彩色喷墨打印纸涂料配方与涂层性能研究

湖南造纸
工艺与技术
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彩色喷墨打印纸涂料配方与涂层性能研究
李向华 颜进华 广东轻工职业技术学院 （５１０３００）
摘 要：本实验是以多种颜料（Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＣａＣＯ３）、胶粘剂（ＰＶＡ）、阳离子抗水剂、分散剂及增白剂等 助剂，制备数码彩色喷墨打印纸专用涂料。主要研究了不同颜料、胶粘剂、分散剂、增白剂和 固色剂等对彩色喷墨打印纸白度及打印性能的影响。实验结果证明：三氧化二铝在添加了 ０．１０％拜耳增白剂和 ＰＶＡ２０３ 胶粘剂时，可获得令人满意的打印性能．
的浓度曲线。经过不断摸索、优化，ＢＤＩＰ 浆板打浆最 经过优化，也取得了成功。如 ０３ 年 ＣＴＭＰ 全年日均产
终采用有别于 ＮＢＫＰ、ＣＴＭＰ 浆板工艺，关键的工艺参 量为 １４７ 吨 ／ 日，电耗为 ２６０７ｋＷｈ／ｔ 浆，磨浆后浆料抗
数打浆给定能耗为 ０－ ３０ｋＷｈ／ 吨浆。打浆质量达到：叩 张指数平均为 ２５．８９６Ｎｍ／ｍ，０５ 年全年日均产量达到
参考文献
［１］杨仁党，陈克复，王进，陈奇锋． 二氧化硅对彩喷纸涂层表面结构及
打印性能的影响．造纸化学品，２００４，６．
［２］陈红，刘凌云，李光，江建明． 颜料分散剂及超分散剂的应用．今日印
刷， １９９８，８
［３］王玉丰，黄红生，陆建辉． 纳米级数码彩色喷墨打印纸专用涂料的研
制．造纸化学品，２００５， ４． ［４］曹丽云． 关于彩喷纸与硅胶、胶粘剂技术．
涂料是彩喷纸的关键部分［４］，本文主要从涂料中 各组分出发，研究不同组成方案的涂料对彩喷纸白度 及打印性能的影响。
１ 实验 １．１ 实验原料
颜料分散液，种类有 Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＣａＣＯ３； 胶粘剂溶液，种类有 ＰＶＡ１１７、ＰＶＡ２０３ 和 ＰＶＡ 自 交联； 助剂，包括增白剂、固色剂（ＤＫ 型）、阳离子聚合 物抗水剂、分散剂等其他助剂（工业级）； 涂布原纸，定量：１８５ｇ／ｍ２。 １．２ 实验仪器 实验用到的主要仪器有：电子天平（ＢＳ２２３Ｓ），ｐＨ 仪（ｐＨ５１０），切纸刀，恒温水浴锅，搅拌机（ＲＷ２０），分 散器（ＣＦＪ－ ０．４），白度仪（ＹＱ－ Ｚ－ ４８Ａ），涂布棒，打印机 （Ｅｐｓｏｎ ＰｈｏｔｏＲ２５０ 和 ＨＰ Ｐｈｏｔｏｓｍａｒｔ７７６０）等。 １．３ 实验方法 １．３．１ 颜料分散液的制备 颜料、分散剂在水中以一定的百分比浓度加入
白剂涂料白度则低于 ８９％。
增白剂白度实验结果表明：增白剂可以提高彩喷
纸的白度，但是不同的增白剂对白度有不同的影响。
ＪＢ－ 增白剂、拜耳增白剂能提高涂料的白度。但是显
白剂则会降低纸的白度。在配料过程中，加进显白剂
后发现涂料有点发紫，再加进固色剂时，涂料还会变
成紫红色。固色剂可以提高涂层的抗水性和适印性。
后，在分散机的高速分散下分散，当颜料和其他助剂 完全分散后，将分散的颜料取出备用。 １．３．２ 胶粘剂溶液的配制
