孫 姝 陳蘊(yùn)智

(天津科技大學(xué)包裝與印刷工程學(xué)院,天津,300222)

·S MA表面施膠劑·

S MA表面施膠劑改善非涂布噴墨打印紙性能的研究

孫 姝 陳蘊(yùn)智

(天津科技大學(xué)包裝與印刷工程學(xué)院,天津,300222)

采用不同型號(hào)的苯乙烯-馬來(lái)酸酐(S MA)分別對(duì)原紙進(jìn)行表面施膠,比較研究了不同型號(hào)的表面施膠劑S MA對(duì)紙張物理性能和噴墨打印性能的影響。結(jié)果表明,H520在改善紙張噴墨打印性能方面要優(yōu)于其他4種S MA;H520可使紙張透氣度降低99.9%,平滑度提高25.1%、吸水性提高122%,對(duì)紙張白度和不透明度的損失較小;在噴墨打印性能方面,H520可提高印品的色密度, C、M、Y、K分別提高9.1%、16.0%、1.3%和12.4%,可擴(kuò)大暗調(diào)呈現(xiàn)范圍,墨點(diǎn)清晰度提高5.4%,改善色彩還原性50%以上。

S MA;表面施膠;非涂布紙;噴墨打印性能

(＊E-mail:sunshubnb@163.com)

Abstract:In this paper,different types of S MA surface sizing agents produced by Hercules and Sartomer of USA used for surface sizing on the uncoated papers to compare the effects of those sizing agents on the physical properties and ink-jet printability of the uncoated papers. The results showed that H520 produced by Hercules is superior to the other four kinds of S MA surface sizing agents in ink-jet printability improvement.In the aspect of paper physical properties,H520 can decrease porosity by 99.9%,increase smoothness and Cobb value by 25.1%and 122%respectively,while the whiteness and opacity are not decreased too much.In the aspect of ink-jet printability,it can enhance the color density of printed products,C,M,Y,K are increased by 9.1%,16.0%,1.3%and 12.4%respectively,it also can expand the range of shadows appearance,increase the dots resolution by 5.4%,improve the color reproduction more than 50%.

Key words:S MA;surface sizing;uncoated paper;ink-jet printability

目前,非涂布噴墨打印紙憑借其價(jià)格優(yōu)勢(shì),仍受廣大消費(fèi)者的青睞,其需求量也在不斷上升。為了獲得理想的噴墨打印效果,在紙張生產(chǎn)過(guò)程中,需采用合適的表面施膠劑來(lái)提高紙張噴墨打印效果。具有代表性的表面施膠劑為苯乙烯-馬來(lái)酸酐(S MA),它是應(yīng)用最廣泛的表面施膠劑[1-2]。本實(shí)驗(yàn)以赫克力士公司和沙多瑪公司生產(chǎn)的不同型號(hào)的S MA為研究對(duì)象,考察了不同型號(hào)的S MA對(duì)非涂布噴墨打印紙的物理性能和噴墨打印性能的影響,優(yōu)選出適合噴墨打印紙表面施膠用的S MA,以期為工廠實(shí)際生產(chǎn)提供理論依據(jù)[3]。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 原料

原紙(70 g/m2):深圳安興紙業(yè)有限公司;氨水:質(zhì)量濃度28%,天津市江天化工有限公司;冰醋酸:天津市北方天醫(yī)化學(xué)試劑廠。

S系列(S3000和S3000I)和H系列(H520、H540和H550)的S MA分別由美國(guó)沙多瑪公司和美國(guó)赫克力士公司生產(chǎn),性能參數(shù)見(jiàn)表1和表2。

1.2 儀器

研磨器、電動(dòng)恒速攪拌機(jī)、電熱恒溫水浴鍋、刮刀涂布器、旋轉(zhuǎn)式黏度計(jì)、電子天平、標(biāo)準(zhǔn)厚度儀、分光光度計(jì)、反射式密度計(jì)、電腦攝影生物顯微鏡、印刷表面粗糙度測(cè)定儀(PPS)、紙和紙板吸水性測(cè)試儀、彩色噴墨打印機(jī)(EPSON#1720)[4]。

