裝飾原紙對數(shù)碼噴印色彩還原和熱壓飾面保真性影響

王瑾，龍玲，戴華芬，肖兵，劉如，茍小兵

(1. 中國林業(yè)科學研究院木材工業(yè)研究所，北京 100091； 2. 浙江夏王紙業(yè)有限公司，衢州 324000)

數(shù)碼噴印是從圖像數(shù)據(jù)直接到基材表面的一種無接觸式印刷方式，即通過一定的噴墨技術(shù)，將墨滴按需噴在基材上，無需任何印刷制版。與傳統(tǒng)印刷技術(shù)相比，數(shù)碼噴印技術(shù)具有適應(yīng)性廣、成本低、畫質(zhì)高、生產(chǎn)周期短、適用個性化定制等優(yōu)點[1]。目前已有將數(shù)碼噴印技術(shù)應(yīng)用在家具、地板、墻板等方面的報道[2-3]。浸漬裝飾紙作為用途最廣、使用量最多的板式家具飾面材料，由裝飾原紙經(jīng)樹脂浸漬并干燥至一定程度制得，可直接熱壓到人造板基材上，具有良好的裝飾性和對基材的保護性[4]。因此，將數(shù)碼噴印用于裝飾原紙對于個性化定制板式家具具有重要的意義。但由于目前數(shù)碼打印原紙生產(chǎn)工藝不同，使得裝飾原紙的性能差異較大，從而對數(shù)碼噴印色彩、圖案、花紋等裝飾性能的還原度以及熱壓飾面的保真性產(chǎn)生較大影響[5-6]。

為此，筆者研發(fā)了一款適用于數(shù)碼噴印的自制裝飾原紙，并與目前市場上現(xiàn)有的幾款常規(guī)裝飾原紙進行了數(shù)碼噴印色彩還原性和熱壓飾面保真性的研究，旨在為獲得適用于數(shù)碼噴印的裝飾原紙?zhí)峁┘夹g(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

3種裝飾原紙：自制裝飾原紙A、采購自國外的裝飾原紙B和采購自國內(nèi)的裝飾原紙C。浸漬樹脂：自制三聚氰胺-尿素-甲醛樹脂(MUF)，固含量約50%，黏度為14 s(涂-4杯法)。人造板基材：中密度纖維板，厚度18 mm，密度0.85 g/cm3，購自市場。

1.2 主要試驗設(shè)備

浸膠機，Rakelger?t，德國CHM公司；鼓風干燥箱，POH800.200.3S，上海博康精細化工有限公司；多線程數(shù)碼打印機，JV150-160，日本MIMAKI公司；掃描電子顯微鏡，phenom XL，復納科學儀器(上海)有限公司；光學顯微鏡，XSP-SW2A，上海光學儀器廠；色度儀，X-rite Color i5D，愛色麗(上海)色彩科技有限公司。

1.3 數(shù)碼噴印

選取同樣的花紋及圖案，采用多線程數(shù)碼打印機分別對裝飾原紙A、B、C進行數(shù)碼噴印。在計算機控制下，將數(shù)字信息生成的高分辨率圖像，通過噴頭使油墨墨水形成細微墨滴后直接噴射到裝飾原紙表面，并迅速固化形成裝飾紋樣或圖案。在裝飾原紙A、裝飾原紙B、裝飾原紙C上分別打印C(青)、M(品紅)、Y(黃)、K(黑)四原色并觀察其色彩表現(xiàn)效果。

1.4 裝飾原紙浸漬及熱壓飾面

浸漬：將3種數(shù)碼噴印裝飾原紙通過浸膠機在MUF浸漬樹脂中進行兩次浸漬-干燥處理，即獲得浸漬數(shù)碼噴印裝飾紙。每一次的浸漬-干燥工藝均為：浸漬30 s后取出，在鼓風干燥箱(140±2)℃下干燥至手摸不發(fā)黏。

熱壓飾面：將3種浸漬數(shù)碼噴印裝飾紙在(190±2)℃、1.4 MPa下熱壓到中密度纖維板基材上，熱壓時間為20 s。

1.5 裝飾原紙及其浸漬裝飾紙基本性能檢測

參照國家標準GB/T 28995—2012《人造板飾面專用紙》對數(shù)碼噴印前裝飾原紙的定量、灰分、透氣度、平滑度、縱向干抗張強度、縱向濕抗張強度、pH、滲透性相關(guān)性能進行檢測，同時對數(shù)碼噴印后裝飾紙的透氣度以及浸漬裝飾紙的浸膠量進行檢測。

