陽離子聚乙烯醇在彩噴紙表面涂布中的應用

劉 晶 陳蘊智

（天津科技大學，包裝與印刷工程學院，天津，300222）

陽離子聚乙烯醇在彩噴紙表面涂布中的應用

劉 晶 陳蘊智

（天津科技大學，包裝與印刷工程學院，天津，300222）

介紹了聚乙烯醇在噴墨紙表面涂布中的應用；介紹了聚乙烯醇的一種醚化方法；對比了應用陽離子聚乙烯醇涂布后的彩噴紙，與涂布原紙及市售彩噴紙的物理性能和打印效果；分析了陽離子聚乙烯醇應用到紙張表面涂布中的可行性。

前言

隨著數(shù)字技術、印刷設備及辦公設備的發(fā)展，彩色噴墨紙已經(jīng)應用于各個領域，包括廣告行業(yè)、地理信息系統(tǒng)、多媒體技術和數(shù)碼照相的圖片打印及彩色印刷中的彩色打樣等領域。目前國內(nèi)高質(zhì)量的彩噴紙多數(shù)從日本、美國、泰國等國家進口，價格昂貴，遠遠超出一般人的承受范圍。因此生產(chǎn)出質(zhì)量優(yōu)異、成本低廉的彩噴紙就成為業(yè)界亟需解決的重要任務。

由于彩色噴墨印刷通常使用水性墨水，彩噴紙與一般紙張有很大區(qū)別。一般紙張接受到水性墨水后會迅速吸收擴散，結果是：無論從色彩上還是從清晰度上都達不到印刷要求，而如果使用吸收性差的材料又不能吸收墨水。彩色噴墨紙是紙張深加工的產(chǎn)物，經(jīng)過特殊涂料涂布后，使之既能吸收水性墨水又能防止墨滴不向周邊擴散，從而保持原稿的色彩和清晰度[1]。

彩噴紙涂布涂料主要由顏料、膠黏劑、分散劑、陽離子固色劑、消泡劑等組成。為了保證印刷的高質(zhì)量，多數(shù)采用二氧化硅作為涂布顏料，采用聚乙烯醇為膠黏劑。聚乙烯醇自然親水并能迅速吸收水基墨水，這對防止毛細和滲色現(xiàn)象是極有幫助的。特別是部分水解級的聚乙烯醇與二氧化硅顏料一起使用時，根據(jù)墨水光學濃度及干燥時間能提供最好的噴墨適應性，而且在造紙工業(yè)中，聚乙烯醇被公認為是一種最強的黏合劑，其黏結強度比其他的一般粘合劑要大，用在涂層中可減少用量，降低成本，有利于中、輕量涂布[2]。

1 聚乙烯醇的醚化改性

聚乙烯醇(PVA)外觀為白色粉末，是一種用途相當廣泛的水溶性高分子聚合物，性能介于塑料和橡膠之間，被大量用于生產(chǎn)涂料、黏合劑、紙品加工劑、乳化劑、分散劑、薄膜等產(chǎn)品，應用范圍遍及紡織、食品、醫(yī)藥、建筑、木材加工、造紙、印刷等行業(yè)。

在同樣的膜厚度或定量上，使用PVA比使用淀粉能取得更好的濕紙幅強度和抗張強度。常用的PVA醚化方法是為PVA接枝一個季銨化的 (甲基)丙烯酸單體。氯化的陽離子PVA季鹽，用于濕部和噴墨類紙的涂料，能獲得很好的打印效果[3]。

陽離子化的聚乙烯醇與通常所采用的陽離子固色劑有所不同，它既具有能與纖維結合的活性基團，又具有能與彩噴墨水染料陰離子結合的陽離子基團，屬于季銨化的陽離子反應型固色劑。它可在染料與纖維之間“架橋”發(fā)生交聯(lián)反應，形成不溶于水的化合物，使染料、纖維更為緊密牢固的聯(lián)系在一起，將染料固著在涂層的表層中，阻止和抑制了墨水的滲透和擴散，使打印圖像的抗水性能和色密度得到提高。

