硅溶胶复配彩喷纸涂层的研究

硅溶胶复配彩喷纸涂层的研究 信息记录材料2008年第9卷第3期研究与开发 硅溶胶复配彩喷纸涂层的研究 颜进华,骆雪萍,曾聪,周旋涛 (广东轻工职业技术学院,广州510300) 摘要:通过自制的二氧化硅溶胶,研究其在彩喷纸涂料中的添加对彩色喷墨打印色 彩的影响.通过检测 ab值,表明,添加量不多的硅溶胶可替代部分二氧化硅和氧化铝颜料,涂布样品的L 而添加量增多时,效果变 差. 关键词:硅溶胶;彩喷纸;Lab值 中图分类号:TQ264.1文献标识码:A文章编号:1009—5624一(2008)03—0017—04 1前言 为提高打印画面的清晰度,高级彩喷纸需要涂 层,其涂料的组份之一是二氧化硅-l,它具有优 良的固墨性能能形成特定的微孔网络,可抑制墨 水向x,Y方向扩散,这种微孔网络不仅保证了优 良的色彩效果,而且缩短了干燥时间.国内外对纳 米二氧化硅的应用研究非常活跃rn],在彩喷纸涂 料中运用越来越广.由于粉体纳米二氧化硅生产成 本高,存在分散困难问题,人们开始探索直接获得 二氧化硅的制备涂料组分,其中主要使用的是 硅溶胶.但是硅溶胶中二氧化硅颗粒非常小,一般 为1,100nm之间,小粒径为多,如果在涂料配制 过程和涂层形成过程不发生聚集,如此小的颗粒不 能满足彩喷纸涂料的颗粒要求,实际上溶胶是一种 动态平衡系统,在配制涂料过程中都将一定程度地 破坏胶体状态,使溶胶部分聚集,涂层形成一定的 微孔而具有较好的喷墨墨水吸附能力,使打印图像 清晰,亮丽.本文探索用硅溶胶替代粉体二氧化硅 直接配制纸用涂料的可行性. 收稿日期:2008—02—15 作者简介:颜进华(1970一),女,湖南人,副教授,主要研 究方向:纸张涂料,制浆造纸新技术等. 本文的研究分两部分,一是硅溶胶的实验 室制取;二是采用硅溶胶配制涂料后涂层打印色彩 效果,后者为重点. 硅溶胶是二氧化硅颗粒位于1,100nm悬浮在 水中的胶体溶液u.目前,制备硅溶胶的方法较 多,比如沉淀法,溶胶一凝胶法,微乳液法,真空 冷凝法等uJ,一般工序繁杂,本文采用正硅酸乙 酯(TEOS)水解的方法制备硅溶胶,简单方便, 产品为二氧化硅和水. 将实验所得硅溶胶部分取代二氧化硅粉体加入 涂料中,配制涂料施涂于原纸上,选择涂布量接近 的纸样品在HP打印机上进行CMYK四色打印,并 与不加硅溶胶的涂料进行比较,4种颜色的打 印效果. 2实验部分 涂布原纸:定量157g/m,白度82.4%ISO, 不透明度99.68%. 原料:纳米粉体二氧化硅(市购,商品超细二 氧化硅xD-50o),胶体氧化铝(水相,浓度 37%,卡博特公司提供),PVA(牌号1799,取自 某厂),TEOS(市购,化学纯),乙醇(化学纯). 实验仪器:高速分散机(cFJ—0.4,上海现代 ———碾 RESEARCH&DEVEL0PMEN' 环境工程技术有限公司),恒速搅拌器(RW20. n,德国),快速水分仪(MA35M~00230V1,德 国),电热水浴锅,电子天平,PH计,绕丝涂布棒 (QXG,天津),惠普打印机(HpPHOTOSMART7760), 白度仪('YQ—z—48A,杭州轻通仪器开发公司). 硅溶胶制备:自制,浓度3%一7%,pH值范 围介于4.1,4.9之间,溶胶分散均匀,为胶体状 态,无颗粒感,稳定性好. 涂料配制:将粉状PVA溶解于65.c水中配成 27%浓度的PVA溶液,静置一晚备用.固相二氧 化硅在高速分散机上分散成浓度为20%的水相悬 浮液,涂料目标固含量20%,根据配比将PVA溶 液,水相A1:O,水相SiO:,及自制的硅溶胶混合 均匀,搅拌30min,涂料配制完毕. 将配好的涂料用绕丝涂布棒施涂到原纸上,热 风干燥,并在重物下压平一晚,剪切成4大小,选 取涂布量相近的样品进行检测.因为涂料是用于彩 喷纸涂布,这里主要检测彩色打印效果.打印采用 CMYK四色HP专用喷墨打印机. 颜色表示采用Lab色度空间系统原理, 用笛卡儿直角坐标体系来表示,如图1,在这一 坐标系统中,+a表示红色,一a表示绿色,+ b表示黄色,一b表示蓝色,颜色的明度由L的 百分数来表示.