不同压光方式对涂布纸张性能的影响

李寒东

压光技术

原纸经过涂布后，表面仍然不够平整，常有纤维或顏料颗粒堆积的凸起，纸张结构疏松，纤维间的空隙较大，结合强度较差。为了保证高质量的印刷图像和高印刷光泽度，涂布纸要在压光机上进行最后的压光。压光是纸张经过压辊压区，在此过程中产生了塑性形变，从而使纸张物理性能发生可控变化的过程。通过压光可以使涂布纸的涂层更加质密、光亮且平滑，达到理想的镜面膜层效果。压光方式可分为硬辊压光（也称为机械压光）、超级压光和软辊压光。

材料和方法

1.实验材料

①颜料：瓷土、NGCC。

②胶黏剂：聚乙烯醇、醇解度88%、低黏度的PVA-1788。

③助剂：CMC、消泡剂。

④分散剂：聚丙烯酸钠。

⑤原纸：禹航-全木浆复印纸，A型，70GMS；定量：70g/m2；A4：210mm×297mm。

2.实验仪器

①涂料制备设备：MJ-SM60型多用砂磨机（山东博山博机微特电机厂）；电子天平BL-620s（常州市宏衡电子仪器厂）；NDJ-79旋转式黏度计（天津市华兴科学仪器厂）；恒速搅拌器（上海申胜生物技术有限公司）；电热恒温水浴锅（天津市泰斯特仪器有限公司）。

②涂布设备：Sumet CUS/200多功能涂布机（Sumet-Messtechnik公司）。

③压光设备：Sumet CAS/200实验室压光机（Sumet-Messtechnik公司）。

④印刷打样及印品检测设备：纸张白度仪，L&W ELREPHO（瑞典L&W公司）；GretagMacbeth Eye-One分光光度计；DCP-PHY1 Ok型电脑测控平滑度仪（四川长江造纸仪器有限公司）；X-Rite500反射式密度计（爱色丽公司）；SZM体视显微镜；IGT印刷适性仪Newton C1。

3. 实验方法

①涂料配方

本实验所用涂料的具体配方见表1。

②颜料的分散

将蒸馏水和分散剂一起加入到高速搅拌机中预低速搅拌10分钟，使分散剂均匀分散在水中，然后将颜料（瓷土或NGCC）缓慢地加入到涂料槽，待颜料完全润湿后提高搅拌速度，搅拌50分钟，使颜料充分地在水中分散。

③胶黏剂的制备

将PVA粉末缓慢加入到25℃左右的蒸馏水中，搅拌15～20分钟，待PVA润胀后放到水浴中逐渐升温至96℃（升温的同时一直搅拌），保温30～40分钟，直至溶液均匀透明。

④涂料的配制

将制备好的颜料和胶黏剂（瓷土、NGCC和PVA）以及涂料总量0.2%的消泡剂倒入搅拌容器中混合，以2500r/min的速度搅拌至少1小时，至涂料成为均匀的分散体系。

⑤涂布

将搅拌均匀的涂料倒入涂布机的涂料槽中，以辊子放入转动时不会溢出为准，并在涂布过程中随时添加涂料。涂布机使40号计量棒，将涂布辊压力设为100N/m，刮刀压力设为30N/m，刮刀角度设为18°，涂布速度设为14m/min，红外干燥的能量比100%，热风干燥温度100℃、时间1分钟。待所制涂布纸经玻璃板压平之后，用裁纸刀将纸张裁切成标准尺寸BS（长257mm，宽182mm）等待压光。

⑥压光

将涂布之后的纸张分成3组，每组各15张使用不同的方式进行压光，即固定其他压光条件（压光温度70℃，压光压力40N/m，压光速度3m/min），分别使用硬辊压光、软辊压光、超级压光3种方式对涂布纸进行压光。

⑦纸张涂层性能检测

A.纸张物理性能检测

主要对涂布不同压光方式后的纸张进行定量、白度以及平滑度几项基本性能的检测。

B.纸张渗透

实验中使用PDA动态渗透分析仪来测量各组彩喷纸的动态渗透特性。其测量过程及原理是：a.比照样品裁切模具在各组涂布纸张上裁出50mm×80mm大小的纸样，然后用双面胶带把纸样固定在样品固定器上，并用辊子压紧使之完全贴合，避免气泡的形成。将水倒入测量槽内，并把样品固定器安装在仪器上。b.设定测量条件，选择测量模式为涂布纸/水，测量面积为直径35mm的圆，测量频率为1 MHz，测量时间为30s。设置完毕开始测量，样品浸入测量槽内的水中。c.在测量容器中，垂直于纸样的方向安装有相对的超声波发射器和接收器，当样品浸入水中时发射器立刻发射超声波信号穿透纸样。在水渗透纸张的过程中，超声波信号会被反射、散射和吸收，因此接收器收到的信号会有所变化，这些信号变化由接收器记录下来，由集成处理器进行计算，并可显示出数据和动态渗透曲线，通过曲线可自动推导出描述纸张特性的参数，进而由对参数的研究来反映纸张的渗透性。

