水性粘合剂在印刷相纸中的应用研究

2022-07-19张丽惠陈思雨盖树人

信息记录材料 2022年5期

张丽惠，陈思雨，盖树人，樊利，柳青

（乐凯胶片股份有限公司河北保定 071054）

0 引言

随着技术的不断进步，激光电子成像技术以其印刷速度快、影像质量网点小、个性化容易、印刷过程无三废排放等优点在影像领域应用越来越广泛。激光电子成像技术按照其油墨的承载形式可分为墨粉油墨（干式）和液体电子油墨（湿式）。干式墨粉电子成像的基本原理是用激光扫描的方法在光导体上形成静电潜影，再利用带电墨粉（符号与静电潜影正好相反）与静电潜影之间的库仑作用力实现潜影的显影，最后将墨粉影像转移到承印物上即可形成影像[1]。对于湿式液体电子油墨，形成显影图像的过程与干式基本相同，不同的是显影图像先被转移至热弹性体橡胶布上，再从橡皮布上通过热或压力或两者的结合转移到承印物，形成印刷的图像。与干式墨粉相比，液体电子油墨颗粒更加细小，印刷的影像分辨率更高、图像锐度更高、边缘更光滑。特别是当橡皮布上受到挤压时，液体电子油墨的颗粒互相黏结，能够在承印物表面形成极薄的油墨层，再现承印物表面的纹理结构，使得印刷的图像能够实现照片纸的质感和观感，整体影像效果与银盐照片接近。此外，液体电子油墨还避免了干式墨粉在空气中产生飞扬和传播，使影像印刷过程的工作环境更环保。因此以HP Indigo系列为代表的湿式印刷机逐渐成为影像输出的主要方式之一[2-5]。基于上述成像过程，印刷相纸必须涂有油墨接受层，以增强其对液体电子油墨的粘附性，印刷出的图像才能达到影像级的质量要求。粘合剂作为承印层的主要成分之一，影响印刷相纸的印刷性能，因此本文将研究粘合剂类型对印刷相纸性能的影响。

1 实验

1.1 实验原材料及设备

水性粘合剂聚丙烯酸乳液（江苏）、水性聚氨酯（上海）、水性丁苯胶乳（山东）、丙烯酸共聚乳液（进口）、PSS（自产）、表面活性剂7#（自产）。

电子天平、不锈钢桶、电动搅拌、涂布棒（美国RDS）、红外干燥箱、HP indigo 3550数字印刷机、XGP便携式镜向光泽度计（天津信光科技开发公司）、彩色密度计（XRITE 30）、色度计（XRITE）、胶带（3M）、老化试验箱（上海爱斯佩克）。

1.2 实验方法

1.2.1 印刷相纸涂液的制备

按表1中组分，将水性粘合剂乳液、20 g水离子水加入不锈钢中，用搅拌在200 rpm速度下加入PSS、颜料、7#，加水至总重100 g，继续搅拌30 min，停止搅拌。50 µm过滤网过滤、静置消泡1 h，制备为印刷相纸涂液。水性粘合剂与印刷相纸涂液配方号对应表见表2。

表1 印刷相纸承印层涂液组分Table 1 The formulations of coating liquid

表2 水性粘合剂与印刷相纸涂配方号对应表Table 2 The number of coating liquid used different ewater-based binder

1.2.2 印刷相纸制备

用RDS1#涂布棒将上文中制备的印刷相纸涂液，分别涂在220 g细绒涂塑纸基上，在90 ℃下干燥2 min，制备为印刷相纸生片。将印刷相纸放入老化箱在50 ℃、80%湿度分别老化24、48、72 h，制备印刷相纸老化片。

1.3 评价方法

1.3.1 光泽度测试

采用XGP便携式镜向光泽度计测试印刷相纸光泽度（60º）。

1.3.2 印刷均匀性性能测试

用HP indigo3550印刷机印刷照片，目测过程每个图像脱印、白点等情况，用全部脱印、局部脱印、无白点表示测试结果。

1.3.3 影像保持率测试

用HP indigo3550印刷机印刷GB/T 18721-2002中定义的S7图像，自然放置120 min，用反射密度计分别测定打印后纸样青（100% C）、品（100% M）、黄（100% Y）、黑（100% K）的密度值。

然后将其放在平坦的台面上，用胶带一端分别粘贴在青（100% C）、品（100% M）、黄（100% Y）、黑（100% K）的色块处，粘贴长度至少超过色块20 mm，胶带的另一端不粘贴，然后用玻璃棒将胶带刮平保证接触良好，以接近90 ℃将胶带揭下，并用反射密度计测试粘揭后的反射密度数据。计算单色影像保持率，单色影像保持率=粘揭后密度/粘揭前密度×100%。单色影像保持率加和取平均值即为印刷相纸的影像保持率。

