高速噴墨印刷
——下一代平板印刷新技術(shù)？

新型改性碳酸鈣（MCC）涂布顏料正在逐步推動紙廠為飛速發(fā)展的印刷工業(yè)開發(fā)創(chuàng)新性與經(jīng)濟(jì)性兼具的紙品。這種新顏料的優(yōu)點表現(xiàn)在：（1）性價比高；（2）固含量高；（3）流變性能優(yōu)良；（4）涂布設(shè)備運行性能好（計量施膠壓榨涂布、刮刀涂布和簾式涂布等涂布設(shè)備）；（5）配方簡單；（6）膠粘劑用量低；（7）能夠提高紙張表面性能；（8）用染料或顏料型墨水印刷時具有良好的黑白或彩色印刷質(zhì)量。

隨著當(dāng)今的市場營銷商需要越來越多相關(guān)的、多變的和個性化的市場信息，現(xiàn)代工業(yè)噴墨印刷技術(shù)已經(jīng)成為滿足這種日益增長需求的主要競爭手段。一些業(yè)內(nèi)專家預(yù)測，未來10 a噴墨印刷紙種將會迎來爆發(fā)式增長，而且會繼續(xù)搶占平板印刷市場越來越多的份額。一些人甚至預(yù)測，噴墨印刷會在未來10 a內(nèi)將達(dá)到與傳統(tǒng)平板印刷同樣的規(guī)模。

但是直到最近，噴墨印刷仍然被視為SOHO臺式打印機的一個小眾市場，其正在使用的紙張已經(jīng)被認(rèn)為是足夠好了。造紙行業(yè)現(xiàn)在已經(jīng)認(rèn)識到，高速噴墨印刷是一個巨大的商業(yè)機遇，因為這些紙的需求開始增長。隨著紙張涂料配方的變化，尤其是涂布膠粘劑用量與傳統(tǒng)平板印刷相比也大幅度降低——新的利潤點便建立起來了。由于運行速度更快、電子校對、版面控制等操作簡單而且運營成本低，噴墨印刷已經(jīng)證明其在正面臨著競爭和挑戰(zhàn)的印刷行業(yè)里是有利可圖的。結(jié)果，新媒介營銷商和印刷廠正在積極尋找更好的載體以滿足這些需求。

應(yīng)用于計量施膠壓榨涂布、刮刀涂布和簾式涂布的高固含量新型MCC顏料正處于噴墨顏料開發(fā)的最前沿。計量施膠壓榨涂布、刮刀涂布和簾式涂布的發(fā)展都聚焦在既能提供優(yōu)良的涂布機運行性能、又易于操作且涂料配方簡單高效、同時又能滿足終端產(chǎn)品性能和打印要求的這樣一種顏料上。

與目前的加工紙或顏料涂布紙相比，新型MCC顏料可改善全彩色印刷過程的印刷適性并顯著提高運行性能。這主要是由于固含量高達(dá)50%～60%的涂料有效消除了通常狀況下低固含量而高體積的涂料所帶來的運行性能干擾。這種理念為進(jìn)一步提高傳統(tǒng)的商業(yè)票據(jù)印刷提供了機會，同時也為降低全色賬單廣告的印刷成本指明了新方向。

1 噴墨印刷需求

歐米亞公司已經(jīng)在它的歐米亞jet?5000產(chǎn)品線上使用新型MCC顏料。事實證明其能迅速吸收相對大量的油墨溶劑（主要是水），同時將染料或使油墨顏料固著在紙張表面或附近，以避免墨水滲出和油墨速干，同時產(chǎn)生最大的印刷密度。

為了實現(xiàn)固定陰離子染料目的，造紙廠通常對原紙表面進(jìn)行陽離子化處理。但是，由于印刷技術(shù)已經(jīng)朝全色印刷方向發(fā)展，這種經(jīng)陽離子化處理噴墨紙的圖像質(zhì)量已經(jīng)不能適應(yīng)賬單和直郵廣告市場等高價值市場營銷信息的需要了。因此，新型涂布紙開發(fā)的需求正在日益顯現(xiàn)。

用于新型涂布紙開發(fā)的新型MCC涂布顏料除了能夠增加滲透性以使小孔隙處于張開狀態(tài)，同時也能提供大量微小孔隙從而使得毛細(xì)管吸收作用達(dá)到最大化。傳統(tǒng)的涂布顏料通常會形成一層致密的涂層，以至于缺少必要的毛細(xì)管作用和滲透性能。另一方面，常見的高比表面積噴墨顏料，如二氧化硅或者特種沉淀碳酸鈣等，則表現(xiàn)出極高的毛細(xì)管作用和極大的滲透性。

歐米亞jet MCC系列產(chǎn)品旨在控制上述2種極端情況，并結(jié)合這2種情況各自的優(yōu)點以滿足未來高速、高彩色質(zhì)量噴墨印刷條件下原紙的技術(shù)要求。

MCC用于噴墨打印紙的涂料配方中，其可在涂料中創(chuàng)建納米級孔隙結(jié)構(gòu)，使毛細(xì)管吸收作用得到優(yōu)化，同時依靠最佳的粒度分布以提高滲透性能。

