大多數(shù)噴墨印刷的油墨是用染料制成的，采用水及其他高沸點(diǎn)親水溶劑作為染料載體。噴墨印刷油墨的化學(xué)性和配方組分不僅決定著墨滴的噴射性能和印刷系統(tǒng)的安全性，而且影響印刷圖像的質(zhì)量。噴墨接收基質(zhì)的物理性能是實(shí)現(xiàn)最終的噴墨性能效果的關(guān)鍵。因此，光澤度、透氣度、不透明度、表面能量、尺寸穩(wěn)定性、強(qiáng)度、白度以及厚度所有這些均是決定印刷質(zhì)量的重要參數(shù)，也是制造商在制造噴墨印刷紙時(shí)所要考慮的參數(shù)。多孔的著墨涂層將提供快速干燥的性能，但是與需要較長干燥時(shí)間的非多孔介質(zhì)相比，通常具有較差的圖像質(zhì)量。  

 
　　未經(jīng)涂布的紙表面粗糙并具有親水性纖維，可促進(jìn)墨滴擴(kuò)散和滲透，從而產(chǎn)生低質(zhì)量的圖像或文字內(nèi)容，因此，通常需要利用表面施膠來改善色料的密度和滲色。涂布紙的表面涂層使原紙的表面結(jié)構(gòu)和性能得以改善，能夠提供較好的油墨接收層，從而達(dá)到高的印刷質(zhì)量和圖像穩(wěn)定性。   
 
　　目前用于著墨涂層上最常見的無機(jī)顏料有SiO2、高嶺土、Al2O3和CaCO3。隨著納米技術(shù)的發(fā)展，能制造出極細(xì)的顆粒。含有納米級(jí)顆粒的噴墨涂料已受到原料供應(yīng)商和紙張制造者的極大關(guān)注，從而達(dá)到光亮的、影像逼真的印刷質(zhì)量。 
   
　　本研究探討了膠體SiO2、燒結(jié)SiO2和煙法SiO2等3種顏料粒子類型及其在噴墨涂料配方中的應(yīng)用。

　　1 原料和方法

　　1．1  原料   
 
　　膠體SiO2和煙法SiO2均使用的是商業(yè)樣品，膠體SiO2使用的是Nalco N2329，煙法SiO2使用的是Cabot 019。燒結(jié)SiO2是一種實(shí)驗(yàn)的Nalco樣品。所有的試驗(yàn)中均用Celvol 203聚乙烯醇(PVA)作為膠黏劑。 
   
　　用于涂布試驗(yàn)的原紙不含施膠劑。物理性能為：定量156．9g／m2，平滑度5．26μm，亮度92．5％，光澤度(75°)12．0。

　　1．2  涂布研究

　　1．2．1  制備 
  
　　使用的涂料配方中顏料與膠黏劑比率為80／20。采用下列方法制備涂料：使用各種Mayer棒和空氣干燥或圓筒形實(shí)驗(yàn)室涂布機(jī)(CLC)在3000r／min下運(yùn)行，并用紅外線干燥器進(jìn)行干燥。利用Labwave9000微波水分分析儀在樣品特定面積上確定涂布量。

　　1．2．2  壓光    

　　在約3．10MPa(450psi)和80℃條件下使用熱／軟壓區(qū)壓光機(jī)進(jìn)行壓光，在進(jìn)行光澤度測定之前每種紙通過3個(gè)壓區(qū)進(jìn)行壓光處理。

　　1．2．3  光澤度測定    

　　使用Gardner多角度光澤度測定儀在75°角的條件下測定光澤度。每張紙頁上測定10個(gè)點(diǎn)，然后計(jì)算平均值并報(bào)告結(jié)果。

　　1．3  印刷研究    

　　樣品在CanonS450和Epson Stylus Color 900(分別為熱和壓電型)印刷機(jī)上進(jìn)行印刷。所有的樣品具有相同的涂布量(16~18g／m2)。

　　1．3．1  測定  
 
　　對(duì)印刷光澤度、墨色濃度和藍(lán)、紅、黃、黑(CMYK)4種顏色的實(shí)驗(yàn)值進(jìn)行測定。計(jì)算至少5個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的平均值并報(bào)告結(jié)果。所用儀器如下：
 
　　60°印刷光澤度—Gardner Nova光澤度儀 
   
　　印刷密度—X—Rite 408 
   
　　實(shí)驗(yàn)值—Data color SpectroFlash

　　1．3．2  圖像分析  
  
　　樣品在Epson Pro 5000和HP Design Jet 20PS印刷機(jī)上進(jìn)行印刷。用CCD攝像機(jī)拍攝圖像，用Image Pro—Plus軟件進(jìn)行分析。

　　1．3．3  涂層孔隙率研究   
 
　　在Mellinex 534無孔支架上制備涂料。用光學(xué)方法確定涂層厚度，并計(jì)算涂層的孔隙率。

　　2  結(jié)果和討論   
 
　　多孔的噴墨涂料主要是由一種不溶性的無機(jī)顏料粒子和某些膠黏劑組成的。還可能含有一些特殊的添加劑以增強(qiáng)涂布的性能。關(guān)于多孔的、高光澤度著墨涂布所采用的新材料的報(bào)道已越來越多。  
  
