印刷相紙的靜電殘留與紙基關(guān)系的探討

彭春寧，王 蕾，邢艷紅

（樂(lè)凱膠片股份有限公司 河北 保定 071054）

1 引言

數(shù)碼印刷是印刷技術(shù)數(shù)碼化，網(wǎng)絡(luò)化的必然產(chǎn)物和發(fā)展趨勢(shì)。根據(jù)技術(shù)來(lái)源，數(shù)碼印刷機(jī)——由印刷機(jī)技術(shù)，數(shù)碼技術(shù)和數(shù)字油墨技術(shù)發(fā)展而來(lái)[1-2]。

隨著印刷技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字印刷技術(shù)以其印刷速度快、影像質(zhì)量高、個(gè)性化容易、印刷過(guò)程無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)應(yīng)用越來(lái)越廣泛。其中，靜電數(shù)字印刷更是以其較好的印刷質(zhì)量及較快的印刷速度廣泛應(yīng)用于商業(yè)印刷、包裝印刷、影像輸出等領(lǐng)域。當(dāng)下流行的靜電數(shù)字印刷以彩色激光印刷和HP Indigo數(shù)字印刷為主流，印刷原理大致相同，且印刷復(fù)制性能相近。為得到較好的影像質(zhì)量，要求圖像的印刷轉(zhuǎn)移定位更精準(zhǔn)，色彩表現(xiàn)要更好，層次要求更多。同時(shí)為保證印刷速度，要求印刷過(guò)程中走紙順暢，印品自動(dòng)堆疊性好。而印刷材料的特性將直接影響著印品的輸出質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

印刷相紙普遍存在紙間排斥推紙和印刷問(wèn)題。一般而言，上述現(xiàn)象的產(chǎn)生均與相紙帶有靜電相關(guān)[3-5]。通過(guò)對(duì)目前3種商品印刷相紙（古樓、三菱、樂(lè)凱）研究，我們考察不同相紙的抗靜電性能，并對(duì)抗靜電性能的影響因素進(jìn)行了深入的研究。同時(shí)，通過(guò)對(duì)印刷相紙的靜電殘留與紙基的關(guān)系，本論文建立了印刷相紙靜電產(chǎn)生模型。

2 實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)材料及設(shè)備

實(shí)驗(yàn)材料：三菱樣品1#、鼓樓樣品、三菱樣品2#、樂(lè)凱涂塑相紙、LK260克（GX-2）雙面細(xì)絨、LK220克雙面細(xì)絨、抗靜電涂布液。

實(shí)驗(yàn)設(shè)備：1.5#線棒、2.5#線棒、4#線棒、干燥箱、體積電阻率測(cè)試儀（zc-90F 高絕緣電阻測(cè)量?jī)x）、水分測(cè)試儀（梅特勒水分測(cè)定儀MJ33）。

2.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

用1.5#、2.5#、4#線棒在樂(lè)凱涂塑紙基上分別進(jìn)行制備單面樣品和雙面樣品。

將所有的樣品進(jìn)行表面電阻和體積電阻率測(cè)試和含水量的測(cè)試。表面電阻和體積電阻測(cè)試按照zc-90F高絕緣電阻測(cè)量?jī)x的測(cè)試方法進(jìn)行測(cè)試，其中體積電阻率測(cè)試中需要測(cè)試樣品的厚度，使用了TMI公司的數(shù)字測(cè)厚儀49-56-00-0002型號(hào)）。

印刷相紙的靜電效應(yīng)為：在印刷機(jī)出口處，每50張印刷產(chǎn)品手工能夠戳齊為合格。100張手工能夠戳齊為優(yōu)秀。

3 結(jié)果與討論

在靜電印刷的過(guò)程中，由于靜電印刷的原理決定了印刷介質(zhì)處于一個(gè)高電壓和高溫且靜電較多的環(huán)境，在印刷過(guò)程中如果介質(zhì)上產(chǎn)生的靜電無(wú)法消除的話，就會(huì)造成靜電殘留的現(xiàn)象。靜電殘留對(duì)于靜電印刷來(lái)說(shuō)，輕則產(chǎn)生“排斥推紙”，重則產(chǎn)生碳粉轉(zhuǎn)移不完全等問(wèn)題。因此，要求介質(zhì)的電荷能夠移動(dòng)到接地處通過(guò)接地消除。因此，印刷介質(zhì)在印刷過(guò)程中要迅速有效地將自身的靜電消除。

Helmholtz認(rèn)為：任何兩種化學(xué)組成不同或組成相同但聚集態(tài)不同的材料，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)中的電荷載流子能量分布是不同的，當(dāng)這兩種材料相接觸、摩擦?xí)r，就會(huì)在它們的表面上發(fā)生電荷的再分配，也就是說(shuō)在材料的表面上產(chǎn)生了電荷的轉(zhuǎn)移，形成(+)(-)雙電層。當(dāng)材料相互分離時(shí)，使正負(fù)電荷分離而產(chǎn)生靜電，同時(shí)隨著距離的拉大，電容減小產(chǎn)生高電壓[3]（圖1）。