圖1和圖2顯示了3種顏料形成的顏料粒子的孔隙結(jié)構(gòu)。

圖1 顏料的孔隙度

圖2 顏料的孔徑分布（汞壓法）

歐米亞jet?5000新型MCC顏料不僅是為液體吸收、也是為提高流變性能而量身開發(fā)的。傳統(tǒng)意義上，具有高比表面積的噴墨顏料常常會導(dǎo)致涂料流變性能變低和膠粘劑需求量增加。這主要是由于顏料自身固含量較低和改性程度較高。由于它們的高固含量和優(yōu)良的保水性能，這些顏料可以很容易應(yīng)用于所有典型的涂布設(shè)備（計量施膠壓榨涂布、刮刀涂布和簾式涂布）。而且，膠粘劑用量可以降低至涂布膠版紙水平之下，這也可帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

表1總結(jié)了上述3種涂料的配方和特性。

表1 含有3種顏料的涂料配方組成

表1中的“耐磨性”可以反映涂料的表面強度。耐磨性在0.5以下則表示涂料具有較好的表面強度。由表1可以看出，即便是有高的膠粘劑用量（11份），高比表面積的PCC產(chǎn)品也缺乏表面強度，而歐米亞jet?5000新型MCC只用3份膠粘劑便顯示出了較高的表面強度。應(yīng)用試驗表明，所有常用的天然膠粘劑（聚乙烯醇，淀粉）和合成膠粘劑（聚醋酸乙烯乳膠等）都可以和歐米亞jet?5000新型MCC同時使用。

如果表面是采用陰離子型染料油墨進(jìn)行印刷，那么陽離子添加劑是涂料的一個非常重要的功能部分。新型HS噴墨機通常就是采用陰離子型染料油墨。因此，在進(jìn)行染料固著時便使用了陽離子聚合物添加到涂料配方中。歐米亞 jet?5000新型MCC顏料可以在陽離子或陰離子條件下進(jìn)行分散，盡管如此，涂料里在陰離子分散顏料和陽離子添加劑共同存在的情況下也并不需要任何特殊設(shè)備，使用涂料車間常用的混合器就可以避免黏度峰值，如圖3所示。

圖3 陽離子添加劑用量與黏度的關(guān)系

黏度增加是正電荷和負(fù)電荷部分絮凝的結(jié)果。在使用一定劑量的陽離子聚合物后，系統(tǒng)達(dá)到正電荷穩(wěn)定態(tài)，同時黏度下降到原有水平附近。在這項應(yīng)用研究中，使用了高泰公司新開發(fā)的一種陽離子聚合物（TOP-SPERSE?67 K）。該聚合物推薦用量為5份（相對于絕干顏料），從而確保平穩(wěn)的運行性能和最佳的圖像質(zhì)量。

2 商業(yè)試用

在一臺奧西JetStream 100型商業(yè)HS噴墨印刷試驗機上進(jìn)行了歐米亞jet?5000新型MCC的應(yīng)用試驗，意在將歐米亞jet?5000新型MCC的優(yōu)點形象地表現(xiàn)出來。試驗中所用紙張為直接從市場取用的一種高改性二氧化硅涂布噴墨紙以及采用刮刀涂布設(shè)備專門生產(chǎn)的膠版印刷紙和歐米亞 jet? 5000涂布紙。涂料配方如表1所示，每面涂布量為10 g/m2。

圖4顯示了膠版紙、二氧化硅涂布噴墨紙和歐米亞jet?5000涂布紙打印質(zhì)量的圖像。

圖4 圖像的打印質(zhì)量

從打印出來的圖像效果可以清晰地看出膠版紙的印刷性能最差。這是由于所用涂料缺乏最佳的孔隙結(jié)構(gòu)和陽離子染料固色劑，從而導(dǎo)致了吸墨不均和光密度差。高改性二氧化硅涂布噴墨紙和歐米亞jet?5000涂布紙則顯示了較佳的打印質(zhì)量，但二者之間差別微小。然而，通過圖5所示的紙張檢測結(jié)果可以看出，這2種紙在性能上差異還是較大的。

圖5 所測試樣品的紙張和印刷性能

3 結(jié)束語

如前所述，與傳統(tǒng)的噴墨顏料（二氧化硅，高比表面積PCC）相比，歐米亞jet?5000新型MCC采用了明顯不同的改性技術(shù)。它不僅在應(yīng)用上具有優(yōu)勢，而且在提高紙張性能方面也有著非常明顯的優(yōu)點。

總之，目前的涂布噴墨打印紙似乎是為高速噴墨印刷新技術(shù)和新工藝的發(fā)展所進(jìn)行的超前設(shè)計。因此，通過應(yīng)用MCC這一全新開發(fā)的顏料，紙廠不但可以節(jié)約生產(chǎn)成本，而且能夠提高涂布運行速度并獲得顏色質(zhì)量更好的紙張。

（王亮 編譯）