二氧化硅在吸墨涂层中的应用

日期：2022-08-16 浏览次数：次

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。

二氧化硅在吸墨涂层中的应用

不(bu)过，伴(ban)随着喷墨(mo)打印技术的(de)发展，市场上对喷墨(mo)打印接受材料(liao)（承(cheng)印材料(liao)）提出了更高的(de)要求，总的(de)效(xiao)果要求如(ru)下所述。

1.吸(xi)墨性

喷(pen)墨(mo)(mo)(mo)打印(yin)时，油(you)墨(mo)(mo)(mo)液滴一旦接(jie)触到(dao)材料面就立刻(ke)和接(jie)受(shou)材料面发生相互作用，如何在最(zui)短时间(jian)内(nei)使油(you)墨(mo)(mo)(mo)干(gan)燥固定在纸(zhi)上对于打印(yin)的(de)(de)图像质量是至(zhi)关重要(yao)的(de)(de)。因(yin)此(ci)喷(pen)墨(mo)(mo)(mo)打印(yin)接(jie)受(shou)材料必须具有优良的(de)(de)吸墨(mo)(mo)(mo)性能。

2.网点直径(jing)和网点圆度

喷墨打印网(wang)(wang)点(dian)直(zhi)径(jing)及网(wang)(wang)点(dian)圆度的(de)可控性(xing)，网(wang)(wang)点(dian)间的(de)偏(pian)差小而均匀(yun)是非常(chang)重(zhong)要(yao)的(de)。如果网(wang)(wang)点(dian)直(zhi)径(jing)过(guo)大或者直(zhi)径(jing)无(wu)法控制，那么网(wang)(wang)点(dian)的(de)面积百分比及综合打印浓度就会发(fa)生变化，使图(tu)像(xiang)显色性(xing)降(jiang)(jiang)低(di)。若(ruo)网(wang)(wang)点(dian)的(de)圆度太差，则会干扰到(dao)整个(ge)图(tu)像(xiang)，使画面质量降(jiang)(jiang)低(di)。

3.图(tu)像的打印浓(nong)度(du)

喷墨打印图(tu)像(xiang)的(de)(de)(de)光学浓度和色彩的(de)(de)(de)鲜(xian)艳性除了油墨本(ben)身的(de)(de)(de)因素外，从喷墨打印接受(shou)材料的(de)(de)(de)角度出发就是(shi)要(yao)选(xuan)用吸光系(xi)数大而散(san)射(she)系(xi)数小的(de)(de)(de)材料作为接受(shou)材料的(de)(de)(de)涂层(ceng)。另一方面(mian)由于喷墨打印图(tu)像(xiang)的(de)(de)(de)显色是(shi)利用减色混合原理，所以要(yao)获(huo)得(de)色彩明亮的(de)(de)(de)图(tu)像(xiang)也(ye)要(yao)求吸墨层(ceng)散(san)射(she)系(xi)数小。

4图像的保存(cun)性

所(suo)谓的图像保(bao)存性(xing)是指画面有一定(ding)耐水性(xing)、耐光性(xing)，画面的室内、外保(bao)存性(xing)及接受材料(liao)的保(bao)存性(xing)。

为了满足(zu)以上要求，人们一般会采用具(ju)有吸墨涂层的(de)接受材料(liao)来(lai)提(ti)高(gao)接受材料(liao)的(de)记录特性及图像保存性。过去人(ren)们常(chang)在(zai)承印材料(liao)上涂上聚(ju)乙烯(xi)醇树脂(zhi)，不过这(zhei)样处理虽(sui)然清晰度(du)(du)较(jiao)高(gao)，但吸(xi)墨速(su)度(du)(du)慢。为了提(ti)高(gao)其(qi)吸(xi)墨速(su)度(du)(du)，并进一步提(ti)高(gao)其(qi)清晰度(du)(du)，目前(qian)更主流(liu)的(de)做法是(shi)在(zai)树脂(zhi)里添加(jia)填料(liao)二(er)氧化硅（SiO₂）。

目前(qian)，由(you)于(yu)SiO₂具备多(duo)孔的(de)结构(gou)和良好(hao)的(de)白度，它作为(wei)喷墨(mo)打印介(jie)质的(de)涂层内的(de)吸(xi)墨(mo)剂(ji)已获得了市场的(de)广泛认可(ke)，不仅对水性油墨(mo)的(de)吸(xi)附(fu)速(su)度快(kuai)、吸(xi)附(fu)量大，可(ke)提高网(wang)点(dian)直(zhi)径的(de)可(ke)控性和网(wang)点(dian)圆度，同时(shi)还可(ke)降低吸(xi)墨(mo)层的(de)散射系数，提高图像的(de)浓度。

一、二氧化硅(gui)的(de)作用(yong)机理

二氧化硅在吸墨涂层中的应用

彩喷纸结构示意图

上图(tu)是彩喷纸的(de)构造，其(qi)中(zhong)吸(xi)(xi)墨(mo)涂层主(zhu)(zhu)要由吸(xi)(xi)墨(mo)主(zhu)(zhu)剂(ji)(ji)(ji)(ji)和(he)吸(xi)(xi)墨(mo)辅(fu)剂(ji)(ji)(ji)(ji)两部分组成。吸(xi)(xi)墨(mo)主(zhu)(zhu)剂(ji)(ji)(ji)(ji)又可分为无机(ji)类(lei)吸(xi)(xi)墨(mo)主(zhu)(zhu)剂(ji)(ji)(ji)(ji)和(he)有(you)机(ji)类(lei)吸(xi)(xi)墨(mo)主(zhu)(zhu)剂(ji)(ji)(ji)(ji)两类(lei)，其(qi)中(zhong)无机(ji)类(lei)吸(xi)(xi)墨(mo)主(zhu)(zhu)剂(ji)(ji)(ji)(ji)有(you)无定形SiO₂和水合氧化铝(lv)等(deng)。

