CN112111992A

CN112111992A - 一种增加纸张吸墨能力的涂布液

Info

Publication number: CN112111992A
Application number: CN201910529389.1A
Authority: CN
Inventors: 罗世永; 李雪枚; 刘晓
Original assignee: Beijing Institute of Graphic Communication
Current assignee: Beijing Institute of Graphic Communication
Priority date: 2019-06-19
Filing date: 2019-06-19
Publication date: 2020-12-22

Abstract

一种增加纸张吸墨能力的涂布液，乳液聚合制备，其中除了含有0.05‑0.1％的聚丙烯酸钠外，还有丙烯酸和丙烯酸羟乙酯的共聚物固体粒子，粒子粒径均一为100nm，固体粒子含量为16～25％的涂布液。将涂布液涂布在喷墨数字印刷用胶版纸或铜版纸表面构筑一层由涂布液中固体粒子呈紧密堆积形成的孔隙尺寸均一，孔径小的涂层，通过涂层中的孔隙率和孔径、以及涂布液中聚丙烯酸钠的含量提高和控制被涂布纸张的吸墨速率和吸墨容量，从而提高喷墨数字印刷的印刷质量。

Description

一种增加纸张吸墨能力的涂布液

技术领域

本申请涉及一种增加纸张吸墨能力的涂布液，用于解决现有铜版纸和胶版纸用于喷墨数字印刷时，纸张吸墨能力不足的技术问题，提高喷墨数字印刷质量，属于喷墨数字印刷技术领域。

背景技术

在传统印刷过程中，纸张吸收油墨分两步，第一步在压印的瞬间，依靠印刷压力将油墨转移到纸张表面和孔隙中，第二步是依靠油墨自身的渗透作用吸墨。而在喷墨数字印刷过程中，几乎没有印刷压力，油墨在涂层表面的附着和传输主要依靠纸张涂层中的孔径为微纳尺寸的孔产生的毛细力的自由渗吸。另外，为防止堵塞昂贵的喷头，数字喷墨油墨和传统印刷用油墨相比，是水性油墨，粘度低，颜料含量低，导致其在现有纸张表面着色程度低，加剧了数字印刷色彩还原性、阶调性和色密度差的缺陷。另一方面，水性油墨本身难以干燥，且固体含量低，进一步加剧了喷墨印刷过程中油墨难干燥的问题，如果提高墨滴的渗吸量，则可以促进喷墨墨滴的干燥。

胶版纸和铜版纸是卷筒数字印刷的主要基材之一。其常规生产过程是抄纸后获得原纸，经过涂布胶、或含有研磨碳酸钙、高岭土、二氧化钛、滑石粉及塑料等颜料粒子的涂布液，干燥、压光后，提高纸张性能指标和印刷适性。但是，现有纸张比较适合胶、凹、柔、丝网印刷，用于喷墨印刷由于无印刷压力和油墨颜料含量低、粘度低而存在色彩还原性差，难干燥(蹭脏、背粘)，墨层附着力差的问题。

印刷色彩还原性是指印刷品对原稿的清晰度、阶调再现力和色调再现力，彩色图文要用青、品红、黄、黑色油墨来印刷还原。图文清晰、阶调层次感强、浓淡分明、色调和谐且变化丰富，均取决于墨滴大小以及墨滴渗吸与铺展相对量。渗吸量过大，色彩无过渡，铺展量过大，发虚等。因此，在数字喷墨印刷过程中如果能调控单个墨滴的渗吸量和铺张量的相对比例，则可以大幅度提高喷墨数字印刷的印刷质量。

目前纸张吸墨容量小、吸墨速率慢以及墨滴铺展量过大是主要原因。现有纸张涂层中仅依靠颜料粒子堆积降低毛细管直径和提高孔隙率，进而提高吸墨容量和吸墨速率的技术途径已难满足喷墨数字印刷需要的大吸墨容量和快吸墨速率的要求。具有大吸墨容量、快速吸墨的纸张有利于提高喷墨数字印刷质量。

