改善PP合成纸的吸墨性和抗紫外线性能应用研究

叶骏强

PP合成纸具有环保性能好、比重小、耐腐蚀、印刷适性好等诸多优点，在数码喷绘、礼品包装等方面的应用越来越普遍。普通的PP合成纸存在一些局限。其涂层表面孔隙率较低，打印时，墨水从喷嘴落在纸上，来不及被吸收而横向扩散，常常出现混色现象，影响打印效果；有的PP合成纸固色性能较差，打印作品保存期间会出现不同颜色的互渗，造成打印作品的图像逐渐模糊，无法长期保存；有的PP合成纸不具备抗紫外线性能，打印作品长时间暴露在户外，会出现较严重的褪色。针对上述情况，本研究设想在常规PP合成纸的制备原料和制备工艺基础上，加入某些特定物质，以提高其吸墨性、固色性和抗紫外线性能，并通过实验加以证明。

一、设想提出

本研究主要针对普通PP合成纸的吸墨性和抗紫外线性能两大问题，提出解决方案，并通过实验加以证明。

（一）PP合成纸吸墨性、固色性问题研究

黄旭、张炜栋在《超支化聚合物对聚丙烯纤维染色的影响》一文中的研究结论：“添加3 %硬脂酸改性超支化聚合物对聚丙烯纤维的物理性质影响很小，纤维的染色性能有明显的提高。”[1]

崔淑玲、赵立环的《季铵盐在纺织品加工中的应用》一文中的研究表明：“在纺织品加工中各类季铵盐化合物作为柔软剂有优异的柔软、抗静电、杀菌、抗黄变性能。用量少，效果好，配制方便，配伍性好，具有极高的性价比。”[2]

杜英英在其博士论文《超支化聚合物的改性及其在纺织印染中的应用研究》一文中，将超支化聚合物和季铵盐相结合，更为详细地介绍了超支化聚合物的固色机理，着重研究了超支化聚酯季铵盐对直接染料的固色性能，其研究结果表明超支化聚合物型固色剂“分子内部存在空腔，可一定程度包覆染料，起到固定作用，因此可以用于固色，提高直接染料染色的色牢度”。[3]

受到以上研究成果的启发，本研究设想在PP合成纸的制备原料聚丙烯材料中加入超支化聚合物以及季铵盐类化合物，以提高PP合成纸的吸墨性和固色性。

（二）PP合成纸抗紫外线性能研究

油墨的固化其实就是在紫外光的照射下，引发具有化学反应活性的液态物质快速转变为固态的过程。光引发剂在此化学反应中的作用就是引发这种反应进行。因此，光引发剂是油墨体系中直接影响油墨固化性能的主要成分之一。[4]

张婉、魏先福等在《光引发剂对UV丝印光致变色油墨固化性能的影响》一文的研究中，论证了光引发剂对油墨固化有极其重要的影响。研究结果表明，“光引发剂的含量对UV丝印油墨的光固化性能有着明显影响，当光引发剂的含量增加到10%的时候，油墨的固化速度趋于稳定，因此光引发剂的最佳含量为10%”，且“不同的光引发剂对UV丝印光变色油墨的固化影响不同，通过实验选出三种固化性能最好的光引发剂，即光引发剂184、907和BP”。[5]

基于上述研究，本研究设想在PP合成纸的制备原料中加入10%的光引发剂，在提高墨水的快速固化能力的同时，也可提高产品的抗紫外线性能，使之具备用于户外的条件。

张婉等人的研究虽已证实光引发剂907具有更好的固化性能，但考虑到产品成本，本研究采用了光引发剂184，即1-羟基环己基苯基酮。

由于二氧化硅具有抗老化、强度高和耐化学性能，已在催化、滤光、光吸收、医药、磁介质及新材料等领域得到广泛应用。为进一步提高产品的抗紫外线性能，本研究还设想在PP合成纸的制备原料中加入介孔纳米二氧化硅。