在加热和搅拌条件下，制备质量分数为 ２０％的 ＰＶＡ 溶液，直到完全溶解后取出备用。 １．３．３ 基本涂料配制
为了筛选不同颜料和胶粘剂作为彩喷纸处理涂 料的效果，分别将不同颜料分散液按比例与胶粘剂混 合， 配制一定浓度的基本涂料。 １．３．４ 添加增白剂、固色剂及显白剂
－ ４０．５６ － ６．０９ ６５．４２
０．３３ ０．８１ ０．９０
４９．７６ ４２．５２ ８１．００
－ １３．０９ ４０．１６ ９．６９
－ ４１．０３ － ５．７９ ６６．０４
０．３３ ０．８３ ０．９１
５０．２１ ４３．２５ ８１．４３
－ １３．８３ ３９．９０ １０．０６
－ ４０．２９ － ４．４８ ６６．７５
５＃
Ａ＊ Ｂ＊
密度
Ｌ＊
６＃
Ａ＊ Ｂ＊
密度
７＃
８＃
９＃
黑
２８．５６ － ４．１６ － １０．２３ １．１８ ２８．４５ － ３．５９ － １０．８３ １．０８ ２８．９０ － ５．２３ － １０．４１ １．０８
蓝
红黄
黑色扩散
黑色扩散
黑色扩散
５０．０８ ４３．１７ ８１．１７
－ １２．３６ ３９．９２ ９．４５
５＃ 三氧化二铝 ＰＶＡ２０３ ３．０ ０．２ ５．０ ２１．７２ ９１．６３ 印机也适应于 Ｅｐｓｏｎ 打印机的彩喷纸涂料配方，４＃ 配
６＃ 三氧化二铝 ＰＶＡ２０３ ５．０ ０．３ ７．０ ２０．６６ ９１．４２ 方为最佳的涂料配方。配方为：７５ 份氧化铝，２５ 份
７＃ 三氧化二铝 自交联 １．０ ０．１ ３．０ ２０．２７ ９１．３１
蓝
红黄
颜色扩散
颜色扩散
颜色扩散
５３．１６ ５３．５０ ８５．０３
－ ２３．０９ ５０．１０ ７．０３
－ ４６．９０ ７．３３ ６４．９２
０．２３ ０．７６ ０．８０
５３．４２ ５３．５０ ８５．１６
－ ２３．２４ ５０．５１ ６．５６
－ ４６．６５ ８．０９ ６３．４５
０．２３ ０．７６ ０．７９
５２．８１ ５３．４７ ８５．０３
涂料配方中助剂种类与用量对涂层质量影响很 大，这里主要考虑增白剂对涂层白度的影响，及固色 剂对涂层打印性能的影响。增白剂采用三种，即 ＪＢ－ 增白剂、拜耳增白剂和显白剂，添加比例为 ０．０２％， ０．０５％，０．０８％，０．１０％，０．１５％，固色剂采用 ３％用量与空 白对比的办法进行说明。颜料与胶粘剂采用 ８０％ ＳｉＯ２ 和 ２０％ＰＶＡ１１７。
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工艺与技术
２００７ 年第 １ 期
机运转方向，成功解决了这一问题。在取得了 ＣＴＭＰ 以及 ＣＴＭＰ、ＢＤＩＰ 浆板按一定比例混合打浆的操作指
浆板打浆成功的经验的基础上，又进行了 ＮＢＫＰ 浆板 导书。打浆生产线的运行已大大超过原设计要求。发
的打浆，但发现不同批次之间的 ＮＢＫＰ 浆板打浆有较 挥出较好的效益。
８＃ 三氧化二铝 自交联 ３．０ ０．２ ５．０ ２１．３６ ９１．６１ ＰＶＡ２０３，固色剂 １．０％，增白剂 ０．１％，助剂 Ａ３．０％；
９＃ 三氧化二铝 自交联 ５．０ ０．３ ７．０ ２１．３３ ９１．３４
致谢
从以上结果中可看出：４＃、５＃ 和 ６＃ 配方涂料表
本研究在完成过程中，得到本学院轻化 ０３１ 和
