印刷相紙的靜電殘留與紙基關系的探討

彭春寧，王 蕾，邢艷紅

（樂凱膠片股份有限公司 河北 保定 071054）

1 引言

數碼印刷是印刷技術數碼化，網絡化的必然產物和發展趨勢。根據技術來源，數碼印刷機——由印刷機技術，數碼技術和數字油墨技術發展而來[1-2]。

隨著印刷技術的發展，數字印刷技術以其印刷速度快、影像質量高、個性化容易、印刷過程無污染等優點應用越來越廣泛。其中，靜電數字印刷更是以其較好的印刷質量及較快的印刷速度廣泛應用于商業印刷、包裝印刷、影像輸出等領域。當下流行的靜電數字印刷以彩色激光印刷和HP Indigo數字印刷為主流，印刷原理大致相同，且印刷復制性能相近。為得到較好的影像質量，要求圖像的印刷轉移定位更精準，色彩表現要更好，層次要求更多。同時為保證印刷速度，要求印刷過程中走紙順暢，印品自動堆疊性好。而印刷材料的特性將直接影響著印品的輸出質量和生產效率。

印刷相紙普遍存在紙間排斥推紙和印刷問題。一般而言，上述現象的產生均與相紙帶有靜電相關[3-5]。通過對目前3種商品印刷相紙（古樓、三菱、樂凱）研究，我們考察不同相紙的抗靜電性能，并對抗靜電性能的影響因素進行了深入的研究。同時，通過對印刷相紙的靜電殘留與紙基的關系，本論文建立了印刷相紙靜電產生模型。

2 實驗

2.1 實驗材料及設備

實驗材料：三菱樣品1#、鼓樓樣品、三菱樣品2#、樂凱涂塑相紙、LK260克（GX-2）雙面細絨、LK220克雙面細絨、抗靜電涂布液。

實驗設備：1.5#線棒、2.5#線棒、4#線棒、干燥箱、體積電阻率測試儀（zc-90F 高絕緣電阻測量儀）、水分測試儀（梅特勒水分測定儀MJ33）。

2.2 實驗過程

用1.5#、2.5#、4#線棒在樂凱涂塑紙基上分別進行制備單面樣品和雙面樣品。

將所有的樣品進行表面電阻和體積電阻率測試和含水量的測試。表面電阻和體積電阻測試按照zc-90F高絕緣電阻測量儀的測試方法進行測試，其中體積電阻率測試中需要測試樣品的厚度，使用了TMI公司的數字測厚儀49-56-00-0002型號）。

印刷相紙的靜電效應為：在印刷機出口處，每50張印刷產品手工能夠戳齊為合格。100張手工能夠戳齊為優秀。

3 結果與討論

在靜電印刷的過程中，由于靜電印刷的原理決定了印刷介質處于一個高電壓和高溫且靜電較多的環境，在印刷過程中如果介質上產生的靜電無法消除的話，就會造成靜電殘留的現象。靜電殘留對于靜電印刷來說，輕則產生“排斥推紙”，重則產生碳粉轉移不完全等問題。因此，要求介質的電荷能夠移動到接地處通過接地消除。因此，印刷介質在印刷過程中要迅速有效地將自身的靜電消除。

Helmholtz認為：任何兩種化學組成不同或組成相同但聚集態不同的材料，其內部結構中的電荷載流子能量分布是不同的，當這兩種材料相接觸、摩擦時，就會在它們的表面上發生電荷的再分配，也就是說在材料的表面上產生了電荷的轉移，形成(+)(-)雙電層。當材料相互分離時，使正負電荷分離而產生靜電，同時隨著距離的拉大，電容減小產生高電壓[3]（圖1）。

圖1 靜電產生示意圖Figure 1 structure diagram of Static electricity produced

在外界作用下，如摩擦或以各種能量如動能、位能、熱能、化學能等的形式作用，原子會出現正負電不平衡的現象。任何兩個不同材質的物體接觸后再分離，即可產生靜電。材料的絕緣性越好，越容易產生靜電。及時消除產生的靜電就尤為重要：有效的方法是提高聚合物的表面導電性或體積電導率。一般來說，當聚合物表面電阻達到1.0 E+10 Ω～1.0 E+12 Ω時，即可滿足一般抗靜電的要求[4]。

3.1 樣品表面電阻與體積電阻率的測試

相紙表面電阻、體積電阻率和印刷相紙靜電排斥的關系見表1。

表1 樣品表面電阻與體積電阻率Table 1 Sample surface resistance and volume resistivity

由表1可知，相紙表面電阻降到1.0 E+8 Ω后，印刷相紙排斥推紙的問題可以有效解決；相紙體積電阻率降低到1.0 E+12 Ω后，印刷過程的排斥推紙問題也可以接受。

從實驗數據來看，三菱競品的表面電阻值可以達到1.0 E+11 Ω，體積電阻率為1.0 E+12 Ω·m，在印刷過程中樣品碼放一般，可以接受，并且50頁可以手工戳齊。樂凱220克雙面細絨產品表面電阻為1.0 E+9 Ω，體積電阻率為1.0 E+13 Ω·m，相紙產品產生嚴重的排斥推紙現象。同時，樂凱260克產品卻在表面電阻為1.0 E+9 Ω時，體積電阻率為1.0 E+12 Ω·m時，沒有出現排斥推紙的現象。

3.2 塑層體積電阻率與涂塑紙基體積電阻率的對比

塑層體積電阻率與涂塑紙基體積電阻率結果，見表2。

表2 塑層的體積電阻率與涂塑紙基的體積電阻率Table 2 The volume resistivity of the plastic layer and the volume resistivity of the coated paper base

