水性粘合劑在印刷相紙中的應用研究

張麗惠，陳思雨，蓋樹人，樊 利，柳 青

（樂凱膠片股份有限公司 河北 保定 071054）

0 引言

隨著技術的不斷進步，激光電子成像技術以其印刷速度快、影像質量網點小、個性化容易、印刷過程無三廢排放等優點在影像領域應用越來越廣泛。激光電子成像技術按照其油墨的承載形式可分為墨粉油墨（干式）和液體電子油墨（濕式）。干式墨粉電子成像的基本原理是用激光掃描的方法在光導體上形成靜電潛影，再利用帶電墨粉（符號與靜電潛影正好相反）與靜電潛影之間的庫侖作用力實現潛影的顯影，最后將墨粉影像轉移到承印物上即可形成影像[1]。對于濕式液體電子油墨，形成顯影圖像的過程與干式基本相同，不同的是顯影圖像先被轉移至熱彈性體橡膠布上，再從橡皮布上通過熱或壓力或兩者的結合轉移到承印物，形成印刷的圖像。與干式墨粉相比，液體電子油墨顆粒更加細小，印刷的影像分辨率更高、圖像銳度更高、邊緣更光滑。特別是當橡皮布上受到擠壓時，液體電子油墨的顆粒互相黏結，能夠在承印物表面形成極薄的油墨層，再現承印物表面的紋理結構，使得印刷的圖像能夠實現照片紙的質感和觀感，整體影像效果與銀鹽照片接近。此外，液體電子油墨還避免了干式墨粉在空氣中產生飛揚和傳播，使影像印刷過程的工作環境更環保。因此以HP Indigo系列為代表的濕式印刷機逐漸成為影像輸出的主要方式之一[2-5]。基于上述成像過程，印刷相紙必須涂有油墨接受層，以增強其對液體電子油墨的粘附性，印刷出的圖像才能達到影像級的質量要求。粘合劑作為承印層的主要成分之一，影響印刷相紙的印刷性能，因此本文將研究粘合劑類型對印刷相紙性能的影響。

1 實驗

1.1 實驗原材料及設備

水性粘合劑聚丙烯酸乳液（江蘇）、水性聚氨酯（上海）、水性丁苯膠乳（山東）、丙烯酸共聚乳液（進口）、PSS（自產）、表面活性劑7#（自產）。

電子天平、不銹鋼桶、電動攪拌、涂布棒（美國RDS）、紅外干燥箱、HP indigo 3550數字印刷機、XGP便攜式鏡向光澤度計（天津信光科技開發公司）、彩色密度計（XRITE 30）、色度計（XRITE）、膠帶（3M）、老化試驗箱（上海愛斯佩克）。

1.2 實驗方法

1.2.1 印刷相紙涂液的制備

按表1中組分，將水性粘合劑乳液、20 g水離子水加入不銹鋼中，用攪拌在200 rpm速度下加入PSS、顏料、7#，加水至總重100 g，繼續攪拌30 min，停止攪拌。50 μm過濾網過濾、靜置消泡1 h，制備為印刷相紙涂液。水性粘合劑與印刷相紙涂液配方號對應表見表2。

表1 印刷相紙承印層涂液組分Table 1 The formulations of coating liquid

表2 水性粘合劑與印刷相紙涂配方號對應表Table 2 The number of coating liquid used different ewater-based binder

1.2.2 印刷相紙制備

用RDS1#涂布棒將上文中制備的印刷相紙涂液，分別涂在220 g細絨涂塑紙基上，在90 ℃下干燥2 min，制備為印刷相紙生片。將印刷相紙放入老化箱在50 ℃、80%濕度分別老化24、48、72 h，制備印刷相紙老化片。

1.3 評價方法

1.3.1 光澤度測試

采用XGP便攜式鏡向光澤度計測試印刷相紙光澤度（60o）。

1.3.2 印刷均勻性性能測試

用HP indigo3550印刷機印刷照片，目測過程每個圖像脫印、白點等情況，用全部脫印、局部脫印、無白點表示測試結果。

1.3.3 影像保持率測試

用HP indigo3550印刷機印刷GB/T 18721-2002中定義的S7圖像，自然放置120 min，用反射密度計分別測定打印后紙樣青（100% C）、品（100% M）、黃（100% Y）、黑（100% K）的密度值。

然后將其放在平坦的臺面上，用膠帶一端分別粘貼在青（100% C）、品（100% M）、黃（100% Y）、黑（100% K）的色塊處，粘貼長度至少超過色塊20 mm，膠帶的另一端不粘貼，然后用玻璃棒將膠帶刮平保證接觸良好，以接近90 ℃將膠帶揭下，并用反射密度計測試粘揭后的反射密度數據。計算單色影像保持率，單色影像保持率=粘揭后密度/粘揭前密度×100%。單色影像保持率加和取平均值即為印刷相紙的影像保持率。

1.3.4 承印層的表面能測試

采用達因筆在制備的印刷相紙承印層表面畫約100 mm長的墨條，并觀察其90%以上的墨條邊在2 s內是否發生收縮并形成墨滴，如有上述現象發生，則換低一級表面能的達因筆再次刷墨條，進行同樣的觀察，直至不收縮和出現墨滴，此測試墨的表面能即相對應為該印刷相紙的表面能。

