聚乙烯蜡对铝系喷墨介质性能的影响

张丽惠（通讯作者），范永新，盖树人，苏腾龙

（乐凯胶片有限公司研究所 河北 保定 071054）

1 引言

喷墨打印影像输出方式以其图像色彩鲜艳、分辨率高、能完美再现肤色等优势而迅速普及，特别是在喷墨打印输出过程中无废水、废气等排放等符合国家的环保政策成为影像输出的新宠。

喷墨打印纸作为喷墨墨水接收材料直接影响喷墨打印输出的影像质量，喷墨打印纸吸墨涂层按吸墨原理可以分为2 类膨润型和微孔型。膨润型喷墨打印纸的吸墨原理为通过吸墨涂层自身的水溶性树脂吸水膨胀后来吸墨，存在涂层和画面防水性差、喷墨打印的墨水干燥时间很长等问题。微孔型喷墨打印纸吸墨机理为通过涂层中的微孔来吸墨，墨水中的水通过空隙渗透至涂层中，喷墨打印后墨水干燥极短。由于吸墨颜料具有阳离子性与墨水中的染料发生络合反应，实现画面的防水。由于上述无与伦比的优点微孔型喷墨打印纸倍受市场青睐。微孔型喷墨打印纸按照涂层中吸墨剂类型还分为氧化铝（铝系）和二氧化硅（硅系）[1-3]，铝系喷墨打印纸打印出的影像色彩鲜艳、耐折性好，国内生产技术比较成熟、生产工艺稳定，因此目前铝系喷墨打印纸成为国内的主流喷墨打印纸。然而由于吸墨剂氧化铝本身的硬度较小，铝系喷墨纸存在的主要问题为抗划伤性差，在涂布生产、物流运输、打印输出过程中，容易产生“亮斑”的弊病。而聚乙烯蜡有良好的分散性、优异抗划伤性能、低廉的价格，从而广泛应用在涂料、印刷等领域，用于提高涂料的抗划伤性能。在喷墨涂层中加入聚乙烯蜡，旨在提高涂层的耐磨性，尚未检索到聚乙烯蜡对喷墨涂层影像性能影响的相关文献。本文在喷墨涂层中加入了聚乙烯蜡，旨在改善喷墨涂层的抗划伤性，还发现聚乙烯蜡能提高表面的光泽度。但随着聚乙烯蜡乳液百分含量的不断增加，在喷墨打印后的影像性能影响方面，色彩还原能力黄、品、黑、青四色最大密度的影响则出现了分化，黄、品、青三色密度略有提升，黑色密度反而出现了下降趋势。

2 实验

2.1 原材料和设备

自制涂塑纸基（高光型225g）、聚乙烯醇（可乐丽PVA235）、氧化铝粉（国产天津）、聚乙烯蜡乳液（新诺）、乐凯表面活性剂7#、硼酸（试剂）。

电子天平、恒温水浴、德国IKA 高速分散搅拌、70#涂布棒（RDS）、X-RITE 310 色密度计、DJ520 粘度计、红外干燥箱、100g 砝码。

2.2 实验方法

2.2.1 喷墨纸的涂布液制备

根据表1 中配方1-5 号，将纯水加入烧杯中，用高速分散机在10000rpm 速度下慢慢加入氧化铝，加完后继续分散60min，停止搅拌。在45 ～48℃下，加入聚乙烯醇溶液（质量浓度10%）、聚乙烯蜡乳液、表面活性剂7#（质量浓度10%）、硼酸溶液（质量浓度1.9%），在200rpm速度下继续混合搅拌53min，消泡0.5h，制备为铝系喷墨1-5 号打印纸涂布液。

表1 喷墨纸涂布液配方Table 1 The formulations of coating liquid

2.2.2 喷墨打印纸制备

将喷墨打印纸涂液，用RDS 涂布棒分别涂布在涂塑纸基上，在干燥箱中100℃下烘干20min，得到喷墨打印纸1-5#。

2.3 评价方法

2.3.1 光泽度

采用XGP 光泽度计测试涂层表面光泽度（60°）。

2.3.2 打印纸打印性能测试

采用爱普生喷墨打印机Stylus-290、另色鬼兼容墨水，按国家标准GB/T21301—2007 打印标准图形，用X-RITE 310 密度计测定100%色块色密度。

2.3.3 喷墨介质抗划伤性能测试

将喷墨打印纸涂层面朝上平铺于平板玻璃上，将300mm×40mm 涂塑纸基条（220g）非涂层面向下放置在涂层面上，将100g 砝码置于涂塑纸基条光面侧上，拉动纸基条反复20 次，用爱普生牌喷墨打印机（Stylus290 型）打印100%黑色块，按照2mm*2mm 面积作为单位方格，数出有“亮斑”的方格数，计算出“亮斑”所占色块百分率，百分率为0 为0 级，0 ＜百分率≤5 为1 级，5 ＜百分率≤10 为2 级，百分率＞10 为3 级。

