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这种现象与固色剂改变涂层凯发彩票结构有关发表于: 2019-05-05 07:55

  ( 1. 河南牧业经济学院,河南郑州,450046; 2. 郑州三全食品股份有限公司,河南郑州,450044; 3. 南京林业大学,江苏南京,210037)

  摘 要: 分析了彩色喷墨打印纸涂层中阳离子固色剂的固色机理; 研究了阳离子固色剂聚二甲基二烯丙基氯化铵 ( PolyDADMA) 用量对涂料黏度、涂布纸表面性能以及喷墨打印的图像实地密度、网点扩大、清晰度和耐水性的影响。结果表明,加入固色剂能够改善图像质量,随着固色剂用量的增 加,能够获得各颜色较高的图像实地密度和较小的网点扩大,图像清晰度提高,抗水性增强。但固 色剂用量超过一定量时,会引起涂料黏度过大、涂布不均匀以及涂层表面强度下降。当固色剂用量 为 5 份 ( 相对于 100 份二氧化硅颜料) 时,图像实地密度、清晰度和图像抗水性达到最佳。

  墨水在纸张涂层上的扩散和渗透决定了喷墨印刷 纸图像的质量。扩散渗透受墨水与涂层之间物理和化 学作用的影响[1],物理作用有润湿现象、毛细现象和静电吸附,化学作用主要指涂层组分与墨水呈色剂 之间发生的离子反应。这些现象的发生与涂层孔隙体 积及孔径分布、涂层亲水性能以及涂层组分带电荷量有很大关系,而这三方面属性分别由涂层中的颜料、胶黏剂和固色剂所决定[2]。

  固色剂与墨水呈色剂通过化学反应形成不溶性盐 或通过电荷吸引作用使墨水呈色剂固着,而且对墨水 扩散和渗透有明显的层析作用,可减缓或阻止墨水呈色剂跟随溶剂扩散渗透的程度,使更多的颜料或染料在涂层表面聚集,进一步增加颜色密度及其饱和程度。

  固色剂是一些金属化合物或高分子聚合物,通常带有正电荷,常用的有聚乙烯胺、聚乙烯亚胺和聚二 甲基二烯丙基氯化铵等。在喷墨印刷中,主流的水基 型喷墨墨水都是阴离子型墨水,染料或颜料墨水中的 呈色物质通常含有阴离子基团,带负电,当墨水喷射 到涂层上,固色剂与呈色物质相互作用,呈色物质被 吸附,保留在涂层表面,不随溶剂的迁移渗透到纸张 涂层或原纸内部,从而提高喷墨印刷的颜色密度和清 晰度,增加图像的耐水性[3]。其作用原理如图 1 所示。

  二氧化硅 ( SiO2,格雷斯 P508,平均粒径 8. 438μm,上海毅胜化工提供) ; 聚乙烯醇 ( PVA,质量分数 10% ,醇解度 88% ,广州市银环化工有限公司提供) ; 乙烯-醋酸乙烯酯共聚物 ( VAE, 质量分数51% ,广州市淇盛化工有限公司提供) ; 聚二甲基二烯丙基氯化铵 ( PolyDADMAC,质量分数 60% ,无锡蓝波化学品提供) 。

  本研究以 SiO2 为颜料,PVA 和 VAE 为混合胶黏剂[4],以 PolyDADMAC 为固色剂,配置涂布液。涂布液固含量为20% ; 原纸定量为108 g / m2,晨鸣纸业提供。

  本研究通过改变固色剂用量,对比分析固色剂对 涂布纸图像质量的影响。涂料配方为: 颜料 100 份, 混合胶黏剂中 PVA 与 VAE 质量比 6 ∶ 4,固色剂用量0 ~ 9 份 ( 相对于 100 份二氧化硅颜料) ,固色剂用量与纸样编号如表 1 所示。

  使用小型电动涂布机 ( MS-BL300,厦门茂森公司) 进行涂布操作,涂布方式为辊式涂布,涂布速度 14 m / s,涂布量 6 ~ 7 g / m2。将涂布纸放入烘箱, 烘箱温度 105℃ ,10 s 后取出,平放自然晾干。

  纸张图像质量的分析采用 EPSON9800 喷墨打印机输出图2 所示图案[6],图案在矢量软件中制作,其中图 2 ( a) 是网点面积率从 5% ~ 100% 的梯尺,每级梯尺网点面积率相差 5% ,最后一级 ( 100% 网点面积率) 标记为 “S”。墨水颜色包括黄、品红、青、红、绿、蓝和黑。图案打印出来后,使用 Spcectro- eye 分光光度计测量 “S” 级得到各颜色打印图像的实地密度,实地密度越大,说明更多的呈色物质固着 在涂层表面,颜色将越饱和; 测量前 19 级可以得到印刷后各级网点面积率,与软件制作的网点面积率相 比即可得到打印图像的网点扩大值,网点扩大值越 大,说明墨水扩散严重。图 2 ( b) 是 8 种阴阳线 cm) ,通过测量线条平均宽度来对比墨水扩散程度; 抗水性则是通过测量 “S” 级色块遇水前后颜色色差进行判断,色差越大则抗水性越差,在一定条件下反映出固色剂固着墨 水呈色剂的效果差。

