大多數噴墨印刷的油墨是用染料制成的，采用水及其他高沸點親水溶劑作為染料載體。噴墨印刷油墨的化學性和配方組分不僅決定著墨滴的噴射性能和印刷系統的安全性，而且影響印刷圖像的質量。噴墨接收基質的物理性能是實現最終的噴墨性能效果的關鍵。因此，光澤度、透氣度、不透明度、表面能量、尺寸穩定性、強度、白度以及厚度所有這些均是決定印刷質量的重要參數，也是制造商在制造噴墨印刷紙時所要考慮的參數。多孔的著墨涂層將提供快速干燥的性能，但是與需要較長干燥時間的非多孔介質相比，通常具有較差的圖像質量。  

 
　　未經涂布的紙表面粗糙并具有親水性纖維，可促進墨滴擴散和滲透，從而產生低質量的圖像或文字內容，因此，通常需要利用表面施膠來改善色料的密度和滲色。涂布紙的表面涂層使原紙的表面結構和性能得以改善，能夠提供較好的油墨接收層，從而達到高的印刷質量和圖像穩定性。   
 
　　目前用于著墨涂層上最常見的無機顏料有SiO2、高嶺土、Al2O3和CaCO3。隨著納米技術的發展，能制造出極細的顆粒。含有納米級顆粒的噴墨涂料已受到原料供應商和紙張制造者的極大關注，從而達到光亮的、影像逼真的印刷質量。 
   
　　本研究探討了膠體SiO2、燒結SiO2和煙法SiO2等3種顏料粒子類型及其在噴墨涂料配方中的應用。

　　1 原料和方法

　　1．1  原料   
 
　　膠體SiO2和煙法SiO2均使用的是商業樣品，膠體SiO2使用的是Nalco N2329，煙法SiO2使用的是Cabot 019。燒結SiO2是一種實驗的Nalco樣品。所有的試驗中均用Celvol 203聚乙烯醇(PVA)作為膠黏劑。 
   
　　用于涂布試驗的原紙不含施膠劑。物理性能為：定量156．9g／m2，平滑度5．26μm，亮度92．5％，光澤度(75°)12．0。

　　1．2  涂布研究

　　1．2．1  制備 
  
　　使用的涂料配方中顏料與膠黏劑比率為80／20。采用下列方法制備涂料：使用各種Mayer棒和空氣干燥或圓筒形實驗室涂布機(CLC)在3000r／min下運行，并用紅外線干燥器進行干燥。利用Labwave9000微波水分分析儀在樣品特定面積上確定涂布量。

　　1．2．2  壓光    

　　在約3．10MPa(450psi)和80℃條件下使用熱／軟壓區壓光機進行壓光，在進行光澤度測定之前每種紙通過3個壓區進行壓光處理。

　　1．2．3  光澤度測定    

　　使用Gardner多角度光澤度測定儀在75°角的條件下測定光澤度。每張紙頁上測定10個點，然后計算平均值并報告結果。

　　1．3  印刷研究    

　　樣品在CanonS450和Epson Stylus Color 900(分別為熱和壓電型)印刷機上進行印刷。所有的樣品具有相同的涂布量(16~18g／m2)。

　　1．3．1  測定  
 
　　對印刷光澤度、墨色濃度和藍、紅、黃、黑(CMYK)4種顏色的實驗值進行測定。計算至少5個數據點的平均值并報告結果。所用儀器如下：
 
　　60°印刷光澤度—Gardner Nova光澤度儀 
   
　　印刷密度—X—Rite 408 
   
　　實驗值—Data color SpectroFlash

　　1．3．2  圖像分析  
  
　　樣品在Epson Pro 5000和HP Design Jet 20PS印刷機上進行印刷。用CCD攝像機拍攝圖像，用Image Pro—Plus軟件進行分析。

　　1．3．3  涂層孔隙率研究   
 
　　在Mellinex 534無孔支架上制備涂料。用光學方法確定涂層厚度，并計算涂層的孔隙率。

　　2  結果和討論   
 
　　多孔的噴墨涂料主要是由一種不溶性的無機顏料粒子和某些膠黏劑組成的。還可能含有一些特殊的添加劑以增強涂布的性能。關于多孔的、高光澤度著墨涂布所采用的新材料的報道已越來越多。  
  