1.6 表面形態(tài)分析

采用掃描電子顯微鏡對數(shù)碼噴印前裝飾原紙A、B、C進行觀測。觀測前，首先將裝飾原紙在(103±2)℃下干燥8 h，之后進行噴金處理。

1.7 色彩分析

采用光學顯微鏡對數(shù)碼噴印前裝飾原紙、噴印后的裝飾紙以及熱壓飾面后飾面板表面進行觀測，并利用色度儀分析裝飾原紙數(shù)碼噴印前、后的明度指數(shù)L、紅綠指數(shù)a、黃藍指數(shù)b的值。

2 結(jié)果與分析

2.1 裝飾原紙及其浸漬裝飾紙基本性能分析

裝飾原紙及其浸漬裝飾紙基本性能檢測結(jié)果見表1。目前市場上數(shù)碼噴印用裝飾原紙定量在80～90 g/m2，本研究所制備的裝飾原紙A定量為89.3 g/m2。由表1可知，相比裝飾原紙B和C，裝飾原紙A灰分值較高，滲透速率較快，同時具有良好的平整度與縱向干、濕抗張強度，其pH也與裝飾原紙B和C接近?；曳指咭馕吨堄兄玫恼谏w效果以及更好的耐光色牢度[7]；滲透時間快則在后期浸膠壓板過程中可以有更快的浸膠速度以及更好的壓板效果，不容易開裂或出現(xiàn)干濕花等成品板質(zhì)量問題[8]。在數(shù)碼噴印前，裝飾原紙A的透氣度為34.4×10-2s/mL，相比裝飾原紙B較小，但高于裝飾原紙C，而經(jīng)過數(shù)碼噴印之后，其透氣度有所降低，說明了噴印油墨堵塞了部分裝飾原紙的孔隙，但裝飾原紙C增加不明顯，可能與其表面平滑度較低有關(guān)[9]；表1中，裝飾原紙A與裝飾原紙B的透氣度無論是噴印前還是在噴印后，其數(shù)值均大于國標的規(guī)定值，這主要與其特殊的生產(chǎn)工藝有關(guān)，在滿足后期使用的前提下，透氣度值可以做一定范圍的提升。由于數(shù)碼噴印屬于無接觸式印刷方式，因此對于裝飾原紙表面的平滑度并不做太高的要求，但需保證紙面平整，達到數(shù)碼噴印的要求[10]。此外，經(jīng)過MUF浸漬后，3種浸漬裝飾紙的浸膠量基本相同，這也與國標規(guī)定值一致。

表1 裝飾原紙及其浸漬裝飾紙基本性能檢測結(jié)果Table 1 Basic properties of decorative base paper and impregnated decorative paper

2.2 裝飾原紙色彩分析

數(shù)碼噴印前裝飾原紙的L、a和b值見表2。對比3款原紙的L、a和b值發(fā)現(xiàn)，3種裝飾原紙的L值基本接近，并保持較高的數(shù)值(>95)。而自制裝飾原紙A的a和b值接近0，說明其基本接近于白色。裝飾原紙B和C的a值也基本接近0，但b值相對較大，說明這兩款原紙更偏向黃色。

表2 裝飾原紙的L、a和b值Table 2 L, a, and b values of decorative base paper

2.3 裝飾原紙表面形態(tài)分析

數(shù)碼噴印前裝飾原紙A、B、C的掃描電鏡圖見圖1。由圖1可見：裝飾原紙A紙樣表面不平整，基本沒有孔洞，表面纖維基本被覆蓋，且表面有顆粒狀物質(zhì)；裝飾原紙B紙樣表面平整度更低，且孔洞較多，表面纖維被覆蓋率低，纖維裸露多，表面有大小不一的顆粒狀物質(zhì)；裝飾原紙C紙樣表面同樣不平整，基本無孔隙，表面纖維部分被覆蓋，纖維裸露較少，同樣有顆粒狀物質(zhì)。為進一步觀察3款原紙的表面結(jié)構(gòu)，將其放大5 000倍進行觀察，可以看出：裝飾原紙A表面有比較密集的顆粒狀物質(zhì)堆積，且表面高低不平，纖維被完全覆蓋，基本無裸露；裝飾原紙B表面顆粒狀物質(zhì)較少，但有類似于膠黏狀的物質(zhì)，表面較平整，部分纖維裸露在外面；裝飾原紙C表面有散落的顆粒狀物質(zhì)覆蓋，表面較平整，部分纖維裸露在外面。因此：裝飾原紙A表面基本覆蓋了一層顆粒狀物質(zhì)，纖維基本被覆蓋，且表面不平整；裝飾原紙B表面結(jié)構(gòu)比較緊密，纖維部分裸露在外面，除有顆粒狀物質(zhì)還有類似于膠黏狀物質(zhì)，可能是為了提高色彩的保真性，在造紙過程中加入了一些樹脂物質(zhì)[11]；裝飾原紙C表面結(jié)構(gòu)比較疏松，顆粒狀物質(zhì)覆蓋較少，纖維裸露較多，不利于油墨在其表面附著[12]。