它是世界各国正式采纳,作为国 际通用的测色,它适用于一切光源色或物体 色的表示. J\L丰 +h /// /// 图1Lab色度空间系统图 Fig1Labcolorsystem 3实验结果与讨论 彩喷纸涂料常用二氧化硅和氧化铝为颜料,胶 粘剂主要是PVA.这里涂料配比的比例保持在颜料 与胶粘剂70:30(重量比),颜料由氧化铝,二氧 化硅和硅溶胶组成,或不加硅溶胶.逐渐增加硅溶 胶用量,如氧化铝:二氧化硅:硅溶胶重量比由 6:2:1(1号),4:2:1(2号),2:2:1(3号),1:1:1 (4号),及5:1(只有二氧化硅:硅溶胶,5号) 变化时,各样品颜色测量值分别与不加硅溶胶的涂 料涂布样品颜色测量结果对比列于表1中,其中斜 体表示未加硅溶胶相应的涂布样品结果,如1号未 加硅溶胶配方为颜料氧化铝:二氧化硅6:2,2号 配方为颜料氧化铝:二氧化硅4:2,依次类推,5 号表示只加二氧化硅粉. 表1不同颜料配比涂料所得样品的色度Lab值 Table1coatedsampleLabvahlesfromdiffemtpigmentratioforcoating 衄—一 偿魍记录材料2(m8年第9卷第3期研究与开发 注:图示中标记配方号的第一个数表示加有硅溶胶, 第二个数表示没加硅溶胶. 图2不同配方的涂料涂布样品蓝色调图 Fig2Cyancolorofsamplesfromdifferentcoatingformulations 注:图示中标记配方号的第一个数表示加有硅溶胶, 第二个数表示没加硅溶胶. 图3不同配方的涂料涂布样品红色调图 Fig3Magentacolorofsamplesfromdifferentcoatingformulations 注:图示中标记配方号的第一个数表示加有硅溶胶, 第二个数表示没加硅溶胶. 图4不同配方的涂料涂布样品黄色调图 Fig4YeUowcolorofsamplesfromdifferentcoatingformulations 注:图示中标记配方号的第一个数表示加有硅溶胶, 第二个数表示没加硅溶胶. 图5不同配方的涂料涂布样品黑色调图 Fig5Blackcolorofsamplesfromdifferentcoatingformulations 从表1中可看出,添加硅溶胶使打印性能改 变.因为+a表示红色,一a表示绿色,+b 表示黄色,一b表示蓝色,我们注意观察色彩 CMYK中c的一b,l:值蓝色调,M的+a,Ic值红色 调,Y的+b值黄色调,及K的L值(L越小颜 色越深),并将以上数据画在图2—5中.从图中发 现,加硅溶胶后K的L值降低,特别是1号配方, 说明黑色加深明显,对比度增多,效果好.1号配 方添加硅溶胶,蓝色及黄色调增大,红色基本不 变;2号配方添加硅溶胶后,也是蓝色和黄色调增 大,红色基本不变,说明彩色效果更好;3号配方 添加硅溶胶后,蓝色黄色及红色调都降低,说明打 印效果明显变差;4号配方添加硅溶胶后,虽蓝色 黄色维持,但红色调降低较多,效果明显不理想; 5号配方中添加硅溶胶,彩色调变化不大,且黑色 有所加重,表现效果稍好.总之,配方1,配方2 及配方5说明硅溶胶加入可以配成彩喷纸涂料,而 配方3和配方4在此实验研究中不能添加硅溶胶作 颜料.目测涂布样品的打印效果时也是如此.配方 1,配方2及配方5涂布后涂层均匀,平滑,有质 感,打印后颜色无流淌,固着好.而配方3和4不 同,样品打印后颜色明显流淌. 实际上,配方1,2和5中添加的硅溶胶量较 配方3和4少,配方1中硅溶胶占总颜料的1/9, 配方2中占总颜料的1/7,配方5中为1/6,而配 方3和4中硅溶胶分别占总颜料的1/5和1/3.这 也说明,自制的硅溶胶作为彩喷纸涂料的颜料替用 品,可少量替代常用的二氧化硅或氧化铝,用量较 多时效果差.原因可能为,硅溶胶是一种胶体,且 粒子小,当用量增多时,干燥过程中PVA脱水形 成氢键成膜,硅溶胶也失水缩合,硅上的较多羟基 互成氢键.由于水分失去,较多的硅溶胶可能与 PVA上的羟基形成网络,因而封闭了PVA上的亲 水性(墨水)基团,也封闭了颜料形成的吸水微 孔.由于建筑涂料中涂层不需要吸收水性油墨,硅 溶胶自成无机硅膜都没关系,它在建筑涂料中的添 加量因而不受限制.这里得到的Lab值分析结果与 目测的结果完全一致,但科学的打印效果需要用打 印点阵图的墨点进一步分析,这里暂没有研究. 