在黑白印表機已基本在家庭、辦公室普及的今天,彩色商務印表機已成為現在發展的潮流。無論在商務辦公領域還是在家庭里的數字文檔列印,彩色列印越來越受到人們的喜愛,因為色彩是一種作用神速的、強大的和極具吸引力的表達工具,有強烈的視覺衝擊效果。尤其是在商業中,色彩通過強調突出一些重點細節,可更清楚、更有效地傳達相關信息。有研究指出,色彩能為信息傳遞增加40%的讀者,改善人們理解力的幅度達75%,同時對學習能力、興趣的提升也高達75%。
在黑白文檔、圖像輸出過程中,儘管噴墨印表機有許多優點,如自身價格較低,圖像輸出效果較好,但也許多不足之處,如單純的文本列印效果較差,列印耗材使用周期短,成本高。而與噴墨印表機相比,雷射印表機則在文本效果和列印成本方面優勢明顯,特別是在字符精度方面表現突出,列印效果能與工廠印刷媲美;因此,隨著家庭、企業及商務辦公應用的蓬勃發展,黑白型雷射印表機已牢牢壟斷了文檔列印市場,而且呈現出強勁的上升勢頭。黑白型雷射印表機文檔輸出介質主要是紙張,通常對這類紙張沒有特殊的要求,不過要求紙張勻度好、白度較高、紙面要平整,目前用得較多的是電腦列印紙、靜電複印紙,也可以使用普通印刷書寫紙。
相反,在彩色列印領域,彩色噴墨印表機因其自身價格低,而且使用水性油墨,列印過程中不會散發出帶電的有毒細小顆粒,危害人們的身體健康,因此得到廣泛應用。而對彩色雷射印表機來說,儘管其圖像解析度較高,色彩穩定性好,但列印的色密度與逼真度難以與彩色噴墨列印相媲美。因此,在彩色圖像輸出方面,噴墨印表機占有統治式的地位。
彩色噴墨列印技術進入中國市場不過十幾年,但發展迅猛,已在辦公自動化、數碼照相、廣告製作、電腦繪像、CAD效果圖、地理信息系統、遙控測繪、印刷打樣等領域得到廣泛應用。
基於彩色噴墨列印的原理,用於彩色噴墨機的列印紙性能要求高,不能使用普通的噴墨列印紙;相反,彩色雷射列印紙的要求不是很高,只有防水、防潮及耐氣候性等功能要求的彩色雷射列印紙才需要專門製作。
1、彩色商務列印紙的分類
由於列印技術的不斷發展,用於彩色文檔及圖像輸出的印表機種類繁多,根據彩色列印原理,形成全彩色的列印方式大致可分為:噴墨列印、彩色雷射列印、熱升華列印與熱感應列印。相應地,根據彩色列印設備的輸出方式和輸出要求,彩色商務列印紙可細分為彩色噴墨列印紙、彩色雷射列印紙、熱感應列印紙及熱升華列印紙。
1.1、彩色噴墨列印紙
噴墨列印紙的種類很多,但彩色噴墨列印紙與一般紙張不同,彩色噴墨列印紙要有良好的油墨吸收和油墨固著性,既能吸收水性油墨,又能使油墨不向周邊擴散,從而完整地保持原有色彩和清晰度。彩色噴墨列印紙的印刷性能主要決定於其吸墨徐層的結構和功能,不僅要快速均勻地吸收油墨,防止油墨乾燥過程中出現泅色、毛細管現象和透印,而且要保證有良好的印刷質量,色彩還原性、墨點真圓度好,印字濃度高,有較高的色密度和顏色強度,特別是高光澤相紙級的彩色噴墨列印紙,要求列印的圖像清晰,印刷密度高,在色彩的鮮艷度、細部層次和色牢度等方面能達到銀鹽相片的水平。
彩色噴墨列印紙可以分為普通彩色噴墨打紙、亞光塗布彩色噴墨列印紙及光澤徐布彩色噴墨列印紙,其中光澤塗布彩色噴墨列印紙的性能最好,價格也是最高的,擁有較高的光澤,紙的白度高,有良好的吸墨性,承印的圖像層次清晰、色彩飽和,色彩表現力強,近似照片級的圖像效果,但其吸收液體的速度和耐水性有所降低,是最高檔次的噴墨列印紙,廣泛用於商業領域中。
1.2、彩色雷射列印紙
彩色雷射印表機是低成本、高效率的優質彩色列印輸出設備。但與彩色噴墨印表機相比,彩色雷射印表機的圖像列印效果並不是非常出色,表現在畫面整體色彩飽和度偏暗、過渡層次較少,比較接近印刷品而非銀鹽照片級的影像效果。而且傳統的彩色雷射印表機輸出稿的列印面上總要附著一層矽油,整個畫面的反光強烈。