圖1 數(shù)碼噴印前裝飾原紙A、B、C的掃描電鏡圖Fig. 1 SEM images of decorative base papers A, B and C before digital printing under different magnifications

2.4 數(shù)碼噴印裝飾紙色彩分析

2.4.1 四原色數(shù)碼噴印裝飾紙色彩分析

數(shù)碼噴印裝飾紙需打印不同的花紋或圖案，再經(jīng)浸膠壓貼在人造板上，達到人造板飾面的目的。而C(青)、M(品紅)、Y(黃)、K(黑)為數(shù)碼噴印的四原色，因此通過對四原色的分析可以進一步了解數(shù)碼打印裝飾原紙對花紋或圖案的還原能力，以及其色彩表現(xiàn)效果[13]。在裝飾原紙A、裝飾原紙B、裝飾原紙C上分別打印四原色并觀察其色彩表現(xiàn)效果，并對比不同上墨量下的顯色效果；同時將其用顯微鏡放大100倍做進一步的觀察，并利用色度儀對3款裝飾原紙打印四原色的L、a和b值進行分析。為進一步對比其印刷圖案效果，分別對比印刷木紋以及彩色紋路的花紋或圖案的還原能力。以上結(jié)果見圖2～5。

圖2 數(shù)碼噴印裝飾紙印刷C原色對比Fig. 2 Comparison of digital printing decorative paper with primary color C

由圖2可以看出：數(shù)碼噴刷C原色后，裝飾紙A色彩的還原度較好，顏色飽和度高、亮度高；其次為裝飾紙C，色彩飽和度較高但亮度比較低；而裝飾紙B印刷C原色后色彩呈現(xiàn)效果最差。將印刷面放大100倍后進行觀察，裝飾紙B表面著墨量最差，清晰度最低；裝飾紙C中色料更多地滲透到纖維里，這使得打印后雖然有較好的飽和度，但亮度比較低；而裝飾紙A色料較多地覆蓋在表面，因此色彩呈現(xiàn)效果最好。

由數(shù)碼噴刷M原色(圖3)以及Y原色(圖4)的裝飾紙同樣可以看出，裝飾紙B均有著較高的亮度，而裝飾紙A和裝飾紙C的亮度較低。對比色彩呈現(xiàn)效果，裝飾紙B最好，其次為裝飾紙A，裝飾紙C較差。同樣將其放大100倍進行對比，裝飾紙A以及裝飾紙B顏色均勻性要高于裝飾紙C。裝飾紙C有著較多的露白，這也導致其較差的色彩呈現(xiàn)效果。

圖3 數(shù)碼噴印裝飾紙印刷M原色對比Fig. 3 Comparison of digital printing decorative paper with primary color M

圖4 數(shù)碼噴印裝飾紙印刷Y原色對比Fig. 4 Comparison of digital printing decorative paper with primary color Y

對比分析3款數(shù)碼噴印裝飾原紙印刷K原色(圖5)的效果，3者沒有明顯的區(qū)別，但裝飾紙B略黑。將其放大100倍后進行觀察，可以看出：裝飾紙A色彩呈現(xiàn)效果最好，均勻性、色彩飽和度以及色彩亮度最好；而裝飾紙C色彩呈現(xiàn)效果最差，有大量纖維未著色；裝飾紙B效果較差，亮度及色彩清晰度均不如裝飾紙A。

圖5 數(shù)碼噴印裝飾紙印刷K原色對比Fig. 5 Comparison of digital printing decorative paper with primary color K

通過數(shù)碼噴印四原色的著色效果可以看出；裝飾紙A的色彩還原度比較好，顏色飽和度和亮度比較高；而裝飾紙B對色彩的呈現(xiàn)略差，這可能是其添加了一些樹脂物質(zhì)，導致油墨對纖維的潤濕性變差[14]；裝飾紙C對油墨色料的潤濕性較好，但是過多的色料容易滲透到纖維內(nèi)部，導致露白增多，因此著色效果也相對較差。

