CN105730038B - 一种应用帘式涂布方式生产喷墨打印基材的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用帘式涂布方式生产喷墨打印基材的方法。具体是采用多色喷墨打印机进行彩色图案打印所用的带有涂层的基材的制造方法。其特征在于采用连续收卷的机制片材为涂布基材，在其正面利用帘式涂布方式进行喷墨打印涂层的涂布，优化后的涂料配方能满足帘式涂布在较低车速条件下正常运行的要求；生产出的喷墨打印基材涂层及涂层孔隙分布均匀一致；打印时，吸墨速度快，颜色均匀一致，无打印斑点、打印花等问题，且不同批次产品质量稳定，不会出现明显色差问题。该制造方法采用高端涂布设备，并结合先进的涂布工艺进行生产，可以实现稳定的生产控制，从而获得稳定的产品质量。解决了目前国内不能生产高档产品的瓶颈问题。

Description

一种应用帘式涂布方式生产喷墨打印基材的方法

技术领域

本发明涉及打印基材的一种生产方法。具体是采用多色喷墨打印机进行彩色图案打印所用的带有涂层的基材的制造方法。

背景技术

随着计算机数码技术的快速发展，也带动了输出设备，如打印机的发展与普及。喷墨打印机从最初的只用于打印单纯的办公文件资料，逐渐发展到了如广告宣传、影楼写真、艺术品复制、个性化装饰装潢、布艺转印等各种用途的打印。同时，打印机的打印精度、打印速度、打印宽度等性能都得到了较大的提高和发展，并且墨盒颜色数量也由早期的四色，发展到了最多十一色。一些大幅面的四色打印机已经由一组墨头，发展到了现在的四组墨头，明显提高了打印速度。

打印机的不断发展，也伴随着人们对打印质量要求的不断提高。这也使得打印耗材之一的打印基材(如彩色喷墨打印纸，艺术品高仿复制用的微喷宣纸、微喷绢布、微喷油画布、微喷书画纸、微喷水彩纸、微喷粗面纸，个性化喷墨打印墙纸，热升华转印纸等)，也要适应高的打印质量的要求。除了要满足打印密度、色域、打印分辨率、吸墨速度等要求，对于上述以打印图案为最终目的的打印基材，尤其是用于艺术品高仿复制的微喷类的基材，打印时涂层吸墨的均一性也是非常重要的，吸墨不均匀就会造成如图案密度不均匀、色差大，尤其是打印单一颜色的图案时容易出现图案发花等问题，这使得具有收藏价值的艺术品复制整体档次做不上去，高档次的艺术品复制只能采用进口打印耗材。这一问题对于转印为目的的热升华转印纸来说，由于不均匀的吸墨，造成的结果就是不均匀的转印，使得转印到布匹上的图案发花，不能满足客户要求。

上述出现的吸墨不均匀的打印质量问题，其主要原因就是打印基材涂层分布不均匀或是涂层的孔隙分布不均匀等原因造成的。在国内，一些彩色喷墨打印纸以及一些艺术品仿制用的微喷基材，基本都采用气刀涂布方式。气刀涂布方式具有较好的仿形涂布特点，涂层分布相对较均匀，其涂料的计量原理主要是湿涂料转到纸上，在压力渗透及毛细吸收的作用下形成了滤饼层，再利用气刀来进行计量的。对于气刀涂布方式来说，涂布基材均匀的孔隙分布、均匀的吸收性，可以获得分布均匀的涂层，然而国内所用的涂布基材吸收性、基材匀度、孔隙分布、表面粗糙状况等均不尽如人意，使得气刀涂布难以达到理想的效果。同时，涂料的保水特性、流变特性也会发生较大的波动，这对于以滤饼层原理来计量的气刀涂布来说，最大的问题是涂布量的波动非常明显，造成涂布后，产品整体质量水平不高，质量波动，难以达到高档次应用的要求。对于热升华转印纸来说，多采用辊式转移涂布方式、刮刀涂布方式、刮棒涂布方式等进行生产，其涂层均一性问题更为突出。