本申请提出用一种尺寸均一的乳液粒子，即涂布液，在纸张表面构筑涂层的技术来改进胶版纸和铜版纸的吸墨能力，提高喷墨数字印刷质量。

发明内容

本申请提出一种一步合成均一粒径的聚丙烯酸颗粒乳液，且在乳液中含有质量百分数为0.05-0.1％的聚丙烯酸钠，将该乳液用于涂布铜版纸和胶版纸涂布，干燥后，提高现有铜版纸和胶版纸用于喷墨数字印刷时的色彩还原性，提高喷墨数字印刷质量。

具体的合成步骤见附图1，合成方法如下：

主要原材料和在配方中的质量百分数为：纯水20～40，丙烯酸丁酯25～35％，丙烯酸25～35％，丙烯酸羟乙酯0.1～0.5％，含氨水25％的氨水溶液，0.1～1％，乳化剂壬基酚聚氧乙烯醚硫酸盐0.1～0.3％，消泡剂RHODOLINE DF 691 0.01～0.05％，引发剂过硫酸铵(NH₄)₂S₂O₈，0.01～0.08％，40％的氢氧化钠水溶液0.05～5％，异丙醇0.05～5％。

第一步，将丙烯酸丁酯和丙烯酸，水，乳化剂壬基酚聚氧乙烯醚硫酸盐、消泡剂RHODOLINE DF 691、40％氢氧化钠水溶液等，加入反应釜，搅拌速度100r/min进行搅拌，通入流动氮气，预乳化30min。逐渐升温至70℃；

第二步，继续将反应温度升高到75℃，滴加过硫酸铵引发剂溶液，反应2个小时后，除了继续滴加过硫酸铵引发剂溶液外，还逐渐滴加丙烯酸羟乙酯单体，继续反应，约再需要2小时滴加完毕；然后，反应温度升高到80℃，再保温反应1～2小时后，降温到室温30℃，用氨水调节pH值至7至8，过滤出料。

第三步，检测涂布液主要性能，粒径，固体粒子固含量，表面张力，粘度，凝胶率，机械稳定性，钙离子稳定性，稀释稳定性等。

获得的涂布液主要性能指标如下(1)涂布液粘度500～600mPa·s；(2)涂布液表面张力20～30mN/m；(3)涂布液中固体粒子的粒径均一，为100nm；(4)涂布液中固体粒子质量百分数含量16～25％。

将涂布液涂布在喷墨数字印刷用胶版纸和铜版纸表面构筑一层由涂布液中固体粒子呈紧密堆积形成的孔隙尺寸均一，孔径小的涂层。孔隙率越大、孔径越小，纸张的吸墨速率和吸墨容量越大。另外，聚丙烯酸钠具有很强的吸水能力，涂布液中聚丙烯酸钠的含量越大，纸张的吸墨速率和吸墨容量也越大。因此，通过涂层中的孔隙率和孔径、协同涂布液中聚丙烯酸钠的含量提高和控制被涂布纸张的吸墨速率和吸墨容量，从而提高喷墨数字印刷的印刷质量。

本专利申请的有益效果是：

(1)一步合成涂布液，合成过程简便；

(2)合成的涂布液中含有0.05-0.1％的聚丙烯酸钠，以及少量的丙烯酸和丙烯酸羟乙酯的共聚物，其中聚丙烯酸钠的量由配料中40％的氢氧化钠的量控制，丙烯酸与丙烯酸乙酯的共聚物由配料中加入的丙烯酸羟乙酯的量控制。聚丙烯酸钠具有很强的吸水能力，丙烯酸与丙烯酸乙酯的共聚物粒子在纸张表面做紧密堆积，形成微细孔隙，提高纸张的吸墨能力。