圖1 靜電產(chǎn)生示意圖Figure 1 structure diagram of Static electricity produced

在外界作用下，如摩擦或以各種能量如動(dòng)能、位能、熱能、化學(xué)能等的形式作用，原子會(huì)出現(xiàn)正負(fù)電不平衡的現(xiàn)象。任何兩個(gè)不同材質(zhì)的物體接觸后再分離，即可產(chǎn)生靜電。材料的絕緣性越好，越容易產(chǎn)生靜電。及時(shí)消除產(chǎn)生的靜電就尤為重要：有效的方法是提高聚合物的表面導(dǎo)電性或體積電導(dǎo)率。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)聚合物表面電阻達(dá)到1.0 E+10 Ω～1.0 E+12 Ω時(shí)，即可滿足一般抗靜電的要求[4]。

3.1 樣品表面電阻與體積電阻率的測(cè)試

相紙表面電阻、體積電阻率和印刷相紙靜電排斥的關(guān)系見表1。

表1 樣品表面電阻與體積電阻率Table 1 Sample surface resistance and volume resistivity

由表1可知，相紙表面電阻降到1.0 E+8 Ω后，印刷相紙排斥推紙的問(wèn)題可以有效解決；相紙?bào)w積電阻率降低到1.0 E+12 Ω后，印刷過(guò)程的排斥推紙問(wèn)題也可以接受。

從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)看，三菱競(jìng)品的表面電阻值可以達(dá)到1.0 E+11 Ω，體積電阻率為1.0 E+12 Ω·m，在印刷過(guò)程中樣品碼放一般，可以接受，并且50頁(yè)可以手工戳齊。樂(lè)凱220克雙面細(xì)絨產(chǎn)品表面電阻為1.0 E+9 Ω，體積電阻率為1.0 E+13 Ω·m，相紙產(chǎn)品產(chǎn)生嚴(yán)重的排斥推紙現(xiàn)象。同時(shí)，樂(lè)凱260克產(chǎn)品卻在表面電阻為1.0 E+9 Ω時(shí)，體積電阻率為1.0 E+12 Ω·m時(shí)，沒(méi)有出現(xiàn)排斥推紙的現(xiàn)象。

3.2 塑層體積電阻率與涂塑紙基體積電阻率的對(duì)比

塑層體積電阻率與涂塑紙基體積電阻率結(jié)果，見表2。

表2 塑層的體積電阻率與涂塑紙基的體積電阻率Table 2 The volume resistivity of the plastic layer and the volume resistivity of the coated paper base

從表2可知，所有樣品的涂塑層的體積電阻率都處于一個(gè)數(shù)量級(jí)水平。

3.3 單面和雙面的表面電阻對(duì)體積電阻率的影響

印刷相紙單雙面涂布的表面電阻與體積電阻率見表3。

表3 印刷相紙單雙面涂布的表面電阻與體積電阻率Table 3 Surface resistance and volume resistivity of singlesided coating on printed photo paper

從表3中數(shù)據(jù)可以看出：（1）單面涂布抗靜電層后，涂塑紙基的表面電阻對(duì)體積電阻率沒(méi)有影響；（2）雙面涂布抗靜電層對(duì)涂塑紙基的體積電阻率有影響。

雙面涂布對(duì)體積電阻率的影響主要是雙面都有抗靜電層后，不僅使電荷分布在電阻測(cè)試儀的測(cè)試環(huán)部分，而且會(huì)分布在整個(gè)樣品的平面上。因此，雙面涂布后實(shí)際上是擴(kuò)大了測(cè)試的面積，造成測(cè)試結(jié)果變小[6]。

3.4 含濕量與體積電阻率的關(guān)系

表4為印刷相紙含濕量與體積電阻率的關(guān)系。一般情況下，環(huán)境濕度對(duì)抗靜電效果的影響較大，物體單位表面積含水量與試樣表面電阻存在著關(guān)聯(lián)[7-8]。由表4中數(shù)據(jù)可知，樣品體積電阻率小于1.0 E+12 Ω·m，紙基的含濕量都在8%左右；當(dāng)紙基層含濕量為5%左右時(shí)，相紙樣品的體積電阻率均高于1.0 E+12 Ω·m。

表4 印刷相紙含濕量與體積電阻率的關(guān)系Table 4 Relationship between moisture content and volume resistivity in printed photo paper

在印刷的過(guò)程中，靜電產(chǎn)生以感生靜電為主，容易在印刷相紙內(nèi)層產(chǎn)生感生靜電，如何快速消散內(nèi)層靜電是印刷相紙產(chǎn)生排斥推紙的關(guān)鍵。

