王瑾，龍玲，戴華芬，肖兵，劉如，茍小兵

(1. 中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院木材工業(yè)研究所，北京 100091； 2. 浙江夏王紙業(yè)有限公司，衢州 324000)

數(shù)碼噴印是從圖像數(shù)據(jù)直接到基材表面的一種無(wú)接觸式印刷方式，即通過(guò)一定的噴墨技術(shù)，將墨滴按需噴在基材上，無(wú)需任何印刷制版。與傳統(tǒng)印刷技術(shù)相比，數(shù)碼噴印技術(shù)具有適應(yīng)性廣、成本低、畫(huà)質(zhì)高、生產(chǎn)周期短、適用個(gè)性化定制等優(yōu)點(diǎn)[1]。目前已有將數(shù)碼噴印技術(shù)應(yīng)用在家具、地板、墻板等方面的報(bào)道[2-3]。浸漬裝飾紙作為用途最廣、使用量最多的板式家具飾面材料，由裝飾原紙經(jīng)樹(shù)脂浸漬并干燥至一定程度制得，可直接熱壓到人造板基材上，具有良好的裝飾性和對(duì)基材的保護(hù)性[4]。因此，將數(shù)碼噴印用于裝飾原紙對(duì)于個(gè)性化定制板式家具具有重要的意義。但由于目前數(shù)碼打印原紙生產(chǎn)工藝不同，使得裝飾原紙的性能差異較大，從而對(duì)數(shù)碼噴印色彩、圖案、花紋等裝飾性能的還原度以及熱壓飾面的保真性產(chǎn)生較大影響[5-6]。

為此，筆者研發(fā)了一款適用于數(shù)碼噴印的自制裝飾原紙，并與目前市場(chǎng)上現(xiàn)有的幾款常規(guī)裝飾原紙進(jìn)行了數(shù)碼噴印色彩還原性和熱壓飾面保真性的研究，旨在為獲得適用于數(shù)碼噴印的裝飾原紙?zhí)峁┘夹g(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

3種裝飾原紙：自制裝飾原紙A、采購(gòu)自國(guó)外的裝飾原紙B和采購(gòu)自國(guó)內(nèi)的裝飾原紙C。浸漬樹(shù)脂：自制三聚氰胺-尿素-甲醛樹(shù)脂(MUF)，固含量約50%，黏度為14 s(涂-4杯法)。人造板基材：中密度纖維板，厚度18 mm，密度0.85 g/cm3，購(gòu)自市場(chǎng)。

1.2 主要試驗(yàn)設(shè)備

浸膠機(jī)，Rakelger?t，德國(guó)CHM公司；鼓風(fēng)干燥箱，POH800.200.3S，上海博康精細(xì)化工有限公司；多線程數(shù)碼打印機(jī)，JV150-160，日本MIMAKI公司；掃描電子顯微鏡，phenom XL，復(fù)納科學(xué)儀器(上海)有限公司；光學(xué)顯微鏡，XSP-SW2A，上海光學(xué)儀器廠；色度儀，X-rite Color i5D，愛(ài)色麗(上海)色彩科技有限公司。

1.3 數(shù)碼噴印

選取同樣的花紋及圖案，采用多線程數(shù)碼打印機(jī)分別對(duì)裝飾原紙A、B、C進(jìn)行數(shù)碼噴印。在計(jì)算機(jī)控制下，將數(shù)字信息生成的高分辨率圖像，通過(guò)噴頭使油墨墨水形成細(xì)微墨滴后直接噴射到裝飾原紙表面，并迅速固化形成裝飾紋樣或圖案。在裝飾原紙A、裝飾原紙B、裝飾原紙C上分別打印C(青)、M(品紅)、Y(黃)、K(黑)四原色并觀察其色彩表現(xiàn)效果。

1.4 裝飾原紙浸漬及熱壓飾面

浸漬：將3種數(shù)碼噴印裝飾原紙通過(guò)浸膠機(jī)在MUF浸漬樹(shù)脂中進(jìn)行兩次浸漬-干燥處理，即獲得浸漬數(shù)碼噴印裝飾紙。每一次的浸漬-干燥工藝均為：浸漬30 s后取出，在鼓風(fēng)干燥箱(140±2)℃下干燥至手摸不發(fā)黏。

