二氧化硅性质对涂布纸张性能影响研究

冯龙 郭丽娜

（内蒙古工业大学 内蒙古 呼和浩特 010080）

二氧化硅性质对涂布纸张性能影响研究

冯龙 郭丽娜

（内蒙古工业大学 内蒙古 呼和浩特 010080）

二氧化硅的类型和颗粒性质影响彩喷纸的性能，本文选择5种不同粒径的二氧化硅作为主要涂层材料，通过涂布加工制得涂布纸，从白度、不透明度、平滑度和油墨吸收性等几个性能指标，比较不同颜料涂布纸张的性能，以期助力于控制和优化涂层结构，指导实际生产应用。

涂布纸张；涂层；纸张性能；二氧化硅

喷墨印刷（Ink Jet Printing），简称IJP，是通过计算机控制，将油墨流从喷嘴射在承印物，从而获得文字和图像的无压印刷，即将细微的墨水颗粒，按照一定的要求，喷射在打印纸上，成像并完成输出。随着喷墨印刷技术的飞速发展，对承印介质——喷墨打印纸的市场需求也随之不断增加。消费者希望纸张品种更丰富，质量更高，价钱更低。为了更好的适应市场的发展趋势，造纸工作者不断进行技术及材料的创新，根据纸张的最终使用要求选择相应的涂料，从而生产出不同等级的纸张，以满足消费者个性化的需求。喷墨打印的纸张与油墨配合使用，其纸张表面的特征和多孔性的本质，决定了墨水在纤维中的扩散，普通的多孔性纸张其记录边缘模糊，而特殊涂层的纸张可以有效改善这种情况。彩喷纸涂层主要是将颜料，胶粘剂及少量添加剂的混合物，通过一定的涂布方式施涂到纸页表面干燥形成的多孔性覆盖层。涂层结构即为涂层的厚度、孔隙度、微孔尺寸的分布以及涂料组分在表面和内部的分布。而当前对承印材料研究的重难点即在于表面涂层材料的选择。涂层材料结构则决定着涂层的性能，进而决定着涂布纸的性能指标。

涂布纸性能主要取决于涂层的微观结构及涂料组分的分布。涂层结构中，微孔的数量和尺寸、堆砌结构、表面凹凸程度决定了涂布纸的不透明度、白度和光散射系数等。涂层的多孔结构对光学性能、机械性能和液体吸收性能等都有重要影响。

目前全球喷墨打印纸涂层颜料中，二氧化硅是一种应用最广泛且最重要的白色颜料。虽然它的折射率和白度略低于碳酸钙和二氧化钛，但是其比表面积和吸油性远远超过了两者。比表面积大，孔隙度高，在涂层中可形成强大的吸墨和固墨网络。在相同时间内，几种颜料的液体转移量大小顺序是：二氧化硅＞碳酸钙＞二氧化钛，这种涂层可快速吸收墨水，抑制墨水在水平方向的扩散。微孔网络保证了优良的色彩效果，缩短了干燥时间。

因此，二氧化硅是喷墨打印纸张理想的颜料，本实验采用的涂料颜料也主要是二氧化硅，但市场上二氧化硅的品种繁多，特性不一，对彩喷纸的性能和打印质量产生了重要影响。

图一

故本实验选择了5种较大粒径的二氧化硅（如图一，其中，1#为沉淀法超微细二氧化硅，2为沉淀法片状二氧化硅，3、4、5为溶胶凝胶法二氧化硅）与胶黏剂（聚乙烯醇——水解度：98%）、助剂（分散剂——聚二烯丙基二甲基氯化铵；消泡剂）进行涂料配制（如图二），实验结果如图三。

图二 涂料配制

图三 实验结果

1.孔隙率和透气度分析

由于五种涂布纸样选用相同原纸，因尽管存此，其孔隙率尽管存在着部分差别，但其程度细微，由于型号1#为沉淀法超微细二氧化硅，其粒径小，颜料堆积排列形成的细小孔径分布较多，因而孔隙率最高，而2#的沉淀法二氧化硅，其颗粒呈片状，似“圆饼”，堆积密实而导致其孔隙率相对偏低。溶胶凝胶法生产工艺的3#、4#、5#型号的二氧化硅颗粒成球形，粒子堆砌松散，其本身表面涂层孔径较大，因而孔隙面积相对较大。实验结果表明，颜料粒子大小对孔隙大小有所影响，随二氧化硅粒径的增加，其涂层表面形成的孔隙也随之增大，而涂层孔径和孔面积也成正比变大。而透气度则间接反映了纸张孔隙的多少和孔隙率大小，故随二氧化硅粒径的增加，大孔隙率的张纸透气性也越来越好。

