層表面時，滑動的傾向大于劃傷傾向，從而提高了噴墨介質(zhì)涂層的耐磨性，增強其抗劃傷性[6，7]。另一方面，噴墨涂液中加入聚乙烯蠟，可能是由于前述聚乙烯蠟的“漂浮效應(yīng)”，使得氧化鋁的分散性更好，形成的涂層表面更平整，也提高了抗劃傷性。

聚乙烯蠟對噴墨介質(zhì)抗劃傷性的影響見表3，由表3中數(shù)據(jù)可以看出隨著聚乙烯蠟百分含量的不斷增加，抗劃傷性逐漸提高。

圖1 “亮斑”的放大照片F(xiàn)ig 1 The zoom photo of the ‘the bright spot drawback’

3.3 聚乙烯蠟對噴墨紙色密度的影響

色彩還原是評價噴墨紙打印性能的重要指標(biāo)，采用四色密度紙來進行表征。涂液中加入聚乙烯蠟經(jīng)涂布、烘干制備噴墨打印紙四色密度見表4，由表4 數(shù)據(jù)中可以看出涂液中隨著聚乙烯蠟的百分含量逐漸提高，黃、品、青色的最大色密度值出現(xiàn)了上升趨勢，而黑色最大密度反而出現(xiàn)了下降趨勢。

表4 聚乙烯蠟對噴墨紙色密度的影響Table 4 The influence of PEW on the density of the inkjet paper

圖2 所示為聚乙烯蠟作用機理，可以看出在噴墨涂層中聚乙烯蠟顆粒基本呈球形分布，聚乙烯蠟顆粒部分突出于噴墨涂層表面外，其余部分鑲嵌于噴墨涂層內(nèi)部。裸露于噴墨涂層外表面的球形顆粒部分影響了涂層對墨水染料吸附性能。聚乙烯蠟顆粒呈弱陽離子，而墨水中的染料呈陰離子，通過絡(luò)合反應(yīng)，將染料固定在蠟顆粒表面[2]，提高了黃、品、青色密度。而黑色密度下降可能是與噴墨打印過程中的色彩控制有關(guān)。由圖像文件轉(zhuǎn)變?yōu)椴噬跋竦膰娔蛴∵^程往往需借助Photoshop 圖像處理軟件，打印過程的色彩控制可分Photoshop 的色彩管理和打印機驅(qū)動的色彩轉(zhuǎn)換2 個階段。第1 個階段是將各種模式的圖像（RGB、CMYK、Lab、灰度圖像等）轉(zhuǎn)換為RGB 圖像，第2個階段是將圖像RGB 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為墨量數(shù)據(jù)[8]，打印機將定量墨水噴至噴墨介質(zhì)上，形成彩色密度。在RGB 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為墨量數(shù)據(jù)的階段中，黑色密度要通過黃、品、青三色疊加而成，形成黑色密度染料的摩爾數(shù)超過了涂層表面聚乙烯蠟可絡(luò)合的摩爾數(shù)，使部分染料分子沒有固定在涂層表面，而是滲入涂層中，從而導(dǎo)致了黑色密度下降。

圖2 聚乙烯蠟的作用機理Fig 2 The acting mechanism of PEW

4 結(jié)語

通過聚乙烯蠟對鋁系噴墨介質(zhì)性能的影響研究，顯示聚乙烯蠟?zāi)芨纳茋娔繉拥目箘潅浴⑻岣弑砻娴墓鉂啥?。在影像性能方面，對黃、品、青、黑四色密度的影響則出現(xiàn)了分化，黃、品、青三色密度略有提升，黑色密度出現(xiàn)了下降趨勢。