表1 沙多瑪公司生產(chǎn)的SMA性能參數(shù)

表2 赫克力士公司生產(chǎn)的SMA性能參數(shù)

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

(1)按照產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)所示的配方,用氨水和冰醋酸將不同型號(hào)的S MA制備成溶液,S3000、S3000I、H520、H540、H550溶液的濃度分別為0.10、0.15、0.13、0.10、0.10 g/mL。

(2)采用刮刀式涂布將S MA溶液施涂在原紙上,刮刀縫隙0.1 mm。S3000、S3000I、H520、H540、H550的表面施膠量分別為3.83、4.95、4.65、3.95、4.02 g/m2。

(3)按相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定施膠紙張的白度、不透明度、透氣度、吸水性和印刷表面粗糙度。

(4)測(cè)定施膠紙張的噴墨打印性能,包括:色密度、階調(diào)、墨點(diǎn)清晰度、印刷色偏[5-6]。

2 結(jié)果和討論

2.1 不同類(lèi)型S MA對(duì)紙張物理性能的影響

2.1.1 不同類(lèi)型S MA對(duì)紙張白度的影響

不同類(lèi)型的S MA對(duì)紙張白度的影響見(jiàn)圖1。由圖1可知,表面施膠后的紙張與原紙相比,白度均有所下降。施膠紙樣白度的降低是由于施膠劑的顏色所致,施膠劑顏色越深,所得紙張的白度越低[7]。H550和S3000施膠紙樣的白度相對(duì)較高。

2.1.2 不同類(lèi)型S MA對(duì)紙張不透明度的影響

不同類(lèi)型S MA對(duì)紙張不透明度的影響見(jiàn)圖2。由圖2可知,表面施膠后的紙張與原紙相比,不透明度均略有下降,這是由于紙張空隙被膠料填充,導(dǎo)致散射界面減少所致。S MA施膠紙樣不透明度由大到小的順序?yàn)?H540>H550>H520=S3000=S3000 I。少量的S MA并不會(huì)引起紙張不透明度的明顯損失,各種S MA對(duì)紙張不透明度的損失均小于1%。H540施膠紙樣的不透明度較高,較高的不透明度有利于減少紙張透明、透印現(xiàn)象。

2.1.3 不同類(lèi)型S MA對(duì)紙張透氣度的影響

不同類(lèi)型S MA對(duì)紙張透氣度的影響見(jiàn)圖3。由圖3可知,S MA施膠紙樣透氣度由大到小的順序?yàn)? S3000>S3000 I>H550>H540>H520。H520和S3000 I施膠紙樣的透氣度較原紙的分別下降了99.9%和67.5%,下降幅度較大。施膠劑分子質(zhì)量是影響紙張透氣度的主要因素,分子質(zhì)量越大,S MA成膜性增強(qiáng),覆蓋紙張表面孔隙的能力越強(qiáng),從而使得紙張透氣度降低[8]。噴墨打印時(shí),控制紙張的透氣度有利于控制油墨向紙張內(nèi)部過(guò)度滲透,從而提高印品光澤度和飽和度。H520表面施膠的紙樣透氣度最低,有利于噴墨打印。

2.1.4 不同類(lèi)型S MA對(duì)紙張平滑度的影響

不同類(lèi)型S MA對(duì)紙張粗糙度的影響見(jiàn)圖4。由圖4可知,S MA施膠紙樣粗糙度由大到小的順序?yàn)? S3000>H550>S3000 I>H540>H520,即S MA施膠紙樣的平滑度由大到小的順序?yàn)?H520>H540> S3000 I>H550>S3000。H520和S3000 I的平滑度較原紙分別提高了25.1%和19.5%。這是由于施膠劑分子質(zhì)量越大,覆蓋紙張表面孔隙的能力越強(qiáng),從而紙張表面平滑度就越高[9]。高平滑度有利于油墨在紙張表面形成均勻平滑的墨膜,從而提高印刷品的光澤度。綜合比較,H520在提高紙張平滑度方面效果更佳。