综上所述，本研究设想：在聚丙烯中加入超支化聚合物，得到超支化聚丙烯；用季铵盐对介孔纳米二氧化硅改性，得到季铵盐改性介孔纳米材料；应用光引发剂184，即1-羟基环己基苯基酮。将这三种物质分别加入PP合成纸的制备原料，通过实验验证其吸墨性、固色性和抗紫外线性能的差异。

二、改良PP合成纸的制备原料及制备方式

（一）制备原料

普通PP合成纸是以聚丙烯树脂为主，辅以聚乙烯树脂与天然石粉等原料，分三层混合压制而成。我们研制的PP合成纸为五层共挤合成纸，由上至下分别为吸墨涂层、基材层、芯层、亚基材层和下表层。

吸墨涂层的制备原料按照重量份计，包含：90～95份的丙烯酸树脂、1～3份的超支化聚丙烯、5～7份的季铵盐改性介孔纳米材料、0.3～0.5份的1-羟基环己基苯基酮。

基材层的制备原料按照重量份计，包含：90～95份的等规聚丙烯、3～5份的间规聚丙烯、0.5～1份的无规聚丙烯、1份的超支化聚丙烯。

芯层的制备原料按照重量份计，包含：90份的超支化聚丙烯。

亚基材层的制备原料按照重量份计，包含：90～95份的等规聚丙烯、3～5份的间规聚丙烯、0.5～1份的无规聚丙烯、1份的超支化聚丙烯。

下表层的制备原料按照重量份计，包含：85～95份的丙烯酸树脂、1～3份的超支化聚丙烯、1～4份的滑石粉。

（二）制备工艺

将以上五层制备原料分别共混，通过五层T型机头挤出制得五层的厚片，然后在一定温度和拉伸倍率下进行纵向拉伸，再进入高温拉幅机根据一定的角度进行横向拉伸，随后冷却、切边、卷取，最后分切成品。

具体挤出步骤：五层共挤入同一模头，最上层为吸墨涂层，由一台单螺杆挤出机，将制备原料在挤出机前端混合料斗中均匀搅拌后，挤入同一模头的最上层的流道中；第二层为基材层，由一台单螺杆挤出机，将制备原料在挤出机前端混合料斗中均匀搅拌后，挤入同一模头的第二层的流道中；第三层为芯层，由一台串联单螺杆挤出机，将制备原料在挤出机前端混合料斗中均匀搅拌后，挤入同一模头的第三层的流道中；第四层为亚基材层，由一台单螺杆挤出机，将制备原料在挤出机前端混合料斗中均匀搅拌后，挤入同一模头的第四层的流道中；最下层为下表层，由一台单螺杆挤出机，将制备原料在挤出机前端混合料斗中均匀搅拌后，挤入同一模头的最下层的流道中。