熱壓飾面：將3種浸漬數(shù)碼噴印裝飾紙?jiān)?190±2)℃、1.4 MPa下熱壓到中密度纖維板基材上，熱壓時(shí)間為20 s。

1.5 裝飾原紙及其浸漬裝飾紙基本性能檢測(cè)

參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 28995—2012《人造板飾面專(zhuān)用紙》對(duì)數(shù)碼噴印前裝飾原紙的定量、灰分、透氣度、平滑度、縱向干抗張強(qiáng)度、縱向濕抗張強(qiáng)度、pH、滲透性相關(guān)性能進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)對(duì)數(shù)碼噴印后裝飾紙的透氣度以及浸漬裝飾紙的浸膠量進(jìn)行檢測(cè)。

1.6 表面形態(tài)分析

采用掃描電子顯微鏡對(duì)數(shù)碼噴印前裝飾原紙A、B、C進(jìn)行觀測(cè)。觀測(cè)前，首先將裝飾原紙?jiān)?103±2)℃下干燥8 h，之后進(jìn)行噴金處理。

1.7 色彩分析

采用光學(xué)顯微鏡對(duì)數(shù)碼噴印前裝飾原紙、噴印后的裝飾紙以及熱壓飾面后飾面板表面進(jìn)行觀測(cè)，并利用色度儀分析裝飾原紙數(shù)碼噴印前、后的明度指數(shù)L、紅綠指數(shù)a、黃藍(lán)指數(shù)b的值。

2 結(jié)果與分析

2.1 裝飾原紙及其浸漬裝飾紙基本性能分析

裝飾原紙及其浸漬裝飾紙基本性能檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。目前市場(chǎng)上數(shù)碼噴印用裝飾原紙定量在80～90 g/m2，本研究所制備的裝飾原紙A定量為89.3 g/m2。由表1可知，相比裝飾原紙B和C，裝飾原紙A灰分值較高，滲透速率較快，同時(shí)具有良好的平整度與縱向干、濕抗張強(qiáng)度，其pH也與裝飾原紙B和C接近?；曳指咭馕吨堄兄玫恼谏w效果以及更好的耐光色牢度[7]；滲透時(shí)間快則在后期浸膠壓板過(guò)程中可以有更快的浸膠速度以及更好的壓板效果，不容易開(kāi)裂或出現(xiàn)干濕花等成品板質(zhì)量問(wèn)題[8]。在數(shù)碼噴印前，裝飾原紙A的透氣度為34.4×10-2s/mL，相比裝飾原紙B較小，但高于裝飾原紙C，而經(jīng)過(guò)數(shù)碼噴印之后，其透氣度有所降低，說(shuō)明了噴印油墨堵塞了部分裝飾原紙的孔隙，但裝飾原紙C增加不明顯，可能與其表面平滑度較低有關(guān)[9]；表1中，裝飾原紙A與裝飾原紙B的透氣度無(wú)論是噴印前還是在噴印后，其數(shù)值均大于國(guó)標(biāo)的規(guī)定值，這主要與其特殊的生產(chǎn)工藝有關(guān)，在滿(mǎn)足后期使用的前提下，透氣度值可以做一定范圍的提升。由于數(shù)碼噴印屬于無(wú)接觸式印刷方式，因此對(duì)于裝飾原紙表面的平滑度并不做太高的要求，但需保證紙面平整，達(dá)到數(shù)碼噴印的要求[10]。此外，經(jīng)過(guò)MUF浸漬后，3種浸漬裝飾紙的浸膠量基本相同，這也與國(guó)標(biāo)規(guī)定值一致。

表1 裝飾原紙及其浸漬裝飾紙基本性能檢測(cè)結(jié)果Table 1 Basic properties of decorative base paper and impregnated decorative paper

