CN1295569C - 印刷品的生产方法 - Google Patents

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Abstract

一种生产印刷品的方法，根据此方法，在纸张或纸板表面上通过电子照相技术或类似印刷方法来进行印刷，其中干燥的细粒印刷油墨通过电场转印到印刷基体上。根据本发明，所用纸张或纸板的印刷表面具有含颜料的涂层，其中至少20%的颜料由含水颜料如石膏制成，或者其中至少20%的填料由含水填料如石膏制成。当采用石膏颜料和/或石膏填料时，印刷图像的质量不易受到印刷机中的控制量的影响。通过本发明可以真正地得到十分规整的图像，因此本发明尤其适用于在十分无光泽的纸张或纸板上进行印刷。

Description

印刷品的生产方法
技术领域
本发明涉及一种生产印刷品的方法。
根据这种方法，所需的图像通过电子照相技术或相应的印刷方法印刷在纸张或纸板上，其中干燥的细粒着色剂通过电场而转印在印刷基底上。
背景技术
大多数印刷品是通过胶印或轮转凹版印刷技术来印刷的。尤其是在封装材料的印刷中，广泛地采用苯胺印刷术。这些技术均具有较大的局限性，即它们是用于基本上复制大量相同的拷贝的生产中。
然而数字技术的发展一方面创造了新的应用可能性，另一方面对印刷品的生产又产生了新的需求。一个例子是所谓的按需印刷(print-on-demand)的印刷方法，其中，例如书籍是根据消费者的需求以较少版本(通常少于500份拷贝)印刷，或者甚至以单个拷贝印刷。另一个例子是广告印刷材料的印刷，其中按需印刷的原则只应用于较小的印数，或者，可以对印刷品的内容进行修改并将其改编成单个拷贝的印数。
在上述类型的印刷品的生产中，电子照相技术是市场上的主导技术。在此项技术中，待印刷的图像在光导鼓的各次旋转中单独地形成，因此连续页面的内容可以是完全不同的。因此，例如，可以印完一本书而使书页以正确的页码顺序到达印刷机的收纸台上。电子照相的印刷机和打印机可以实现黑白印刷和四色印刷。
电子照相技术作为办公室复印机和激光打印机中使用的技术已应用了很长一段时间。在办公室应用中，所使用的纸张为非涂布的高级纸张，这种纸张实际上可以得到黑白文本材料的足够高质量的图像。然而在广告印刷材料中存在大量的四色图像，因此彩色图像的质量成为重要的问题。为了成功地进行高质量的四色印刷，通常希望使用涂布纸。这是因为与非涂布纸相比，涂布纸上的彩色图像的显示质量和清晰度可以提高到更高的水平。
在四色图像的印刷中，电子照相技术的最严重的质量问题是印刷斑点。斑点的大小为0.1到20mm，几毫米大小的斑点在视觉上是最令人烦扰的。对于克重超过200克/平方米(gsm)的涂布纸来说这个问题最为严重。
在Van Daele等人的文章(Van Daele J.，Verluyten L.，and SoulliaertE.，Print Media for Xeikon’s DCP/32D Digital Color Press，IS&T’s NIP12International Conference on Digital Printing Technologies pp.382-386)中论述了Xeikon四色电子照相印刷机的操作和纸张版本。色粉颗粒通过电场从光导鼓转移到纸张上，带负电荷的色粉颗粒转移到带正电荷的纸张上。通过电晕在纸张上产生电荷，使得纸张处于电晕金属丝和光导鼓之间。如文章中所指出，在成功地完成此工艺方面，纸张的导电率是一项重要的性能。如果纸张的导电率太高，那么从纸张和色粉颗粒中释放出的电荷可能会返回到光导鼓的表面上。另一方面，如果纸张太绝缘，那么较大量的电荷可能没有时间在纸张表面上显影。
紧接着在色粉转移区域之后为另一电晕，其释放出纸张的表面电荷，使得在纸张和光导鼓之间的开口夹区中不会产生电跳火。