因此采用一種高效低廉的PVA陽離子化方法，并應用在彩噴紙的表面施膠中，將具有廣闊的市場前景和現(xiàn)實意義。

（1）制備季銨鹽型陽離子聚乙烯醇

向裝有磁力攪拌器、溫度計、冷凝器、滴液漏斗且容積為250mL的三頸瓶中加入適量去離子水，攪拌條件下加入剪碎的聚乙烯醇，緩慢升溫到90～95℃，恒溫至完全溶解，降溫，備用。向配制好的聚乙烯醇溶液中加入醚化劑環(huán)氧丙基三乙基氯化銨。加完后，用氫氧化鉀水溶液將體系的pH值調(diào)節(jié)至l0～10.5，在45～55℃下攪拌反應3h。制備得季銨鹽陽離子聚乙烯醇溶液[4]。

（2）制備彩噴紙表面涂布涂料

將已經(jīng)稱量好的二氧化硅倒入蒸餾水中 （之前加入己定量的分散劑），在高速下分散30min，使顏料在水中充分分散。取制備好的陽離子聚乙烯醇與二氧化硅混合，低速攪拌一段時間，使涂料成為均勻的分散體系。涂料即配制成功，經(jīng)涂布、壓光、打印，測量試制彩噴紙的物理性能和打印性能。

2 試制彩噴紙的性能分析

彩噴樣紙1與彩噴樣紙2是市場上銷售的兩種質(zhì)量和價格均有差異的國產(chǎn)彩噴紙。原紙為未涂布涂料的靜電復印紙。對兩種市售彩噴樣紙、原紙和試制彩噴紙的成紙性能和打印質(zhì)量進行了檢測，其結果見表1。依據(jù)結果對三種紙張比較和分析如下：

表1 不同紙張成紙性能和打印質(zhì)量的比較

2.1 試制彩噴紙與原紙的比較[5]

（1）表1顯示試制彩噴紙的白度、粗糙度和透氣度都低于原紙。

這是因為醚化后的膠黏劑顏色稍微偏黃，使紙張的白度有所下降，但絲毫不影響紙張的表觀質(zhì)量和打印性能；原紙是靜電復印紙，未經(jīng)過涂布，所以表面粗糙多孔，試制紙涂布二氧化硅后，很好的填充覆蓋原紙的粗糙表面，粗糙度和透氣度都下降了很多，有效地防止了噴墨打印后墨水的洇散。

（2）表1顯示試制彩噴紙的Cobb值略低于原紙。

Cobb值體現(xiàn)的是紙張對墨水的吸收能力，值越大吸收性越好，但同時也會帶來嚴重的擴散毛刺現(xiàn)象。試制紙涂布涂料后，填充了原紙表面的空隙，因而也降低了Cobb值，減少墨水的過度滲透。

（3）表1顯示試制彩噴紙的打印性能顯著高于原紙。

這是因為原紙表面沒有涂層，噴墨印刷墨水到達紙面時，原紙本身的吸墨性過強，干燥后只有少部分墨水保留在紙面上，印刷品墨色色相容易發(fā)淡，不鮮艷圖像清晰度和層次感差；墨層也缺乏光澤度，色密度較低，從而導致打印質(zhì)量下降。而試制彩噴紙的二氧化硅涂層發(fā)揮了良好的固墨作用，很好地提高了各色的實地色密度。且經(jīng)過壓光后，進一步改善了成紙的物理性能，使得打印圖象階調(diào)連續(xù)柔和，層次豐富。

綜上所述，原紙的各項性能都遜于試制彩噴紙，直接用于彩噴打印效果較差，可見普通復印紙不能作為彩噴紙的替代品。同時，表明所研制的涂層涂料作用顯著，用其涂布原紙后，有助于提高成紙性能和打印質(zhì)量。