帘式涂布方式也具有理想的仿形涂布效果，其原理是先计量成厚度均一的涂料幕帘，再下落到涂布基材上完成涂布。该方式与涂布基材接触前先进行了计量，其涂布量可以实现精确控制，其涂层厚度也非常均一；同时，该方式为非接触式涂布，避免了压力渗透，并且帘式涂料的固含量和粘度均明显高于气刀涂料，这也减轻了毛细吸收的效应，从而可以明显降低由于不均匀渗透造成的涂层孔隙分布不均匀现象。在涂布过程中，涂料的温度可以得到稳定控制，也减小了涂料由于温度变化造成的涂料性能波动而影响的涂布质量的波动。然而，帘式涂布目前(包括特种涂布纸及常规颜料涂布纸)能正常涂布的生产线，其涂布运行车速均超过600m/min，有些常规颜料涂布纸车速达到了1200m/min(这也是帘式涂布方式适合高车速涂布的一个特点)。但这对于目前生产上述涂布基材的较低车速(通常低于300m/min)的生产线来说，并不能采用帘式涂布方式，其原因在于，在涂布工艺确定的一定涂布量的条件下，帘式涂布在高车速运行时其涂料幕帘的流量会比较大，幕帘比较厚；但车速降低，为了稳定涂布量，涂料幕帘的流量也要相应降低，使得幕帘厚度变薄。涂料幕帘越薄，幕帘越容易开帘，甚至根本成不了帘，影响正常生产。目前运行的帘式涂布生产线幕帘的单位流量(即在单位幕帘宽度cm、单位时间s下，涂料的流量，cm³/(s·cm)或cm²/s)通常在1.5cm²/s以上，有些生产线达到了2.0cm²/s，由于车速高，可以获得较低的涂布量。如此高的单位流量对于中低车速的彩喷打印基材生产线，利用帘式涂布方式，并且涂布量较低的情况下生产是难以实现的(通常300m/mim以下车速生产彩喷打印基材，涂布量10g/m²以下，其单位流量要低于1.2cm²/s)。

孙军等人在文章“表面活性剂在帘式涂布中的应用”中提到，表面活性剂的加入可以在不稀释涂料情况下减小形成幕帘的厚度，利于低车速条件下实现低的涂布量。该文章实验采用的是常规颜料涂料配方，并不是彩色喷墨打印基材的涂料配方。该实验中，通过添加表面活性剂，将涂料的可操作最小流量由2.56g/m²降低到了1.66g/m²，这对于中低速帘式涂布仍然比较高。张曦晨等人在“涂料延展粘度对帘式涂布运行性能的影响”文章中，利用常规颜料涂料在不同车速、不同单位流量条件下，考察了涂料不同的延展特性对涂层质量的影响。该实验中幕帘的单位流量为0.83～0.53g/m²，均比较低，但在单张纸涂布时均出现了不同程度的开帘现象，幕帘并不稳定，只适合实验室的测试，不能适合连续生产，并且该涂料也并非彩色喷墨打印基材的涂料配方。

目前国内生产喷墨打印基材的质量还不够稳定，尤其是高档次的艺术品复制类的打印基材，还达不到高档次艺术品的制作要求。主要是国内的生产工艺不够成熟，生产控制不够精确、稳定，易造成产品质量波动。生产出的产品应用时出现的如：打印色彩不够均匀(出现打印斑点、打印发花)、色彩再现性差、色域不够广、图案层次感差、细节表现不好等问题；并且同样图案不同批次的纸张打印时，颜色不一致，出现色差等问题；转印基材打印、转印发花、颜色再现性差等问题，仍然没有很好的解决办法。由此可见，一个精确、稳定、可控的生产工艺或方法是生产喷墨打印基材所急需的。

发明内容

本发明专利提供了一种应用帘式涂布方式生产喷墨打印基材的方法，该方法采用高端的帘式涂布方式，通过合理的优化涂料配方，有效的降低了帘式涂布上料的单位流量，仍然能流出稳定、均一的幕帘，实现了帘式涂布在50～300m/min的低车速下仍然能够正常运行，并可获得较低的涂布量，均匀的涂层分布，可实现稳定控制。本方法生产的喷墨打印基材涂层打印时吸墨均匀一致，不会出现打印发花、打印斑点等问题(即由于不均匀吸墨，出现的局部色密度和颜色差异)，且不同批次产品质量稳定，不会出现明显色差问题。

为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案如下：

(1)采用连续收卷的机制片材为涂布基材，在其正面进行喷墨打印涂层的涂布，采用帘式涂布方式进行涂布；或是在涂布基材上先进行底涂，然后再利用帘式涂布进行喷墨打印涂层的涂布；在其背面进行矫平的涂布；帘式涂布方式涂布的喷墨打印涂料中加入表面活性剂、增稠剂、触变性的功能颜料中的一种或多种，使帘式涂布可在较低车速条件下正常运行，并获得均匀的涂层分布；对帘式涂布方式的涂料进行温度控制，确保涂布时涂料性能及涂布过程稳定。

