阳离子聚乙烯醇在彩喷纸表面涂布中的应用

刘 晶 陈蕴智

（天津科技大学，包装与印刷工程学院，天津，300222）

阳离子聚乙烯醇在彩喷纸表面涂布中的应用

刘 晶 陈蕴智

（天津科技大学，包装与印刷工程学院，天津，300222）

介绍了聚乙烯醇在喷墨纸表面涂布中的应用；介绍了聚乙烯醇的一种醚化方法；对比了应用阳离子聚乙烯醇涂布后的彩喷纸，与涂布原纸及市售彩喷纸的物理性能和打印效果；分析了阳离子聚乙烯醇应用到纸张表面涂布中的可行性。

前言

随着数字技术、印刷设备及办公设备的发展，彩色喷墨纸已经应用于各个领域，包括广告行业、地理信息系统、多媒体技术和数码照相的图片打印及彩色印刷中的彩色打样等领域。目前国内高质量的彩喷纸多数从日本、美国、泰国等国家进口，价格昂贵，远远超出一般人的承受范围。因此生产出质量优异、成本低廉的彩喷纸就成为业界亟需解决的重要任务。

由于彩色喷墨印刷通常使用水性墨水，彩喷纸与一般纸张有很大区别。一般纸张接受到水性墨水后会迅速吸收扩散，结果是：无论从色彩上还是从清晰度上都达不到印刷要求，而如果使用吸收性差的材料又不能吸收墨水。彩色喷墨纸是纸张深加工的产物，经过特殊涂料涂布后，使之既能吸收水性墨水又能防止墨滴不向周边扩散，从而保持原稿的色彩和清晰度[1]。

彩喷纸涂布涂料主要由颜料、胶黏剂、分散剂、阳离子固色剂、消泡剂等组成。为了保证印刷的高质量，多数采用二氧化硅作为涂布颜料，采用聚乙烯醇为胶黏剂。聚乙烯醇自然亲水并能迅速吸收水基墨水，这对防止毛细和渗色现象是极有帮助的。特别是部分水解级的聚乙烯醇与二氧化硅颜料一起使用时，根据墨水光学浓度及干燥时间能提供最好的喷墨适应性，而且在造纸工业中，聚乙烯醇被公认为是一种最强的黏合剂，其黏结强度比其他的一般粘合剂要大，用在涂层中可减少用量，降低成本，有利于中、轻量涂布[2]。

1 聚乙烯醇的醚化改性

聚乙烯醇(PVA)外观为白色粉末，是一种用途相当广泛的水溶性高分子聚合物，性能介于塑料和橡胶之间，被大量用于生产涂料、黏合剂、纸品加工剂、乳化剂、分散剂、薄膜等产品，应用范围遍及纺织、食品、医药、建筑、木材加工、造纸、印刷等行业。

在同样的膜厚度或定量上，使用PVA比使用淀粉能取得更好的湿纸幅强度和抗张强度。常用的PVA醚化方法是为PVA接枝一个季铵化的 (甲基)丙烯酸单体。氯化的阳离子PVA季盐，用于湿部和喷墨类纸的涂料，能获得很好的打印效果[3]。

阳离子化的聚乙烯醇与通常所采用的阳离子固色剂有所不同，它既具有能与纤维结合的活性基团，又具有能与彩喷墨水染料阴离子结合的阳离子基团，属于季铵化的阳离子反应型固色剂。它可在染料与纤维之间“架桥”发生交联反应，形成不溶于水的化合物，使染料、纤维更为紧密牢固的联系在一起，将染料固着在涂层的表层中，阻止和抑制了墨水的渗透和扩散，使打印图像的抗水性能和色密度得到提高。

因此采用一种高效低廉的PVA阳离子化方法，并应用在彩喷纸的表面施胶中，将具有广阔的市场前景和现实意义。

（1）制备季铵盐型阳离子聚乙烯醇

向装有磁力搅拌器、温度计、冷凝器、滴液漏斗且容积为250mL的三颈瓶中加入适量去离子水，搅拌条件下加入剪碎的聚乙烯醇，缓慢升温到90～95℃，恒温至完全溶解，降温，备用。向配制好的聚乙烯醇溶液中加入醚化剂环氧丙基三乙基氯化铵。加完后，用氢氧化钾水溶液将体系的pH值调节至l0～10.5，在45～55℃下搅拌反应3h。制备得季铵盐阳离子聚乙烯醇溶液[4]。

（2）制备彩喷纸表面涂布涂料

将已经称量好的二氧化硅倒入蒸馏水中 （之前加入己定量的分散剂），在高速下分散30min，使颜料在水中充分分散。取制备好的阳离子聚乙烯醇与二氧化硅混合，低速搅拌一段时间，使涂料成为均匀的分散体系。涂料即配制成功，经涂布、压光、打印，测量试制彩喷纸的物理性能和打印性能。

2 试制彩喷纸的性能分析

彩喷样纸1与彩喷样纸2是市场上销售的两种质量和价格均有差异的国产彩喷纸。原纸为未涂布涂料的静电复印纸。对两种市售彩喷样纸、原纸和试制彩喷纸的成纸性能和打印质量进行了检测，其结果见表1。依据结果对三种纸张比较和分析如下：

表1 不同纸张成纸性能和打印质量的比较

2.1 试制彩喷纸与原纸的比较[5]

