張巖 蘇鐵青 曹云峰

摘 要：分析了彩色噴墨打印紙涂層中陽(yáng)離子固色劑的固色機(jī)理；研究了陽(yáng)離子固色劑聚二甲基二烯丙基氯化銨（PolyDADMA）用量對(duì)涂料黏度、涂布紙表面性能以及噴墨打印的圖像實(shí)地密度、網(wǎng)點(diǎn)擴(kuò)大、清晰度和耐水性的影響。結(jié)果表明，加入固色劑能夠改善圖像質(zhì)量，隨著固色劑用量的增加，能夠獲得各顏色較高的圖像實(shí)地密度和較小的網(wǎng)點(diǎn)擴(kuò)大，圖像清晰度提高，抗水性增強(qiáng)。但固色劑用量超過一定量時(shí)，會(huì)引起涂料黏度過大、涂布不均勻以及涂層表面強(qiáng)度下降。當(dāng)固色劑用量為5份（相對(duì)于100份二氧化硅顏料）時(shí)，圖像實(shí)地密度、清晰度和圖像抗水性達(dá)到最佳。

關(guān)鍵詞：紙張涂層；固色劑；圖像質(zhì)量

中圖分類號(hào)：TS727+.3

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI：10.11980/j.issn.0254-508X.2018.09.005

Abstract：The color fixation mechanism of cationic color fixing agent in color inkjet printing paper coating was analyzed. The influence of dosage of color fixing agent PolyDADMA on coatings viscosity， property of coating surface and solid density， dot gain， line sharpness and water resistance performance of inkjet printed image was researched. It was found in the experiment that the cationic color fixing agent PolyDADMA could improve the image quality and the higher dosage could realize higher solid density， smaller dot gain， higher image detail sharpness and stronger water resistance performance of various colors. However， if the proportion of PolyDADMA was higher than a certain value， viscosity of the coatings would be too high， resulting in uneven coating， and the strength of coating surface would firstly increase and then reduce. If the color fixing agent solid dosage in the coatings was up to 5 g （with 100 g silicon dioxide as reference）， the density， the fine line sharpness and the water resistance performance of image could be optimal.

Key words：paper coating； fixing agent； picture quality

墨水在紙張涂層上的擴(kuò)散和滲透決定了噴墨印刷紙圖像的質(zhì)量。擴(kuò)散滲透受墨水與涂層之間物理和化學(xué)作用的影響[1]，物理作用有潤(rùn)濕現(xiàn)象、毛細(xì)現(xiàn)象和靜電吸附，化學(xué)作用主要指涂層組分與墨水呈色劑之間發(fā)生的離子反應(yīng)。這些現(xiàn)象的發(fā)生與涂層孔隙體積及孔徑分布、涂層親水性能以及涂層組分帶電荷量有很大關(guān)系，而這三方面屬性分別由涂層中的顏料、膠黏劑和固色劑所決定[2]。

固色劑與墨水呈色劑通過化學(xué)反應(yīng)形成不溶性鹽或通過電荷吸引作用使墨水呈色劑固著，而且對(duì)墨水?dāng)U散和滲透有明顯的層析作用，可減緩或阻止墨水呈色劑跟隨溶劑擴(kuò)散滲透的程度，使更多的顏料或染料在涂層表面聚集，進(jìn)一步增加顏色密度及其飽和程度。

1 固色劑固色原理

固色劑是一些金屬化合物或高分子聚合物，通常帶有正電荷，常用的有聚乙烯胺、聚乙烯亞胺和聚二甲基二烯丙基氯化銨等。在噴墨印刷中，主流的水基型噴墨墨水都是陰離子型墨水，染料或顏料墨水中的呈色物質(zhì)通常含有陰離子基團(tuán)，帶負(fù)電，當(dāng)墨水噴射到涂層上，固色劑與呈色物質(zhì)相互作用，呈色物質(zhì)被吸附，保留在涂層表面，不隨溶劑的遷移滲透到紙張涂層或原紙內(nèi)部，從而提高噴墨印刷的顏色密度和清晰度，增加圖像的耐水性[3]。其作用原理如圖1所示。

2 實(shí) 驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)原料

二氧化硅（SiO2，格雷斯P508，平均粒徑8.438 μm，上海毅勝化工提供）； 聚乙烯醇（PVA，質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%，醇解度88%，廣州市銀環(huán)化工有限公司提供）； 乙烯-醋酸乙烯酯共聚物（VAE，質(zhì)量分?jǐn)?shù)51%，廣州市淇盛化工有限公司提供）； 聚二甲基二烯丙基氯化銨（PolyDADMAC，質(zhì)量分?jǐn)?shù)60%，無錫藍(lán)波化學(xué)品提供）。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