另外，通常假定纸张的电性能是不均匀的，因此，即使导电率和电阻率平均处于适当的水平，在纸张中也可能存在着局部的问题区域。这一想法是很容易理解的，因为纸张总是具有一定程度的材料非均匀分布(成型并不完美)。上述斑点问题可以用这种方式来精确地解释。对于克重超过200gsm的涂布纸来说这个问题最为严重。
在Van Daele等人的文章中进一步论述了纸张的导电率高度地依赖于纸张的湿度。为此，Xeikon印刷机实际上具有预处理装置，其中纸张的充电容量通过加热来调节到适当的水平。作为纸张性能的总结，Van Daele等人提出：一般来说，为了达到良好的色粉转移，希望纸张在Z方向具有较低的导电率(体积导电率)，然而较高的表面导电率是有利的，这是因为在这种情况下任何静电荷都将被快速地释放。另一方面，由电晕产生的任何电荷分布都将变得更均匀，这就提高了色粉转移的均匀性。
在许多情况下，熟练和细心的操作人员可以纠正由纸张质量带来的问题；操作人员可以通过许多控制方法来减小斑点问题。在Xeikon印刷机中的这种设定包括预处理装置的温度设定，以及印刷机自身的电晕金属丝的控制电流。然而，寻找恰当的设定要花费很长时间，这就减小了印刷机的印刷可用时间。另外，由于浪费了色粉和纸张，因此寻找恰当的设定还导致了额外的材料费用。另一方面，在市场上还存在无法较大程度地调节印刷参数的电子照相印刷机。
发明内容
本发明的目的是消除现有产品中的问题，并提供通过电子照相技术生产印刷品的全新方法。本发明基于下述令人惊讶的观察结果，即通过在利用电场将干燥的细微粒印刷油墨转印到印刷基体上的印刷方法中采用含有含水颜料或填料的纸张，可以显著地减轻印刷中的不均匀问题。本发明最好应用于涂料中含有石膏颜料的涂布纸中，然而采用石膏作为填料也可以得到相应的结果。发明人观察到，如下述优选示例所述，采用石膏的含水颜料和填料在电子照相术的应用中可以得到与其它颜料(例如无水高岭土和碳酸钙)明显不同的结果。此外还观察到，令人惊讶的是，这种纸张的放电对纸张湿度的依赖性也得到显著的减轻。
在根据本发明的通过电子照相技术生产印刷品的方法中，所使用的纸张或纸板涂布有含颜料的涂料，在涂料中至少20％的矿物颜料由石膏制成，或者至少20％的填料由石膏制成。
具体地说，根据本发明的方法为通过电子照相技术在纸张或纸板表面上印刷所需的图像，其中干燥的细粒印刷油墨通过电场转印到印刷基体上，其特征在于，使用纸张或纸板的印刷表面具有含水颜料的涂层，其中涂层中的所述颜料中的至少20％由石膏制成。
本发明可提供相当显著的优点。因此，当采用石膏颜料和/或采用石膏作为填料时，印刷图像的质量并不容易受到印刷机中的控制量的影响。这些优点将在下面的示例中详细地介绍。应理解的是，石膏的有利性能，尤其是在印刷表面的均匀性和使斑点最小的方面的性能，在克重超过150g/m2的两次涂布纸中最为明显。通过本发明可以得到非常均匀的印刷，本发明特别适用于无光泽纸张或纸板的印刷，这是因为在这些无光泽纸张或纸板中，印刷图像和背景截然不同，即使轻微的印刷不均匀也能被察觉。
根据一个优选实施例，本发明涉及采用涂有石膏颜料的纸张或纸板通过电子照相技术来印刷四色图像。
附图说明
下面将参考附图并借助具体介绍来更详细地说明本发明。在图1中显示了六种不同纸张的作为转印电流的函数的印刷表面不均匀性(斑点数)。
具体实施方式
根据本发明，所使用的电子照相纸张为涂有石膏的材料纸幅。在本发明中“材料纸幅”是指纸张或纸板，或者来自含有木质纤维素的原料尤其是木材、一年生植物或多年生植物的相应纤维素材料。所述材料可以含有或不含有木浆，可以从机械浆、半机械(化学机械)浆或化学浆中生产出。木浆可以是漂白或未漂白的。材料也可以含有回收纤维，尤其是再生纸张或再生纸板。材料纸幅可以由100％的化学浆制成，但也可以从机械浆的比例占80-30％的机械浆和化学浆的混合物制成。这种混合物可以含有通过机械纤维分离方法如磨石磨制浆(GW)，压力磨石制浆(PGW)，热磨机械制浆(TMP)或化学热磨机械制浆(CTMP)从硬木或软木中制成的木浆。所使用的原料可以是云杉。通过对从白杨或杨科材种中其它木材的化学浆和机制浆的混合物中所制成的原纸进行涂布，可以得到一种特别有利的产品。化学浆可以通过任何适当的方法从硬木或软木中制成，最好是从软木中制成。材料纸幅的克重通常在30到250g/m2的范围内。