将该涂布液涂布在铜版纸或胶版纸上，经过干燥后，在喷墨印刷过程中，聚丙烯酸钠(相对分子量10000-30000)中含有羧酸钠-COONa侧基遇到喷墨油墨中的水后，电离出Na+和不能移动的带负电的羧酸基团，羧酸基团具有很强的亲水性，可以在很短时间吸收喷墨水墨中的水，协同涂布液构筑产生的微细孔隙，提高纸张的吸墨能力。

加入少量的丙烯酸羟乙酯是使涂布液在涂布干燥过程中具有一定的胶粘性，起着胶水的作用，使涂布液中的固体颗粒均匀紧密的粘附在纸张表面。

(3)乳液中固体粒子直径均一，为100nm左右，粒径分布窄。有利于形成同等大小的孔隙，在纸张表面不同位置的吸墨能力相近，提高印刷质量，并降低紧密堆积形成的孔隙尺寸，提高毛细管吸墨力和吸墨速率，解决现有纸张用于喷墨数字印刷时，吸墨量和吸墨速率不足的问题。

附图说明

附图1是涂布液合成步骤中加料顺序示意图，附图2是涂布液中固体粒子显微照片，粒子大小均一。

具体实施方式

下面用具体的实施例对本专利申请做进一步说明。

实施例1

控制涂布液配方和合成工艺条件，将制备的涂布液涂布在70克重轻型胶版纸表面。经过测试，纸张表面直径接近1mm的大孔变成分布均匀，直径约为20微米的小孔。轻型胶版纸孔隙率由涂布之前50％左右减少到20％左右，涂布前纸张表面的平滑度为4.8秒，涂布后纸张表面的平滑度为12.6秒，涂布后平滑度较涂布前提高了7-10秒左右；涂布前纸张表面光泽度为4.2，涂布后的光泽度为1.6。新涂层的纳米微球之间构筑的孔墙内粗糙程度以及表面纳米级微球的皱褶度，使得大量的入射光被散射或者吸收，最终表现为光泽度降低。纸张表面的水接触角由涂布前的由120°降低到涂布后的88.7°，表现为亲水性增加，对油墨的吸墨能力增加。经过喷墨打印测试，轻型胶版纸涂布前后明度L^*变化范围差异不大，喷墨印刷输出M色阶彩度变化差异大，在输出品红色时，色彩更丰富饱满。

实施例2

控制涂布液配方和合成工艺条件，将制备的涂布液涂布在80克高白胶版纸表面。经过测试，纸张表面直径10μm的孔变成分布均匀，直径约为10μm变成200nm的小孔。高白胶版纸孔隙率由涂布之前39％左右减少到12％左右，涂布前纸张表面的平滑度为40秒，涂布后纸张表面的平滑度为50秒，涂布后平滑度较涂布前提高了7-10秒左右；涂布前纸张表面光泽度为4.0，涂布后的光泽度为2.4。新涂层的纳米微球之间构筑的孔墙内粗糙程度以及表面纳米级微球的皱褶度，使得大量的入射光被散射或者吸收，最终表现为光泽度降低。纸张表面的水接触角由涂布前的由110°降低到涂布后的84°，表现为亲水性增加，对油墨的吸墨能力增加。经过喷墨打印测试，高白胶版纸涂布前后涂布后明度L^*变化范围较大，画面层次丰富，改善层次细节。高白胶版纸涂布后输出K色阶的彩度变化范围较大，中性灰还原加强，色彩饱和度加大。

实施例3

控制涂布液配方和合成工艺条件，将制备的涂布液涂布在200克铜版纸表面。经过测试，铜版纸孔隙率由涂布之前19％左右增加到30％左右，孔隙率增加，提高吸墨速率和吸墨量，涂布前纸张表面的平滑度为166秒，涂布后纸张表面的平滑度为142秒，涂布后平滑度值减小；涂布前纸张表面光泽度为47，涂布后的光泽度为30.新涂层的纳米微球之间构筑的孔墙内粗糙程度以及表面纳米级微球的皱褶度，使得大量的入射光被散射或者吸收，最终表现为光泽度降低。纸张表面的水接触角由涂布前的由65°降低到涂布后的73°，表现为疏水性增加，调控纸张的吸墨能力。经过喷墨打印测试，铜版纸铜版纸涂布前后明度L^*变化范围差异较小。铜版纸涂布后输出黄色和黑色彩度差值变大，中性灰还原变强，涂布后输出黄色和黑色时涂布前画面较鲜艳，饱和度较高。