　　本文研究了膠體SiO2、燒結(jié)SiO2以及煙法SiO2等3種不同的SiO2粒子及其對(duì)各種涂布性質(zhì)和性能的影響。這3種SiO2粒子的平均粒徑分別為95 nm、278 nm和318 nm。

　　2．1  對(duì)涂料配方的影響  
  
　　涂料的基本配方是聚乙烯醇作為膠黏劑，顏料與膠黏劑的比例為80／20。涂料配方性能見表1所示，膠體SiO2和燒結(jié)SiO2在較低的Brookfield黏度下，具有獲得高的固含量的潛在優(yōu)勢。


表1 涂布性能

 

 

　　2．2  對(duì)涂布結(jié)構(gòu)的影響  
  
　　通過改變粒子的粒徑來改變最終的涂布結(jié)構(gòu)。預(yù)計(jì)涂層光澤度與粒子大小成反比，隨著粒子尺寸的增大涂層的光澤度減小。壓光可用來改善光澤度和生產(chǎn)高光澤噴墨印刷紙。　　圖1所示為熱／軟壓區(qū)壓光前后每種粒子的光澤度值。

由圖1可見，燒結(jié)SiO2具有最高的光澤度測定值。其值明顯地高于相同粒徑的煙法SiO2，而且在壓光后還進(jìn)一步增加。

 
圖1光澤度值
 

　　使用掃描電子顯微鏡(SEM)對(duì)涂布表面的檢查，其結(jié)果也在預(yù)料之中。表面圖像始終與光澤度的測定結(jié)果一致。膠體SiO2基涂布的圖像出現(xiàn)微小的裂紋。

　　2．3  對(duì)印刷性能的影響  
  
　　對(duì)于一種噴墨顏料來說其性能好壞是就其印刷的圖像而言的。將測試用的圖形印在經(jīng)涂布和壓光的紙上。圖2所示為藍(lán)、紅、黃、黑(CMYB)4種顏色的油墨濃度值。比較了所有這3種SiO2粒子的性能。由圖2可見對(duì)于膠體SiO2和燒結(jié)SiO2黑色顏料油墨的濃度值稍微高些。


圖2油墨濃度-Epson印刷機(jī)
 

　　除陽離子媒染劑外，試驗(yàn)中這些顏料顯示出較差的耐水性。粒子結(jié)構(gòu)和pH值對(duì)耐水性沒有影響，這是由SiO2的表面化學(xué)所控制的。加入陽離子聚合物如聚DADMAC可以改善這3種粒子的耐水性，但是，膠體SiO2和燒結(jié)SiO2這2種粒子會(huì)降低其表面光澤度。

　　通過圖像分析技術(shù)進(jìn)行的印刷特性研究更進(jìn)一步地說明在這3種SiO2粒子之間存在著差異。表2所示為Epson印刷機(jī)的圖像分析結(jié)果。


表2黑色網(wǎng)點(diǎn)特性-Epson印刷機(jī)
 

　　由表2可見，從上到下網(wǎng)點(diǎn)面積明顯降低。較小的面積是比較好的，并且可以在不損失油墨濃度的情況下改善印刷分辨率。網(wǎng)點(diǎn)圓度值的檢驗(yàn)結(jié)果表明，燒結(jié)SiO2涂布具有更加均勻的涂布結(jié)構(gòu)。相反，煙法SiO2由于其較高的孔隙率而具有較低的網(wǎng)點(diǎn)面積，但是，不規(guī)則的煙法粒子產(chǎn)生較高的網(wǎng)點(diǎn)圓度值從而出現(xiàn)不均勻的涂布。   
 
　　圖3所示為3種SiO2粒子的孔隙率值。膠體SiO2和燒結(jié)SiO2孔隙率比煙法SiO2孔隙率低。該數(shù)據(jù)與所觀察到的網(wǎng)點(diǎn)面積結(jié)果是一致的。


圖3涂布孔隙率

　　膠體SiO2基涂布的孔隙率是由球狀粒子在填充過程中產(chǎn)生的間隙孔隙而產(chǎn)生的。具有胞間粒子孔隙率的燒結(jié)SiO2預(yù)計(jì)會(huì)有更多的孔隙率，但是，其孔隙率僅比膠體SiO2的孔隙率高10％左右。這有可能是因?yàn)槟承�燒結(jié)SiO2降解成為其膠體原料的結(jié)果。

　　煙法SiO2表現(xiàn)出最高的涂布孔隙率。最終的圖像質(zhì)量要求在涂布孔隙率和涂布均勻性之間達(dá)到平衡。盡管膠體SiO2和燒結(jié)SiO2涂料的印刷質(zhì)量還可以接受，但是其較低的孔隙率會(huì)制約它們的使用效果。

　　3  結(jié)論   
 
　　膠體SiO2和燒結(jié)SiO2粒子在涂布配方的流變性、固含量百分率、光澤度、油墨濃度和網(wǎng)點(diǎn)圓度方面比煙法SiO2具有更多的優(yōu)點(diǎn)。但是，其涂料表現(xiàn)出較低的孔隙率。相反，具有剛性不規(guī)則形狀的煙法SiO2可產(chǎn)生更多的孔隙層。然而，它也能降低光澤度和涂料配方的固含量。為了獲得低成本、高光澤度的噴墨涂料，必須使所有的因素之間達(dá)到平衡。