在材料纸幅中所用的填料可以是通常所知的碳酸钙。然而也可以将碳酸钙的至少一部分(至少20％)用石膏或相应的含水填料代替。可以用含水填料来代替涂料中的至少一部分含水颜料。
然而，根据本发明的一个优选实施例，适当的电子照相用纸张是通过对材料纸幅涂布含石膏的涂布混合物或含有一些其它适当的含水颜料的涂布混合物来得到的。下面将采用石膏作为示例来详细介绍根据本发明的颜料的使用。
含石膏的涂布混合物可以用作单次涂布混合物，以及所谓的预涂布和表面涂布的混合物。最好对材料进行两次涂布，首先用预涂布混合物进行涂布，然后用表面涂布的混合物进行涂布。所用的石膏颜料最好为具有陡峭的颗料尺寸分布的产品，这是因为所述分布提供了良好的遮盖力。
通常来说，根据本发明的涂布混合物含有至少一种颜料或一种混合物，混合物中含有10-100重量份的颜料、至少一种0.1-30重量份的胶粘剂，以及本质上已为人所知的1-10重量份的其它添加剂。纸张或纸板最好涂布有涂料组合物，其中含有：
沉淀碳酸钙        10-50份；和/或
高岭土            10-50份；和
石膏              30-90份；
颜料总量          100份；和
胶粘剂            颜料的1-20％；
增稠剂            颜料的0.1-10％。
预涂布的混合物的典型组合物例如为下述：
涂布颜料(石膏和/或粗粒碳酸钙)    100重量份；
胶粘剂            颜料重量的1-20％；
添加剂和助剂      颜料重量的0.1-10％；
水                余量。
预涂布的混合物中的干燥固体含量通常为40-70％，其pH值为7.5-9。
根据本发明的表面涂布的混合物或单次涂布的混合物的组合物例如为下述：
涂布颜料I(石膏)                30-90重量份；
涂布颜料II(如细粒高岭土和/或碳酸钙)    10-70重量份；
颜料总量                       100重量份；
胶粘剂                         颜料重量的1-20％；
添加剂和助剂                   颜料重量的0.1-10％；
水                             余量。
这种涂布混合物中的干燥固体含量通常为50-75％。
根据本发明，在上述涂布混合物中，最好采用具有陡峭的颗粒大小分布的石膏颜料，其中最多35％的颜料颗粒小于0.5μm，最好最多15％的颜料颗粒小于0.2μm。在小颜料颗粒的范围内，陡峭分布的颗粒大小分布曲线低于传统颜料的相应曲线，而在中等大小颗粒的范围内，其颜料曲线高于传统颜料的相应曲线。
可以和石膏一起使用或代替石膏而在预涂布的或表面涂布的混合物中使用任何已知的颜料。可采用的颜料例子包括碳酸钙、硅酸铝、高岭土(含水硅酸铝)、氢氧化铝、硅酸镁、滑石(含水硅酸镁)、二氧化钛和硫酸钡，以及它们的混合物。也可以采用合成颜料。也可以采用任何上述的含水颜料来代替石膏用作含水颜料。
在上述颜料中，除石膏以外的主要颜料或相应的含水颜料为高岭土和碳酸钙，其通常构成了涂布混合物中干燥固体的50％以上。其它的颜料有煅烧高岭土、二氧化钛、沉淀碳酸盐、缎光白、氢氧化铝、硅铝酸钠和塑胶颜料，它们的含量通常小于混合物的干燥固体的25％。还可以采用的特殊颜料包括特质高岭土和碳酸钙，以及硫酸钡和氧化锌。
