喷墨数码相纸光泽度提升的技术研究.pdf

信息记录材料 2023 年 7 月 第 24 卷第 7 期喷墨数码相纸光泽度提升的技术研究张丽惠,张嘉锋,陈思雨,樊 利 柳 青(乐凯胶片股份有限公司 河北 保定 071054)【摘摘要要】本文研究了提升喷墨数码相纸光泽度的技术手段,根据喷墨数码相纸光泽度的影响机理,从提高氧化铝分散效果获得更小粒径和较窄峰宽、硅氧烷助剂加入提高涂液的流平性两个方面,研究了氧化铝分散剂、硅氧烷助剂对喷墨数码相纸光泽度的影响。实验结果表明氧化铝分散剂的加入量对喷墨数码相纸光泽度有一定提升作用,难以满足市场对光泽度需求,采用硅氧烷助剂加入涂液中明显提升喷墨数码相纸光泽,能够满足市场需求。【关关键键词词】喷喷墨墨打打印印纸纸;分分散散剂剂;硅硅烷烷助助剂剂;光光泽泽度度【中中图图分分类类号号】TQ586 【文文献献标标识识码码】A 【文文章章编编号号】1009-5624(2023)07-0004-04Research on the Technology of Improving the Gloss of Inkjet Digital Photo PaperZHANG Lihui,ZHANG Jiafeng,CHEN Siyu,FAN Li,LIU QingLekai Film Co.,Ltd.Baoding,Hebei 071054,China【Abstract】This article studies the technical means to improve the glossiness of inkjet digital photo paper.Based on the mechanism of theinfluence of the glossiness of inkjet digital photo paper,the effects of alumina dispersant and siloxane additive on the glossiness of inkjetdigital photo paper were studied from two aspects:improving the dispersion effect of alumina to obtain smaller particle size and narrowerpeak width,and adding siloxane additive to improve the leveling of the coating liquid.The experimental results show that the addition ofalumina dispersant has a certain effect on improving the glossiness of inkjet digital photo paper,which is difficult to meet the market demandfor glossiness.The use of siloxane additives in the coating solution significantly improves the glossiness of inkjet digital photo paper,whichcan meet market demand.【Key words】Inkjet printing paper;Dispersant;Silane additives;Gloss0 引言随着喷墨打印技术的不断发展,喷墨打印以其画面精度高、色彩鲜艳、打印过程环保无污染等优点而迅速普及,已经广泛地应用在影像领域输出中。喷墨数码相纸作为喷墨打印的主要耗材之一,也得到了快速发展。喷墨数码相纸按吸墨机理可以喷墨打印分为膨润型和间隙型 2 类。膨润型喷墨数码相纸是通过涂层自身成膜树脂的吸水膨胀来吸墨,因此存在不防水、打印后干燥速度慢等问题;间隙型喷墨数码相纸通过涂层中的孔隙来吸墨,具有墨水速干、涂层和图像均防水等优点,受到消费者的青睐1-2。按照吸墨颜料类型喷墨数码相纸还分为氧化铝型(铝系)和二氧化硅型(硅系)3-4,铝系喷墨数码相纸色彩还原好、涂层韧性较高涂层不易发生脆裂等优点,逐渐成为喷墨数码相纸的主流产品,已广泛应用在婚纱、儿童摄影等专业影像输出中。随着物质生活水平的不断提高,消费者对喷墨打印影像输出质量的要求越来越高。