石頭紙相關(guān)性能研究

張 琳， 張美云， 吳養(yǎng)育， 段華偉

(1.陜西科技大學(xué) 輕工與能源學(xué)院 陜西省造紙技術(shù)及特種紙品開(kāi)發(fā)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 陜西 西安 710021; 2.廣東壯麗彩印股份有限公司， 廣東 汕頭 515064)

0 引言

紙張作為印刷復(fù)制中最為重要的一種傳統(tǒng)承印材料，其主要構(gòu)成成分為纖維[1].隨著人們?cè)絹?lái)越多地致力于研究開(kāi)發(fā)綠色材料，石頭紙作為一種新型環(huán)保合成紙?jiān)趪?guó)內(nèi)外逐漸受到了重視和發(fā)展[2].石頭紙不同于傳統(tǒng)紙張，是將石頭的主要成分“碳酸鈣”研磨成超細(xì)微粒后吹塑成紙.目前，市場(chǎng)上已經(jīng)投產(chǎn)并推廣使用石頭紙，其在新聞出版領(lǐng)域、文化用紙、地圖、墻紙等方面已得到了較好的應(yīng)用[2-8].

本文研究了石頭紙的相關(guān)性能和印刷適性，并進(jìn)行了各方面應(yīng)用的對(duì)比，為石頭紙的應(yīng)用提供理論和實(shí)驗(yàn)依據(jù)，有利于石頭紙今后的推廣.

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 石頭紙

本實(shí)驗(yàn)研究的石頭紙分別取自于江西蔡氏(97 g/m2)、安徽天象(171 g/m2)、福建美倫達(dá)(130 g/m2)等三家石頭紙生產(chǎn)企業(yè).其中，安徽天象石頭紙采用吹膜法生產(chǎn)工藝； 江西蔡氏、福建美倫達(dá)石頭紙均采用壓流延法生產(chǎn)工藝.

紙張測(cè)試條250×80 mm.

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器及其他材料

C1-7型IGT印刷適性?xún)x、X-Rite528型分光密度計(jì)、GM光澤度測(cè)試儀、電腦測(cè)控平滑度儀、紙張耐折度測(cè)試儀、耐破度測(cè)試儀等.

天津東洋普通C、M、Y、K膠印油墨，兩種不同性能銅版紙(128 g/m2).

1.3 實(shí)驗(yàn)方案

確定印刷壓力200 N和使用同種油墨.實(shí)驗(yàn)過(guò)程中改變印刷盤(pán)的供墨量，采用小墨量上墨法，依次為0.1 mL、0.2 mL、0.3 mL、0.4 mL、0.5 mL、0.6 mL，每種墨量印刷3張?jiān)嚇訔l，印刷色塊210×65 mm.

2 石頭紙相關(guān)性能及印刷適性研究

2.1 石頭紙表觀(guān)性能描述

石頭紙外觀(guān)目測(cè)較平整、光滑，顏色不是很白，比較厚，當(dāng)拿一疊石頭紙時(shí)感覺(jué)較重，細(xì)看紙張表面發(fā)現(xiàn)很多細(xì)小的孔，透明度較高，挺度較差.

2.2 石頭紙物理及機(jī)械性能分析

石頭紙物理性能分析如表1所示.

表1 石頭紙物理及機(jī)械性能測(cè)量值

注：江西蔡氏的石頭紙由于在進(jìn)行橫向測(cè)量時(shí)，縱向太容易撕裂而無(wú)法使試樣從切口處撕開(kāi)，因此無(wú)法測(cè)量出橫向撕裂度.

由表1可見(jiàn)，在白度、平滑度、光澤度等方面，石頭紙均低于銅版紙.其中，白度比銅版紙略低，而平滑度、光澤度與銅版紙差距較大.

在耐折度、撕裂度、耐破度、抗張強(qiáng)度等方面，石頭紙均表現(xiàn)出了較好的能力，要比銅版紙高.可以說(shuō)，在包裝功能上，石頭紙是達(dá)到要求的，即很難折斷、具有很強(qiáng)的形變能力、吸水性很小等特性.

2.3 石頭紙印刷適性分析

2.3.1 印刷質(zhì)量各指標(biāo)的測(cè)量

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及計(jì)算如表2所示.