2.4.2 不同上墨量數(shù)碼噴印裝飾紙色彩分析

數(shù)碼噴印裝飾紙在打印時通過不同的上墨量來展現(xiàn)圖案的層次感，因此可通過印刷不同的上墨量來對比3款裝飾紙對于色彩的呈現(xiàn)效果[15]。不同上墨量數(shù)碼噴印裝飾紙色彩分析見圖6，放大量為100。由圖6可知：當上墨量為100%時(圖6a～c)，裝飾紙B的色彩呈現(xiàn)效果最好，其次為裝飾紙A，而裝飾紙C的效果最差；當上墨量為65%時(圖6d～f)，裝飾紙A色彩呈現(xiàn)效果最好，均勻性以及飽和度較高，其次為裝飾紙C，而裝飾紙B則較差；當上墨量為30%時(圖6g～i)，裝飾紙B的墨點清晰度以及墨點密度最好，其次為裝飾紙A，裝飾紙C最差。一般情況下，數(shù)碼噴印的上墨量為40%～70%。因此，裝飾紙A在做數(shù)碼印刷時有著更好的色彩表現(xiàn)力和色彩還原效果。

圖6 數(shù)碼噴印裝飾紙不同上墨量的對比Fig. 6 Comparison of digital printing decorative paper at different ink volume

2.4.3 數(shù)碼噴印裝飾紙完整圖案色彩分析

通過印刷完整的圖案來對比3款數(shù)碼噴印裝飾紙的色彩還原效果，結(jié)果見圖7。當噴印木紋時(圖7a～c)，可以看出裝飾紙B的色彩還原最好，層次感最好，其次為裝飾紙A，而裝飾紙C效果最差。噴印彩色圖案(圖7d～f)后，同樣是裝飾紙B的色彩呈現(xiàn)效果最好、飽和度最高，其次為裝飾紙A，而裝飾紙C效果最差。

圖7 數(shù)碼噴印裝飾紙木紋和彩色圖案對比Fig. 7 Comparison of digital printing decorative paper with different wood grains and color patterns

2.5 數(shù)碼噴印裝飾紙飾面纖維板保真性分析

裝飾原紙經(jīng)打印不同的花紋和圖案之后，最終是需要熱壓在板上達到飾面的目的，通過熱壓機將浸膠完成的數(shù)碼噴印裝飾紙在同等條件下壓貼在相同基材(中密度纖維板)上，對壓貼在基材上的表面效果進行觀察分析，同時將其表面紋路在顯微鏡下放大100倍進行觀察，結(jié)果見圖8。由圖8a～c可以看出裝飾紙B的效果最好，板面木紋色彩呈現(xiàn)最為鮮艷，顏色亮度以及飽和度最好，同時花紋層次感也最好；其次為裝飾紙A，裝飾紙C效果最差。但是在壓板過程中裝飾紙B板面開裂，存在質(zhì)量問題，嚴重影響了飾面板在家居產(chǎn)品上的應(yīng)用。將3款數(shù)碼原紙打印木紋后放大100倍進行觀察(圖8d～f)，裝飾紙A墨點清晰度最好，色彩鮮艷，但有輕微露白；裝飾紙C雖然沒有露白，但墨點比較模糊；而裝飾紙B雖然墨點比較清晰，但是有較多的露白。綜上，裝飾紙A更適用于數(shù)碼噴印浸漬裝飾紙飾面。

圖8 浸漬數(shù)碼噴印裝飾紙熱壓飾面表面對比Fig. 8 Comparison of hot-pressed digital printing decorative paper surfaces

3 結(jié) 論

1)自制裝飾原紙A相比進口裝飾原紙B和國產(chǎn)裝飾原紙C，灰分含量更高，滲透性更好，且表面基本覆蓋了一層顆粒狀物質(zhì)。相比國產(chǎn)裝飾原紙C，自制裝飾原紙A的結(jié)構(gòu)更緊密，因此對色彩還原度高于裝飾原紙C，但裝飾原紙B的結(jié)構(gòu)更為致密，因此色彩的飽和度更高。

2)進口裝飾紙B雖然有著較好的色彩還原性，但是在壓板過程中容易出現(xiàn)開裂問題，無法在人造板飾面上做進一步的應(yīng)用，相比國產(chǎn)裝飾紙C，自制裝飾紙A的熱壓保真性較高，色彩表現(xiàn)力較好。

3)綜合分析，裝飾紙A應(yīng)用于數(shù)碼噴印裝飾產(chǎn)品具有較好的前景，但對圖案和花紋的還原能力和對色彩的呈現(xiàn)效果，以及在基材上的壓板應(yīng)用還需要進一步的提升和改善，使數(shù)碼噴印裝飾紙在裝飾行業(yè)得到更好的發(fā)展，為人們家居個性化發(fā)展提供更多的可能。