本研究以SiO2為顏料，PVA和VAE為混合膠黏劑[4]，以PolyDADMAC為固色劑，配置涂布液。涂布液固含量為20%；原紙定量為108 g/m2， 晨鳴紙業(yè)提供。

本研究通過改變固色劑用量，對(duì)比分析固色劑對(duì)涂布紙圖像質(zhì)量的影響。涂料配方為：顏料100份，混合膠黏劑中PVA與VAE質(zhì)量比6∶4，固色劑用量0～9份（相對(duì)于100份二氧化硅顏料），固色劑用量與紙樣編號(hào)如表1所示。

使用小型電動(dòng)涂布機(jī)（MS-BL300，廈門茂森公司）進(jìn)行涂布操作，涂布方式為輥式涂布，涂布速度14 m/s，涂布量6～7 g/m2。將涂布紙放入烘箱，烘箱溫度105℃，10 s后取出，平放自然晾干。

2.3 性能檢測(cè)

涂料黏度按照GB/T 1723—1993進(jìn)行測(cè)定；紙張表面粗糙度、平滑度、光澤度和印刷表面強(qiáng)度分別按照TAPPI T 538 om-96、TAPPI T479 om-91、TAPPI T480 om-99和GB/T 2679.15—1997[5]進(jìn)行檢測(cè)。

紙張圖像質(zhì)量的分析采用EPSON9800噴墨打印機(jī)輸出圖2所示圖案[6]，圖案在矢量軟件中制作，其中圖2（a）是網(wǎng)點(diǎn)面積率從5%～100%的梯尺，每級(jí)梯尺網(wǎng)點(diǎn)面積率相差5%，最后一級(jí)（100%網(wǎng)點(diǎn)面積率）標(biāo)記為“S”。墨水顏色包括黃、品紅、青、紅、綠、藍(lán)和黑。圖案打印出來后，使用Spcectro-eye分光光度計(jì)測(cè)量“S”級(jí)得到各顏色打印圖像的實(shí)地密度，實(shí)地密度越大，說明更多的呈色物質(zhì)固著在涂層表面，顏色將越飽和；測(cè)量前19級(jí)可以得到印刷后各級(jí)網(wǎng)點(diǎn)面積率，與軟件制作的網(wǎng)點(diǎn)面積率相比即可得到打印圖像的網(wǎng)點(diǎn)擴(kuò)大值，網(wǎng)點(diǎn)擴(kuò)大值越大，說明墨水?dāng)U散嚴(yán)重。圖2（b）是8種陰陽(yáng)線條，寬度0.01～0.4磅（1磅≈0.035 cm），通過測(cè)量線條平均寬度來對(duì)比墨水?dāng)U散程度；抗水性則是通過測(cè)量“S”級(jí)色塊遇水前后顏色色差進(jìn)行判斷，色差越大則抗水性越差，在一定條件下反映出固色劑固著墨水呈色劑的效果差。

3 結(jié)果與討論

3.1 固色劑用量對(duì)涂料黏度的影響

從圖3可知，隨著固色劑用量的增加，涂料黏度幾乎呈直線上升，這是因?yàn)殛?yáng)離子固色劑PolyDADMAC與SiO2表面（硅烷醇基）作用，引起涂料黏度不斷增加[7]。因此，加入涂料中的陽(yáng)離子固色劑不宜過多[8]。

3.2 固色劑用量對(duì)涂布紙表面性能的影響

圖4反映了固色劑用量對(duì)涂布紙表面性能的影響。由圖4（a）可知，固色劑用量對(duì)紙張表面粗糙度、平滑度和光澤度的影響不大[9]。從圖4（b）可以看出，隨著固色劑用量的增加，紙張表面強(qiáng)度先增加后降低，這種現(xiàn)象與固色劑改變涂層結(jié)構(gòu)有關(guān)，資料顯示[9]固色劑也是優(yōu)良的絮凝劑，隨著用量增加會(huì)使涂層分布變得不均勻，最終導(dǎo)致紙張表面強(qiáng)度降低，由此可以看出固色劑用量并非越多越好。

3.3 固色劑用量與圖像質(zhì)量的關(guān)系

通過對(duì)比涂布紙樣打印圖像的實(shí)地密度、網(wǎng)點(diǎn)擴(kuò)大、清晰度和抗水性，分析固色劑用量對(duì)噴墨打印紙圖像質(zhì)量的影響規(guī)律。

