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二氧化硅在吸墨涂层中的应用
2021年05月13日    阅读量:     新闻来源:中国牛涂网 ntw360.com  |  投稿

从20世纪六十年代,斯坦福大学教授发明连续喷墨技术以来,喷墨打印机的发展历程可谓是日新月异。与激光打印技术相比,喷墨打印技术以其非接触、低噪音、高速度、低成本、易彩色化而深受大众欢迎。因此,喷墨打印技术近几年成为学者们研究的热点中国牛涂网ntw360.com

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不过,伴随着喷墨打印技术的发展,市场上对喷墨打印接受材料(承印材料)提出了更高的要求,总的效果要求如下所述。


011.吸墨性


喷墨打印时,油墨液滴一旦接触到材料面就立刻和接受材料面发生相互作用,如何在最短时间内使油墨干燥固定在纸上对于打印的图像质量是至关重要的。因此喷墨打印接受材料必须具有优良的吸墨性能。


02.网点直径和网点圆度


喷墨打印网点直径及网点圆度的可控性,网点间的偏差小而均匀是非常重要的。如果网点直径过大或者直径无法控制,那么网点的面积百分比及综合打印浓度就会发生变化,使图像显色性降低。若网点的圆度太差,则会干扰到整个图像,使画面质量降低。


03.图像的打印浓度


喷墨打印图像的光学浓度和色彩的鲜艳性除了油墨本身的因素外,从喷墨打印接受材料的角度出发就是要选用吸光系数大而散射系数小的材料作为接受材料的涂层。另一方面由于喷墨打印图像的显色是利用减色混合原理,所以要获得色彩明亮的图像也要求吸墨层散射系数小。


04.图像的保存性


所谓的图像保存性是指画面有一定耐水性、耐光性,画面的室内、外保存性及接受材料的保存性。


为了满足以上要求,人们一般会采用具有吸墨涂层的接受材料来提高接受材料的记录特性及图像保存性。过去人们常在承印材料上涂上聚乙烯醇树脂,不过这样处理虽然清晰度较高,但吸墨速度慢。为了提高其吸墨速度,并进一步提高其清晰度,目前更主流的做法是在树脂里添加填料二氧化硅(SiO2)。


目前,由于SiO2具备多孔的结构和良好的白度,它作为喷墨打印介质的涂层内的吸墨剂已获得了市场的广泛认可,不仅对水性油墨的吸附速度快、吸附量大,可提高网点直径的可控性和网点圆度,同时还可降低吸墨层的散射系数,提高图像的浓度。


一、二氧化硅的作用机理

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彩喷纸结构示意图


上图是彩喷纸的构造,其中吸墨涂层主要由吸墨主剂和吸墨辅剂两部分组成。吸墨主剂又可分为无机类吸墨主剂和有机类吸墨主剂两类,其中无机类吸墨主剂有无定形SiO2和水合氧化铝等。


在吸墨介质的吸墨涂层中,SiO2微粒的内部分子处于力场均衡状态,分子合力等于零,而表面的分子则处于力场不均衡状态,横向合力为零,纵向合力则呈一垂直于微粒表面的力,外部表面上每个分子都受到一个指向微粒内部的力。微粒收缩到最小面积时达到最稳定状态,这时表面上的能量称为表面自由能,就是吸墨涂层中SiO2微粒对墨水吸附的动力。


微粒的表面积越大,对墨水的吸附能力也越强。单个微粒吸附的墨水仅局限于微粒的表面,若有大量微粒,且其浓度足以使微粒间的距离缩小到构成网络,形成一系列微孔,则由于毛细管作用,进一步增加了吸墨容量。


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二氧化硅SEM图


当往含有无定形二氧化硅的涂层上喷射墨滴时,墨水首先很快被无定形SiO2的凝聚粒子的间隙(微孔)所吸收,接着被无定形SiO2凝聚粒子自身的细孔所吸收。因此选用孔隙性合适的SiO2吸墨剂产品,是保证产品质量稳定的前提。


二、吸墨剂二氧化硅的选择与使用


SiO2的选择,其中一个重要指标为孔隙率的大小,孔隙率越大的产品,其吸墨性越强,孔隙率的大小可通过氮吸附仪进行检测;SiO2的粒径选择也同样重要,与油漆涂料不同,作为吸墨涂层产品所使用的SiO2产品,不需要产品粒径越细越好,过细的粉体在涂层干燥之后反而容易出现掉粉的现象,其平均粒径不能超过涂层干膜厚度,其中的大粒子一般不能超过100μm,否则造成涂料过滤困难;SiO2产品的pH值通常在6~8之间,某些特殊处理的产品pH值低于6,一般选择pH值不低于6的产品使用在吸墨涂层中,pH值过低会造成产品在浆料分散过程中,与其他助剂发生反应,涂料变质。


在吸墨涂层的配置过程中,作为吸墨剂的SiO2应使其与水以一定固含量的比例进行高速分散后,再与其他胶黏剂或浆料低速分散后使用。吸墨效果不佳的涂层,可通过适当加大SiO2吸墨剂的比例进行调整,但添加量过大时,涂层的粘度增大,涂布之后不能顺利流平,致使干燥后涂层各向吸墨性不一致,产生洇墨现象,影响打印效果。而且成本增加的同时,浆料粘度增加会增大干燥过程的符合从而降低生产能力。


资料来源:

喷墨打印涂层吸墨剂二氧化硅,张忆,樊新华,裴亚利,操应军。

喷墨打印材料用吸墨剂的合成及吸墨性能的研究,赖兴强。


标签:辅料与设备技术中心涂装应用油墨
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