不同分散劑對(duì)涂布噴墨打印性能的影響

劉燁，陳蘊(yùn)智

（天津科技大學(xué)包裝與印刷工程學(xué)院，天津300222）

摘要：大多數(shù)噴墨打印墨水是陰離子型的，在涂料中需要加入陽離子固色劑來提高打印質(zhì)量.本研究中直接采用陽離子型分散劑聚二烯丙基二甲基氯化銨（poly-DADMAC）分散顏料，提高了涂料的穩(wěn)定性，改善了紙張對(duì)打印墨水的固色性，增加了打印顏色密度，擴(kuò)大了顏色密度范圍，同時(shí)也避免了傳統(tǒng)陰離子分散劑與陽離子固色劑不能兼容而導(dǎo)致的結(jié)塊現(xiàn)象.

關(guān)鍵詞：噴墨打??；分散劑；聚丙烯酸鈉；聚二烯丙基二甲基氯化銨

中圖分類號(hào)：TS727+.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-6510（2007）02-0033-03

近年來，隨著家用及辦公噴墨打印機(jī)的普及，噴墨打印紙的需求量越來越大，彩色噴墨打印紙也逐漸受到人們的重視.涂布彩噴紙的涂料主要由顏料和膠黏劑組成，而顏料的分散以及顏料與膠黏劑的混合是否均勻，對(duì)涂布極為重要.顏料顆粒是否分散均勻直接影響涂布紙的平滑度、勻度等表面性能，顏料與膠黏劑的混合是否均勻?qū)ν坎技埖谋砻鎻?qiáng)度、涂層結(jié)構(gòu)以及涂層對(duì)噴墨打印墨水的吸收性都有重要影響[1,2],因此，選擇適當(dāng)?shù)姆稚┘胺稚┯昧?，是提高涂布紙表面性能和打印性能的重要因?/span>.

大部分噴墨打印用的水性油墨是陰性的，因此，需要采用陽離子涂布以適合表面的染料分子.然而，傳統(tǒng)的涂布紙顏料采用陰離子分散，要想獲得陽離子涂料，可以采用陽離子分散劑分散顏料，也可以在分散好的陰離子顏料中加入陽離子固色劑.但是，在涂料中陰離子分散劑與陽離子固色劑不能兼容，這將導(dǎo)致結(jié)塊或者加深涂料的顏色.先將顏料進(jìn)行陽離子分散再配涂料，可以避免這個(gè)問題的出現(xiàn)[3].目前，陽離子分散劑在國外已有使用，國內(nèi)也開始嘗試，但在這方面的研究還不是很成熟，因此，國內(nèi)大多數(shù)彩噴紙生產(chǎn)廠家仍采用陰離子分散劑進(jìn)行顏料分散.本研究中采用了低分子質(zhì)量的聚二烯丙基二甲基氯化銨（poly-DADMAC）作為分散劑來分散顏料.使用這種分散劑使紙張的性能及打印色密度等指標(biāo)得到了進(jìn)一步的提高，更提高了涂料的穩(wěn)定性.

1實(shí)驗(yàn)

1.1實(shí)驗(yàn)材料

二氧化硅(SiO2)：天津化工研究院，SiO2含量98%，平均粒徑2～3μm，比表面積200～300 m2/g，pH6～7；膠黏劑：聚乙烯醇PVA-1799[4]；分散劑：聚丙烯酸鈉（poly-sodium acrylate，簡(jiǎn)稱DC），聚二烯丙基二甲基氯化銨（poly—DADMAC）.

1.2實(shí)驗(yàn)設(shè)備

MJ-SM600型砂磨多用機(jī)，博山博機(jī)微特電機(jī)廠；NDJ-79型旋轉(zhuǎn)式黏度計(jì)，同濟(jì)大學(xué)機(jī)電廠；DK-98-1型電動(dòng)恒溫水浴鍋，天津泰斯特儀器有限公司；NEG300型實(shí)驗(yàn)多用途壓光機(jī)，南京市輕工研究所；BL-320H型電子天平；白度和不透明度測(cè)試儀：L&WElrepho分光光度計(jì)，Lorentzen&Wettre公司；KGZ-1A光澤度儀，天津市科器高新技術(shù)公司；愛色麗分光光度計(jì)；X-Rite418彩色反射密度計(jì)；EPSON STYLUSPHOTO 1270彩色噴墨打印機(jī).

1.3實(shí)驗(yàn)過程

1.3.1涂料的配制

涂料配制的第一階段為顏料的分散和膠黏劑的準(zhǔn)備.顏料的分散：制備固含量為20%的二氧化硅顏料漿[5].先將320 mL蒸餾水加入到高速攪拌機(jī)的容器中，為使顏料潤濕完全可在蒸餾水中先加入1～2滴分散劑（每滴0.5 g左右），攪拌10 min；稱取80g二氧化硅粉末，徐徐地倒入正在攪拌的蒸餾水中，待顏料完全潤濕后高速攪拌，使顏料充分地在水中分散.膠黏劑的準(zhǔn)備：制備質(zhì)量分?jǐn)?shù)為18%的膠黏劑.