彩色雷射印表機的成像原理和黑白雷射印表機相似,都是利用雷射掃描,在硒鼓上形成電荷潛影,然後吸附墨粉,再將墨粉轉印到列印紙上,只不過黑白雷射印表機只有一種黑色墨粉,而彩色雷射印表機要使用黃、紅、青、黑四種顏色的墨粉。基於此,彩色雷射列印紙性能要求不是很高,只要有高白度,紙面平整,兩面差較小,對列印設備損耗較少即可。但是如果要用於製作高檔效果圖、標書、精美宣傳畫冊以及某些防水、防潮的特殊用途,則應對原紙進行加工處理,以獲得良好的彩色列印效果以及相應的功能。
1.3、彩色熱感應列印紙與熱升華列印紙
熱感應列印是使用經過特殊處理的熱感應專用列印紙,是一種融合了銀鹽照相和感熱記錄的先進技術。列印過程無需色帶和墨水,列印紙自身內部含黃(y)、洋紅(M)、青(C)染料層,當列印紙接受列印頭的熱能和紫外定影燈照射時,顏色即釋放出來。
熱升華列印也是利用熱感應技術,其原理就是將彩色染料通過某種手段「搬」到列印介質上,形成絢麗的圖像。染料熱升華轉移列印採用專用紙輸出,輸出效果細膩精美,畫質可與銀鹽照片媲美。雖然熱升華列印照片效果很好,但由於其列印速度較慢,對列印紙要求較高,列印成本也非常高,難以在商務領域得到普及。
2、彩色噴墨列印紙的研究
調查數據顯示,近幾年來,隨著彩色噴墨列印紙加工製造技術的進步,彩色噴墨紙的承印質量越來越高,而且價格也不斷下降,使得彩色噴墨列印技術成為商務辦公及家庭文檔和圖像輸出的主要方式,占去彩色商務列印市場的70%,而且以超過40%的增長率持續增長。彩色噴墨列印紙的質量主要決定於其吸墨徐層的性能,尤其是相紙級彩色噴墨列印紙,要求列印出來的畫面在彩色的鮮艷度、飽和度、細部層次、清晰度?彩色還原和色牢度都能達到彩色相紙的水平。彩色噴墨列印紙要達到高質量的圖像效果,其塗層要具有以下特性:能夠均勻快速地吸收墨水,不發生滲色、蹭髒,不透印;墨點真圓度高、邊緣銳利,網點濃度高,圖像解析度高;色彩牢度好,圖像和文字要有好的耐水性、耐光性、耐摩擦性及保存性;色彩還原性好,飽和度高,有較高的顏色密度和顏色強度。
2.1、國內外彩色噴墨列印紙的研究現狀
國外對彩色噴墨列印紙的研究開始得比較早,相關的報導和專利都比較多。研究內容主要集中在噴墨列印紙徐料、徐布工藝、徐料組成和列印圖像等方面。例如,對彩色噴墨列印紙研究得較深入有Hyun-Kook,Margaret等人,他們研究認為(1)常規塗布顏料替代一部分鋁土和二氧化矽以降低生產成本;(2)氣相二氧化矽對徐層結構和列印性質量的影響;(3)二氧化矽和氧化鋁對徐層結構和列印質最的影響;(4)顏料的化學性能和粒徑對徐層結構的影響以及徐層結構對列印質量的影響等。
(5)金屬氧化物在光澤噴墨列印紙塗料中的研究。此外,還有RichY.R.等人研究了陽離子添加劑的加入對徐料性能有較大影響,增加了塗料的粘度、屈服應力和彈性模量。CawthorneJ.等人作了改性瓷土和二氧化矽混用生產無光噴墨列印紙的研究。BoylanJ.R.研究了聚乙烯醇作噴墨列印紙膠粘劑的研究。JopsonR.N.研究了膠粘劑改性及其在刮刀塗布生產噴墨列印紙中的應用。A.Hladnik採用自己開發的列印測試表格衡量列印圖像質量,利用主要組分分析法(PCA)作了噴墨列印紙質量評價的研究。JonckherreeE.和Mabire作了提高無光澤和高光噴墨列印紙耐水性等方面的研究;KatriVikman作了塗布噴墨列印紙耐牢性能的研究;HenryWilhelm對噴墨列印彩色照片和傳統沖洗的彩色照片的耐光性能進行了探討等。