從表2可知，所有樣品的涂塑層的體積電阻率都處于一個數量級水平。

3.3 單面和雙面的表面電阻對體積電阻率的影響

印刷相紙單雙面涂布的表面電阻與體積電阻率見表3。

表3 印刷相紙單雙面涂布的表面電阻與體積電阻率Table 3 Surface resistance and volume resistivity of singlesided coating on printed photo paper

從表3中數據可以看出：（1）單面涂布抗靜電層后，涂塑紙基的表面電阻對體積電阻率沒有影響；（2）雙面涂布抗靜電層對涂塑紙基的體積電阻率有影響。

雙面涂布對體積電阻率的影響主要是雙面都有抗靜電層后，不僅使電荷分布在電阻測試儀的測試環部分，而且會分布在整個樣品的平面上。因此，雙面涂布后實際上是擴大了測試的面積，造成測試結果變小[6]。

3.4 含濕量與體積電阻率的關系

表4為印刷相紙含濕量與體積電阻率的關系。一般情況下，環境濕度對抗靜電效果的影響較大，物體單位表面積含水量與試樣表面電阻存在著關聯[7-8]。由表4中數據可知，樣品體積電阻率小于1.0 E+12 Ω·m，紙基的含濕量都在8%左右；當紙基層含濕量為5%左右時，相紙樣品的體積電阻率均高于1.0 E+12 Ω·m。

表4 印刷相紙含濕量與體積電阻率的關系Table 4 Relationship between moisture content and volume resistivity in printed photo paper

在印刷的過程中，靜電產生以感生靜電為主，容易在印刷相紙內層產生感生靜電，如何快速消散內層靜電是印刷相紙產生排斥推紙的關鍵。

由表4可知，紙基的含濕量在8%時，體積電阻率在1.0 E+8 Ω·m，從而能夠將涂塑紙基的體積電阻率從1.0 E+13 Ω·m～1.0 E+14 Ω·m降至1.0 E+8 Ω·m。紙基內層處于不帶電范疇，使內層避免了感生靜電的生成，可以很好地降低“排斥推紙”現象的發生。降低相紙基層的體積電阻率，使內層的感生電荷能夠移動消散。

通過分析后我們認為：在靜電印刷過程中，印刷相紙在靜電印刷機中產生的靜電不止存在于兩個表層，而且存在于兩個涂塑面的正反面，見圖2。

圖2 印刷相紙示意圖Figure 2 structure diagram of photo paper

其靜電產生的模型我們推論如下：

（1）當表面電阻值＞1.0 E+12 Ω，體積電阻率＞1.0 E+12 Ω·m，A、B、C、D 4個面都屬于帶電體范疇，其表面所帶靜電都無法快速消散，在印刷的過程中會存在嚴重的靜電殘留。

（2）當表面電阻值≤1.0 E+11 Ω，體積電阻率≤1.0 E+12 Ω·m，A面和D面屬于低帶電體范疇，其表面所帶靜電能夠快速消散。由于體積電阻率小（中間的紙基層的體積電阻率會更小），B面和C面有可能不會產生靜電或者產生了靜電也能夠快速移動，也不會出現“排斥推紙”現象，如三菱產品。

（3）當表面電阻值≥1.0 E+9 Ω，體積電阻率≥1.0 E+12 Ω·m，A面和D面屬于低帶電體范疇，其表面所帶靜電能夠較快消散；B面和D面所帶靜電由于體積電阻率高而無法消散，此時就會產生“排斥推紙”現象。

（4）當表面電阻值≤1.0 E+8 Ω，體積電阻率≥1.0 E+12 Ω·m，A面和D面屬于非帶電體范疇，導電能力非常強，幾乎不帶靜電。A面和D面具有很強的導電性能，因此相當于施加了兩個靜電屏蔽層，B面和C面產生不了靜電，此時也不會產生“排斥推紙”現象。

（5）當表面電阻值≥1.0 E+12 Ω，體積電阻率≤1.0 E+11 Ω·m，由于體積電阻率足夠小，A面和D面無法累計電荷，不會產生“排斥推紙”現象。

4 結論

本文研究了鼓樓、三菱、樂凱3種印刷相紙的靜電殘留與紙基的關系，研究發現，鼓樓相紙產品表面電阻最低為1.0 E+8 Ω，而日本三菱相紙產品表面電阻高達1.0 E+11 Ω～1.0 E+12 Ω，而樂凱產品的表面電阻為1.0 E+9 Ω～1.0 E+11 Ω。在實際應用過程中：鼓樓產品使用效果最好，沒有靜電殘留，沒有“排斥推紙”等現象；三菱產品表面電阻最高，產品印刷性能也穩定，同樣滿足客戶使用；樂凱產品的表面電阻比三菱的低，卻存在靜電殘留和“排斥推紙”的現象。為此針對印刷相紙的靜電殘留與紙基的關系，我們進行印刷相紙靜電產生的模型推導和建立，并進行了研究。

模型結論見下：

（1）靜電印刷用印刷相紙的抗靜電要求，體積電阻率大于1.0 E+12 Ω·m時則要求表面電阻要小于或等于1.0 E+8 Ω，這樣才能保證在表面形成比較完整的導電層，消除靜電殘留。

（2）靜電印刷用印刷相紙的抗靜電要求，體積電阻率小于1.0 E+12 Ω·m時，則要求表面電阻要小于或等于1.0 E+10 Ω，這樣就能保證在表面形成比較完整的導電層，消除靜電殘留。

（3）靜電印刷用印刷相紙的體積電阻率與涂塑層的體積電阻率正相關，與原紙基的含濕量負相關。在涂塑層確定的情況下，通過調節含濕量可以在一定范圍內控制涂塑紙基的體積電阻率。