　　本文研究了膠體SiO2、燒結SiO2以及煙法SiO2等3種不同的SiO2粒子及其對各種涂布性質和性能的影響。這3種SiO2粒子的平均粒徑分別為95 nm、278 nm和318 nm。

　　2．1  對涂料配方的影響  
  
　　涂料的基本配方是聚乙烯醇作為膠黏劑，顏料與膠黏劑的比例為80／20。涂料配方性能見表1所示，膠體SiO2和燒結SiO2在較低的Brookfield黏度下，具有獲得高的固含量的潛在優勢。


表1 涂布性能

 

 

　　2．2  對涂布結構的影響  
  
　　通過改變粒子的粒徑來改變最終的涂布結構。預計涂層光澤度與粒子大小成反比，隨著粒子尺寸的增大涂層的光澤度減小。壓光可用來改善光澤度和生產高光澤噴墨印刷紙。　　圖1所示為熱／軟壓區壓光前后每種粒子的光澤度值。

由圖1可見，燒結SiO2具有最高的光澤度測定值。其值明顯地高于相同粒徑的煙法SiO2，而且在壓光后還進一步增加。

 
圖1光澤度值
 

　　使用掃描電子顯微鏡(SEM)對涂布表面的檢查，其結果也在預料之中。表面圖像始終與光澤度的測定結果一致。膠體SiO2基涂布的圖像出現微小的裂紋。

　　2．3  對印刷性能的影響  
  
　　對于一種噴墨顏料來說其性能好壞是就其印刷的圖像而言的。將測試用的圖形印在經涂布和壓光的紙上。圖2所示為藍、紅、黃、黑(CMYB)4種顏色的油墨濃度值。比較了所有這3種SiO2粒子的性能。由圖2可見對于膠體SiO2和燒結SiO2黑色顏料油墨的濃度值稍微高些。


圖2油墨濃度-Epson印刷機
 

　　除陽離子媒染劑外，試驗中這些顏料顯示出較差的耐水性。粒子結構和pH值對耐水性沒有影響，這是由SiO2的表面化學所控制的。加入陽離子聚合物如聚DADMAC可以改善這3種粒子的耐水性，但是，膠體SiO2和燒結SiO2這2種粒子會降低其表面光澤度。

　　通過圖像分析技術進行的印刷特性研究更進一步地說明在這3種SiO2粒子之間存在著差異。表2所示為Epson印刷機的圖像分析結果。


表2黑色網點特性-Epson印刷機
 

　　由表2可見，從上到下網點面積明顯降低。較小的面積是比較好的，并且可以在不損失油墨濃度的情況下改善印刷分辨率。網點圓度值的檢驗結果表明，燒結SiO2涂布具有更加均勻的涂布結構。相反，煙法SiO2由于其較高的孔隙率而具有較低的網點面積，但是，不規則的煙法粒子產生較高的網點圓度值從而出現不均勻的涂布。   
 
　　圖3所示為3種SiO2粒子的孔隙率值。膠體SiO2和燒結SiO2孔隙率比煙法SiO2孔隙率低。該數據與所觀察到的網點面積結果是一致的。


圖3涂布孔隙率

　　膠體SiO2基涂布的孔隙率是由球狀粒子在填充過程中產生的間隙孔隙而產生的。具有胞間粒子孔隙率的燒結SiO2預計會有更多的孔隙率，但是，其孔隙率僅比膠體SiO2的孔隙率高10％左右。這有可能是因為某些燒結SiO2降解成為其膠體原料的結果。

　　煙法SiO2表現出最高的涂布孔隙率。最終的圖像質量要求在涂布孔隙率和涂布均勻性之間達到平衡。盡管膠體SiO2和燒結SiO2涂料的印刷質量還可以接受，但是其較低的孔隙率會制約它們的使用效果。

　　3  結論   
 
　　膠體SiO2和燒結SiO2粒子在涂布配方的流變性、固含量百分率、光澤度、油墨濃度和網點圓度方面比煙法SiO2具有更多的優點。但是，其涂料表現出較低的孔隙率。相反，具有剛性不規則形狀的煙法SiO2可產生更多的孔隙層。然而，它也能降低光澤度和涂料配方的固含量。為了獲得低成本、高光澤度的噴墨涂料，必須使所有的因素之間達到平衡。