喷墨打印是一种快速发展的非接触印刷工艺，它取决于3个主要方面，即纸张、打印机和油墨。一般使用含有特种颜料的涂料处理高档喷墨打印纸的表面，如二氧化硅、沉淀碳酸钙（PCC ）。以气相二氧化硅和PCC 为颜料进行涂布可以使喷墨打印纸吸水性好和保真度高。根据喷墨打印的印刷质量和应用市场可以将喷墨打印纸分为若干等级（见图1）。用表面施胶剂和淀粉处理的多功能办公室用纸主要是中低档产品；高档喷墨打印纸对彩光泽度、网点形状、匀整性、油墨载体吸收性、抗水性和其他性能都有一定要求，故必须使用特种颜料和 添加剂。由于硅基颜料和PCC 的化学物理特性完全不同，因此，研究了这些颜料是如何影响涂料的流变性、纸张及印刷性能。有关资料中只有少数论文涉及到同种配方中PCC 和二氧化硅的使用和相互影响。
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表面施胶和涂布的比较
普通喷墨打印纸（多功能办公室用纸）表面一
般采用聚合物分散剂的混合物进行施胶，如苯乙烯马来酸酐（SMA ）、聚氨酯（PU ）或苯乙烯-丙烯酸酯和淀粉。前者使纸张具有疏水性，后者使纸张有一定的表面强度。这样的表面施胶纸张由于其油墨干燥时间长，阻止了不同墨滴间的相互叠加，不适合用于多印刷，只适合用于单（如黑白）印刷。内
部施胶和表面施胶都会降低纸张的表面能，使得染上去的黑油墨不易润湿并渗透到纸张内部结构中，使纸张表面有足够的疏水性。与黑油墨相比，青、品红和黄的喷墨打印油墨表面张力
高档喷墨打印纸涂布中特种颜料的使用
Use of Specialty Pigments in High -end Ink -jet Paper Coatings
胡伟婷（Hu Weiting ）编译
摘 要：讨论了纸张涂布和印刷实验的结果，研究了单一颜料对涂料的流变性和涂布印刷纸质量的作用。通过与沉淀碳酸钙（PCC ）作对比，指出了硅基颜料的优缺点。结果表明，二氧化硅与PCC 都可用作高档喷墨涂布纸的颜料。含二氧化硅的涂料保水性更好，能赋予涂布后的纸张更高的光泽度，更适合于黑白印刷；就涂料流变性、涂布纸不透明度和多印刷品质量而言，PCC 效果更好。而两种颜料混合可能会使制备的涂料黏度增大。
较低（一般为30 mN/m），表面施胶后纸张的表面能仍然很高。因此基于这几种颜的多印刷质量较差，渗现象严重。
数码摄影、室外广告及简报对印刷质量要求较高，可用水分散疏松多孔的合成颜料和聚乙烯醇（PVOH）对喷墨打印纸进行涂布（见表1）。在小型办公室及家庭办公室（SOHO）中使用的喷墨打印油墨主要是水溶性的，所以保证喷墨打印油墨的快速干燥是非常关键的，即从纸张表面消除油墨载体。由于水分蒸发速度很慢，比表面积大的颜料必须使染料和水分快速分离，即谱效应。油墨染料应接近于纸张表面以获得高光学密度和防止透油；油墨载体应尽可能地快速渗透到涂层结构中。为了保证主要为酸性阴离子的喷墨打印油墨固定在纸张表面，涂布颜料中要加入如聚二烯丙基二甲基氯化
电脑视保屏铵（PDADMAC）等带正电的试剂，同时提高喷墨印刷品的耐水性。
表1 高档喷墨打印纸涂布颜料
2 高档喷墨打印纸涂布颜料
在高档喷墨打印纸涂布中习惯使用二氧化硅基合成颜料。二氧化硅可以提供高彩密度和图像分辨率，有效控制网点的形状和大小，且干燥速度快、降低透油。根据制造参数，市场上有几种不同的配方：沉淀二氧化硅、气相二氧化硅、胶体二氧化硅和硅胶。除无孔胶体二氧化硅外，它们都是具有大比表面积的多孔性颜料，具有以上提到的一些优点，但同时也存在一些不足：价格昂贵、尘埃不易处理、涂料中颜料的加入会使硅基颜料的黏度快速增大，需限制其固含量最大为25%，从而降低了干燥速度和涂布速度。此外，低固含量使这种涂料不能用于计量施胶压榨。另外一个不足之处是胶黏剂需求量高，100份绝干颜料需要30～40份PVOH胶黏剂。
最近，开始用专门设计的PCC取代这些硅基颜料。与二氧化硅相比，PCC的特点是流变性更佳，胶黏剂需求量较低（100份绝干颜料需要8～10份PVOH）。
蜂鸣器封装PVOH主要作为二氧化硅和PCC的黏合剂，同时提高印刷适性。大量羟基的存在可使纤维素与二氧化硅或高岭土间形成牢固的氢键。
3 实 验
用实验室涂布棒对定量为85 g/m2的内部施胶纸进行涂布，涂布配方包括1～2种颜料（合成二氧化硅和PCC）以及PVOH胶黏剂（见表2）。实验中使用的并不是最优化的配方，仅采用最简单的颜料-黏合剂混合物来反映不同颜料的性能。所用的PCC为美国特种矿物有限公司生产的Jetcoat 30。气相二氧化硅由Degussa公司（Aerosil MOX 170）提供，完全水解中等分子质量的PVOH由Clariant公司
（Mowiol 28-99）提供。涂布量为4.8～5.5 g/m2。用高锰酸钾法测定涂料保水性，用100 r/min的黏度计测定涂料黏度。
表2 涂布配方