在预涂布的混合物中，特别优选的主要颜料为碳酸钙和/或石膏，在表面涂布的混合物和单次涂布的混合物中，特别优选的主要颜料为石膏和/或碳酸钙或高岭土的混合物。在施涂到纸张表面上的至少一种涂布混合物中含有石膏。
可以采用在纸张生产广泛使用的任何胶粘剂作为涂料组合物中的胶粘剂。除了单独的胶粘剂之外，还可以采用胶粘剂的混合物。典型胶粘剂的示例包括合成胶乳，其由烯键式未饱和复合物的聚合物或共聚物如丁二烯苯乙烯型共聚物制成，其可能还具有含羧基的共聚单体如丙烯酸、衣康酸或马来酸，以及具有含羧基的共聚单体的聚乙酸乙烯酯。和上述材料一起，还可以采用例如水溶性聚合物、淀粉、羧甲基纤维素(CMC)、羟乙基纤维素和聚乙烯醇来用作胶粘剂。
另外，还可以在涂料组合物中采用传统的添加剂和助剂，例如分散剂(如聚丙烯酸的钠盐)、可影响混合物的粘度和保水度的试剂(如CMC、羟乙基纤维素、聚丙烯酸盐、藻酸盐和苯甲酸盐)、所谓的润滑剂、用于提高抗水性的硬化剂、光学助剂、消泡剂、pH值控制剂，以及防腐剂。润滑剂的示例包括磺化油、酯、胺、钙或硬脂酸铵；可提高抗水性的试剂的示例包括乙二醛；光学助剂包括二氨基芪二磺酸衍生物；消泡剂包括磷酸酯、硅酮、乙醇、酯、植物油；pH值控制剂包括氢氧化钠、氨；防腐剂包括甲醛、酚、季铵盐。
可在纸张中加入食盐如NaCl以控制纸张的电性能。
在材料纸幅上以本质上已为人所知的方式施涂涂布混合物。根据本发明，纸张和/或纸板可以通过传统的涂布装置，即通过刮刀涂布、薄膜涂布或JET涂布来进行联机的或脱机的涂布。
最好对材料纸幅进行两次涂布，第一次涂布通过薄膜转印方法来进行，第二次涂布采用刮刀涂布来进行。通常来说，通过薄膜转印方法可在纸幅上涂布总量为5到50g/m2的涂料，通过刮刀涂布可以涂布总量为10到60g/m2的涂料，涂布量根据涂料组合物中的干燥固体来计算。
在涂布后最好对纸张进行压光。压光可以在印刷机中进行(联机)，或是在印刷机后进行(脱机)。如果希望使纸张表面具有光泽(光泽约高于40到50％)，则最好通过超级压光机来进行压光。如果目标纸张光泽低于40到50％，纸张则被称为无光泽纸或蜡光纸。根据是需要光泽纸还是需要无光泽纸，将压光辊的表面材料和压光工艺条件设定在不同的水平，在压光工艺条件中最重要的是辊的温度和线性压力，但压光速度和蒸汽也很重要。当原则上需要达到尽可能高光泽的光泽纸时，无光泽纸首先需要达到很平滑，但是这样的话，表面结构就不会以光泽纸的方式反射光。
材料纸幅最好为高级纸张，也可以是预涂布的。因此，根据本发明的一个优选实施例，在利用电子照相技术的四色印刷中，使用两次涂布的纸张或纸板，其中至少一次涂布中的所用颜料中至少有一半是石膏。最好至少在第二次涂布中使用石膏颜料，第二次涂布在第一次含颜料的涂布之上。从下面的示例中可以明显看出，通过使用至少60％的石膏作为纸张涂布颜料，可以达到特别良好的效果。
实际上，在本发明中使用的纸张或纸板的克重变化很大，最好在约60-450g/m2的范围内。纸张或纸板在各侧上有5-30g/m2的涂料，并对纸张或纸板进行压光。压光例如可以通过无光泽压光、丝网压光或超级压光来进行。
所需的图像通过电子照相技术印刷在本发明的纸张上。“图像”是指印刷在纸张表面上的任何印痕。这个用语覆盖了通过黑白印刷或彩色印刷所印刷的文本和简单的图示，以及由四色印刷印出的图片，包括照片。
在上述文献中提出的条件可以用于电子照相技术中(参考上述Van Daele等人的文章)。
示例
样品制备
采用五种不同的混合物在中央实验室进行试验涂布。原纸为用于高级纸张(Aanekoski铜版纸工厂)的124g/m2的预涂布原纸。涂布机的速度为800m/min。涂布是通过所谓的辊施涂方法来进行的，混合物由刮刀抹平。
混合物中的变量为颜料及其配制比例。所有混合膏所包含的作为胶粘剂和添加剂的组分如下所述：