由表4可知，紙基的含濕量在8%時(shí)，體積電阻率在1.0 E+8 Ω·m，從而能夠?qū)⑼克芗埢捏w積電阻率從1.0 E+13 Ω·m～1.0 E+14 Ω·m降至1.0 E+8 Ω·m。紙基內(nèi)層處于不帶電范疇，使內(nèi)層避免了感生靜電的生成，可以很好地降低“排斥推紙”現(xiàn)象的發(fā)生。降低相紙基層的體積電阻率，使內(nèi)層的感生電荷能夠移動(dòng)消散。

通過(guò)分析后我們認(rèn)為：在靜電印刷過(guò)程中，印刷相紙?jiān)陟o電印刷機(jī)中產(chǎn)生的靜電不止存在于兩個(gè)表層，而且存在于兩個(gè)涂塑面的正反面，見圖2。

圖2 印刷相紙示意圖Figure 2 structure diagram of photo paper

其靜電產(chǎn)生的模型我們推論如下：

（1）當(dāng)表面電阻值＞1.0 E+12 Ω，體積電阻率＞1.0 E+12 Ω·m，A、B、C、D 4個(gè)面都屬于帶電體范疇，其表面所帶靜電都無(wú)法快速消散，在印刷的過(guò)程中會(huì)存在嚴(yán)重的靜電殘留。

（2）當(dāng)表面電阻值≤1.0 E+11 Ω，體積電阻率≤1.0 E+12 Ω·m，A面和D面屬于低帶電體范疇，其表面所帶靜電能夠快速消散。由于體積電阻率?。ㄖ虚g的紙基層的體積電阻率會(huì)更?。?，B面和C面有可能不會(huì)產(chǎn)生靜電或者產(chǎn)生了靜電也能夠快速移動(dòng)，也不會(huì)出現(xiàn)“排斥推紙”現(xiàn)象，如三菱產(chǎn)品。

（3）當(dāng)表面電阻值≥1.0 E+9 Ω，體積電阻率≥1.0 E+12 Ω·m，A面和D面屬于低帶電體范疇，其表面所帶靜電能夠較快消散；B面和D面所帶靜電由于體積電阻率高而無(wú)法消散，此時(shí)就會(huì)產(chǎn)生“排斥推紙”現(xiàn)象。

（4）當(dāng)表面電阻值≤1.0 E+8 Ω，體積電阻率≥1.0 E+12 Ω·m，A面和D面屬于非帶電體范疇，導(dǎo)電能力非常強(qiáng)，幾乎不帶靜電。A面和D面具有很強(qiáng)的導(dǎo)電性能，因此相當(dāng)于施加了兩個(gè)靜電屏蔽層，B面和C面產(chǎn)生不了靜電，此時(shí)也不會(huì)產(chǎn)生“排斥推紙”現(xiàn)象。

（5）當(dāng)表面電阻值≥1.0 E+12 Ω，體積電阻率≤1.0 E+11 Ω·m，由于體積電阻率足夠小，A面和D面無(wú)法累計(jì)電荷，不會(huì)產(chǎn)生“排斥推紙”現(xiàn)象。

4 結(jié)論

本文研究了鼓樓、三菱、樂(lè)凱3種印刷相紙的靜電殘留與紙基的關(guān)系，研究發(fā)現(xiàn)，鼓樓相紙產(chǎn)品表面電阻最低為1.0 E+8 Ω，而日本三菱相紙產(chǎn)品表面電阻高達(dá)1.0 E+11 Ω～1.0 E+12 Ω，而樂(lè)凱產(chǎn)品的表面電阻為1.0 E+9 Ω～1.0 E+11 Ω。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中：鼓樓產(chǎn)品使用效果最好，沒(méi)有靜電殘留，沒(méi)有“排斥推紙”等現(xiàn)象；三菱產(chǎn)品表面電阻最高，產(chǎn)品印刷性能也穩(wěn)定，同樣滿足客戶使用；樂(lè)凱產(chǎn)品的表面電阻比三菱的低，卻存在靜電殘留和“排斥推紙”的現(xiàn)象。為此針對(duì)印刷相紙的靜電殘留與紙基的關(guān)系，我們進(jìn)行印刷相紙靜電產(chǎn)生的模型推導(dǎo)和建立，并進(jìn)行了研究。

模型結(jié)論見下：

（1）靜電印刷用印刷相紙的抗靜電要求，體積電阻率大于1.0 E+12 Ω·m時(shí)則要求表面電阻要小于或等于1.0 E+8 Ω，這樣才能保證在表面形成比較完整的導(dǎo)電層，消除靜電殘留。

（2）靜電印刷用印刷相紙的抗靜電要求，體積電阻率小于1.0 E+12 Ω·m時(shí)，則要求表面電阻要小于或等于1.0 E+10 Ω，這樣就能保證在表面形成比較完整的導(dǎo)電層，消除靜電殘留。

（3）靜電印刷用印刷相紙的體積電阻率與涂塑層的體積電阻率正相關(guān)，與原紙基的含濕量負(fù)相關(guān)。在涂塑層確定的情況下，通過(guò)調(diào)節(jié)含濕量可以在一定范圍內(nèi)控制涂塑紙基的體積電阻率。