2.白度影响分析

涂布彩喷纸的白度影响因素主要在于颜料本身白度、胶黏剂需求量、光吸收系数几个方面。实验选定的5种型号涂布纸样的白度值差值不大，且都处于白度值的高段位，除5#型号外，各涂布纸样白度值在二氧化硅粒径增加、胶黏剂需求减少情况下而相对小幅度增加。

3.不透明度分析

纸张不透明度是指入射光线照射在纸张上时不透光的程度，它是描述纸张阻光能力的一项指标。为了防止印迹的相互透印，对于要印刷的纸张必须是不透明度比较高，这样才能保证在纸张的一面看不到另一面的图文。纸的不透明度是决定印刷后纸张是否透印的主要因素。由实验结果可知，各涂布纸样的不透明度随着粒径的增加呈下降趋势。但各纸样之间的差值不大，且不透明度高，不易发生图文透印。

4.平滑度分析

二氧化硅粒径越小，其平滑度越高，但如果颜料分散，则会影响纸面平整度，进而对涂布纸平滑度产生影响，故实验结果中，3#略高于2#的平滑度即由于其二氧化硅粒径分散范围窄，粒径分布较为均匀而致。同时，二氧化硅粒径大小和分布对纸张表面强度影响较大，使用粒径大分布较宽的二氧化硅表现出较高的表面强度，而使用粒径小分布集中的二氧化硅，涂层表面强度差。粒径小，则需要更多的胶黏剂才能达到一定的表面强度，因此对于小粒径的颜料需要提高胶黏剂使用量。

5.吸收性分析

对彩喷纸而言，良好的吸收性是获得高质量图像的前提。如果涂层的吸收性差，墨水渗透干燥时间缓慢，墨水容易喷溅、珠化。但是如果吸收性太好，墨水快速渗透，容易造成透印，图像光泽度低，图像发虚。颜料吸收性大小可以说是颜料粒径、比表面积和孔容等因素同时作用的结果，但在其他条件相对保持稳定不变的情况下，根据实验结果可知，二氧化硅吸收性随粒径增加而增加。

综上所述，不颜料粒径大小、比表面积对彩喷纸白度、不透明度、平滑度、吸收性等参数有着重要影响。高白度颜料涂布的纸样白度高。对同一种颜料来说，二氧化硅颗粒的大小影响纸张的不透明度，颜料的颗粒越细，覆盖能力越强。涂布纸的平滑度主要受颜料的粒径和分散程度影响。涂布纸的孔隙率取决于涂层颜料粒子的内孔隙率和颜料粒子间孔隙率。颜料的粒径、比表面积和孔容都会影响纸张的吸收性，颜料本身吸收性的大小是这三者综合作用的结果。

随着喷墨印刷技术的发展，以及人们对喷墨印刷效果的要求越来越高，印刷企业务必进行多方调研和测试，选择使用合适性能、涂层的彩喷纸及相关材料、设备设备，才能印刷出高质、精美的产品。

[1]肖根生.喷墨打印纸的主要性能及工艺优化措施[J].印刷质量与标准化，2013(01).

[2]洪亮，朱明，张浩，楚高利.喷墨打印纸印刷适性预测模型[J].包装工程，2016(15).

[3]王岩.改性高岭土替代二氧化硅生产低光泽涂布喷墨打印纸[J].国际造纸，2015(06).

[4]李小龙.纸张表面微观形貌的分析与表征研究[D].华南理工大学，2014.

[5]季平.涂布和压光条件对彩喷纸性能的影响[D].天津科技大学，2014.

注：本文系内蒙古工业大学科学研究项目，项目编号：X201233作者简介：

冯龙（1979.03-），男，汉族，内蒙古自治区呼和浩特市，硕士，内蒙古工业大学轻工与纺织学院，印刷机械和数字印刷，讲师。郭丽娜，女，汉族，内蒙古自治区呼和浩特市，硕士，内蒙古工业大学轻工与纺织学院，数字印刷与印后加工，讲师。

TP204

A

1009-5624（2016）05-0014-02