在喷墨打印涂料中加入适合的表面活性剂和增稠剂，可以有效降低涂料幕帘的单位流量，满足低车速的要求，同时幕帘也可以获得较好的延展性，有助于稳定、高质量的涂布生产。然而表面活性剂的加入明显增加了湿涂层中连续相及细小粒子往涂布基材孔隙里的渗透，造成涂布基材表面涂层及涂层孔隙分布不均匀，从而影响打印墨水在涂层中的均匀分布。通过涂料中加入触变性颜料，触变性颜料与其他颜料组分相互协同作用，可使涂料具有明显的触变性，即当涂料幕帘与涂布基材接触后，失去剪切作用，湿涂层粘度增加，降低了湿涂层中连续相及细小粒子往涂布基材里渗透的可能性，可以保持涂布基材表面涂层及涂层孔隙分布的均匀性，使涂布基材获得高质量的涂布效果。同时，对帘式涂布方式的涂料进行温度控制，可有效的稳定如流变性、保水性等涂料性能，有助于涂布质量的稳定，降低不同批次色差的问题。

(2)表面活性剂动态表面张力不大于35mN/m，具有低起泡性或消泡特性；增稠剂为丙烯酸高分子乳液类增稠剂；具有触变特性的功能性颜料为硅酸盐的镁、铝、钙、锂盐一种或几种硅酸盐的复合，触变指数(6rpm剪切粘度/60rpm剪切粘度)3～10。

(3)表面活性剂用量(液体表面活性剂对湿涂料)0.3～3‰；增稠剂在涂料中用量为0～6％；触变性颜料在涂料中用量为5～30％。

(4)所用帘式涂布方式的模头为狭缝式或是坡流式，坡流式模头缝隙为1～5层；模头缝隙宽度为0.2～0.5mm；模头配有温度控制系统，控制涂料温度范围为10～30℃。

(5)涂料幕帘的单位流量不大于1cm²/s；采用帘式涂布方式的涂布车速为50～300m/min。

(6)面涂涂布量4～15g/m²，背涂涂布量为0.5～3g/m²。

(7)控制面涂和背涂烘干温度，每次涂布烘干后水分在4～6％。通过控制每次涂布烘干后的水分，防止过干燥，有助于打印基材的平整性。

本发明以机制的纸(如彩色喷墨打印原纸、宣纸、热升华原纸等)或机制的织物(如丝绸、油画布等)为涂布基材，尤其是宣纸或织物等基材，基材具有孔隙大、孔隙率高、吸收性强等特点，这对于涂布加工非常不利。本发明充分利用了帘式涂布的特点，即完美的仿形特点，可以获得非常均匀的涂层分布。并且优化后的涂料配方，在较低涂布量的条件下，可以满足低车速(50～300m/min)运行生产的要求。帘式涂布方式与气刀涂布方式相比，其涂布量不会受原纸吸收性和涂料保水性、流变性的影响，可以实现精确、稳定的涂布量控制，确保了生产质量的稳定控制。同时，本发明也充分利用了面涂料具有明显触变性的特点，快速形成固化，有效的缓解了湿涂层过多和不均匀的向基材里渗透问题。帘式涂布的涂料经过温度控制后，涂料性能稳定，有助于产品质量的稳定。

本发明生产的喷墨打印基材，喷墨打印时吸墨均匀一致，打印分辨率高，图案层次感好，无打印斑点或局部色差等重大质量问题，不同批次打印基材打印C、M、Y、R、G、B六色色块的平均色差ΔE不大于1.5。

具体实施方式

实施方式1

彩色喷墨打印用艺术宣纸采用60g/m²的机制宣纸为原纸，正面面涂层采用帘式涂布方式，背涂采用凹版辊涂布方式，面、背涂均涂布1次，并一次完成涂布生产。面涂料中添加表面活性剂，动态表面张力30mN/m，加入量为对涂料湿量的1.5‰；触变性颜料硅酸钙用量为20％，涂料固含量为25％；涂料幕帘的单位流量为0.8cm²/s；涂布车速250m/min，帘式涂布的模头为落帘式，模头缝隙宽度为0.3mm；涂布时涂料温度控制在20～25℃，涂布量为10～12g/m²；背涂料采用表面施胶淀粉，浓度为10％，涂布量为1～2g/m²；涂布烘干后水分在5～6％。经过分切、复卷可生产出一定宽度和长度的卷筒的艺术宣纸产品。

本实施例生产的艺术宣纸，利用十一色喷墨打印机在正面分别打印100％C(青色)、100％M(品红色)、100％Y(黄色)、100％K(黑色)色块，打印R(红色，94％M+97％Y)、G(绿色，65％C+100％Y)、B(蓝色，90％C+79％M)色块，打印时，吸墨速度快，无打印堆墨现象。利用爱色丽分光密度计(528型)测试C、M、Y、K四色色块密度；测试C、M、Y、R、G、B六色色块的L*、a*、b*，利用六色块的a*、b*在平面直角坐标系(a*数值为横轴坐标，b*数值为纵轴坐标)中的坐标，计算C、B、M、R、Y、G所围成的面积的大小，作为色域的数值，该值越大，色域越广；测试不同批次的艺术宣纸C、M、Y、R、G、B六色色块的平均色差ΔE。同时打印并测试进口和国产样品，进行对比。测试结果如表1所示。