  图 3 为固色剂用量对涂料黏度的影响。从图 3 可知,随着固色剂用量的增加,涂料黏度几乎呈直线上 升,这是因为阳离子固色剂 PolyDADMAC 与 SiO2 表面 ( 硅烷醇基) 作用,引起涂料黏度不断增加[7]。因此,加入涂料中的阳离子固色剂不宜过多[8]。

  图 4 反映了固色剂用量对涂布纸表面性能的影响。由图 4 ( a) 可知,固色剂用量对纸张表面粗糙度、平滑度和光泽度的影响不大[9]。从图 4 ( b) 可以看出,随着固色剂用量的增加,纸张表面强度先增 加后降低,这种现象与固色剂改变涂层结构有关,资 料显示[9]固色剂也是优良的絮凝剂,随着用量增加会使涂层分布变得不均匀,最终导致纸张表面强度降 低,由此可以看出固色剂用量并非越多越好。

  通过对比涂布纸样打印图像的实地密度、网点扩大、清晰度和抗水性,分析固色剂用量对喷墨打印纸 图像质量的影响规律。

  图 5 为固色剂用量对图像实地密度的影响。从图5 可以看出,随着固色剂用量的增加,喷墨打印的黄、品红、青、黑 4 个颜色的图像实地密度不断增加,这是由于固色剂能够吸附墨水呈色剂,使更多呈 色剂驻留在涂层表面,固色剂用量越大,涂层单位面 积上正电荷密度就越大,能够与更多的阴离子颜料或 染料发生反应,阻止颜料和染料的迁移[10]。

  图 6 为固色剂用量对图像网点扩大的影响。从图6 可以看出,固色剂用量为 0 的涂层, 黄、品红、青、黑 4 个颜色图像网点扩大均最严重; 添加了固色剂后,各颜色网点扩大都有不同程度的降低,可以看 出,青、品红、黑 3 个颜色中间调 ( 30% ~ 60% ) 的图像网点扩大比较明显,黄色墨水从 20% 开始即有严重扩大,说明黄色墨水的横向扩散不易控制。固 色剂用量不同对图像网点扩大的影响在亮调和暗调不明显,中间调区别较大,随着固色剂用量的增加,黄、品红、青、黑 4 个颜色的图像网点扩大程度减小。

  图像清晰度可以用线条的宽度变化来反映,线条越宽说明墨水扩散越严重,图像的细节越模糊, 图像清晰度越差。图 7 为固色剂用量对线 可以看出,随固色剂用量的增加,线条宽度下降,线 段。当固色剂用量较少时,对线条宽度的影响不明显,如纸样固 0 与固 3 几乎没有太大区别; 随着固色剂用量增加, 线条宽度出现了剧烈下降; 之后固色剂用量继续增加,线条宽度几乎一致,不再下降。这种变化说明 固色剂用量达到一定值后,对图像细节和清晰度没 有进一步改善的作用,对清晰度而言,固色剂用量5 份为最佳用量。

  图 8 为固色剂用量对图像抗水性的影响,与线条宽度的变化类似。从图 8 可看出,虽然遇水前后颜色色差随着固色剂用量的增加而下降,但并不是持续下降,纸样固5 基本达到最小色差,随后色差不再明显变化。这一现象表明了固色剂用量达到一定值后,图像抗水性将保持不变。固色剂最佳用量为5 份。

  本研究分析了喷墨打印纸涂层中阳离子固色剂的固色机理; 研究了阳离子固色剂聚二甲基二烯丙基氯化铵 ( PolyDADMA) 用量对涂料黏度、涂布纸表面性能以及喷墨打印图像实地密度、网点扩大、清晰度和抗水性的影响。

  加入阳离子固色剂 PolyDAD-MA 能够改善图像质量,随着其用量的增加,能够获得各图像较高的实地密度、较小的网点扩大,提高图像细节清晰度,增强耐水性。但是固色剂超过一定量后,引起涂料黏度过大,涂布不均匀,涂层表面强度先增加后下降。当涂层中固色剂用量为 5 份 ( 相对 100 份二氧化硅颜料) 时, 图像实地密度、清晰度和抗水性达到最佳。

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