3 结果与分析

3.1 聚乙烯蜡对介质光泽度的影响

喷墨介质的光泽度是反映喷墨介质表面效果的指标，表2 为在喷墨涂液中加入聚乙烯蜡对喷墨介质光泽度的影响。

表2 聚乙烯蜡对介质光泽度影响Table 2 The influence of PEW on the gloss of the inkjet paper

由表1 中数据可以看出，随着聚乙烯蜡的百分含量不断增加，喷墨介质光泽度逐渐升高，这是由于聚乙烯蜡的“漂浮效应”[4-5]，使得其干燥过程中分布在喷墨涂层表面。当入射光线照射喷墨介质涂层的表面时会产生不同程度反射，从而对涂层光泽度产生不同的影响。漂浮在喷墨涂层的聚乙烯蜡粒径及粒径分布不同，对光泽度的影响不同，本文加入的聚乙烯蜡粒径为0.01µm，弥补了喷墨涂层表面的微小缺陷，使得成膜后小粒径的蜡颗粒更加均匀地分散在涂膜表面，产生了更高程度的全发射，起到了提高光泽度的“增光作用”[6]。

3.2 聚乙烯蜡对喷墨介质抗划伤性的影响

铝系喷墨介质产生“亮斑”原因主要喷墨涂层表面的粗糙度较高，在摩擦中由于涂层表面凸出部分的损伤而出现反射光变化造成亮斑，“亮斑”的放大照片见图1。因此提高喷墨涂层表面的耐磨性、平整度是解决“亮斑”问题的技术方案。而聚乙烯蜡具有较高的硬度，可提高涂膜的耐磨性，涂层表面形成了聚乙烯蜡保护层，可以提高喷墨涂层表面的平滑度，使得物体接触到喷墨涂层表面时，滑动的倾向大于划伤倾向，从而提高了喷墨介质涂层的耐磨性，增强其抗划伤性[6，7]。另一方面，喷墨涂液中加入聚乙烯蜡，可能是由于前述聚乙烯蜡的“漂浮效应”，使得氧化铝的分散性更好，形成的涂层表面更平整，也提高了抗划伤性。

聚乙烯蜡对喷墨介质抗划伤性的影响见表3，由表3中数据可以看出随着聚乙烯蜡百分含量的不断增加，抗划伤性逐渐提高。

图1 “亮斑”的放大照片Fig 1 The zoom photo of the ‘the bright spot drawback’

3.3 聚乙烯蜡对喷墨纸色密度的影响

色彩还原是评价喷墨纸打印性能的重要指标，采用四色密度纸来进行表征。涂液中加入聚乙烯蜡经涂布、烘干制备喷墨打印纸四色密度见表4，由表4 数据中可以看出涂液中随着聚乙烯蜡的百分含量逐渐提高，黄、品、青色的最大色密度值出现了上升趋势，而黑色最大密度反而出现了下降趋势。

表4 聚乙烯蜡对喷墨纸色密度的影响Table 4 The influence of PEW on the density of the inkjet paper

图2 所示为聚乙烯蜡作用机理，可以看出在喷墨涂层中聚乙烯蜡颗粒基本呈球形分布，聚乙烯蜡颗粒部分突出于喷墨涂层表面外，其余部分镶嵌于喷墨涂层内部。裸露于喷墨涂层外表面的球形颗粒部分影响了涂层对墨水染料吸附性能。聚乙烯蜡颗粒呈弱阳离子，而墨水中的染料呈阴离子，通过络合反应，将染料固定在蜡颗粒表面[2]，提高了黄、品、青色密度。而黑色密度下降可能是与喷墨打印过程中的色彩控制有关。由图像文件转变为彩色影像的喷墨打印过程往往需借助Photoshop 图像处理软件，打印过程的色彩控制可分Photoshop 的色彩管理和打印机驱动的色彩转换2 个阶段。第1 个阶段是将各种模式的图像（RGB、CMYK、Lab、灰度图像等）转换为RGB 图像，第2个阶段是将图像RGB 数据转换为墨量数据[8]，打印机将定量墨水喷至喷墨介质上，形成彩色密度。在RGB 数据转换为墨量数据的阶段中，黑色密度要通过黄、品、青三色叠加而成，形成黑色密度染料的摩尔数超过了涂层表面聚乙烯蜡可络合的摩尔数，使部分染料分子没有固定在涂层表面，而是渗入涂层中，从而导致了黑色密度下降。

图2 聚乙烯蜡的作用机理Fig 2 The acting mechanism of PEW

4 结语

通过聚乙烯蜡对铝系喷墨介质性能的影响研究，显示聚乙烯蜡能改善喷墨涂层的抗划伤性、提高表面的光泽度。在影像性能方面，对黄、品、青、黑四色密度的影响则出现了分化，黄、品、青三色密度略有提升，黑色密度出现了下降趋势。