彩色喷涂打印纸涂料用无机硅涂料的研究

彩色喷涂打印纸涂料用无机硅涂料的研究

20世纪90年代初，彩色墨水印染技术进入中国市场。经过10多年的快速发展，它在广告、商务自动化、婚礼摄影（计算机图纸）、黄海效率图、gis（地理信息系统）、控制测绘、印刷样品等领域得到了广泛应用。彩色喷墨打印纸作为喷墨墨粒的1种“受体”,其质量的优劣对其“成像效果”有着不可忽视的作用。而决定彩喷纸质量的技术关键在于纸张的涂敷层(吸墨层)。彩喷纸的涂敷层主要包括颜料、胶粘剂、固色剂、增白剂等成分。胶粘剂的主要作用是将颜料及其他粉质颗粒相互粘接,并将其粘在纸面上,同时也具有保持颜料、填料均匀悬浮状态,提高涂料系统稳定性的作用。根据彩喷纸的性能要求,其涂敷层中的胶粘剂必须符合下列要求:1)粘附力、色泽、透明度好,有一定流动性;2)成膜后具有一定的可塑性、保水性和渗透性;3)必须与涂料中的其他成分有良好的相容性;4)不影响彩喷纸对喷墨的吸收。当前,用于彩喷纸的胶粘剂多为聚乙烯醇(PVA)。PVA亲水性好并能迅速吸收水基墨水,能有效防止打印图像出现毛刺和渗色现象。但是PVA即使加入量很少,黏度却明显增加,从而不利于彩喷纸的涂布加工。本文研制了1种以醋酸乙烯酯为主要单体的聚合物,用以取代涂层浆料中部分PVA。1实验部分1.1乳化剂、缓冲剂及仪器合成单体:醋酸乙烯酯(VAc)、丙烯酸-2-乙基己酯(2-EHA)、甲基丙烯酸(MAA)、功能单体,均为工业级,市售;乳化剂及保护胶体:壬基酚聚氧乙烯醚(OP-10)、聚乙烯醇(PVA17-88),均为工业级,市售;羟乙基纤维素(Cellosize®HECQP-09H),广州市煦和贸易有限公司;助溶剂:丙二醇丁醚,工业级,市售;缓冲剂:醋酸钠,分析纯,广州化学试剂厂;引发剂:过硫酸铵,分析纯,广州化学试剂厂;彩喷原纸:定量为120g/㎡双胶纸。1.2混合单体vac、2-eha、maa、丙二醇丁醚及过硫酸铵水溶液vac的合成采用延迟加料的半连续乳液聚合方法,先把配方中的聚乙烯醇或羟乙基纤维素缓慢投入装有去离子水的反应釜内,边搅拌边升温至90℃左右,充分溶解后,降温至65℃左右,加入OP-10,投入1/10的混合单体(VAc、2-EHA、MAA、功能单体、丙二醇丁醚)及1/3的过硫酸铵水溶液。反应至单体基本无回流,反应温度控制在82℃左右,将其余混合单体分成10批,引发剂溶液分成11批,连续滴入反应釜内,控制每批滴加时间约为20min,至加完最后一批引发剂溶液后,继续在80℃保温1h,降温至40℃,加氨水调pH值5～6,过滤出料。1.3高速分散分散在带有高速分散装置的容器内按配方比例依次加入去离子水、二氧化硅颜料、轻质碳酸钙、固色剂、增白剂等助剂,进行高速分散。然后加入本实验生产的胶粘剂及部分PVA,低速搅拌状态下分散1h,即可用作涂布。1.4乳液体积转化率pH值用精密pH试纸测定;不挥发物含量按GB/T2793—1995标准测试;黏度按GB/T2794—1995标准测试;转化率采用称重法测定,计算方法:单体转化率=(实测固体含量-聚合前固体含量)×乳液总质量/全部单体质量×100%;电解质稳定性以Ca2+稳定性表征乳液电解质稳定性——移取乳液16mL到50mL量筒中,加入4mL5%的CaCl2溶液,搅拌振荡摇匀,静置3d,目测乳液分层状态,以上层清液量及下层沉淀量表示电解质稳定性。