馮龍 郭麗娜

（內蒙古工業(yè)大學 內蒙古 呼和浩特 010080）

二氧化硅性質對涂布紙張性能影響研究

馮龍 郭麗娜

（內蒙古工業(yè)大學 內蒙古 呼和浩特 010080）

二氧化硅的類型和顆粒性質影響彩噴紙的性能，本文選擇5種不同粒徑的二氧化硅作為主要涂層材料，通過涂布加工制得涂布紙，從白度、不透明度、平滑度和油墨吸收性等幾個性能指標，比較不同顏料涂布紙張的性能，以期助力于控制和優(yōu)化涂層結構，指導實際生產應用。

涂布紙張；涂層；紙張性能；二氧化硅

噴墨印刷（Ink Jet Printing），簡稱IJP，是通過計算機控制，將油墨流從噴嘴射在承印物，從而獲得文字和圖像的無壓印刷，即將細微的墨水顆粒，按照一定的要求，噴射在打印紙上，成像并完成輸出。隨著噴墨印刷技術的飛速發(fā)展，對承印介質——噴墨打印紙的市場需求也隨之不斷增加。消費者希望紙張品種更豐富，質量更高，價錢更低。為了更好的適應市場的發(fā)展趨勢，造紙工作者不斷進行技術及材料的創(chuàng)新，根據紙張的最終使用要求選擇相應的涂料，從而生產出不同等級的紙張，以滿足消費者個性化的需求。噴墨打印的紙張與油墨配合使用，其紙張表面的特征和多孔性的本質，決定了墨水在纖維中的擴散，普通的多孔性紙張其記錄邊緣模糊，而特殊涂層的紙張可以有效改善這種情況。彩噴紙涂層主要是將顏料，膠粘劑及少量添加劑的混合物，通過一定的涂布方式施涂到紙頁表面干燥形成的多孔性覆蓋層。涂層結構即為涂層的厚度、孔隙度、微孔尺寸的分布以及涂料組分在表面和內部的分布。而當前對承印材料研究的重難點即在于表面涂層材料的選擇。涂層材料結構則決定著涂層的性能，進而決定著涂布紙的性能指標。

涂布紙性能主要取決于涂層的微觀結構及涂料組分的分布。涂層結構中，微孔的數量和尺寸、堆砌結構、表面凹凸程度決定了涂布紙的不透明度、白度和光散射系數等。涂層的多孔結構對光學性能、機械性能和液體吸收性能等都有重要影響。

目前全球噴墨打印紙涂層顏料中，二氧化硅是一種應用最廣泛且最重要的白色顏料。雖然它的折射率和白度略低于碳酸鈣和二氧化鈦，但是其比表面積和吸油性遠遠超過了兩者。比表面積大，孔隙度高，在涂層中可形成強大的吸墨和固墨網絡。在相同時間內，幾種顏料的液體轉移量大小順序是：二氧化硅＞碳酸鈣＞二氧化鈦，這種涂層可快速吸收墨水，抑制墨水在水平方向的擴散。微孔網絡保證了優(yōu)良的色彩效果，縮短了干燥時間。

因此，二氧化硅是噴墨打印紙張理想的顏料，本實驗采用的涂料顏料也主要是二氧化硅，但市場上二氧化硅的品種繁多，特性不一，對彩噴紙的性能和打印質量產生了重要影響。

圖一

故本實驗選擇了5種較大粒徑的二氧化硅（如圖一，其中，1#為沉淀法超微細二氧化硅，2為沉淀法片狀二氧化硅，3、4、5為溶膠凝膠法二氧化硅）與膠黏劑（聚乙烯醇——水解度：98%）、助劑（分散劑——聚二烯丙基二甲基氯化銨；消泡劑）進行涂料配制（如圖二），實驗結果如圖三。

圖二 涂料配制

圖三 實驗結果

1.孔隙率和透氣度分析

由于五種涂布紙樣選用相同原紙，因盡管存此，其孔隙率盡管存在著部分差別，但其程度細微，由于型號1#為沉淀法超微細二氧化硅，其粒徑小，顏料堆積排列形成的細小孔徑分布較多，因而孔隙率最高，而2#的沉淀法二氧化硅，其顆粒呈片狀，似“圓餅”，堆積密實而導致其孔隙率相對偏低。溶膠凝膠法生產工藝的3#、4#、5#型號的二氧化硅顆粒成球形，粒子堆砌松散，其本身表面涂層孔徑較大，因而孔隙面積相對較大。實驗結果表明，顏料粒子大小對孔隙大小有所影響，隨二氧化硅粒徑的增加，其涂層表面形成的孔隙也隨之增大，而涂層孔徑和孔面積也成正比變大。而透氣度則間接反映了紙張孔隙的多少和孔隙率大小，故隨二氧化硅粒徑的增加，大孔隙率的張紙透氣性也越來越好。