-胶乳DOW DL 966            12份；
-增稠剂CMC Finnfix 30      1份；
-乙二醛T                   0.3份；
-Nopcote C104              1份；
-光学光亮剂Blankophor P    1份。
含石膏的混合物的目标pH值为pH7.5，在另一混合物中为pH8.5。混合膏中目标固体含量的范围在62到63％。
纸张的两侧均进行涂布，因此最后的克重为166-168g/m2。
涂布后的试验纸张在恒定条件下进行压光，这是用来保证试验纸张中的湿度差异尽可能地小。涂布后的纸张光泽在67到82％(Hunter75°)的范围内。未涂布(预涂布)的原纸具有很低的光泽，约为10％，其也在相同条件下压光。下表中显示了从已压光的卷筒纸中测得的试验纸张的颜料组分和湿度(Rh)。
                                表1
  试验纸张   4   8   12   16   20   0
  高岭土   70   50   30   30   70   -
  石膏   30   50   70   0   0   -
  碳酸盐HCCC   0   0   0   70   30   -
  湿度   43％   42.50％   41％   40％   44％   26％
试验印刷
采用IBM InfoColor70印刷机(Xeikon DCP32/D)来进行试验印刷。对上表中的试验纸张进行印刷，使得各等级的纸张的导电率/电阻率在预处理装置中被调节到相同的水平。光泽和固定装置的条件也保持恒定。表示电阻率的设定值U2设在320V，因此各纸张保持干燥，其电阻率增大到足够高的水平。对于所有纸张来说，增大到320V电压均无困难，而且，为此所需的电流和干燥压光机的温度不会增大到标准值之上。在下表中显示了基本的变量：
                                表2
  4   8   12   16   20   0
 为达到U1值所需的电晕电流(最大200μA) 19 18 16 25 25 23
 加热辊温度   160   156   162   144   158   82
 加热辊功率(最大值的百分比)   63   60   60   56   70   30
可以在各等级的纸张上印刷出良好的图像质量。然而在此比较中，目的是在于研究纸张对外部影响的敏感度。这是通过在不同的设定下在各等级的纸张上进行印刷来实现的。这种变化至少一定程度地对应于印刷机的内部波动(显影剂的时效、气候、光导鼓的使用时间等)。
变化的设定值为转印电流和复制电流(duplex current)。转印电流表示一种利用它可以控制通过转印电晕的纸张表面的放电(参见序言部分)的电晕电流。复制电流表示一种利用它可以在随后的色粉转印装置之前使通过复制电晕的纸张和色粉的放电均匀电晕电流。
下表显示了试验矩阵和根据视觉比较而确定的均匀印刷表面的区域。在表格中采用“良好”来表示视觉上可接受的表面。
                                表3
  转印   复制   0   4   8   12   16   20
  20   良好
  40   良好   良好   良好
  60   良好   良好   良好   良好   良好   良好
  80   良好   良好   良好   良好   良好   良好
  100   良好   良好   良好
  120   良好   良好
  140   良好
  160   良好
  180   良好
  200
  40   良好
  60   良好   良好   良好
  80   良好   良好   良好   良好
  100   良好   良好   良好   良好   良好   良好