2.2 裝飾原紙色彩分析

數(shù)碼噴印前裝飾原紙的L、a和b值見(jiàn)表2。對(duì)比3款原紙的L、a和b值發(fā)現(xiàn)，3種裝飾原紙的L值基本接近，并保持較高的數(shù)值(>95)。而自制裝飾原紙A的a和b值接近0，說(shuō)明其基本接近于白色。裝飾原紙B和C的a值也基本接近0，但b值相對(duì)較大，說(shuō)明這兩款原紙更偏向黃色。

表2 裝飾原紙的L、a和b值Table 2 L, a, and b values of decorative base paper

2.3 裝飾原紙表面形態(tài)分析

數(shù)碼噴印前裝飾原紙A、B、C的掃描電鏡圖見(jiàn)圖1。由圖1可見(jiàn)：裝飾原紙A紙樣表面不平整，基本沒(méi)有孔洞，表面纖維基本被覆蓋，且表面有顆粒狀物質(zhì)；裝飾原紙B紙樣表面平整度更低，且孔洞較多，表面纖維被覆蓋率低，纖維裸露多，表面有大小不一的顆粒狀物質(zhì)；裝飾原紙C紙樣表面同樣不平整，基本無(wú)孔隙，表面纖維部分被覆蓋，纖維裸露較少，同樣有顆粒狀物質(zhì)。為進(jìn)一步觀察3款原紙的表面結(jié)構(gòu)，將其放大5 000倍進(jìn)行觀察，可以看出：裝飾原紙A表面有比較密集的顆粒狀物質(zhì)堆積，且表面高低不平，纖維被完全覆蓋，基本無(wú)裸露；裝飾原紙B表面顆粒狀物質(zhì)較少，但有類(lèi)似于膠黏狀的物質(zhì)，表面較平整，部分纖維裸露在外面；裝飾原紙C表面有散落的顆粒狀物質(zhì)覆蓋，表面較平整，部分纖維裸露在外面。因此：裝飾原紙A表面基本覆蓋了一層顆粒狀物質(zhì)，纖維基本被覆蓋，且表面不平整；裝飾原紙B表面結(jié)構(gòu)比較緊密，纖維部分裸露在外面，除有顆粒狀物質(zhì)還有類(lèi)似于膠黏狀物質(zhì)，可能是為了提高色彩的保真性，在造紙過(guò)程中加入了一些樹(shù)脂物質(zhì)[11]；裝飾原紙C表面結(jié)構(gòu)比較疏松，顆粒狀物質(zhì)覆蓋較少，纖維裸露較多，不利于油墨在其表面附著[12]。

圖1 數(shù)碼噴印前裝飾原紙A、B、C的掃描電鏡圖Fig. 1 SEM images of decorative base papers A, B and C before digital printing under different magnifications

2.4 數(shù)碼噴印裝飾紙色彩分析

2.4.1 四原色數(shù)碼噴印裝飾紙色彩分析

數(shù)碼噴印裝飾紙需打印不同的花紋或圖案，再經(jīng)浸膠壓貼在人造板上，達(dá)到人造板飾面的目的。而C(青)、M(品紅)、Y(黃)、K(黑)為數(shù)碼噴印的四原色，因此通過(guò)對(duì)四原色的分析可以進(jìn)一步了解數(shù)碼打印裝飾原紙對(duì)花紋或圖案的還原能力，以及其色彩表現(xiàn)效果[13]。在裝飾原紙A、裝飾原紙B、裝飾原紙C上分別打印四原色并觀察其色彩表現(xiàn)效果，并對(duì)比不同上墨量下的顯色效果；同時(shí)將其用顯微鏡放大100倍做進(jìn)一步的觀察，并利用色度儀對(duì)3款裝飾原紙打印四原色的L、a和b值進(jìn)行分析。為進(jìn)一步對(duì)比其印刷圖案效果，分別對(duì)比印刷木紋以及彩色紋路的花紋或圖案的還原能力。以上結(jié)果見(jiàn)圖2～5。

圖2 數(shù)碼噴印裝飾紙印刷C原色對(duì)比Fig. 2 Comparison of digital printing decorative paper with primary color C