2.1.5 不同類(lèi)型S MA對(duì)紙張吸水性的影響

不同類(lèi)型S MA對(duì)紙張吸水性的影響見(jiàn)圖5。由圖5可知,H520施膠紙樣的吸水值明顯高于其他S MA施膠紙樣,且是原紙吸水值的2倍,能夠瞬間吸附墨水,有利于獲得優(yōu)質(zhì)的噴墨打印圖像。彩噴紙的最適吸水值在20～60 g/m2范圍內(nèi),過(guò)低、過(guò)高都會(huì)影響噴墨打印效果[10]。因此,采用H520對(duì)紙張進(jìn)行表面施膠能獲得理想的噴墨打印效果。

2.2 不同類(lèi)型S MA對(duì)紙張噴墨打印性能的影響

本實(shí)驗(yàn)還重點(diǎn)研究了不同類(lèi)型S MA對(duì)紙張噴墨打印效果的影響,具體檢測(cè)指標(biāo)有:色密度、階調(diào)、墨點(diǎn)清晰度和印品色偏[11]。

2.2.1 色密度

采用X-Rite Color Reflection反射式密度計(jì)測(cè)量打印紙樣上的實(shí)地色塊密度。要提高打印圖像的色密度和色彩的鮮艷性,除油墨本身的因素外,非涂布噴墨打印紙的表面最好選擇吸收系數(shù)大而散射系數(shù)小的膠料進(jìn)行表面施膠。色密度測(cè)量值越大,表明圖像中相應(yīng)顏色的密度越高。

不同類(lèi)型S MA施膠紙樣的CMYK色密度比較見(jiàn)圖6。由圖6可知,與原紙相比,S3000、S3000 I、H550、H540施膠紙樣的CMYK色密度有所降低;但 H520施膠紙樣的CMYK色密度較原紙的分別提高了9.1%、16.0%、1.3%、12.4%,這是由于H520的分子質(zhì)量較大,在紙面上形成的表層有利于油墨的吸收,并降低光散射,進(jìn)入人眼的光較多,視覺(jué)上顏色更鮮艷,所以,H520表現(xiàn)的色密度較好,能夠提高紙張噴墨打印效果。

2.2.2 階調(diào)

利用灰度級(jí)梯尺進(jìn)行印品階調(diào)的測(cè)試,通過(guò)不同紙樣所能表現(xiàn)的灰階密度范圍來(lái)判斷不同類(lèi)型S MA對(duì)印刷階調(diào)再現(xiàn)程度的好壞?；译A密度作為灰度的函數(shù),曲線(xiàn)的斜率越大,說(shuō)明紙張能夠表現(xiàn)的灰度范圍越寬,階調(diào)再現(xiàn)性越好[12]。

不同類(lèi)型S MA施膠紙樣的灰階密度比較見(jiàn)圖7。由圖7可知,不同類(lèi)型S MA施膠紙樣在10%～60%的灰階區(qū)域內(nèi),灰階密度相差不大;在60%～100%灰階區(qū)域內(nèi),各表面施膠紙樣的灰階密度差別較明顯。H540施膠紙樣與原紙相比,在10%～20%灰階區(qū)域,灰階密度相差不大;在20%～100%的灰梯尺斜率較小,階調(diào)再現(xiàn)范圍較窄,因而打印質(zhì)量不如原紙。H550、S3000和S3000 I施膠紙樣與原紙相比, 在10%～80%灰階區(qū)域,密度相差不大,在80%～100%的灰梯尺斜率較小,暗調(diào)再現(xiàn)效果不好。H520施膠紙樣的灰階密度表現(xiàn)較好,灰階密度曲線(xiàn)較平滑,在60%～90%的灰階區(qū)域內(nèi)暗調(diào)表現(xiàn)范圍較寬,而且曲線(xiàn)的斜率最大,圖像階調(diào)豐富,色彩飽和。這是由于H520的分子質(zhì)量較大,有利于在紙面上形成光滑表層,使油墨在紙上的反射光較多,從而改善印刷的階調(diào)。因此,H520對(duì)灰階密度的表現(xiàn)最好。