市场上铝系喷墨数码相纸光泽度较低,约在40%(60),输出的影像明亮度不够,难以满足高端影像级客户的需求,市场急需光泽度高于 50%的产品。喷墨数码相纸光泽度取决于涂层表面光滑度,涂层表面越光滑,入射光照射至吸墨层表面反射率越高,喷墨数码相纸的光泽度越高。影响涂层平滑度有吸墨颜料粒径和涂液流平性两个主要因素。吸墨层中吸墨颜料颗粒的粒径越小和分布峰宽越窄会赋予喷墨数码相纸较高的光泽度,这是因为小粒径的颜料具有填充不规则涂层表面的能力,可提供与空气界面接触更紧密的光滑表面,入射光在光滑表面上形成反射,使喷墨涂层获得较高的光泽度见图 16-7。涂液的流平性也好,干燥过程中形成表面平滑度越高,光泽度也会越高。图 1 喷墨数码相纸光泽产生机理示意图本文从氧化铝分散、涂液配制工艺过程中,研究了氧化铝用分散剂、硅氧烷助剂对喷墨数码相纸光泽度的影响。实验结果表明:氧化铝分散剂硝酸的加入量对喷墨数码相纸光泽度有一定提升作用,但随着加入量的增加产生4信息记录材料 2023 年 7 月 第 24 卷第 7 期墨水堆积问题;硅氧烷助剂后加入涂液中明显提升喷墨数码相纸光泽,在保证吸墨性正常的条件下,光泽度提高至54%以上,满足了影像市场的高端需求。1 实验1.1 实验原材料及设备210 g 自制高光涂塑纸基、氧化铝粉、PVA(日本Kurarry235 型)、市售酸、硅氧烷助剂、自产 7#表面活性剂、硼酸。电子天平、高速乳化剂(上海)、恒温水浴、美国 RDS涂布棒、控温干燥箱、爱色丽密度计、粒度分布仪、光泽度仪。1.2 实验方法1.2.1 氧化铝分散液制备按表 1 中配方,将分散剂、去离子水、氧化铝等加入容器中,用高速乳化机 10 000 r/min 速度下分散 20 min,停止搅拌,制备为氧化铝分散液 16。表 1 氧化铝分散配方配方号123456水303030303030DMF(二甲基甲酰胺)101010101010醋酸7.000000柠檬酸07.00000硝酸006.06.57.07.5氧化铝3030303030301.2.2 喷墨数码相纸涂液的制备按表 3 中配方,将氧化铝分散液加入容器升温 4045,加入质量浓度 10%聚乙烯醇溶液,500 r/min 速度下搅拌 30 min,加入 7#表面活性剂、硅氧烷助剂、质量浓度 2%的硼酸,余量水,继续搅拌 30 min,静置消泡 1 h,制备为铝系喷墨数码相纸涂液。其中以 16 分散液制备的涂液分别编号为16。编号为710 涂液均是采用分散液5 制备的。表 2 喷墨数码相纸涂液配方配方号12345678910氧化铝分散液70707070707070707070聚乙烯醇 10%2121212121212121212110%7#2222222222硅氧烷 10%0000003456硼酸 2.0%1111111111水66666632101.2.3 喷墨数码相纸制备用 70#涂布棒将 1.2.2 中制备的喷墨数码相纸涂液,分别在 210 g 自制高光涂塑纸基上,在 95100 下干燥10 min,制备为喷墨数码相纸,按涂液编号进行编号。1.3 测试评价方法1.3.1 分散液颗粒分布及 Zeta 电位采用颗粒分布仪测试氧化铝粉分散液的粒度分布及Zeta 电位。1.3.2 涂液黏度采用黏度计(Brookfield II),测试喷墨数码相纸涂液411 的黏度。1.3.3 喷墨数码相纸性能测试按照GBT21301-2007 喷墨打印纸国家标准,用爱普生 L805 型号喷墨打印机打印试样测定吸墨性。1.3.4 光泽度按照 GBT21301-2007 国家标准,测试喷墨数码相纸的光泽度(60)。2 结果与分析2.1 分散剂酸种类对喷墨数码相纸光泽度氧化铝粉作为铝系喷墨数码相纸的主要吸墨颜料,氧化铝本身具有多孔结构,微粒的微孔越多比表面积越大,总的表面自由能越大越不易分散6,需酸作分散剂提高氧化铝粉的分散效果,获得更小颗粒的氧化铝,因此酸种类的筛选是十分必要的,3 种分散剂对粒径、峰宽、光泽度的影响见表 3。表 3 分散剂种类对涂层光泽度的影响配方号125分散剂醋酸柠檬酸硝酸粒径/nm141.8122.4122.4分布峰宽/nm196257196光泽度/%45.046.547.5由表 3 中数据可以看出,醋酸制备的分散液分散粒径大 141.8 nm、分布峰宽较窄 196 nm,对氧化铝的分散效果较差,喷墨数码相纸光泽度仅为 45.0%。