大的差异，有的 ＮＢＫＰ 浆板能够在能耗 ５５－ ６０ｋＷｈ／ 吨
２００４ 年下半年后，由于浆板价格上涨，而自产
浆的情况下达到 ２５－ ３０°ＳＲ、抗张指数 ３５－ ４５Ｎｍ／ｍ。 ＣＴＭＰ 生产线产量不能满足要求，公司决定将 ２５０ 吨
但有的 ＮＢＫＰ 浆板在能耗升到 ６５－ ７０ｋＷｈ／ 吨浆的情 打浆生产线逐步改为打自产 ＣＴＭＰ 浆为主，即将自产
色剂用量为 １．０％、３．０％、５．０％，另外根据实验需要增
加一种助剂 Ａ，用量为 ３．０％、５．０％、７．０％。配比方案见
表 ２，实验结果见表 ３ 和表 ４。
表 ２ 涂料优化配方组成及涂层白度
表 ３ 以表 ２ 配方加工的彩喷纸的打印性能
序号（打印机类型 ＨＰ ）
１＃
２＃
３＃
Ｌ＊
４＃
Ａ＊ Ｂ＊
密度
Ｌ＊
白度的测定（％） ８７．８２ ８９．８７ ９１．０８ ９１．０９ ９１．４６ ９１．５２
８８．８９ ９１．１４ ９１．５２
２．２ 不同增白剂对彩喷纸白度的影响
平均值（％） ８８．９６ ９１．０５ ９１．４９
通过三种不同增白剂的实验，结果表明拜耳增白
剂是三种中表现最好的。拜耳增白剂涂料的平均白度
高于 ９１％，ＪＢ－ 增白剂涂料白度约为 ９０％，另一种显
现出不错的打印性能，无论是使用 ＨＰ 打印机打印还 ０３２ 班部分同学的帮助，得到实验员骆雪萍老师的配
是用ＥＰＳＯＮ 打印机打印，效果都不错。
合，在此表示感谢！
３ 结论 １）彩喷纸的白度提高与颜料有关。本实验中氧化
硅、碳酸钙和氧化铝三者中，氧化铝可以赋予纸页最高 的白度。彩喷纸白度与其他助剂也有一定关系，增白剂 对提高彩喷纸的白度有利，而固色剂对白度会有负面 影响，实验中三种增白剂以拜耳增白剂效果最好。
对相同的涂布量来说，不同的颜料，涂布后涂层 白度不同，测定结果表明，Ａｌ２Ｏ３ 的白度是最高的，达 到了 ９１．４９％。白度的高低顺序为：Ａｌ２Ｏ３＞ＳｉＯ２＞ＣａＣＯ３。
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２００７ 年第 １ 期
表 １ 不同颜料对涂布纸白度的影响
颜料种类 ＣａＣＯ ３ ＳｉＯ ２ Ａｌ２Ｏ ３
８９．２６ ９０．８９ ９１．４７
－ ２３．２４ ４９．３９ ８．５４
－ ４６．９４ ８．３３ ６４．１７
０．２４ ０．７７ ０．８０
颜色扩散
颜色扩散
颜色扩散
２） 以三氧化二铝为颜料，ＰＶＡ２０３ 为胶粘剂作为
序号 颜料 ＰＶＡ 种类 固色剂％ 增白剂％ Ａ 助剂％ 固含量％ 白度％ 基本涂料，添加其它助剂，可制备出彩色喷墨打印纸
１＃ 三氧化二铝 ＰＶＡ１１７ １．０ ２＃ 三氧化二铝 ＰＶＡ１１７ ３．０
浆板的性质与 ＮＢＫＰ、ＣＴＭＰ 等浆板的性质有一定的 参数打浆给定能耗为：＃１ 磨：９５－ １００ｋＷｈ／ 吨浆，＃２ 磨：
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差别，在碎解、疏解、磨浆的工艺都有所区别，而且采 ９０－ ９５ｋＷｈ／ 吨浆） 继续磨浆，以扩大 ＣＴＭＰ 的生产能
用现有浓度检测器检测误差较大，需要重新设置专门 力。这是打浆生产线功能的一次较大的开发和调整，