2.2.3 墨點(diǎn)清晰度

本實(shí)驗(yàn)采用Pixera Pro 600 ESDiractor T M顯微照片拍攝儀,在放大40倍下,利用CCD數(shù)字相機(jī)拍攝印品中黃色背景上直徑0.7 mm的圓形墨點(diǎn)。利用專(zhuān)業(yè)圖像分析軟件對(duì)印品顯微圖像進(jìn)行分析處理[13]。處理步驟如下:

(1)將JPEG格式顯微照片在 ImageTool2.0軟件中打開(kāi)。

(2)將GRB模式圖像轉(zhuǎn)換成灰度圖像,執(zhí)行命令“處理-Color-to-grayscale”。

(3)將灰度圖像進(jìn)行色域加強(qiáng),執(zhí)行命令“處理-Interactive Histogram Stretch”。

(4)進(jìn)行“背景去除”處理,執(zhí)行命令“處理—Background-Background Subtraction”,選擇初始灰度圖為第一張圖片,色域加強(qiáng)后圖為第二張圖片,兩圖片灰度值相減,去除圖像背景。

(5)將圖像進(jìn)行閾值化處理,轉(zhuǎn)變?yōu)槎岛诎讏D像,執(zhí)行命令“處理-閾值-自動(dòng)”。

(6)分析二值圖像中黑白像素所占百分比,執(zhí)行命令“分析-CountBlack/White Pixels”。

對(duì)于彩噴紙打印圖像,圖像的清晰度與圖像本身的像素、打印機(jī)的分辨率及紙張的解像力有關(guān)。利用I mageToll2.0處理印品顯微圖像過(guò)程見(jiàn)圖8。

圖8 ImageToll2.0處理印品顯微圖像過(guò)程示意圖

不同類(lèi)型S MA施膠紙樣的黑色區(qū)域所占比例見(jiàn)圖9。黑色區(qū)域所占比例越大,表明油墨輪廓越清晰,再現(xiàn)性越好,紙張噴墨打印效果越好。由圖8可知,H520施膠紙樣的油墨清晰度要明顯優(yōu)于其他S MA的,黑色區(qū)域所占比例比原紙的提高了5.4%。對(duì)比圖8(d)和(e)可知,S3000施膠紙樣的油墨清晰度優(yōu)于S3000 I施膠紙樣的,且S3000施膠紙樣的黑色區(qū)域所占比例比原紙的提高了8.6%。這是由于H520和S3000的分子質(zhì)量較大,有利于其在紙張上成膜,且H520和S3000自身吸水性較好,從而能夠提高油墨的附著。因此,H520和S3000的油墨吸收性較好,墨點(diǎn)圓度較好,羽化現(xiàn)象不嚴(yán)重,噴墨打印效果好。

圖9 不同類(lèi)型S MA對(duì)印品輪廓清晰度的影響

2.2.4 不同類(lèi)型S MA對(duì)紙樣印品色偏的影響

用CIELAB光密度計(jì)測(cè)量器測(cè)量不同類(lèi)型S MA施膠紙樣不同顏色的光密度和L＊、a＊、b＊值。光密度值大說(shuō)明墨點(diǎn)連貫性好,打印圖像色澤鮮艷。L＊、a＊、b＊值的大小可反映色調(diào)再現(xiàn)的情況;L＊值越大則色澤愈亮;a＊值的正值愈大則愈紅,負(fù)值愈大則愈綠;b＊值的正值愈大則愈黃,負(fù)值愈大則愈藍(lán)。因此,可根據(jù)L＊、a＊、b＊值大小判斷偏色程度。