然而,國內是近幾年才專注於塗布噴墨列印紙的研究。目前,國內從事彩色噴墨列印紙研究的主要機構主要有湖南造紙研究所、華南理工大學、山東輕工業學院、西北科技大學、南京林業大學和天津遠大材料有限公司等。研究內容主要包括彩色噴墨列印紙的分析、徐層性能、塗料組成和專用化學品等方面。大多集中介紹二氧化矽塗布顏料、塗布化學品的應用等方面,而開展的實驗研究則比較少。已有的研究包括:對高光澤彩色噴墨列印紙徐層結構及紙頁性能的研究,對噴墨列印紙塗層的研究,以及北京製漿造紙研究院和湖南造紙研究所對彩色噴墨列印紙的開發研究等。
2.2、彩色噴墨列印紙塗料研究
研究表明,塗層微觀及宏觀孔隙結構對彩色噴墨紙的列印質量有很大的影響,因為油墨組成中大部分是水(2%-5%的染料或顏料,2%-5%的表面活性劑和添加劑,30%保濕劑,65%的水),塗層為了固著油墨,必須快速吸水,並防止水滲入紙基,以免影響列印質量。在傳統的高嶺土、碳酸鈣及二氧化欽等塗布顏料中,利於液體吸收的孔隙(。.2-0.4um)有效體積分數較小以及利於液體流動(0.OZ-0.04um)的孔隙直徑較窄,不適宜大量用作彩色噴墨列印紙塗布顏料。而由於矽、鋁的氧化物的吸油量大(20。克氧化矽吸油量達200-350克)、BET比表面積大(250-600m2/g),且能形成類似于海綿狀的高孔隙率網狀結構,當油墨接觸含矽的徐層時,多孔狀的徐層快速吸收油墨溶劑,而染料和著色劑則固著在塗層表面,呈現出良好的光學印刷密度,所以比較適合用作噴墨列印紙塗布顏料。
根據塗層吸墨機理,彩色噴墨列印紙的吸墨塗層可以分為膨潤型和空隙型,或者是樹脂類和顏料類。膨潤型吸墨塗層主要由一些能夠吸水膨脹的高分子組成,如明膠、聚乙烯醇、聚乙烯毗咯烷酮、PT-丙基纖維素等組成,承接油墨後,樹脂發生輕度膨脹,粘住墨液,吸收油墨,但油墨乾燥速度慢,抗水性差;而空隙型吸墨塗層則是由具有微孔性結構的顏料或能形成多孔性結構的材料構成,如無定形氧化矽、氧化鋁等,形成內部孔隙結構,實現對墨滴的快速吸收和顏色固著作用,油墨乾燥速度快,抗水性好。
氧化矽是目前應用最廣泛的空隙型吸墨塗層顏料。氧化矽顏料的吸墨性強,亮度大,不透明性高,比容積大,油、水吸收性好。多孔狀的氧化矽顏料可分為膠體(納米)矽、煙法矽、沉澱矽及凝膠矽或矽膠。表1總結了各種氧化矽顏料的物理特性。膠體矽在水中是非孔狀的穩定性分散,這些粒子是由密集相矽元素組成,大小在1Onm1至100nm之間?顏料中的多孔性主要來源於膠體矽粒子的堆集,表面積由球形粒子外部表面積構成,因此與粒子直徑有關。
由於聚合或聚集,形成連續的、剛性的和多孔狀的三維網狀結構類似於傳統徐料,用作彩色噴墨列印紙塗料的粘合劑種類也有很多,常見的有聚乙烯醇(PVA)、聚醋酸乙烯醋(PVAC)、乾酪素、大豆聚合物、梭甲基纖維素(CMC)、竣基丁苯膠乳、改性澱粉等。與乳膠及天然膠粘劑相比,PVA的勃結強度最大,況且PVA有很好的成膜性能,因為它是水溶性的合成膠乳,所以能根據需要調控PVA的性能,例如,儘管PVA是親水性的,但也能製成疏水的PVAoPVA能在室溫下形成易變形的膜,且膜的耐磨性較好。此外,PVA的相容性好,能與其它水狀膠體、膠粘劑、顏料及輔料共混,不影響其它物質的性能。
為了保證圖像色彩有一定的牢度,特別是彩噴圖像遇水再乾燥後不會發生圖像變模糊或色彩擴散現象,通常在塗料中加入陽離子電荷的聚合物固色劑。之所以使用的是陽離子固色劑,這是因為彩色噴墨列印紙所使用的油墨通常是由陰離子染料、水和其它特殊助劑諸如潤濕劑等組成。當陰離子染料接觸到徐層中的陽離子聚合物時,就會生成不溶於水的絡合物,從而將油墨固定在徐層顏料顆粒的表面,防止了墨水的滲透和擴散,同時也提高了列印圖像的色彩密度。在配置塗料時,同時將幾種固色劑混合使用有利於色彩表現真實。