表2 江西蔡氏、安徽天象、福建美倫達(dá)等三種石頭紙實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄

續(xù)表1

紙張供墨量/mL0.10.20.30.40.50.6印版墨量x/(g/m2)2.043.547.0510.3612.2117.57轉(zhuǎn)移墨量y/(g/m2)0.961.733.023.263.585.63福建美倫達(dá)油墨轉(zhuǎn)移率f/%47.3648.8642.5731.4629.3432.07青實(shí)地密度值DS0.901.171.352.232.412.5墨層厚度L/um0.971.743.043.283.615.68

2.3.2 石頭紙主要性能的灰關(guān)聯(lián)分析

利用灰色關(guān)聯(lián)分析法研究紙張主要性能對(duì)印品質(zhì)量的影響程度.灰色關(guān)聯(lián)分析可以根據(jù)因素之間發(fā)展趨勢(shì)的相似或相異程度，即“灰關(guān)聯(lián)度”，衡量各因素間關(guān)聯(lián)程度，該值越大，說(shuō)明該因素與某指標(biāo)的關(guān)系越密切.具體見(jiàn)表3所示，計(jì)算出了紙張各性能的灰關(guān)聯(lián)度并進(jìn)行排序，這里僅選取了與印刷質(zhì)量相關(guān)的紙張性能.

表3 石頭紙各性能灰關(guān)聯(lián)序的比較

從表3可以看出，對(duì)石頭紙來(lái)說(shuō)，紙張相關(guān)性能對(duì)印品質(zhì)量影響的綜合排序是：吸水性﹥光澤度﹥白度﹥抗張強(qiáng)度﹥平滑度.

吸水性是與印刷效果相關(guān)度最高、影響最大的指標(biāo)，研究時(shí)應(yīng)作為重要的參考依據(jù).平滑度是一個(gè)值得仔細(xì)注意的指標(biāo).分析表明，平滑度是一個(gè)不敏感的指標(biāo)，它不是決定印效差異的主要因素.究其原因，在印刷過(guò)程中，平滑度應(yīng)該只有與吸墨性、表面強(qiáng)度、吸水性等指標(biāo)聯(lián)系起來(lái)考察才具有意義[9-10]，若只單獨(dú)確定其大小并不能決定印刷情況，甚至可能產(chǎn)生較大偏差.根據(jù)此結(jié)果，實(shí)際中不必過(guò)分追求石頭紙的平滑度，更不能只依據(jù)平滑度來(lái)對(duì)石頭紙的印刷適性作出判斷.

另外，石頭紙與銅版紙相比，外觀(guān)表現(xiàn)為偏黃、偏黑的色相，這會(huì)反映在白度的相關(guān)性排序上.實(shí)際上對(duì)印刷而言，紙張白度也并不是越高越好，白度的差異不是評(píng)價(jià)圖像復(fù)制質(zhì)量高低的絕對(duì)標(biāo)準(zhǔn)，但白度又確實(shí)影響著印刷圖像帶給人的心理感受，因此，使用石頭紙要特別注意復(fù)制適用的對(duì)象.

2.3.3 油墨轉(zhuǎn)移率的變化

繪制油墨轉(zhuǎn)移率曲線(xiàn)如圖1所示.由圖1中的曲線(xiàn)分析可知，各種紙張的油墨轉(zhuǎn)移率都是先上升后下降，最后趨于平緩，有最大峰值，其他特征為：

(1)石頭紙的油墨轉(zhuǎn)移率峰值均小于銅版紙.這是因?yàn)槭^紙對(duì)油墨的吸收主要是靠碳酸鈣粉體來(lái)吸收，而紙張?jiān)现械臉?shù)脂對(duì)碳酸鈣粉體形成了包裹，使碳酸鈣對(duì)油墨的吸收量降低.

(2)石頭紙油墨轉(zhuǎn)移率達(dá)到峰值后，下降趨勢(shì)相對(duì)比較平緩，而銅版紙則較劇烈.