1.3.4 承印层的表面能测试

采用达因笔在制备的印刷相纸承印层表面画约100 mm长的墨条，并观察其90%以上的墨条边在2 s内是否发生收缩并形成墨滴，如有上述现象发生，则换低一级表面能的达因笔再次刷墨条，进行同样的观察，直至不收缩和出现墨滴，此测试墨的表面能即相对应为该印刷相纸的表面能。

2 结果与分析

2.1 水性粘合剂对光泽度的影响

光泽度是反映印刷纸照片纸表面效果的重要指标，是人们衡量印刷相纸是否具有传统银盐照片的质感、观感主要尺度之一，不同的水性粘合剂对印刷相纸光泽度的影响见表3。由表3中的数据可以看出，聚丙烯酸乳液制备的印刷相纸光泽度略低，介于15～20之间，聚氨酯乳液、丁苯胶乳、丙烯酸共聚乳液制备的印刷相纸光泽度较高，超过了20%，满足了印刷相纸的光泽度要求。

表3 水性粘合剂对印刷相纸光泽度的影响Table 3 The influence of water-based binder on the gloss of the printing photographic paper

2.2 水性粘合剂对印刷均匀性的影响

水性粘合剂对印刷均匀性的影响见图1，由图可以看出，聚氨酯乳液、丁苯胶乳、丙烯酸共聚乳液制备的印刷相纸在HP Indigo3550印刷机印刷均匀性良好，而聚丙烯酸乳液制备的印刷相纸出现了局部脱印现象。

HP Indigo数码印刷机工作机理是，首先对电子文件对数据进行RIP处理，处理好的数据由激光头射出激光，照射在成像版上形成图像区和背景区不同电位的数字“潜影”，然后利用成像版和回收滚筒的电位差将喷射头喷出的带负电荷的电子油墨吸附到成像版上，即“显影”形成了油墨图像，然后油墨图像由成像滚筒转印到橡皮布上，再由橡皮布转印到纸张上[5-6]。欲使油墨图像100%完全转移纸承印物上，承印层和橡皮布的表面能之差必须大于10 N/m[7]。4种粘合剂制备的印刷相纸承印层的表面能见表4。由表4可以看出，粘合剂1表面能仅为36 N/m，橡皮布的表面能为28 N/m，二者表面能之差为6 N/m，低于10 N/m，使油墨图像不能100%完全转移，产生了脱印问题。

表4 水性粘合剂对印刷相纸表面能的影响Table 4 The influence of water-based binder on the surface energy of the priningt photographic paper

2.3 水性粘合剂对影像保持率的影响

影像保持率是表征承印层对液体电子油墨的粘附能力，水性粘合剂对影像保持率的影响见表5，由表5可以看出未老化生片，粘合剂丁苯胶乳、丙烯酸共聚乳液的影像保持率达到了99%以上，说明丁苯胶乳、丙烯酸共聚乳液对液体电子油墨的粘附能力强、固墨性较好。

表5 水性粘合剂对影像保持率的影响Table 5 The influence of water-based binder on the ink adhesion of the printing photographic paper

人工老化后熟片的影像保持率见图2，由图2可以看出丁苯胶乳的影像保持率随着老化时间的不断增加影像保持率不断下降，老化72 h后由原来99.5%降至55.8%。这是由于丁苯胶乳制备的印刷相纸在人工老化过程中，老化箱中水汽使承印层的丁苯胶乳粒子受水的表面张力的影响，随着水的移动而移动，最后聚集在颜料间的接点处[8]，胶乳粒子在印刷相纸上的分布不均匀，对电子油墨的吸附能力局部变差，导致了影像保持率不断下降。

由图2还可以看出，随着老化时间的不断增加，丙烯酸共聚乳液制备的承印层的影像保持率几乎保持不变。这可能是由于液体电子油墨包含非极性载液、着色剂颗粒、电荷引导剂、金属氧化物纳米颗粒等组分，其中着色剂颗粒和金属氧化物颗粒均由热塑性的丙烯酸共聚树脂所包覆，在印刷过程中影像着墨之后，橡皮布在旋转过程中被加热140～160 ℃，橡皮布和外部热源将电子油墨加热，使油墨颗粒部分熔融并融合在一起，同时大部分的油性载体被蒸发，油墨影响形成了较热的、接近干燥的、具有黏性的、热塑性薄膜形式的预完成图像，与承印层接触过程，热量通过热传导方式将承印层加热，按照相似相容原理，再加之承印滚筒和橡皮布滚筒之间的挤压力[9]，使承印层与油墨完全融合在一起，冷却后形成固墨性能更好的影像，使得在50 ℃、80%湿度条件老化72 h影像保持率几乎没有发生变化。