在吸(xi)墨介质的吸(xi)墨涂层(ceng)中，SiO₂微(wei)粒(li)的(de)内部(bu)(bu)分(fen)子(zi)处(chu)于(yu)力(li)场均衡状态，分(fen)子(zi)合力(li)等于(yu)零(ling)，而表(biao)面(mian)(mian)的(de)分(fen)子(zi)则(ze)处(chu)于(yu)力(li)场不均衡状态，横向合力(li)为(wei)零(ling)，纵(zong)向合力(li)则(ze)呈一垂直于(yu)微(wei)粒(li)表(biao)面(mian)(mian)的(de)力(li)，外(wai)部(bu)(bu)表(biao)面(mian)(mian)上(shang)每个分(fen)子(zi)都受到一个指向微(wei)粒(li)内部(bu)(bu)的(de)力(li)。微(wei)粒(li)收(shou)缩(suo)到最(zui)小面(mian)(mian)积时(shi)达到最(zui)稳定状态，这(zhei)时(shi)表(biao)面(mian)(mian)上(shang)的(de)能(neng)量(liang)称(cheng)为(wei)表(biao)面(mian)(mian)自由能(neng)，就是吸墨涂层中(zhong)SiO₂微粒对墨水吸(xi)附(fu)的动力(li)。

微(wei)粒(li)的表面(mian)积越(yue)大(da)，对(dui)墨(mo)(mo)水的吸附能力也越(yue)强。单个(ge)微(wei)粒(li)吸附的墨(mo)(mo)水仅局限(xian)于微(wei)粒(li)的表面(mian)，若有大(da)量(liang)微(wei)粒(li)，且其浓度足以使微(wei)粒(li)间的距(ju)离缩小到(dao)构成网络，形成一系(xi)列微(wei)孔，则由(you)于毛细管作用，进一步增(zeng)加了(le)吸墨(mo)(mo)容量(liang)。

二氧化硅在吸墨涂层中的应用

二(er)氧化(hua)硅(gui)SEM图

当往含(han)有无定形二氧化硅的涂(tu)层上喷射墨滴(di)时，墨水首先很(hen)快被无定形SiO₂的(de)凝聚粒子的(de)间(jian)隙（微孔）所(suo)吸收(shou)，接着被无定(ding)形SiO₂凝聚粒(li)子自身的细孔所吸收。因(yin)此选用孔隙性合适的SiO₂吸墨(mo)剂产(chan)品，是保证(zheng)产(chan)品质量稳定的前(qian)提。

二、吸墨剂二氧化硅(gui)的选择与使用

SiO₂的选择，其中一个重要指标为孔(kong)隙率的大小(xiao)，孔隙率(lv)越(yue)(yue)大的产品，其吸墨性越(yue)(yue)强(qiang)，孔隙率(lv)的大小(xiao)可通过氮(dan)吸附仪进行(xing)检(jian)测；SiO₂的粒(li)径选择也同(tong)样重要，与油漆(qi)涂(tu)料不同(tong)，作为吸墨涂(tu)层产(chan)品所(suo)使用的SiO₂产品，不(bu)(bu)需要产品粒(li)径越细(xi)(xi)越好(hao)，过细(xi)(xi)的(de)粉体在(zai)涂层(ceng)干燥之后反而容易(yi)出现(xian)掉粉的(de)现(xian)象，其平均粒(li)径不(bu)(bu)能超过涂层(ceng)干膜(mo)厚度，其中的(de)大(da)粒(li)子一般(ban)不(bu)(bu)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(zai)吸(xi)墨涂层的配置过程(cheng)中(zhong)，作(zuo)为吸(xi)墨剂的SiO₂应(ying)使其与(yu)(yu)水(shui)以一(yi)定固含量的比例进行高速(su)(su)分散(san)后，再与(yu)(yu)其他(ta)胶黏剂或浆料低速(su)(su)分散(san)后使用。吸墨效果(guo)不(bu)佳的涂层，可通(tong)过适当加大SiO₂吸墨剂(ji)的(de)(de)(de)比例(li)进(jin)行调整，但添加(jia)量过大时，涂层(ceng)的(de)(de)(de)粘(zhan)(zhan)度(du)增(zeng)大，涂布之后(hou)不能顺利流平，致使干燥(zao)后(hou)涂层(ceng)各向(xiang)吸墨性不一致，产生洇墨现(xian)象，影响打印效(xiao)果(guo)。而且成本(ben)增(zeng)加(jia)的(de)(de)(de)同时，浆(jiang)料(liao)粘(zhan)(zhan)度(du)增(zeng)加(jia)会增(zeng)大干燥(zao)过程的(de)(de)(de)符合从而降低生产能力。

资料来源(yuan)：

喷墨(mo)打印涂(tu)层吸(xi)墨(mo)剂二氧化硅，张忆，樊新(xin)华，裴亚利，操应军。

喷墨打印材料用(yong)吸墨剂的(de)合成及(ji)吸墨性(xing)能的(de)研究，赖(lai)兴强。

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