2结果与讨论2.1聚醋酸乙烯乳液固相胶结法在彩喷纸的涂敷层中,除了颜料,胶粘剂是涂层浆料中第2重要成分。一般而言,过多的胶粘剂会降低涂层对喷墨墨水的吸收能力和打印颜色质量。因而提高胶粘剂的粘接效率非常重要。由于聚醋酸乙烯酯乳液的亮度高,具有良好的接受油墨性,而且还会增加涂布纸张的挺度,因而适宜于这种喷墨打印纸。但是由于聚醋酸乙烯乳液的韧性、耐候性差,容易开裂,因此,选择玻璃化温度较低的丙烯酸-2-乙基己酯与醋酸乙烯酯共聚,一方面可以降低聚醋酸乙烯的玻璃化温度,降低乳液的最低成膜温度,同时可以提高乳液的粘接强度,增强对粉质颜料的承载力。有选择的加入部分功能单体,其目的是使共聚物交联形成网状结构,以改善聚合物的内聚强度,提高胶粘剂的粘附力。2.2粘合剂的选择及用量为使彩喷纸打印的图像具有较好的防水性,其涂敷层所用的涂料中必须添加1种聚胺类强阳离子聚合物(带有负电荷的喷墨染料和改性后的带有正电荷的阳离子颜料产生静电吸附,因此,喷墨打印干燥后,图像遇到过量的水分也不会将吸附在涂层上的染料带走,从而使打印影像具有高的耐水性)。因此,这就决定了涂料内使用的胶粘剂应该是阳离子或非离子型。本试验选用非离子乳化剂OP-10及非离子性高分子保护胶体为聚合反应的稳定剂系统,考查了保护胶体的种类及用量对胶粘剂性能的影响(见表1)。为方便彩喷纸的涂布加工,并使纸张有高的光泽度和平滑度,对涂料的流变性有特别的要求。流变性主要与涂料中的乳液颗粒大小和分布有关,而颗粒大小和分布又与乳液的聚合反应稳定剂(保护胶体及乳化剂)系统和聚合技术有关。从表1可以看出,选用Cellosine®HECQP-09H为保护胶体合成的乳液要比选用PVA17-88黏度小的多,并且粘接强度高。原因可能是Cellosine®HECQP-09H时,单体在HEC上的接枝效果较好,胶乳颗粒的粒径分布较窄。它可以使涂料不会因PVA存在而使黏度急骤上升,从而使涂料的固含量可以在较大范围内调整。另外,由于高分子保护胶体在乳液粒表面形成吸附保护层,比小分子乳化剂强韧,保护胶体与胶粒联接得更紧密,因此提高了胶粘剂的稳定性。2.3对比合成的粘合剂就目前的喷墨打印技术而言,喷墨干燥主要是依赖吸收作用,喷墨与介质的互相作用是优质打印的关键因素。我们选用国产的1种合成无定形二氧化硅为主体颜料,以市售的几种胶粘剂与本实验合成的胶粘剂作性能对比,结果见表2。从表2可以看出,本实验合成的聚醋酸乙烯酯胶粘剂的综合性能优异。由于该乳液是非常细小的微粒子,因此具有优异的光泽性和展色性;由于粘接强度高,对颜料的固定性好,从而最大限度地降低了对颜料颗粒之间空隙度的影响,使打印的图像具有高清晰度及高色彩密度。3彩喷纸涂敷层用非离子液体培养基(1)为提高聚醋酸乙烯酯的粘接强度,在配方中加入了玻璃化温度较低的丙烯酸-2-乙基己酯及少量功能单体进行共聚,从而最大限度地降低了胶粘剂与颜料的比例。(2)根据彩喷