  120   良好   良好   良好
  140   良好   良好   良好
  160   良好
  180   良好
  200   良好
在转印操作系列中，复制电流保持恒定。此电流值是通过调节设定以使其尽可能最佳来达到的。根据此操作系列，电流值为：
·试验纸张0和4：80μA；
·试验纸张8，12，16和20：100μA。
在复制操作系列中，转印电流保持恒定。此电流值是根据转印操作系列来选择的。根据此操作系列，电流值为：
·试验纸张0，16和20：80μA；
·试验纸张4，8，和12：60μA。
必须有保留地接受此表格。它并不表明试验纸张中的差异，而是表示了可得到最均匀的纸张质量的操作窗口(operating window)的大小。
然而，根据视觉检查可以得出下述观测结果：
·石膏与其它颜料的作用不同，对于未涂布纸张来说，其差异最大。
·与高岭土和碳酸盐相比，石膏需要较高的转印电流值和较低的复制电流值。
·当石膏量为70份时，可以最佳地显示出石膏的良好性能。
·高岭土和碳酸盐以相似方式起作用；相对于复制和转印来说其操作窗口完全相同。
通过目标测量来确定视觉图像质量，在测量中利用斑点观察装置来分析测量完全覆盖了图像的表面斑点(这只是一种方法)。此装置测量不同频带内的表面斑点，并从中计算出单个斑点值。在附图中显示了结果，从表面上测得的斑点为Y轴，转印电流为X轴。斑点值越小，表面中的斑点越少，而且，曲线越平坦，纸张对外部条件(湿度变化、显影剂时效、光导鼓的条件)的依赖性越小。
图1显示了两种纸张与其它纸张明显不同：含有50到70份石膏的样品对转印电流的变化并不敏感，可在较大区域内均匀地复制彩色表面。含有30份石膏的样品比不含有石膏的样品更好，但是明显不如其它两种含石膏的样品。

Claims (9)

1.一种生产印刷品的方法，根据所述方法，
通过电子照相技术在纸张或纸板表面上印刷所需的图像，其中干燥的细粒印刷油墨通过电场转印到印刷基体上，
其特征在于，使用纸张或纸板的印刷表面具有含水颜料的涂层，其中涂层中的所述颜料中的至少20％由石膏制成。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所用的所述纸张或纸板已进行了两次涂布，至少一层含水颜料涂层中的至少50％的颜料由石膏制成。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所用的所述纸张或纸板已进行了两次涂布，位于第一含水颜料涂层之上的第二含水颜料涂层中的至少50％的颜料由石膏制成。
4.根据权利要求1到3中任一项所述的方法，其特征在于，所用的所述纸张的克重为100-250g/m2。
5.根据上述权利要求1到3中任一项所述的方法，其特征在于，在所采用的所述纸张或纸板中，所述涂层中的颜料的至少60％由石膏制成。
6.根据权利要求1到3中任一项所述的方法，其特征在于，所述纸张或纸板上涂布有涂料组合物，其包括：
沉淀碳酸钙        10-50重量份；和/或
高岭土            10-50重量份；和
石膏              30-90重量份；
颜料总量          100重量份；
和
粘合剂            颜料重量的1-20％；
增稠剂            颜料重量的0.1-10％。
7.根据上述权利要求1到3中任一项所述的方法，其特征在于，所述纸张或纸板中的每一侧均具有5到50g/m2的涂料。
8.根据上述权利要求1到3中任一项所述的方法，其特征在于，所述纸张或纸板是经压光的。
9.根据上述权利要求1到3中任一项所述的方法，其特征在于，通过电子照相技术在所述纸张或纸板的表面上印刷四色图像。
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