3.3.1 對(duì)圖像實(shí)地密度的影響

圖5為固色劑用量對(duì)圖像實(shí)地密度的影響。從圖5可以看出，隨著固色劑用量的增加，噴墨打印的黃、品紅、青、黑4個(gè)顏色的圖像實(shí)地密度不斷增加，這是由于固色劑能夠吸附墨水呈色劑，使更多呈色劑駐留在涂層表面，固色劑用量越大，涂層單位面積上正電荷密度就越大，能夠與更多的陰離子顏料或染料發(fā)生反應(yīng)，阻止顏料和染料的遷移[10]。

3.3.2 對(duì)圖像網(wǎng)點(diǎn)擴(kuò)大的影響

圖6為固色劑用量對(duì)圖像網(wǎng)點(diǎn)擴(kuò)大的影響。從圖6可以看出，固色劑用量為0的涂層，黃、品紅、青、黑4個(gè)顏色圖像網(wǎng)點(diǎn)擴(kuò)大均最嚴(yán)重；添加了固色劑后，各顏色網(wǎng)點(diǎn)擴(kuò)大都有不同程度的降低，可以看出，青、品紅、黑3個(gè)顏色中間調(diào)（30%～60%）的圖像網(wǎng)點(diǎn)擴(kuò)大比較明顯，黃色墨水從20%開始即有嚴(yán)重?cái)U(kuò)大，說明黃色墨水的橫向擴(kuò)散不易控制。固色劑用量不同對(duì)圖像網(wǎng)點(diǎn)擴(kuò)大的影響在亮調(diào)和暗調(diào)不明顯，中間調(diào)區(qū)別較大，隨著固色劑用量的增加，黃、品紅、青、黑4個(gè)顏色的圖像網(wǎng)點(diǎn)擴(kuò)大程度減小。

3.3.3 對(duì)圖像清晰度的影響

圖像清晰度可以用線條的寬度變化來反映，線條越寬說明墨水?dāng)U散越嚴(yán)重，圖像的細(xì)節(jié)越模糊，圖像清晰度越差。圖7為固色劑用量對(duì)線條寬度的影響。從圖7可以看出，隨固色劑用量的增加，線條寬度下降，線條寬度變化分為3段。當(dāng)固色劑用量較少時(shí)，對(duì)線條寬度的影響不明顯，如紙樣固0與固3幾乎沒有太大區(qū)別；隨著固色劑用量增加，線條寬度出現(xiàn)了劇烈下降；之后固色劑用量繼續(xù)增加，線條寬度幾乎一致，不再下降。這種變化說明固色劑用量達(dá)到一定值后，對(duì)圖像細(xì)節(jié)和清晰度沒有進(jìn)一步改善的作用，對(duì)清晰度而言，固色劑用量5份為最佳用量。

3.3.4 對(duì)圖像抗水性的影響

圖8為固色劑用量對(duì)圖像抗水性的影響，與線條寬度的變化類似。從圖8可看出，雖然遇水前后顏色色差隨著固色劑用量的增加而下降，但并不是持續(xù)下降，紙樣固5基本達(dá)到最小色差，隨后色差不再明顯變化。這一現(xiàn)象表明了固色劑用量達(dá)到一定值后，圖像抗水性將保持不變。固色劑最佳用量為5份。

4 結(jié) 論

本研究分析了噴墨打印紙涂層中陽(yáng)離子固色劑的固色機(jī)理；研究了陽(yáng)離子固色劑聚二甲基二烯丙基氯化銨（PolyDADMA）用量對(duì)涂料黏度、涂布紙表面性能以及噴墨打印圖像實(shí)地密度、網(wǎng)點(diǎn)擴(kuò)大、清晰度和抗水性的影響。

加入陽(yáng)離子固色劑PolyDADMA能夠改善圖像質(zhì)量，隨著其用量的增加，能夠獲得各圖像較高的實(shí)地密度、較小的網(wǎng)點(diǎn)擴(kuò)大，提高圖像細(xì)節(jié)清晰度，增強(qiáng)耐水性。但是固色劑超過一定量后，引起涂料黏度過大，涂布不均勻，涂層表面強(qiáng)度先增加后下降。當(dāng)涂層中固色劑用量為5份（相對(duì)100份二氧化硅顏料）時(shí)，圖像實(shí)地密度、清晰度和抗水性達(dá)到最佳。

參 考 文 獻(xiàn)

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（責(zé)任編輯：常 青）