通常使用陽離子固色劑有聚乙烯亞胺、Poly-DADMAC或聚乙烯胺,在徐料中的用量為113份。陽離子把陰離子染料分子吸引到非常高比表面積的二氧化矽顏料上,並在這裡被截留,阻止了染料分子橫向移動。這種橫向移動會引起印刷圖像的滲化,或者減少光學密度,加速紙的透印。有研究表明,陽離子染料固色劑同樣也能提高耐水性。
2.3、彩色噴墨紙塗層結構特點
塗層結構決定著徐層的性能,進而決定著徐布紙的性能指標。彩色噴墨列印紙是一類有特殊功能的徐布紙,既具有常規塗布紙的性能又有較大的差別,最突出的特點是吸收性能較好和光澤度高。彩色噴墨列印紙的徐層結構包括外孔隙結構和龜裂結構兩種。
外孔隙結構就是在塗層表面能看到均勻分布的小孔或凹坑存在,表面具有與內部相一致的孔隙結構,包括表面封閉和開放兩種形式,塗層的孔隙包括顏料間孔隙和顏料內孔隙。這種徐層結構在掃描電鏡下(SEM)。
龜裂結構因塗層結構表面具有類似龜殼表面圖案的裂紋結構而得名,形成這種結構的原因可能有兩個:一是通過膠粘劑改性來控制它的分子量和表面電荷,從而影響其表面張力,使得它在乾燥過程中發生微龜裂。二是將塗層在低於所添加的聚合物的玻璃轉化溫度(Tg)下乾燥,聚合物由於表面張力的作用發生破裂不能形成完整的膜,形成的溝紋就是這種類似龜殼的裂紋結構。
2.4、彩色噴墨列印紙的質量要求
彩色噴墨列印紙是一種新型記錄紙,因為發展快,還沒有統一的質量標準。但是,根據其實際使用情況,油墨吸收性、光澤度、墨滴點圓性、接觸角、列印色密度等是空隙型彩色噴墨列印紙最重要的指標,分別決定著油墨的乾燥速度、圖像的明亮度、列印解析度和圖像的色彩強度,共同影響著圖像的列印效果。色密度是衡量列印圖像質量的一個重要性能參數,影響著列印圖像最終的視覺效果、色域和色彩逼真度,它不僅與紙頁接觸角、墨滴點圓性和表面吸收性能有關,還與著色劑在紙頁表面留著有關。
因此,可以看出,彩色噴墨列印紙性能指標是相互影響,在生產中必須綜合考慮各項性能指標,才能獲得質量較好的彩色噴墨列印紙。
3、彩色商務列印紙的發展前景
前幾年,國內市場上的彩色噴墨列印紙還是以進口為主,但現在,由於國內一些廠家在引進、消化、吸收國外彩色噴墨列印紙生產技術的基礎上,都先後致力於研製開發彩色噴墨列印紙,其生產的彩色噴墨列印紙不僅價格較低,比進口的同類產品低20%-50%,而質量則可以與進口產品媲美,在國內市場上占據相當的市場份額。因此,國產彩色噴墨列印紙具有很強的市場競爭力。
據行業統計顯示,在2000年,中國彩色噴墨列印紙年消耗量不到1.5萬噸,但到2005年,彩色噴墨列印紙的產量超過8萬噸,年增長幅度達40%。這是由於彩噴設備的旺銷推動了彩色噴墨列印紙的快速發展。
同樣,彩色雷射印表機的發展也促進了彩色雷射列印紙需求量不斷增加。在過去,由於彩色雷射印表機的價格很高,其在商務領域難以得到普及。自去年開始,由於彩色雷射印表機價格走平民化路線,使得彩色雷射列印成為企業辦公領域的新寵,因為其在列印品質和列印成本方面要比噴墨印表機更勝一籌。為了獲得理想的效果,噴墨印表機要求使用價格不菲的特殊列印紙,列印成本高昂,但彩色雷射列印即使在普通紙張上也能打出質量優異的圖像,耗材使用成本要低得多。因此,據資料介紹,今年以來,彩色雷射印表機的市場需求呈現爆發性地增長,增幅超過110%,因此也促使彩色雷射列印紙的市場需求量不斷加大。近期,日本開發了多種功能性的彩色雷射列印紙,如耐光性及耐水性的彩色雷射列印紙,擴大了彩色列印紙的應用範圍。這種耐水性的雷射列印紙,是經過特殊的徐層,光澤度和白度有所升高,同時印刷質量也更加卓越,有超群的畫像再現性。