柠檬酸制备的分散液分散粒径小 122.4 nm、分布峰宽较宽 257 nm,对氧化铝的分散效果居中,喷墨数码相纸光泽度达到了 46.5%。硝酸制备的分散液分散粒径小 122.4 nm、分布峰宽较窄196,对氧化铝的分散效果最好,喷墨数码相纸光泽度最高达到了 47.5%,因此选择硝酸为主进行后续的试验。2.2 硝酸加入量对喷墨数码相纸性能的影响在分散剂筛选的基础上,对硝酸加入量进行了优化,硝酸加入量对吸墨性的影响见表 4。表 4 硝酸加入量对吸墨性的影响配方号3456硝酸加入量/%6.06.57.07.5吸墨性合格合格合格堆积由表 4 中数据可以看出,随着硝酸加入量由 6.0%增加至 7.0%时,对喷墨数码相纸吸墨性未产生明显影响,硝酸剂加入量为7.5%时对喷墨数码相纸吸墨性产生明显影响,出现了墨水堆积问题。相纸吸墨性对比情况放大照片见图 3。由图 2 中可以看出:配方 5 硝酸加入量为 7.0%时,部5信息记录材料 2023 年 7 月 第 24 卷第 7 期分染料吸附吸墨层中,未产生堆积问题;配方 6 硝酸加入量为7.5%,染料被吸附在吸墨层表面较多,产生墨水堆积问题。这可能是由于氧化铝分散过程采用静电稳定机理保证分散液的稳定性,在氧化铝粒子表面产生一定量的表面电荷而形成双电层,双电层之间产生的排斥力可削弱粒子之间的吸引力,从而阻止纳米粒子之间的团聚。随着分散加入量变化会引起氧化铝粒子表面电荷量发生变化,Zeta电位分散变化,分散剂硝酸加入量对分散液 Zeta 电位影响见图 3。由图 3 可以看出随着分散剂硝酸加入量逐渐增加,氧化铝分散液 Zeta 电位逐渐提高,氧化铝颗粒的阳离子性越强,与墨水中的阴离子染料分子反应能力越高,使更多的染料分子固定涂层表面,产生了墨水堆积问题。图 2 吸墨性对比放大照片分散剂硝酸加入量对喷墨数码相纸光泽度见图 3。图 3 硝酸加入量对光泽度及 Zeta 电位影响由图 3 中可以看出随着硝酸加入量逐渐增加喷墨数码相纸光泽度逐渐提高,硝酸加入量从 6.0%逐渐增至7.5%时,光泽度由 44.8%提高至 49%。在吸墨性好的情况下,光泽度仅为 47.5%。综上所述,针对氧化铝分散过程三个分散剂中对比可以看出分散剂硝酸分散效果最好,制备的喷墨数码相纸在不影响吸墨性的前提下光泽度最高可达 47.5%;随着分散剂硝酸加入量逐渐增加氧化铝分散效果逐渐提高,喷墨数码相纸光泽度不断提高,但是加入量为 7.5%时产生了墨水堆积,分散剂加入量为 7%在保证吸墨性的条件下,光泽度只能达到 47.5%,需要采用另一技术手段,将光泽度提高至 50%。2.3 硅氧烷助剂对喷墨数码相纸光泽度及打印性能的影响硅氧烷助剂是一类既含有有机官能团,又具有硅官能团的有机硅烷化合物。这类化合物可以有效地提高吸墨颜料与有机聚合物之间的黏结强度,改善复合材料界面区域的形态变化,从而改善材料的 物理、光学、电学 性能等8-9。硅氧烷基本分子式:R(CH2)nSi(OR)3,其中 R表示烷基、苯基以及乙烯基、环氧基、氨基、巯基等有机官能团,常与胶黏剂树脂中的有机官能团发生化学结合;OR表示氯基、甲氧基、乙氧基等。硅氧烷有利于提高有机无机化学键合条件,加强有机聚合物基体无机填料间的分子作用力,改进有机聚合物黏合剂与吸墨填料之间的相容性,形成互相穿插的网络界面结构,硅氧烷助剂加入量对于涂层光泽度和吸墨性影响见表 5。表 5 硅氧烷助剂加入量对涂层光泽度及吸墨性影响配方号578910硅氧烷加入量/%03.04.05.06.0光泽度/%47.550.552.254.857.0吸墨性合格合格合格合格堆积由表 5 中数据可以看出,随着硅氧烷加入量不断增大喷墨数码相纸光泽度不断提高,加入量 3.0%5.0%时光泽度由 50.5%提高至 54.8%,吸墨性合格;加入量为6.0%,光泽度达 57%,但吸墨性变差,产生了堆积问题。这可能与硅氧烷、硼酸等与聚乙烯醇的交联过程密切相关。由于涂层所用黏合剂聚乙烯醇呈线性结构,含有大量的亲水性羟基(-OH)具有较强的亲水性。如果聚乙烯醇不发生交联,涂层的耐水性仍然很弱,不能获得理想的耐水性,需使用交联剂才能够形成强耐水性的涂层。硼酸作为交联剂,其优点在于价廉易得、易保存,对人体毒性较小,处理过程简单易于进行。硼酸溶于水硼酸是因为在水中与水中羟基结合生成四羟基合硼酸根和一个氢离子:H3BO3+H2O=B(OH)4-+H+(1)四羟基合硼酸根是四面体结构,硼原子在四面体的中心,四个羟基分别位于四个顶角。