(3)安徽天象石頭紙油墨轉(zhuǎn)移率整體上優(yōu)于江西蔡氏和福建美倫達(dá)石頭紙.這可能是由于安徽天象石頭紙采用吹膜法生產(chǎn)工藝，而江西蔡氏、福建美倫達(dá)石頭紙均采用壓流延法生產(chǎn)工藝，導(dǎo)致安徽天象的石頭紙紙張縱橫向差異比江西蔡氏、福建美倫達(dá)的石頭紙縱橫向差異小，從而影響了油墨轉(zhuǎn)移率的變化.

圖1 石頭紙油墨轉(zhuǎn)移率曲線(xiàn)

2.3.4 印品實(shí)地密度及墨層厚度的變化

由圖2和圖3中的曲線(xiàn)可以得知：三種石頭紙張上色塊的實(shí)地密度值(即100%圖像階調(diào)處的密度)和墨層厚度都隨著上墨量的增加而增加；石頭紙上印刷色塊的實(shí)地密度值和墨層厚度整體均低于銅版紙.這是由于石頭紙對(duì)油墨的吸收性好，使得較多的連結(jié)料和部分的顏料被吸入紙張內(nèi)部，印跡不飽和，階調(diào)壓縮，層次損失.

圖2 石頭紙墨層厚度-上墨量變化曲線(xiàn)

2.3.5 印刷色度值的變化

各種紙張印刷色域范圍見(jiàn)圖4所示.對(duì)比各種試樣油墨轉(zhuǎn)移的C、M、Y、R、G、B值，可以看出，石頭紙所能表現(xiàn)出來(lái)的色域范圍要比銅版紙的小，石頭紙?jiān)谏时磉_(dá)方面要弱于銅版紙.

圖3 石頭紙實(shí)地密度-上墨量變化曲線(xiàn)

圖4 色域范圍比較

2.3.6 印刷光澤度的測(cè)量

由表1對(duì)比分析可知：三種石頭紙紙張的印刷光澤度隨著供墨量的上升都有所增加，只是增加的幅度不一樣.石頭紙?jiān)谖沼湍珪r(shí)，主要依靠無(wú)機(jī)粉體、樹(shù)脂相互間的空隙來(lái)吸收油墨[11-13].安徽天象和福建美倫達(dá)的石頭紙中碳酸鈣粉體含量較高，對(duì)油墨的吸收較多、較快，致使印品光澤度較低，容易造成透印的現(xiàn)象.

而江西蔡氏的石頭紙中樹(shù)脂的含量較高，所用碳酸鈣粉體的細(xì)度較高，樹(shù)脂對(duì)碳酸鈣粉體形成了充分地包裹，使紙張對(duì)油墨的吸收性大大下降，造成印品的光澤度較高，這就意味著印品上的油墨不容易干燥，容易出現(xiàn)反印的印刷故障.

3 結(jié)論

本文針對(duì)石頭紙的物理性能及印刷適性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)比較與分析，通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以得出以下重要結(jié)論：

(1)對(duì)石頭紙來(lái)說(shuō)，紙張相關(guān)性能對(duì)印品質(zhì)量影響的綜合排序是：吸水性﹥光澤度﹥白度﹥抗張強(qiáng)度﹥平滑度.

(2)石頭紙的油墨轉(zhuǎn)移率峰值均小于銅版紙，采用吹膜法生產(chǎn)工藝石頭紙的油墨轉(zhuǎn)移率整體上要優(yōu)于采用壓流延法生產(chǎn)工藝石頭紙.

(3)在紙張色彩還原上，石頭紙?jiān)谧畲竺芏壬弦钣阢~版紙，色度上也出現(xiàn)較小的區(qū)域.

(4)在各類(lèi)石頭紙所表現(xiàn)出的性能上，可以看出，石頭紙比較適合作為包裝材料使用.因?yàn)槠浼染邆浼垙埖男阅埽瑫r(shí)又具備部分PVC的性能.

石頭造紙符合當(dāng)前產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，而且在印刷、包裝材料和一次性可降解產(chǎn)品中有著廣泛的應(yīng)用前景.與傳統(tǒng)紙相比，它具有更強(qiáng)的生命力，希望能夠根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，盡快研究并開(kāi)發(fā)出更適合各種應(yīng)用的石頭紙.

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