综合以上的实施例，本申请提出一种增加纸张吸墨能力的涂布液，用于喷墨数字印刷用胶版纸和铜版纸表面构筑含有直径均匀的孔穴，调控胶版纸和铜版纸的吸墨速率和吸墨能力，提高喷墨数字印刷的印刷质量，在此不一一列举。以上实施例仅用于说明而非限制本专利申请的技术方案，本领域技术人员可以理解，对本专利申请的技术方案进行各种变动和等效替换，而不背离本专利申请技术方案的原理和范围，均应涵盖在本专利申请权利要求的范围之中。

Claims

1.一种增加纸张吸墨能力的涂布液，主要原材料和在配方中的质量百分数为：纯水20～40，丙烯酸丁酯25～35％，丙烯酸25～35％，丙烯酸羟乙酯0.1～0.5％，含氨水25％的氨水溶液0.1～1％，乳化剂壬基酚聚氧乙烯醚硫酸盐0.1～0.3％，消泡剂RHODOLINE DF 6910.01～0.05％，引发剂过硫酸铵(NH₄)₂S₂O₈，0.01～0.08％，40％的氢氧化钠水溶液0.05～5％，异丙醇0.05～5％；其制备过程包括以下步骤：

第二步，继续将反应温度升高到75℃，滴加过硫酸铵引发剂溶液，反应2个小时后，除了继续滴加过硫酸铵引发剂溶液外，还逐渐滴加丙烯酸羟乙酯单体，继续反应，约再需要2小时滴加完毕；然后，反应温度升高到80℃，再保温反应1～2小时后，降温到室温30℃，用氨水调节pH值至7至8，过滤出料；

2.根据权利要求1所述的一种增加纸张吸墨能力的涂布液，其特征在于，涂布液粘度500～600mPa·s，涂布液表面张力20～30mN/m，涂布液中固体粒子粒径为100nm，固体粒子质量百分数含量16～25％。

3.根据权利要求1所述的一种增加纸张吸墨能力的涂布液，其特征在于，乳液中固体粒子直径均一，为100nm左右，粒径分布窄；有利于形成同等大小的孔隙，在纸张表面平面分布均匀，不同位置的吸墨能力相近，提高印刷质量，并降低紧密堆积形成的孔隙尺寸，提高毛细管吸墨力和吸墨速率。

4.根据权利要求1所述的一种增加纸张吸墨能力的涂布液，其特征在于，合成的涂布液中除了含有0.05-0.1％的聚丙烯酸钠，还有丙烯酸和丙烯酸羟乙酯的共聚物固体粒子，其中聚丙烯酸钠的量由配料中40％的氢氧化钠的量控制，丙烯酸与丙烯酸乙酯的共聚物由配料中加入的丙烯酸羟乙酯的量控制，由于聚丙烯酸钠具有很强的吸水能力，通过控制涂布液中聚丙烯酸钠的含量控制被涂布纸张的吸墨能力。

5.根据权利要求1所述的一种增加纸张吸墨能力的涂布液，其特征在于，将涂布液涂布在喷墨数字印刷用胶版纸或铜版纸表面构筑一层由涂布液中固体粒子呈紧密堆积形成的孔隙尺寸均一，孔径小的涂层，通过涂层中的孔隙率和孔径、以及涂布液中聚丙烯酸钠的含量来共同提高和控制被涂布纸张的吸墨速率和吸墨容量，从而提高喷墨数字印刷的印刷质量。