硼酸与聚乙烯醇的交联,四个羟基与聚乙烯醇中的羟基发生缩合反应,形成复6信息记录材料 2023 年 7 月 第 24 卷第 7 期杂的立体网状结构,改变了聚乙烯醇的线性结构,致使涂液黏度突然上升,涂液流平性变差,形成的涂层表面不够光滑,形成了漫反射,光泽度不够高。硅氧烷在水中会发生水解,水解反应方程式如下10:R(CH2)nSi(OR)3+H2O=R(CH)2Si(OH)3+3ROH(2)硅氧烷水解后形成的-Si(OH)与聚乙烯醇中羟基发生反应,不如硼酸的 4 个羟基交联程度高。在硼酸和硅氧烷共存的情况下,硅氧烷站位和位阻是使硼酸的四面顶角的缩合反应形成了缺陷破坏了聚乙烯醇形成的立体网状,降低了涂液黏度见图 4,提高了涂液流平性,使涂层表面平滑度更高,提高了入射光的反射能力,光泽度更高。但是随着硅氧烷加入量增加,与聚乙烯醇的交联度逐渐升高,聚乙烯醇中的羟基逐渐减少,聚乙烯醇的亲水性变差,吸水性下降导致吸墨性变差11-12。图 4 硅氧烷加入量(质量%)对涂液黏度影响3 结语(1)在氧化铝分散过程中,采用分散剂硝酸可获得较小粒径和峰宽较窄的分散液。优化分散剂硝酸加入量,随着分散剂硝酸加入量逐渐增加喷墨数码相纸光泽度逐渐增加,在保证吸墨性合格条件下,对喷墨数码相纸光泽度有一定提升作用。单一依靠提高氧化铝的分散效果的技 术手段难以达到市场要求 50%光泽度。(2)硅氧烷助剂加入涂液中明显提升喷墨数码相纸光泽度,在吸墨性合格的条件下,光泽度最高度可达54.3%,达到了市场要求的 50%光泽度。【参考文献】1 齐藤洋一,空隙型喷黑打印光泽纸的开发J.日本写真学会志,1992(2):136.2 胡梅.硅系微孔型高光喷墨打印相纸的研究D.北京:北京化工大学,2008.3 张丽惠,冯秀荣,陈思雨.DMF 在铝系喷墨打印纸中应用研究J.信息记录材料,2020(8):5-7.4 Kenzo K asahara.IS&N IP14:1998 Internationa lConfrence onPrinting Tecnologies.5 张丽惠,范永新,盖树人,等.聚乙烯蜡对铝系喷墨介质性能的影响J.信息记录材料,2021(1):5-6.6 丁钦英,陈光民.微孔型二氧化硅硅胶在彩色喷墨打印纸中的应用J.影像技术,2002(2):44-96.7 盖树人,张静,张丽惠.RC 高光喷墨打印纸“亮斑”弊病原因分析和解决方法讨论J.信息记录材料,2016(4):66-68.8 ABBASI F,MIRZADEH H,KATBAB A A.Comparison ofviscoelasticpropertiesofpolydimetyhlsiloxane/poly(2-hydroxyethyl methacrylate)IPNs with their physical blends J.Appl.Poly.Sci.2002,86(14):3480-3485.9 李员.硅烷偶联剂改性白炭黑及在硅橡胶中的应用D.济南:济南大学,2015.10 张丽惠.硅烷在喷墨打印相纸涂层中的应用研究J.信息记录材料,2007(2):10-13.11 徐伟.硼酸改性聚乙烯醇薄膜的制备及性能研究J.胶体与聚合物,2012(3):109-111.12 姬春梅.硼酸对聚乙烯醇凝胶的性能影响研究J.中州大学学报,2014(4):99-104.作者简介:张丽惠(1969),女,河北石家庄,研究员,研究方向:非银影像材料。(上接第 3 页)达 86.6%,远远高于酚类显色剂。非酚类显色剂 D 组远远高于酚类显色剂 A、B、C 组热敏记录材料的性能,且非酚类显色剂适应当今绿色环保和低毒性的发展趋势,因此,在热敏记录材料的生产和应用中,非酚性显色剂 D 是替代广泛应用的酚性显色剂的理想之选。【参考文献】1 张邦彦.透明热敏记录材料制备技术J.影像技术,2003(3):9-12,8.2 李臻.含机械浆热敏纸显色性能下降的机理研究D.华南理工大学,2014:29-30.3 辛忠,李金城,杨锦宗.压敏复写,热敏材料及其化学的新进展J.化工进展,1987(2):38-42.4 王进,郭勇为,周金涛,等.热敏纸褪色原因及稳定性能改善的研究J.中国造纸,2010(4):45-47.5 姚建文,何作鹏.热敏记录纸用精细化学品的研究开发J.精细与专用化学品,2011,19(9):19-25.6 宋健,李光天.结晶紫内酯变色机理的研究J.大连理工大学学报,1999,39(3):72-76.作者简介:郭姣(1988),女,硕士,工程师,研究方向:热敏信息记录材料。7