由圖2可以看出：數(shù)碼噴刷C原色后，裝飾紙A色彩的還原度較好，顏色飽和度高、亮度高；其次為裝飾紙C，色彩飽和度較高但亮度比較低；而裝飾紙B印刷C原色后色彩呈現(xiàn)效果最差。將印刷面放大100倍后進(jìn)行觀察，裝飾紙B表面著墨量最差，清晰度最低；裝飾紙C中色料更多地滲透到纖維里，這使得打印后雖然有較好的飽和度，但亮度比較低；而裝飾紙A色料較多地覆蓋在表面，因此色彩呈現(xiàn)效果最好。

由數(shù)碼噴刷M原色(圖3)以及Y原色(圖4)的裝飾紙同樣可以看出，裝飾紙B均有著較高的亮度，而裝飾紙A和裝飾紙C的亮度較低。對(duì)比色彩呈現(xiàn)效果，裝飾紙B最好，其次為裝飾紙A，裝飾紙C較差。同樣將其放大100倍進(jìn)行對(duì)比，裝飾紙A以及裝飾紙B顏色均勻性要高于裝飾紙C。裝飾紙C有著較多的露白，這也導(dǎo)致其較差的色彩呈現(xiàn)效果。

圖3 數(shù)碼噴印裝飾紙印刷M原色對(duì)比Fig. 3 Comparison of digital printing decorative paper with primary color M

圖4 數(shù)碼噴印裝飾紙印刷Y原色對(duì)比Fig. 4 Comparison of digital printing decorative paper with primary color Y

對(duì)比分析3款數(shù)碼噴印裝飾原紙印刷K原色(圖5)的效果，3者沒(méi)有明顯的區(qū)別，但裝飾紙B略黑。將其放大100倍后進(jìn)行觀察，可以看出：裝飾紙A色彩呈現(xiàn)效果最好，均勻性、色彩飽和度以及色彩亮度最好；而裝飾紙C色彩呈現(xiàn)效果最差，有大量纖維未著色；裝飾紙B效果較差，亮度及色彩清晰度均不如裝飾紙A。

圖5 數(shù)碼噴印裝飾紙印刷K原色對(duì)比Fig. 5 Comparison of digital printing decorative paper with primary color K

通過(guò)數(shù)碼噴印四原色的著色效果可以看出；裝飾紙A的色彩還原度比較好，顏色飽和度和亮度比較高；而裝飾紙B對(duì)色彩的呈現(xiàn)略差，這可能是其添加了一些樹(shù)脂物質(zhì)，導(dǎo)致油墨對(duì)纖維的潤(rùn)濕性變差[14]；裝飾紙C對(duì)油墨色料的潤(rùn)濕性較好，但是過(guò)多的色料容易滲透到纖維內(nèi)部，導(dǎo)致露白增多，因此著色效果也相對(duì)較差。

2.4.2 不同上墨量數(shù)碼噴印裝飾紙色彩分析

數(shù)碼噴印裝飾紙?jiān)诖蛴r(shí)通過(guò)不同的上墨量來(lái)展現(xiàn)圖案的層次感，因此可通過(guò)印刷不同的上墨量來(lái)對(duì)比3款裝飾紙對(duì)于色彩的呈現(xiàn)效果[15]。不同上墨量數(shù)碼噴印裝飾紙色彩分析見(jiàn)圖6，放大量為100。由圖6可知：當(dāng)上墨量為100%時(shí)(圖6a～c)，裝飾紙B的色彩呈現(xiàn)效果最好，其次為裝飾紙A，而裝飾紙C的效果最差；當(dāng)上墨量為65%時(shí)(圖6d～f)，裝飾紙A色彩呈現(xiàn)效果最好，均勻性以及飽和度較高，其次為裝飾紙C，而裝飾紙B則較差；當(dāng)上墨量為30%時(shí)(圖6g～i)，裝飾紙B的墨點(diǎn)清晰度以及墨點(diǎn)密度最好，其次為裝飾紙A，裝飾紙C最差。一般情況下，數(shù)碼噴印的上墨量為40%～70%。因此，裝飾紙A在做數(shù)碼印刷時(shí)有著更好的色彩表現(xiàn)力和色彩還原效果。