色彩的還原性是指彩色噴墨打印紙與原圖像在色彩方面的一致性,是衡量彩噴紙打印圖像質(zhì)量的重要標(biāo)準(zhǔn)。用EPSON#1720打印機(jī),分別打印C、M、Y、K色塊。然后分別測(cè)定各種顏色的L＊、a＊、b＊值。比較原紙和不同類(lèi)型S MA施膠紙樣打印后的印品與原稿之間的色差(用ΔL＊、Δa＊、Δb＊來(lái)表示),用ΔE=(ΔL＊2+Δa＊2+Δb＊2)1/2來(lái)表示紙樣的色彩還原性。色差越小則印品偏色越低,紙張色彩還原性越好。不同類(lèi)型的S MA的L＊a＊b＊值的比較[14]見(jiàn)表1。

不同類(lèi)型S MA對(duì)印品輪廓清晰度的影響見(jiàn)圖10。由圖10可知,與原紙相比,除了H540施膠紙樣的C、M油墨,其余的S MA均使印品的色差有所減小,色彩還原性更接近于原稿。紙樣大部分的色差都大于5,表明這幾種紙樣色彩還原性都不是很理想,但與原紙相比,經(jīng)S MA表面施膠的紙張色彩的還原性能均有所提高,顏色鮮艷。不同的S MA對(duì)K油墨的色偏改善水平相當(dāng);對(duì)C油墨,S3000使印品的色偏明顯改善,比原紙?zhí)岣吡?0.1%;對(duì)M油墨, H520使印品的色偏明顯改善,比原紙?zhí)岣吡?2.8%;對(duì)Y油墨,H520使印品的色偏明顯改善,比原紙?zhí)岣吡?9.3%。色偏有所改善是由于H520的分子質(zhì)量較大,有利于油墨在紙張上形成墨膜,使油墨的反射光較多,視覺(jué)上顏色飽和度更大。因此, H520使紙張打印效果的色偏最小,打印效果最接近于原稿,對(duì)各種色彩的還原性較好。

表1 各種紙樣的L＊a＊b＊值

圖10 不同類(lèi)型S MA對(duì)紙樣印品輪廓清晰度的影響

3 結(jié) 論

本實(shí)驗(yàn)以赫克力士公司生產(chǎn)的H系列(H520、H540和H550)和沙多瑪公司生產(chǎn)的S系列(S3000 和S3000 I)的苯乙烯-馬來(lái)酸酐(S MA)為研究對(duì)象,考察了不同型號(hào)的S MA表面施膠對(duì)非涂布噴墨打印紙的物理性能和噴墨打印性能的影響。

3.1 H520是酸值較大的未酯化施膠劑,成膜性好,吸收強(qiáng),能使紙張透氣度降低99.9%,紙張平滑度提高25.1%,吸水值提高122%,色密度增強(qiáng)(C、M、Y、K分別提高9.1%、16.0%、1.3%和 12.4%),增強(qiáng)暗調(diào),墨點(diǎn)清晰度提高5.4%,色彩還原性提高50%以上。

3.2 H540、H550、S3000和S300 I的分子質(zhì)量相對(duì)較小,酸值較小,從而不同程度地影響了其在改善非涂布噴墨打印紙性能方面的作用。

3.3 綜合比較得出,采用赫克力士公司生產(chǎn)的H520進(jìn)行表面施膠能較全面地改善非涂布噴墨打印紙的噴墨打印性能,適宜噴墨打印。

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(責(zé)任編輯:陳麗卿)

I mprovement of Ink-jet Pr intability of Uncoated Paper by Us ing SMA Surface Sizing Agent

SUN Shu＊CHEN Yun-zhi

(College of Packaging&Printing Engineering,Tianjin University of Science&Technology,Tianjin,300222)

孫 姝女士,在讀碩士研究生;主要研究方向:印刷材料及適性。

TS727+.5

A

0254-508X(2010)04-0014-05

2009-11-11(修改稿)

本課題為天津科技大學(xué)科學(xué)研究基金項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào)20080217)。