三、实验和结果分析

（一）实验设计

上述制备原料为实施例1，以此为基本参照分别配制11种不同的实施例。

实施例2：与实施例1的区别在于，其吸墨涂层的制备原料无季铵盐改性介孔纳米材料。

实施例3：与实施例1的区别在于，其吸墨涂层的制备原料无超支化聚丙烯。

实施例4：与实施例1的区别在于，其吸墨涂层的制备原料无1-羟基环己基苯基酮。

实施例5：与实施例1的区别在于，其吸墨涂层的制备原料季铵盐改性介孔纳米材料换成氯化十二烷基二甲基苄基铵改性二氧化硅。

实施例6：与实施例1的区别在于，其基材层的制备原料全部为等规聚丙烯。

实施例7：与实施例1的区别在于，其基材层的制备原料无超支化聚丙烯。

实施例8：与实施例1的区别在于，其基材层的制备原料按照重量份计，包含：85份的等规聚丙烯、7份的间规聚丙烯、1.7份的无规聚丙烯、1份的超支化聚丙烯。

实施例9：与实施例1的区别在于，其PP合成纸无芯层。

实施例10：与实施例1的区别在于，其亚基材层的制备原料无超支化聚丙烯。

实施例11：与实施例1的区别在于，其下表层的制备原料无超支化聚丙烯。

（二）实验步骤

用惠普5800写真机分别使用上述11种实施例制备原料压制的PP合成纸进行打印，并对打印作品进行以下两项测试。

（1）固化时间测试：测量墨水完全干燥的时间，该数值越小，固色性越好，纸张的吸墨性越好。

（2）耐日晒色牢度测试：采用标准蓝色卡进行检测，数值越大，耐日晒色牢度越好，纸张的抗紫外线性能越好。

（三）结果及分析

1. 测试结果

测试结果见表1、图1、图2。

表1 PP合成纸实施例固化时间和耐日晒色牢度测试

图1 PP 合成纸实施例固化时间对比

图2 PP合成纸实施例耐日晒色牢度对比

2. 结果分析

（1）固化时间分析

对比实施例1与实施例2，吸墨涂层中是否加入季铵盐改性介孔纳米材料对纸张的吸墨性影响尤为明显，加入了季铵盐改性介孔纳米材料的实施例1，其墨水固化所需的时间大大缩短。

对比实施例1与实施例3，吸墨涂层中加入超支化聚丙烯也可较大程度地缩短墨水固化所需的时间。对比实施例1与实施例4，吸墨涂层中加入作为光引发剂的1-羟基环己基苯基酮，同样有助于缩短墨水固化所需的时间。

因此，通过对11种PP合成纸实施例的对比测试，实施例1的墨水固化时间最短，吸墨性最好，其制备原料配制最为合理。

（2）耐日晒色牢度分析

对比实施例1与实施例2吸墨层中加入季铵盐改性介孔纳米材料，明显提高了PP合成纸的耐日晒色牢度。

对比实施例1与实施例3，吸墨涂层中加入超支化聚丙烯，也在一定程度上提高了PP合成纸的耐日晒色牢度。

分析其原因，可能是因为在吸墨层中加入季铵盐改性介孔纳米材料和超支化聚丙烯缩短了墨水固化时间，使液态墨水暴露在紫外线下的时间减少，从而提高了其耐日晒色牢度。

对比实施例1与实施例4，在吸墨层中加入作为光引发剂的1-羟基环己基苯基酮，也提高了PP合成纸的耐日晒色牢度，改善了PP合成纸的抗紫外线性能。

通过对比实施例6-11，我们可以发现，调整PP合成纸的吸墨涂层的原料配制，对纸张的墨水固化时间和耐日晒色牢度的影响较大。

四、结论

针对普通PP合成纸的吸墨性和抗紫外线性能方面的不足，本研究在已有研究成果的基础上，提出了改善PP合成纸的吸墨性和抗紫外线性能的设想，即在PP合成纸的制备原料中加入超支化聚丙烯、铵盐改性介孔纳米材料和光引发剂1-羟基环己基苯基酮，并通过对比实验证明在PP合成纸的吸墨涂层中加入以上三种物质，可以有效改善PP合成纸的吸墨性和抗紫外线性能。

使用改良后的PP合成纸打印的作品，混色现象得到明显改善，图像清晰度更高，可长期放在户外，不会因褪色而产生色彩偏差。我们希望这种改良后的PP合成纸能更大范围地推广使用。

[1] 黄旭，张炜栋.超支化聚合物对聚丙烯纤维染色的影响[J].丝绸，2011(4)：20.

[2] 崔淑玲，赵立环.季铵盐在纺织品加工中的应用[J].印染助剂，2006(4)：7-9.

[3] 杜英英.超支化聚合物的改性及其在纺织印染中的应用研究[D].上海：东华大学，2011.

[4] 王德海，江棂.紫外光固化材料——理论与应用[M].北京：科学出版社，2001.

[5] 张婉，魏先福，黄蓓青，卢超.光引发剂对UV丝印光致变色油墨固化性能的影响[J].中国印刷与包装研究，2010(11)：382-384.

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十九大文件及学习辅导读物出版发行

2017年10月30日，党的十九大文件及学习辅导读物首发式在北京图书大厦举行。国家新闻出版广电总局副局长周慧琳出席首发式并讲话，中宣部出版局副局长张拥军，总局印刷发行司司长刘晓凯、副司长董伊薇，总局出版管理司副司长许正明，北京市新闻出版广电局局长杨烁、副局长王野霏，人民出版社、党建读物出版社、学习出版社以及北京发行集团负责同志参加首发式。

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