圖6 數(shù)碼噴印裝飾紙不同上墨量的對(duì)比Fig. 6 Comparison of digital printing decorative paper at different ink volume

2.4.3 數(shù)碼噴印裝飾紙完整圖案色彩分析

通過(guò)印刷完整的圖案來(lái)對(duì)比3款數(shù)碼噴印裝飾紙的色彩還原效果，結(jié)果見(jiàn)圖7。當(dāng)噴印木紋時(shí)(圖7a～c)，可以看出裝飾紙B的色彩還原最好，層次感最好，其次為裝飾紙A，而裝飾紙C效果最差。噴印彩色圖案(圖7d～f)后，同樣是裝飾紙B的色彩呈現(xiàn)效果最好、飽和度最高，其次為裝飾紙A，而裝飾紙C效果最差。

圖7 數(shù)碼噴印裝飾紙木紋和彩色圖案對(duì)比Fig. 7 Comparison of digital printing decorative paper with different wood grains and color patterns

2.5 數(shù)碼噴印裝飾紙飾面纖維板保真性分析

裝飾原紙經(jīng)打印不同的花紋和圖案之后，最終是需要熱壓在板上達(dá)到飾面的目的，通過(guò)熱壓機(jī)將浸膠完成的數(shù)碼噴印裝飾紙?jiān)谕葪l件下壓貼在相同基材(中密度纖維板)上，對(duì)壓貼在基材上的表面效果進(jìn)行觀察分析，同時(shí)將其表面紋路在顯微鏡下放大100倍進(jìn)行觀察，結(jié)果見(jiàn)圖8。由圖8a～c可以看出裝飾紙B的效果最好，板面木紋色彩呈現(xiàn)最為鮮艷，顏色亮度以及飽和度最好，同時(shí)花紋層次感也最好；其次為裝飾紙A，裝飾紙C效果最差。但是在壓板過(guò)程中裝飾紙B板面開(kāi)裂，存在質(zhì)量問(wèn)題，嚴(yán)重影響了飾面板在家居產(chǎn)品上的應(yīng)用。將3款數(shù)碼原紙打印木紋后放大100倍進(jìn)行觀察(圖8d～f)，裝飾紙A墨點(diǎn)清晰度最好，色彩鮮艷，但有輕微露白；裝飾紙C雖然沒(méi)有露白，但墨點(diǎn)比較模糊；而裝飾紙B雖然墨點(diǎn)比較清晰，但是有較多的露白。綜上，裝飾紙A更適用于數(shù)碼噴印浸漬裝飾紙飾面。

圖8 浸漬數(shù)碼噴印裝飾紙熱壓飾面表面對(duì)比Fig. 8 Comparison of hot-pressed digital printing decorative paper surfaces

3 結(jié) 論

1)自制裝飾原紙A相比進(jìn)口裝飾原紙B和國(guó)產(chǎn)裝飾原紙C，灰分含量更高，滲透性更好，且表面基本覆蓋了一層顆粒狀物質(zhì)。相比國(guó)產(chǎn)裝飾原紙C，自制裝飾原紙A的結(jié)構(gòu)更緊密，因此對(duì)色彩還原度高于裝飾原紙C，但裝飾原紙B的結(jié)構(gòu)更為致密，因此色彩的飽和度更高。

2)進(jìn)口裝飾紙B雖然有著較好的色彩還原性，但是在壓板過(guò)程中容易出現(xiàn)開(kāi)裂問(wèn)題，無(wú)法在人造板飾面上做進(jìn)一步的應(yīng)用，相比國(guó)產(chǎn)裝飾紙C，自制裝飾紙A的熱壓保真性較高，色彩表現(xiàn)力較好。

3)綜合分析，裝飾紙A應(yīng)用于數(shù)碼噴印裝飾產(chǎn)品具有較好的前景，但對(duì)圖案和花紋的還原能力和對(duì)色彩的呈現(xiàn)效果，以及在基材上的壓板應(yīng)用還需要進(jìn)一步的提升和改善，使數(shù)碼噴印裝飾紙?jiān)谘b飾行業(yè)得到更好的發(fā)展，為人們家居個(gè)性化發(fā)展提供更多的可能。