2.2 試制彩噴紙與市售彩噴紙的比較

市售彩噴紙1與2都是國產(chǎn)的，屬于不同廠家，市售彩噴紙1價格高于市售彩噴紙2。兩者分別與試制彩噴紙進行比較。

（1）表1顯示試制彩噴紙的白度、粗糙度和透氣度都低于市售彩噴紙。

白度不如市售紙應該還是因為膠黏劑聚乙烯醇陽離子化時，所使用的醚化劑為淺黃色液體，因此涂布紙的白度方面會有所不足。但是紙張的白度值過大，反而會引起人閱讀時代視覺疲勞，而試制紙的白度值仍在正常使用范圍內(nèi)。

粗糙度體現(xiàn)了涂布紙表面的空隙大小和多少的程度。過高會引起墨水的過度滲透，使圖像色彩不夠鮮艷；過低則會抑制墨水的附著，使得表面墨跡干燥緩慢，容易導致背面蹭臟。試制紙的粗糙度正好適中，在紙面上形成空隙型吸墨層，吸墨層中具有合適的微孔數(shù)量，從而具備了適當?shù)奈浴?/p>

（2）表1顯示試制彩噴紙的Cobb遠小于市售紙2，遠大于市售紙1。

通過上文分析對比Cobb值與打印效果的關系，市售紙1的Cobb值過小，抑制了紙張的吸墨性；市售紙2的Cobb值過大，會使墨水過度吸附滲透，易造成透印洇滲等印刷缺陷，試制紙的Cobb值在適用范圍內(nèi)。

（3）表1顯示試制彩噴紙的打印效果接近市售紙1，遠遠超過市售紙2。

通過對比各色塊密度可知，試制紙的C色密度高于市售紙1，M色密度略低于市售紙1，Y色和K色兩者差異不大。而試制紙的所有色塊密度都比市售紙2上打印的要高很多。

通過對比墨點和線條的打印效果可知，在線條清晰度和綜合打印效果上，試制紙要比市售紙1的效果略差，但差距不大；在打印墨點圓度上，試制紙與市售紙1的效果相當。而在這三項指標上，試制紙的效果都比市售紙2好一個級別。這表明試制紙涂層中的微孔結構分布均勻，色彩階調(diào)和層次的表現(xiàn)性較好。

3 結論分析

試制彩噴紙各項指標均接近市售紙1，說明陽離子聚乙烯醇應用到涂料配制中，效果顯著。但在打印圖像的整體質(zhì)量上，試制彩噴紙不如市售紙1，主要表現(xiàn)在圖像色彩不夠鮮艷，視覺效果較之稍差。其原因可能是實驗室條件差，手工涂布以及壓光效果上還有需要改進的地方。雖然還存在一定差距，但只要有條件應該完全有能力趕超進口彩噴樣紙。試制彩噴紙各項指標均超過市售紙2，說明試制紙的質(zhì)量已經(jīng)超過了市場上低級別的彩噴紙，也具有銷售的潛能和優(yōu)勢。

[1]郝曉秀，楊淑惠.彩色噴墨打印紙及其最新進展[J].天津造紙，2005（2）：P5-P9.

[2]戴國忠，張美云.彩色噴墨打印紙的涂布化學品.紙和造紙，2002 年（3），P48.

[3]蔡明德.研發(fā)中的濕部助劑（二）.浙江造紙，2005年（4）,P28-P29.

[4]郭乃妮，楊建洲.季銨鹽型陽離子聚乙烯醇膜材料的合成研究.包裝工程，2008（4），P5.

[5]李茂林.彩噴紙涂層涂料配方的研究.西安理工大學碩士學位論文，2007.

2010－11－18

劉晶，24歲，女。天津科技大學包裝與印刷工程學院在讀研究生，導師為陳蘊智教授，研究方向為印刷材料及適性。

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紙林覓蹤之三十一