4结论 (1)用实验室自制硅溶胶,部分替代彩喷纸 ———皿 RESEARCH&DEVELOPMET如,mlm}控ordingMaterials2008l,bL9『,..3 涂料中颜料,在不同的用量比例下涂层表现差别明 显: (2)二氧化硅溶胶的加入对打印性能有一定 的影响,选择适当的添加量,如占总颜料重量的 1/9—1/6,可以替代部分常用的二氧化硅和氧化 铝,样品打印色彩相当,甚至还可部分改善涂布纸 的色彩效果,如配方1,配方2及配方5; (3)彩喷纸涂料中硅溶胶不能添加太多,如 配方3和配方4(超过总颜料重量比的1/5),使颜 色效果变差. 参考文献 [1]白杉,周洁,王淑萍.彩色喷墨打印纸的发展与应用 ' [J].中国造纸,2003,(5):64. [2]陈健文.彩色喷墨打印纸的特点及影响其打印效果的 主要因素[J].湖南造纸,2003,(1):14. [3]白杉,周洁.彩色喷墨纸的发展现状[J].天津造纸, 2002,(3):22. [4]曹丽云.关于彩喷纸与硅胶,胶粘剂技术[J].上海 造纸,2004,35(5):28. [5]王进,陈克复,杨仁党,等.纳米级二氧化硅在彩色 喷墨打印纸涂料中的应用[J].中国造纸,2005,24 (1):6. [6]王玉丰,黄红生,陆建辉.纳米级数码彩色喷墨打印 纸专用涂料的研究[J].造纸化学品,2005,(4):32. [7]黄红生,陆建辉,王玉车.数码彩色喷墨打印纸用涂料 的研究进展[J].精细与专用化学品,2004,12 (22):6. [8]丁钦英,陈光民.微孑L型二氧化硅硅胶在彩色喷墨打 印纸中的应用技术[J].影像技术,2002,2002(2): 44.. [9]白杉,周洁,丁钦英,等.彩色喷墨打印纸涂层技术 研究[J].中国造纸,2003,22(2):49. [10]周洁.近几年彩色喷墨纸的发展状况[J].影像材 料,2003,(3):1O. [11]郝晓秀,杨淑蕙.彩色喷墨打印纸及其最新进展 [J].天津造纸,2005,(2):5. [12]RKLet.TheChemistryofSilica[J].Wiley,NY, 1979,331. [13]乌兰.硅溶胶的应用研究[J].西北民族学院, 2002,23(12):19. [14]郭宇,吴红梅,尹桂丽.溶胶一凝胶法制备纳米二氧 化硅[J].天津化工,2005,19(1):34. [15]许念强,顾建祥,罗康,等.高浓度酸性硅溶胶的制 备技术[J].化工进展,2003,200322(5):512. [16]赵丽.纳米微米二氧化硅球形颗粒的制备与表征 [D].武汉理工大学硕士学位,2003:5. [17]邱春阳,张克铮.二氧化硅溶胶稳定性的研究[J]. 辽宁石油化工大学,2005,25(2):1. [18]李丹,张永泽.硅溶胶微粒的制备及应用研究[J]. 湖南造纸,2003,(3):12. InkjetPaperCoatingStudyAddingSilicaSol YANJin—hua,LUOXue—ping,ZENGCong,ZHOUXuan-tao (GuangdongIndustryTechnicalCollege,Guangzhou510300,China) Abstract:Aself-madesilicasolWa.Sdeveloped,itsadditiontoinkjetcoatingWa.Sstudied.T hecoatedsampleswere measuredwithLaandbvaluesinordertoexpresstheprintingcoloreffect.Theresultsshowedt hatthecoatingwithsmalla— mountofthissilicaadditionhadsimilartobettercolorperformance.Butwhentheadditionam ountincreased,thecolor effectsturnedworse.Thatis,thesilicasolcouldreplacefumedsilicaandalumnawithsmallfra ctionforinkjetcoating. Keywords:silicasol;inkjetpaper;Labvalue 即—一