采用该方法生产的艺术宣纸具有打印色密度高、色域广、打印分辨率高，图案层次感好，未出现打印斑点或局部色差问题。

实施方式2

热升华转印纸采用80g/m²的机制纸为原纸，正面底涂层采用刮棒涂布方式，正面面涂层采用帘式涂布方式，背涂采用凹版辊涂布方式，底、面、背涂均涂布1次，并一次完成涂布生产。面涂料中添加表面活性剂，动态表面张力35mN/m，加入量为对涂料湿量的1.0‰；增稠剂用量为0.2％；触变性颜料硅酸钙用量为8％，涂料固含量为18％；涂料幕帘的单位流量为0.6cm²/s；涂布车速150m/min，帘式涂布的模头为落帘式，模头缝隙宽度为0.4mm；涂布时涂料温度控制在20～25℃，涂布量为6～8g/m²；背涂料采用表面施胶淀粉，浓度为8％，涂布量为1～1.5g/m²；涂布烘干后水分在5～6％。经过分切、复卷可生产出一定宽度和长度的卷筒的热升华转印纸。

在涂布好的热升华转印纸上进行打印、热升华转印测试。打印色块的颜色分别为100％的C(青色)、M(品红色)、Y(黄色)、K(黑色)；将打印后的各色块进行热升华转印，转印温度为200℃，转印时间为30s，转印后分别测试织物上各色块的色密度，织物的色密度为四种颜色色密度的平均值。测试不同批次生产的纸转印到布上C、M、Y、R、G、B六色色块的平均色差ΔE。同时测试国产样品，进行对比。测试结果如表2所示。

经测试，本实施例打印后，色彩均匀、一致，转印到织物上四种颜色的平均色密度高，转印后布上图案颜色均匀，不花，不同批次纸转印后织物图案平均色差小。对比样转印到织物上四种颜色的平均色密度较低，转印图案不均匀，略花，不同批次纸转印后织物图案平均色差较大。

表1、测试数据

表2、测试数据

样品	织物平均色密度	色差ΔE
			实施例2	1.11	1.4
国产样品	1.07	2.3

Claims (6)

1.一种应用帘式涂布方式生产喷墨打印基材的方法，采用连续收卷的机制片材为涂布基材，其特征在于：在其正面进行喷墨打印涂层的涂布，采用帘式涂布方式进行涂布；在其背面进行矫平的涂布；帘式涂布方式涂布的喷墨打印涂料中加入触变性颜料，使帘式涂料具有明显的触变性，使帘式涂布可在较低车速条件下正常运行，并获得均匀的涂层分布及涂层孔隙分布，确保打印时吸墨均匀一致；对帘式涂布方式的涂料进行温度控制，确保涂布时涂料性能及涂布过程稳定。

2.如权利要求1所述的一种应用帘式涂布方式生产喷墨打印基材的方法，其特征在于：喷墨打印涂料中加入表面活性剂、增稠剂；表面活性剂动态表面张力不大于35mN/m，具有低起泡性或消泡特性，表面活性剂对湿涂料用量的质量百分比为0.3～3‰；增稠剂为丙烯酸高分子乳液类增稠剂，增稠剂在涂料中用量的质量百分比为0～6％。

3.如权利要求1所述的一种应用帘式涂布方式生产喷墨打印基材的方法，其特征在于：触变性颜料为硅酸盐的镁、铝、钙、锂盐一种或几种硅酸盐的复合，在6rpm剪切粘度与60rpm剪切粘度测试条件下粘度比值的触变指数为3～10；触变性颜料在涂料中用量的质量百分比为5～30％。

4.如权利要求1所述的一种应用帘式涂布方式生产喷墨打印基材的方法，其特征在于：所用帘式涂布方式的模头为狭缝式或是坡流式，坡流式模头缝隙为1～5层；模头缝隙宽度为0.2～0.5mm；模头配有温度控制系统，控制涂料温度范围为10～30℃。

5.如权利要求1所述的一种应用帘式涂布方式生产喷墨打印基材的方法，其特征在于：涂料幕帘的单位流量不大于1cm²/s；采用帘式涂布方式的涂布车速为50～300m/min。

6.如权利要求1所述的一种应用帘式涂布方式生产喷墨打印基材的方法，其特征在于：面涂涂布量4～15g/m²。