解度 ５０－ ５５°ＳＲ、抗张指数 ２７－ ３５Ｎｍ／ｍ，稍优于自产 １６８ 吨 ／ 日，电耗为 ２３６４ｋＷｈ／ｔ 浆，磨浆后浆料抗张指
ＢＤＩＰ（叩解度 ４５－ ５５°ＳＲ、抗张指数 ２７－ ３０．０Ｎｍ／ｍ）， 数平均为 ２６．７４３Ｎｍ／ｍ，产量上升了 ２１ 吨 ／ 日，吨浆电
对提高成纸质量和改善纸机抄造性能有一定效果。由 耗下降了 ２４３ｋＷｈ／ｔ 浆，磨浆后浆料 抗 张指 数 上升
关键词：彩喷纸；颜料；打印性能
彩色喷墨打印纸（简称彩喷纸），是在纸张表面涂 覆一层具有吸墨性的多孔型颜料或在涂层中形成多 孔性结构，使纸张的表面形成具有良好油墨接受性的 涂层［１］。喷墨打印机喷嘴喷出各种颜色墨水的接受体， 在其上面记录图象或文字。彩喷纸与一般纸张有很大 区别，这是因为彩色喷墨打印通常使用水性墨水，而 一般纸张接受到水性墨水后会迅速扩散，结果是：无 论从色彩上还是清晰度上都达不到打印要求。而彩喷 纸是纸张深加工的产物，具有满足特殊要求的纸张涂 层［２］，其涂层既能吸收水性墨水又能使墨水不向周边 扩散，从而保持原稿的色彩和清晰度［３］。
０．３３ ０．８３ ０．９０
黑色扩散
黑色扩散
黑色扩散
表 ４ 以表 ２ 配方加工的彩喷纸的打印性能
序号（打印机类型 ＥＰ Ｓ ＯＮ）
１＃
２＃
３＃
Ｌ＊
４＃
Ａ＊ Ｂ＊
密度
Ｌ＊
５＃
Ａ＊ Ｂ＊
密度
Ｌ＊
６＃
Ａ＊ Ｂ＊
密度
７＃
８＃
９＃
黑
２４．７９ － １．４５ － ６．８５ １．２４ ２４．２５ － １．３５ － ７．４７ １．２５ ２４．８５ － １．２９ － ６．１３ １．２５
将以上组分分别混合配制涂料后，以相同涂布量 用线棒对原纸进行涂布，然后用电吹风吹干，最后对 涂布纸进行检测、打印。 １．３．５ 彩喷纸涂料配方的优化
为了得到最佳的涂层性能，最后对选用的涂料组 分进行优化。
２ 实验结果与讨论 ２．１ 颜料种类对彩喷纸白度的影响
在纸张涂布风干后，用切纸刀切成一定的尺寸， 用白度仪测定纸的白度，结果见表 １：
况下也只能达到 ２０－ ２５°ＳＲ、抗张指数 ３０－ ４５Ｎｍ／ｍ。 ＣＴＭＰ 浆工段的盘磨机能耗降低，磨后浆叩解度由
需要区别对待。在 ２００３ 年 ９ 月根据 ＰＭ８ 的生产需 ５５～６５°ＳＲ 降为 ４５～５０°ＳＲ，然后送到 ２５０ 吨打浆
要，增加了脱墨浆板（ＢＤＩＰ 浆板）的试打浆，由于脱墨 生产线磨前浆池，利用两台磨浆机（串联，关键的工艺
但添加固色剂之后，涂层的白度有所降低，所以固色
剂对白度提高有负面的影响。
２．３ 不同配方涂料方案的优化
为了进一步提高彩喷纸的白度和打印性能，在实
验方案中对各组分配比进行优化。根据前面的实验结
果，考虑颜料的价格及市场供应因素，我们采用的颜
料为 Ａｌ２Ｏ３，胶粘剂为 ＰＶＡ１１７、ＰＶＡ２０３、自交联 ＰＶＡ， 增白剂为拜耳增白剂，添加量为 ０．１％、０．２％、０．３％，固
０．１ ０．２
３．０ ５．０
１８．１３ １８．５４
９１．６４ ９１．７３
专用涂料，其打印效果优良。
３＃ 三氧化二铝 ＰＶＡ１１７ ５．０ ０．３ ７．０ １８．３４ ９１．５５
３） 本实验中通过优化得出三个既适应于 ＨＰ 打
４＃ 三氧化二铝 ＰＶＡ２０３ １．０ ０．１ ３．０ ２１．３１ ９１．６２