稱取聚乙烯醇粉末36g，蒸餾水184mL.在攪拌的同時(shí)，將稱量好的聚乙烯醇粉末緩慢加入到低于25℃的蒸餾水中.潤脹15 min后放入水浴鍋中升溫至96℃（加熱的同時(shí)一直攪拌），再保溫30～40 min，直至其成均一透明為準(zhǔn).為消除氣泡可加入0.5%的消泡劑[6].涂料配制的第二階段為膠黏劑與顏料的混合：按膠黏劑/顏料比為30/100配制涂料[7].混合過程中先以低速攪拌一段時(shí)間，再提高攪拌速度，充分?jǐn)嚢?，?font color="blue">涂料成為均勻的分散體系.

1.3.2涂料性質(zhì)測(cè)定

選擇量程為“×10”的轉(zhuǎn)子，用旋轉(zhuǎn)式黏度計(jì)進(jìn)行黏度測(cè)定.

1.3.3涂布加工

實(shí)驗(yàn)室條件下，在不銹鋼涂布板上，以刮刀手涂.成紙?jiān)趯?shí)驗(yàn)室中自然干燥.涂好晾干的紙?jiān)?/span>3MPa和80℃條件下進(jìn)行壓光.

1.3.4成紙力學(xué)和光學(xué)性能指標(biāo)的測(cè)定

經(jīng)過壓光的紙按國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行印刷表面強(qiáng)度、定量、白度、不透明度、粗糙度、光澤度等性能指標(biāo)的測(cè)定.

1.3.5成紙打印性能的測(cè)定

在成紙表面使用EPSON STYLUS PHOTO 1270彩色噴墨打印機(jī)進(jìn)行噴墨打印，并按照國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行顏色密度、L*a*b*的測(cè)定和色差的計(jì)算.

2結(jié)果與討論

2.1分散劑最佳用量的確定

每種顏料粒子都有一個(gè)最佳的分散劑用量，此時(shí)顏料液的黏度最低，粒度較小[8].量取適量蒸餾水，加入少量分散劑（以使顏料能夠完全潤濕）攪拌.稱取相應(yīng)的顏料，緩慢加入水中，高速攪拌一段時(shí)間后測(cè)量顏料漿的黏度，此后，每隔一段時(shí)間以0.5 g的分散劑用量逐漸遞加并測(cè)量顏料漿的黏度，繪制分散劑用量—黏度曲線，曲線最低點(diǎn)的分散劑用量即為分散劑的最佳用量.圖1、圖2給出了兩種分散劑最佳用量的曲線圖.由圖1、圖2可見，分散劑DC在接近0.16%處黏度降到最低，其最佳用量為0.16%；poly-DADMAC在接近0.30%處黏度降到最低，其最佳用量為0.30%.

2.2分散劑對(duì)涂布紙表面性能的影響

由表1可見，使用poly-DADMAC作為分散劑，顏料和涂料的黏度相對(duì)較低，流動(dòng)性好，有利于涂布的進(jìn)行，使得紙張的表面平滑度較高，粗糙度比使用傳統(tǒng)分散劑的紙張低0.13μm；紙張的白度和光澤度明顯高于使用傳統(tǒng)分散劑DC的涂布紙，其中白度值高出1.45%，光澤度值高出T1光澤度值的15%.

2.3分散劑對(duì)不同涂布紙打印性能的影響

如表2所示，涂布紙T1、T2的打印密度值都高于市售Epson紙.由于poly-DADMAC是陽離子分散劑，具有固色功能，使用這種分散劑的涂布紙T2進(jìn)行彩色噴墨打印后，單色色塊密度高于使用傳統(tǒng)分散劑的涂布紙T1.

表3給出了不同紙樣的色品指數(shù)L*a*b*值，其中，L*值表征顏色明度上的變化，L*值大則明度高，色淺；L*值小則明度低，色深.a*、b*值則表征色度上的變化，a*、b*值離開原點(diǎn)越遠(yuǎn)，顏色的飽和度越大，顏色越純.

從表3可以看出，涂布紙T1和T2都接近于市售Epson紙，達(dá)到人們的使用要求.T2與T1相比較：T2的L*值略小，明度低，色深；T2在大多數(shù)顏色方向上的a*、b*值正值大，負(fù)值小，表現(xiàn)出的顏色飽和度大，純度高.此外，表4給出了Epson市售紙和兩種實(shí)驗(yàn)涂布紙各級(jí)黑色塊的顏色密度，可以看出使用poly-DADMAC作分散劑的紙張黑色塊的密度反差值比較大，所能反映的黑密度的范圍比較大，打印時(shí)密度層次相對(duì)豐富。

3結(jié)論

采用陰離子分散劑的紙張性能相對(duì)較差，白度、光澤度和平滑度較低，密度值較低，顏色飽和度低.采用陽離子分散劑poly-DADMAC的紙張性能更好：一方面，分散效果好，顏料和涂料的黏度和流動(dòng)性有所改善，使得涂布紙張表面性能較使用DC的紙張好；另一方面，使用poly-DADMAC的紙張對(duì)噴墨打印墨水固色性強(qiáng)，顏色密度較高，顏色飽和度高，密度范圍較大.另外，實(shí)驗(yàn)觀察得知，采用poly-DADMAC分散的涂料能較長時(shí)間保持涂料的懸浮狀態(tài).因此，poly-DADMAC用作陽離子分散劑，可以有效地保持涂料的穩(wěn)定性，提高噴墨打印性能.

參考文獻(xiàn)：

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