印刷相纸的静电残留与纸基关系的探讨

彭春宁，王 蕾，邢艳红

（乐凯胶片股份有限公司 河北 保定 071054）

1 引言

数码印刷是印刷技术数码化，网络化的必然产物和发展趋势。根据技术来源，数码印刷机——由印刷机技术，数码技术和数字油墨技术发展而来[1-2]。

随着印刷技术的发展，数字印刷技术以其印刷速度快、影像质量高、个性化容易、印刷过程无污染等优点应用越来越广泛。其中，静电数字印刷更是以其较好的印刷质量及较快的印刷速度广泛应用于商业印刷、包装印刷、影像输出等领域。当下流行的静电数字印刷以彩色激光印刷和HP Indigo数字印刷为主流，印刷原理大致相同，且印刷复制性能相近。为得到较好的影像质量，要求图像的印刷转移定位更精准，色彩表现要更好，层次要求更多。同时为保证印刷速度，要求印刷过程中走纸顺畅，印品自动堆叠性好。而印刷材料的特性将直接影响着印品的输出质量和生产效率。

印刷相纸普遍存在纸间排斥推纸和印刷问题。一般而言，上述现象的产生均与相纸带有静电相关[3-5]。通过对目前3种商品印刷相纸（古楼、三菱、乐凯）研究，我们考察不同相纸的抗静电性能，并对抗静电性能的影响因素进行了深入的研究。同时，通过对印刷相纸的静电残留与纸基的关系，本论文建立了印刷相纸静电产生模型。

2 实验

2.1 实验材料及设备

实验材料：三菱样品1#、鼓楼样品、三菱样品2#、乐凯涂塑相纸、LK260克（GX-2）双面细绒、LK220克双面细绒、抗静电涂布液。

实验设备：1.5#线棒、2.5#线棒、4#线棒、干燥箱、体积电阻率测试仪（zc-90F 高绝缘电阻测量仪）、水分测试仪（梅特勒水分测定仪MJ33）。

2.2 实验过程

用1.5#、2.5#、4#线棒在乐凯涂塑纸基上分别进行制备单面样品和双面样品。

将所有的样品进行表面电阻和体积电阻率测试和含水量的测试。表面电阻和体积电阻测试按照zc-90F高绝缘电阻测量仪的测试方法进行测试，其中体积电阻率测试中需要测试样品的厚度，使用了TMI公司的数字测厚仪49-56-00-0002型号）。

印刷相纸的静电效应为：在印刷机出口处，每50张印刷产品手工能够戳齐为合格。100张手工能够戳齐为优秀。

3 结果与讨论

在静电印刷的过程中，由于静电印刷的原理决定了印刷介质处于一个高电压和高温且静电较多的环境，在印刷过程中如果介质上产生的静电无法消除的话，就会造成静电残留的现象。静电残留对于静电印刷来说，轻则产生“排斥推纸”，重则产生碳粉转移不完全等问题。因此，要求介质的电荷能够移动到接地处通过接地消除。因此，印刷介质在印刷过程中要迅速有效地将自身的静电消除。

Helmholtz认为：任何两种化学组成不同或组成相同但聚集态不同的材料，其内部结构中的电荷载流子能量分布是不同的，当这两种材料相接触、摩擦时，就会在它们的表面上发生电荷的再分配，也就是说在材料的表面上产生了电荷的转移，形成(+)(-)双电层。当材料相互分离时，使正负电荷分离而产生静电，同时随着距离的拉大，电容减小产生高电压[3]（图1）。

图1 静电产生示意图Figure 1 structure diagram of Static electricity produced

在外界作用下，如摩擦或以各种能量如动能、位能、热能、化学能等的形式作用，原子会出现正负电不平衡的现象。任何两个不同材质的物体接触后再分离，即可产生静电。材料的绝缘性越好，越容易产生静电。及时消除产生的静电就尤为重要：有效的方法是提高聚合物的表面导电性或体积电导率。一般来说，当聚合物表面电阻达到1.0 E+10 Ω～1.0 E+12 Ω时，即可满足一般抗静电的要求[4]。

3.1 样品表面电阻与体积电阻率的测试

相纸表面电阻、体积电阻率和印刷相纸静电排斥的关系见表1。

表1 样品表面电阻与体积电阻率Table 1 Sample surface resistance and volume resistivity

由表1可知，相纸表面电阻降到1.0 E+8 Ω后，印刷相纸排斥推纸的问题可以有效解决；相纸体积电阻率降低到1.0 E+12 Ω后，印刷过程的排斥推纸问题也可以接受。

从实验数据来看，三菱竞品的表面电阻值可以达到1.0 E+11 Ω，体积电阻率为1.0 E+12 Ω·m，在印刷过程中样品码放一般，可以接受，并且50页可以手工戳齐。乐凯220克双面细绒产品表面电阻为1.0 E+9 Ω，体积电阻率为1.0 E+13 Ω·m，相纸产品产生严重的排斥推纸现象。同时，乐凯260克产品却在表面电阻为1.0 E+9 Ω时，体积电阻率为1.0 E+12 Ω·m时，没有出现排斥推纸的现象。

3.2 塑层体积电阻率与涂塑纸基体积电阻率的对比

塑层体积电阻率与涂塑纸基体积电阻率结果，见表2。

表2 塑层的体积电阻率与涂塑纸基的体积电阻率Table 2 The volume resistivity of the plastic layer and the volume resistivity of the coated paper base