2 結果與分析

2.1 水性粘合劑對光澤度的影響

光澤度是反映印刷紙照片紙表面效果的重要指標，是人們衡量印刷相紙是否具有傳統銀鹽照片的質感、觀感主要尺度之一，不同的水性粘合劑對印刷相紙光澤度的影響見表3。由表3中的數據可以看出，聚丙烯酸乳液制備的印刷相紙光澤度略低，介于15～20之間，聚氨酯乳液、丁苯膠乳、丙烯酸共聚乳液制備的印刷相紙光澤度較高，超過了20%，滿足了印刷相紙的光澤度要求。

表3 水性粘合劑對印刷相紙光澤度的影響Table 3 The influence of water-based binder on the gloss of the printing photographic paper

2.2 水性粘合劑對印刷均勻性的影響

水性粘合劑對印刷均勻性的影響見圖1，由圖可以看出，聚氨酯乳液、丁苯膠乳、丙烯酸共聚乳液制備的印刷相紙在HP Indigo3550印刷機印刷均勻性良好，而聚丙烯酸乳液制備的印刷相紙出現了局部脫印現象。

HP Indigo數碼印刷機工作機理是，首先對電子文件對數據進行RIP處理，處理好的數據由激光頭射出激光，照射在成像版上形成圖像區和背景區不同電位的數字“潛影”，然后利用成像版和回收滾筒的電位差將噴射頭噴出的帶負電荷的電子油墨吸附到成像版上，即“顯影”形成了油墨圖像，然后油墨圖像由成像滾筒轉印到橡皮布上，再由橡皮布轉印到紙張上[5-6]。欲使油墨圖像100%完全轉移紙承印物上，承印層和橡皮布的表面能之差必須大于10 N/m[7]。4種粘合劑制備的印刷相紙承印層的表面能見表4。由表4可以看出，粘合劑1表面能僅為36 N/m，橡皮布的表面能為28 N/m，二者表面能之差為6 N/m，低于10 N/m，使油墨圖像不能100%完全轉移，產生了脫印問題。

表4 水性粘合劑對印刷相紙表面能的影響Table 4 The influence of water-based binder on the surface energy of the priningt photographic paper

2.3 水性粘合劑對影像保持率的影響

影像保持率是表征承印層對液體電子油墨的粘附能力，水性粘合劑對影像保持率的影響見表5，由表5可以看出未老化生片，粘合劑丁苯膠乳、丙烯酸共聚乳液的影像保持率達到了99%以上，說明丁苯膠乳、丙烯酸共聚乳液對液體電子油墨的粘附能力強、固墨性較好。

表5 水性粘合劑對影像保持率的影響Table 5 The influence of water-based binder on the ink adhesion of the printing photographic paper

人工老化后熟片的影像保持率見圖2，由圖2可以看出丁苯膠乳的影像保持率隨著老化時間的不斷增加影像保持率不斷下降，老化72 h后由原來99.5%降至55.8%。這是由于丁苯膠乳制備的印刷相紙在人工老化過程中，老化箱中水汽使承印層的丁苯膠乳粒子受水的表面張力的影響，隨著水的移動而移動，最后聚集在顏料間的接點處[8]，膠乳粒子在印刷相紙上的分布不均勻，對電子油墨的吸附能力局部變差，導致了影像保持率不斷下降。

由圖2還可以看出，隨著老化時間的不斷增加，丙烯酸共聚乳液制備的承印層的影像保持率幾乎保持不變。這可能是由于液體電子油墨包含非極性載液、著色劑顆粒、電荷引導劑、金屬氧化物納米顆粒等組分，其中著色劑顆粒和金屬氧化物顆粒均由熱塑性的丙烯酸共聚樹脂所包覆，在印刷過程中影像著墨之后，橡皮布在旋轉過程中被加熱140～160 ℃，橡皮布和外部熱源將電子油墨加熱，使油墨顆粒部分熔融并融合在一起，同時大部分的油性載體被蒸發，油墨影響形成了較熱的、接近干燥的、具有黏性的、熱塑性薄膜形式的預完成圖像，與承印層接觸過程，熱量通過熱傳導方式將承印層加熱，按照相似相容原理，再加之承印滾筒和橡皮布滾筒之間的擠壓力[9]，使承印層與油墨完全融合在一起，冷卻后形成固墨性能更好的影像，使得在50 ℃、80%濕度條件老化72 h影像保持率幾乎沒有發生變化。

3 結論

（1）采用丙烯酸乳液制備的印刷相紙，光澤度較低、印刷性能差，不能滿足HP indigo印刷機的影像級輸出要求。

（2）采用聚氨酯乳液制備的印刷相紙，具有合適的光澤度、印刷性能好的特點，但影像保持率較差，不能滿足HP indigo印刷機的影像級輸出要求。

（3）采用丁苯膠乳制備的印刷相紙，光澤度較高、印刷性能好，影像保持率高，但是隨著老化時間的增加，影像保持率逐漸變差，不能滿足HP indigo印刷機的影像級輸出要求。

（4）選用丙烯酸共聚乳液粘合劑制備的印刷相紙具有合適的光澤度、印刷均勻無白點、影像保持率大于98%，在老化條件下，影像保持率基本不變，達到了HP indigo印刷機的影像級輸出要求。