⑧纸张印刷性能检测

将通过3种不同压光方式后的涂布纸以及没经过涂布和压光的原纸用裁纸机裁剪为宽60mm的纸条，利用Newton C1印刷适性仪模拟印刷机分别对4组纸条（硬压纸、软压纸、超压纸、原纸）进行印刷，印刷油墨选用CMYK其中一种颜色。待纸条印刷干燥后用Eye-One分光密度计对印刷图层进行密度检测。

结果与讨论

本研究内容是分析不同的压光方式对涂布纸物理性能以及印刷性能的影响。

1.纸张定量分析

涂布量就是指纸张表面经涂布后定量的增加值，涂布量（g/m2）等于涂布纸样张定量减去原纸定量。经本实验涂布配方涂布后的纸张定量为119g/m2，即涂布量为39g/m2，较大的涂布量增加了对纸张的覆盖，同时也能够更明显地对下一步经过不同压光方式的涂布纸性能进行分析。

2.纸张白度分析

白度是评價纸张性能的一项重要指标，并且和印刷品的质量密切相关。涂布纸张的白度与颜料白度、胶黏剂需求量等因素有关。颜料的白度越高，则涂布制得的纸张白度也越高。白度相对高的纸可以比较真实地反映图像色彩，纸张白度越高，印刷品图文部分的色彩就越鲜艳。这是由于纸张白度越高，它的反射能力就越强。所以白度高的纸张几乎可以反射全部色光，从而使印品墨色鲜艳，视觉效果好。而白度低的纸张，因为仅吸收部分色光，导致其既不能如实表现图像明暗部分的反差，又比较容易造成偏色。图1表示分别通过硬压、软压和超压3种压光方式涂布纸张的白度数据。可以看出，由于经过硬辊多次反复的压光，超级压光后的涂布纸具有最高的白度，而经过硬辊压光与软辊压光的涂布纸纸张白度较为接近。

3.纸张平滑度分析

纸张平滑度的高低也会直接影响彩喷纸的打印质量。平滑度高的涂布纸可以使墨层光滑均匀，图像色彩生动、层次更加丰富。而在平滑度相对低的涂布纸上印刷后墨水会分散不均匀，其呈色效果较差，容易导致印刷品墨色发花、发淡。所以，在印刷要求较高的精细彩色印刷品时，应该尽可能使用平滑度较好的涂布纸进行印刷，从而保证原稿的再现效果。图2分别表示硬压、软压、超压涂布纸以及未经过压光原纸的平滑度数据。可以看出经过超级压光的涂布纸平滑度远远大于其他压光方式的涂布纸，约是其他压光纸的两倍；而软辊压光的涂布纸相比硬辊压光涂布纸的平滑度有一定提升，但不是很明显；硬辊压光涂布纸平滑度与原纸相似，硬压后的涂布纸平滑度不会得到提升。

4.纸张渗透性分析

图3、4、5分别表示硬压、软压和超压涂布纸的渗透参数，3个试样构建一张参数图，横坐标表示渗透所用时间，渗透时间越长表示涂层的抗水性越好；纵坐标表示渗透的强度，数值越小说明渗透性越强，表明涂层表明有粗大的毛细孔。可以看出，3种压光方式涂布纸的渗透时间基本一致，但渗透强度方面，经过超级压光的涂布纸渗透强度明显最小，其次是经过硬辊压光的涂布纸，经过软辊压光的涂布纸具有最大的渗透强度。说明超压涂布纸涂层表面的孔隙最小，软压涂布纸涂层表面孔隙相对最大。

5.印刷色密度分析

色密度是衡量打印图像质量的一项重要参数，直接影响最终的色彩还原度和视觉效果。密度值越高，则喷墨打印图像色彩就越艳丽、逼真。本实验将3种不同压光方式的涂布纸以及原纸用裁纸机裁切为宽60mm的纸条，再利用Newton C1印刷适性仪进行打印色条，采用的油墨为品红颜色油墨，待印刷色条干燥后用分光密度计分别对4种色条进行测量，并对密度值进行对比。实验硬压、软压、超压涂布纸和原纸条各6条，每条色条测量3个不同位置的色密度，最后求其平均值得到不同压光方式色条的R色密度（图6）。可以看出，原纸印刷的色密度是最小的，经过涂布和压光后的涂布纸色密度都有提高，相比超压和硬压涂布纸色密度最高，软压的涂布纸色条密度相对稍低。

结论

本实验以研究不同压光方式对涂布纸性能的影响为目，经过涂布的纸张分别通过硬辊压光、软辊压光和超级压光的方式后对纸张白度，平滑度，渗透参数以及印刷后的色密度行进测量，得到以下结论：

①超压涂布纸白度最高，硬压和软压涂布纸白度稍低且近似。

②超压涂布纸平滑度有比较大提升，软压涂布纸平滑度略有提高，硬压涂布纸平滑度与原纸相似。

③超压涂布纸涂层孔隙最小，软压涂布纸涂层孔隙相对最大。

④超压和硬压涂布纸印刷后色密度相似且最高，软压涂布纸色密度略低。

作者单位：天津科技大学包印学院