从表2可知，所有样品的涂塑层的体积电阻率都处于一个数量级水平。

3.3 单面和双面的表面电阻对体积电阻率的影响

印刷相纸单双面涂布的表面电阻与体积电阻率见表3。

表3 印刷相纸单双面涂布的表面电阻与体积电阻率Table 3 Surface resistance and volume resistivity of singlesided coating on printed photo paper

从表3中数据可以看出：（1）单面涂布抗静电层后，涂塑纸基的表面电阻对体积电阻率没有影响；（2）双面涂布抗静电层对涂塑纸基的体积电阻率有影响。

双面涂布对体积电阻率的影响主要是双面都有抗静电层后，不仅使电荷分布在电阻测试仪的测试环部分，而且会分布在整个样品的平面上。因此，双面涂布后实际上是扩大了测试的面积，造成测试结果变小[6]。

3.4 含湿量与体积电阻率的关系

表4为印刷相纸含湿量与体积电阻率的关系。一般情况下，环境湿度对抗静电效果的影响较大，物体单位表面积含水量与试样表面电阻存在着关联[7-8]。由表4中数据可知，样品体积电阻率小于1.0 E+12 Ω·m，纸基的含湿量都在8%左右；当纸基层含湿量为5%左右时，相纸样品的体积电阻率均高于1.0 E+12 Ω·m。

表4 印刷相纸含湿量与体积电阻率的关系Table 4 Relationship between moisture content and volume resistivity in printed photo paper

在印刷的过程中，静电产生以感生静电为主，容易在印刷相纸内层产生感生静电，如何快速消散内层静电是印刷相纸产生排斥推纸的关键。

由表4可知，纸基的含湿量在8%时，体积电阻率在1.0 E+8 Ω·m，从而能够将涂塑纸基的体积电阻率从1.0 E+13 Ω·m～1.0 E+14 Ω·m降至1.0 E+8 Ω·m。纸基内层处于不带电范畴，使内层避免了感生静电的生成，可以很好地降低“排斥推纸”现象的发生。降低相纸基层的体积电阻率，使内层的感生电荷能够移动消散。

通过分析后我们认为：在静电印刷过程中，印刷相纸在静电印刷机中产生的静电不止存在于两个表层，而且存在于两个涂塑面的正反面，见图2。

图2 印刷相纸示意图Figure 2 structure diagram of photo paper

其静电产生的模型我们推论如下：

（1）当表面电阻值＞1.0 E+12 Ω，体积电阻率＞1.0 E+12 Ω·m，A、B、C、D 4个面都属于带电体范畴，其表面所带静电都无法快速消散，在印刷的过程中会存在严重的静电残留。

（2）当表面电阻值≤1.0 E+11 Ω，体积电阻率≤1.0 E+12 Ω·m，A面和D面属于低带电体范畴，其表面所带静电能够快速消散。由于体积电阻率小（中间的纸基层的体积电阻率会更小），B面和C面有可能不会产生静电或者产生了静电也能够快速移动，也不会出现“排斥推纸”现象，如三菱产品。

（3）当表面电阻值≥1.0 E+9 Ω，体积电阻率≥1.0 E+12 Ω·m，A面和D面属于低带电体范畴，其表面所带静电能够较快消散；B面和D面所带静电由于体积电阻率高而无法消散，此时就会产生“排斥推纸”现象。

（4）当表面电阻值≤1.0 E+8 Ω，体积电阻率≥1.0 E+12 Ω·m，A面和D面属于非带电体范畴，导电能力非常强，几乎不带静电。A面和D面具有很强的导电性能，因此相当于施加了两个静电屏蔽层，B面和C面产生不了静电，此时也不会产生“排斥推纸”现象。

（5）当表面电阻值≥1.0 E+12 Ω，体积电阻率≤1.0 E+11 Ω·m，由于体积电阻率足够小，A面和D面无法累计电荷，不会产生“排斥推纸”现象。

4 结论

本文研究了鼓楼、三菱、乐凯3种印刷相纸的静电残留与纸基的关系，研究发现，鼓楼相纸产品表面电阻最低为1.0 E+8 Ω，而日本三菱相纸产品表面电阻高达1.0 E+11 Ω～1.0 E+12 Ω，而乐凯产品的表面电阻为1.0 E+9 Ω～1.0 E+11 Ω。在实际应用过程中：鼓楼产品使用效果最好，没有静电残留，没有“排斥推纸”等现象；三菱产品表面电阻最高，产品印刷性能也稳定，同样满足客户使用；乐凯产品的表面电阻比三菱的低，却存在静电残留和“排斥推纸”的现象。为此针对印刷相纸的静电残留与纸基的关系，我们进行印刷相纸静电产生的模型推导和建立，并进行了研究。

模型结论见下：

（1）静电印刷用印刷相纸的抗静电要求，体积电阻率大于1.0 E+12 Ω·m时则要求表面电阻要小于或等于1.0 E+8 Ω，这样才能保证在表面形成比较完整的导电层，消除静电残留。

（2）静电印刷用印刷相纸的抗静电要求，体积电阻率小于1.0 E+12 Ω·m时，则要求表面电阻要小于或等于1.0 E+10 Ω，这样就能保证在表面形成比较完整的导电层，消除静电残留。

（3）静电印刷用印刷相纸的体积电阻率与涂塑层的体积电阻率正相关，与原纸基的含湿量负相关。在涂塑层确定的情况下，通过调节含湿量可以在一定范围内控制涂塑纸基的体积电阻率。