涂布后将样品放在23℃且相对湿度为50%的环境下，用下列标准方法测量涂布纸性能：莱曼光泽度（TAPPI T 480）、Bekk平滑度（ISO 5627）、PPS粗糙度（ISO 87914）、DAT接触角（TAPPI
T 558）、IGT印刷适性（ISO 3783）、白度（ISO 2470）和不透明度（ISO 2471）。为了评价喷墨打印纸的打印性能，用办公室打印机HP DeskJet 5550将喷墨打印纸的测试图打印到纸张上（见图2）。对4种喷墨打印油墨（青、品红、黄和黑）都要分别测量其光学密度和CIE L*a*b*值，这两个参数分别通过光密度计（Gretag D185）和分光光度计（Gretag-Macbeth）测量对应颜喷墨打印纸的正方形样本得到。通过扫描（扫描仪为UMAX Astra4700，分辨率为300 dpi，深为24 bit）的图像，分析印刷品的斑点、渗和毛细作用。
4 结果与讨论
图3～图7为涂料性质的测量结果。二氧化硅的酸性化学特性使得只含或含有二氧化硅的涂料的pH值较低（见图3）。需要注意的是，在涂料的制备过程中并没有使用校正pH值的化学品（如NaOH）。含
有15份PVOH（相对于100份绝干颜料，下同）的涂料的保水性（见图4）很差，而当加入较多份数的PVOH时，由于其交联作用使得涂料的保水性显著提高。图6显示，PCC和二氧化硅的任何一种组合（25/75或者50/50）都会使含有15份PVOH的涂料的黏度显著增大。因此，PCC和二氧化硅间的相互作用和涂料的流变性在很大程度上取决于胶黏剂PVOH的含量。如果只是比较单一涂料的总固含量和黏度就可以更清晰地发现，由纯二氧化硅变为纯PCC时，涂料的总固含量增加（如由12%增加到21%，PVOH为15份）的同时黏度下降，见图7。较高的胶黏剂含量会使涂料的黏度增大。
涂布纸的性能见图8～图12。由于涂布后纸样没有压光，因此光泽度的区别不大（见图8），与PCC
相比，二氧化硅明显提高了涂布纸的光泽度。
如图9所示，涂料中纯的二氧化硅或PCC都会使涂布纸的表面更加平滑。PCC和二氧化硅的混合物会降低涂布纸的平滑度和增加粗糙度。胶黏剂含量的增加也会降低涂布纸的平滑度。气相二氧化硅的亲水性可以从图10看出，水和涂布纸的接触角会随着接触时间而改变（此处仅为纯颜料的性质）。从图
10可以清楚地看出，较小的接触角意味着水性喷墨打印油墨表面更容易湿润。当涂料中PCC的含量为100份时，PVOH的含量对接触角有显著影响。就光学性能而言，用PCC取代二氧化硅可以得到明度更大且不透明度更高的涂布纸，见图11和图12。
喷墨打印纸的印刷性能如图13～图21所示。一般而言，对于青、品红和黄，不论胶黏剂PVOH的含量如何，涂料中PCC含量越高就越有利于提高印刷品的光学密度（见图13～图15）。可以推测，PVOH的增加有利于增加彩强度。与这些染料型油墨比起来，颜料型黑油墨的光学密度更高（见图16），因为渗透到涂层结构中的黑颜料颗粒较少，也就是说，黑墨膜更厚。颜料种类以及胶黏剂的含量对青、品红和黄3种颜CIE L*a*b*值的影响类似：当颜料由二氧化硅变为PCC 时，这3种颜的CIE明度下降；胶黏剂用量增加会使印刷品颜更深。饱和鲜艳的青a*（红绿）值、b*（蓝黄）值是较高的负值，b*值尤其如此。由图17可以看出，PCC的性能明显优于二氧化硅。同样，为了在印刷品上得到鲜艳的品红（见图18）和黄（见图19），品红的a*值和黄的b*值应呈较大的正值，采用PCC可以达到更好的效果。当胶黏剂PVOH的含量由15份变为40份时，PCC和二氧化硅对鲜艳的青、品红和黄的再现能力的差异就不那么明显了。这是因为PVOH可以提高彩鲜明度。对于黑的再现（见图20），颜料应该选择二氧化硅，因为当涂料中含有100份二氧化硅时，印刷品的度非常低，即a*值和b*值几乎为0
。
水平除雾器至于喷墨印刷的不良
现象——斑点、渗
21中的气泡观察出。
黄在黑底（黑背
景上有1.8%的黄文
本）上的渗由横坐
标给出，黑毛细作
用由纵坐标给出：圆
圈越大，斑点就越明
显。从图21可以明显
地看出，只含PCC的涂
象和毛细作用都更显
熔断器盒
的不足之处是喷墨印
刷品的斑点。
5 结 论
太阳影子定位
虽然气相二氧
化硅和沉淀碳酸钙
（PCC）都可用作高
档喷墨涂布颜料，但
两者在涂料性能、涂
品的特性方面都有显
著不同。含二氧化硅的涂料保水性较好，纸张经
过纯二氧化硅涂布后比用纯PCC涂布后的光泽度更
施梦月
高。二氧化硅适合于黑白印刷（CIE a*值和b*值几
乎为0，吸水性差）；就涂料流变性、涂布纸不透
明度和多印刷品质量（较高的光学密度和更饱和
的彩）而言，PCC效果更好。用两种颜料混合制
备的涂料似乎存在一些问题，因为两者混合可能使
涂料黏度增大。总而言之，涂料配方中究竟是使用PCC还是二氧化硅，在决定时也应该把经济因素考
虑在内，比如颜料和涂料的价格。
（责任编辑：陈丽卿）
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