（1）表1显示试制彩喷纸的白度、粗糙度和透气度都低于原纸。

这是因为醚化后的胶黏剂颜色稍微偏黄，使纸张的白度有所下降，但丝毫不影响纸张的表观质量和打印性能；原纸是静电复印纸，未经过涂布，所以表面粗糙多孔，试制纸涂布二氧化硅后，很好的填充覆盖原纸的粗糙表面，粗糙度和透气度都下降了很多，有效地防止了喷墨打印后墨水的洇散。

（2）表1显示试制彩喷纸的Cobb值略低于原纸。

Cobb值体现的是纸张对墨水的吸收能力，值越大吸收性越好，但同时也会带来严重的扩散毛刺现象。试制纸涂布涂料后，填充了原纸表面的空隙，因而也降低了Cobb值，减少墨水的过度渗透。

（3）表1显示试制彩喷纸的打印性能显著高于原纸。

这是因为原纸表面没有涂层，喷墨印刷墨水到达纸面时，原纸本身的吸墨性过强，干燥后只有少部分墨水保留在纸面上，印刷品墨色色相容易发淡，不鲜艳图像清晰度和层次感差；墨层也缺乏光泽度，色密度较低，从而导致打印质量下降。而试制彩喷纸的二氧化硅涂层发挥了良好的固墨作用，很好地提高了各色的实地色密度。且经过压光后，进一步改善了成纸的物理性能，使得打印图象阶调连续柔和，层次丰富。

综上所述，原纸的各项性能都逊于试制彩喷纸，直接用于彩喷打印效果较差，可见普通复印纸不能作为彩喷纸的替代品。同时，表明所研制的涂层涂料作用显著，用其涂布原纸后，有助于提高成纸性能和打印质量。

2.2 试制彩喷纸与市售彩喷纸的比较

市售彩喷纸1与2都是国产的，属于不同厂家，市售彩喷纸1价格高于市售彩喷纸2。两者分别与试制彩喷纸进行比较。

（1）表1显示试制彩喷纸的白度、粗糙度和透气度都低于市售彩喷纸。

白度不如市售纸应该还是因为胶黏剂聚乙烯醇阳离子化时，所使用的醚化剂为浅黄色液体，因此涂布纸的白度方面会有所不足。但是纸张的白度值过大，反而会引起人阅读时代视觉疲劳，而试制纸的白度值仍在正常使用范围内。

粗糙度体现了涂布纸表面的空隙大小和多少的程度。过高会引起墨水的过度渗透，使图像色彩不够鲜艳；过低则会抑制墨水的附着，使得表面墨迹干燥缓慢，容易导致背面蹭脏。试制纸的粗糙度正好适中，在纸面上形成空隙型吸墨层，吸墨层中具有合适的微孔数量，从而具备了适当的吸墨性。

（2）表1显示试制彩喷纸的Cobb远小于市售纸2，远大于市售纸1。

通过上文分析对比Cobb值与打印效果的关系，市售纸1的Cobb值过小，抑制了纸张的吸墨性；市售纸2的Cobb值过大，会使墨水过度吸附渗透，易造成透印洇渗等印刷缺陷，试制纸的Cobb值在适用范围内。

（3）表1显示试制彩喷纸的打印效果接近市售纸1，远远超过市售纸2。

通过对比各色块密度可知，试制纸的C色密度高于市售纸1，M色密度略低于市售纸1，Y色和K色两者差异不大。而试制纸的所有色块密度都比市售纸2上打印的要高很多。

通过对比墨点和线条的打印效果可知，在线条清晰度和综合打印效果上，试制纸要比市售纸1的效果略差，但差距不大；在打印墨点圆度上，试制纸与市售纸1的效果相当。而在这三项指标上，试制纸的效果都比市售纸2好一个级别。这表明试制纸涂层中的微孔结构分布均匀，色彩阶调和层次的表现性较好。

3 结论分析

试制彩喷纸各项指标均接近市售纸1，说明阳离子聚乙烯醇应用到涂料配制中，效果显著。但在打印图像的整体质量上，试制彩喷纸不如市售纸1，主要表现在图像色彩不够鲜艳，视觉效果较之稍差。其原因可能是实验室条件差，手工涂布以及压光效果上还有需要改进的地方。虽然还存在一定差距，但只要有条件应该完全有能力赶超进口彩喷样纸。试制彩喷纸各项指标均超过市售纸2，说明试制纸的质量已经超过了市场上低级别的彩喷纸，也具有销售的潜能和优势。

[1]郝晓秀，杨淑惠.彩色喷墨打印纸及其最新进展[J].天津造纸，2005（2）：P5-P9.

[2]戴国忠，张美云.彩色喷墨打印纸的涂布化学品.纸和造纸，2002 年（3），P48.

[3]蔡明德.研发中的湿部助剂（二）.浙江造纸，2005年（4）,P28-P29.

[4]郭乃妮，杨建洲.季铵盐型阳离子聚乙烯醇膜材料的合成研究.包装工程，2008（4），P5.

[5]李茂林.彩喷纸涂层涂料配方的研究.西安理工大学硕士学位论文，2007.

2010－11－18

刘晶，24岁，女。天津科技大学包装与印刷工程学院在读研究生，导师为陈蕴智教授，研究方向为印刷材料及适性。

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纸林觅踪之三十一