2.白度影響分析

涂布彩噴紙的白度影響因素主要在于顏料本身白度、膠黏劑需求量、光吸收系數幾個方面。實驗選定的5種型號涂布紙樣的白度值差值不大，且都處于白度值的高段位，除5#型號外，各涂布紙樣白度值在二氧化硅粒徑增加、膠黏劑需求減少情況下而相對小幅度增加。

3.不透明度分析

紙張不透明度是指入射光線照射在紙張上時不透光的程度，它是描述紙張阻光能力的一項指標。為了防止印跡的相互透印，對于要印刷的紙張必須是不透明度比較高，這樣才能保證在紙張的一面看不到另一面的圖文。紙的不透明度是決定印刷后紙張是否透印的主要因素。由實驗結果可知，各涂布紙樣的不透明度隨著粒徑的增加呈下降趨勢。但各紙樣之間的差值不大，且不透明度高，不易發(fā)生圖文透印。

4.平滑度分析

二氧化硅粒徑越小，其平滑度越高，但如果顏料分散，則會影響紙面平整度，進而對涂布紙平滑度產生影響，故實驗結果中，3#略高于2#的平滑度即由于其二氧化硅粒徑分散范圍窄，粒徑分布較為均勻而致。同時，二氧化硅粒徑大小和分布對紙張表面強度影響較大，使用粒徑大分布較寬的二氧化硅表現出較高的表面強度，而使用粒徑小分布集中的二氧化硅，涂層表面強度差。粒徑小，則需要更多的膠黏劑才能達到一定的表面強度，因此對于小粒徑的顏料需要提高膠黏劑使用量。

5.吸收性分析

對彩噴紙而言，良好的吸收性是獲得高質量圖像的前提。如果涂層的吸收性差，墨水滲透干燥時間緩慢，墨水容易噴濺、珠化。但是如果吸收性太好，墨水快速滲透，容易造成透印，圖像光澤度低，圖像發(fā)虛。顏料吸收性大小可以說是顏料粒徑、比表面積和孔容等因素同時作用的結果，但在其他條件相對保持穩(wěn)定不變的情況下，根據實驗結果可知，二氧化硅吸收性隨粒徑增加而增加。

綜上所述，不顏料粒徑大小、比表面積對彩噴紙白度、不透明度、平滑度、吸收性等參數有著重要影響。高白度顏料涂布的紙樣白度高。對同一種顏料來說，二氧化硅顆粒的大小影響紙張的不透明度，顏料的顆粒越細，覆蓋能力越強。涂布紙的平滑度主要受顏料的粒徑和分散程度影響。涂布紙的孔隙率取決于涂層顏料粒子的內孔隙率和顏料粒子間孔隙率。顏料的粒徑、比表面積和孔容都會影響紙張的吸收性，顏料本身吸收性的大小是這三者綜合作用的結果。

隨著噴墨印刷技術的發(fā)展，以及人們對噴墨印刷效果的要求越來越高，印刷企業(yè)務必進行多方調研和測試，選擇使用合適性能、涂層的彩噴紙及相關材料、設備設備，才能印刷出高質、精美的產品。

[1]肖根生.噴墨打印紙的主要性能及工藝優(yōu)化措施[J].印刷質量與標準化，2013(01).

[2]洪亮，朱明，張浩，楚高利.噴墨打印紙印刷適性預測模型[J].包裝工程，2016(15).

[3]王巖.改性高嶺土替代二氧化硅生產低光澤涂布噴墨打印紙[J].國際造紙，2015(06).

[4]李小龍.紙張表面微觀形貌的分析與表征研究[D].華南理工大學，2014.

[5]季平.涂布和壓光條件對彩噴紙性能的影響[D].天津科技大學，2014.

注：本文系內蒙古工業(yè)大學科學研究項目，項目編號：X201233作者簡介：

馮龍（1979.03-），男，漢族，內蒙古自治區(qū)呼和浩特市，碩士，內蒙古工業(yè)大學輕工與紡織學院，印刷機械和數字印刷，講師。郭麗娜，女，漢族，內蒙古自治區(qū)呼和浩特市，碩士，內蒙古工業(yè)大學輕工與紡織學院，數字印刷與印后加工，講師。

TP204

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1009-5624（2016）05-0014-02