无光和亚光涂布纸及其发展趋势_王玉珑

但由于微细或超细颜 料压光后对涂 布纸表面的 光泽度贡献非常大, 此方法的涂层表面 经压光后纸 页光泽度迅速提高的趋势仍然 存在, 因 而这种方法 生产的无光和亚光涂布纸极易 产生划痕, 例如在产 品搬运、包装及使用过程中偶然的局部 用力或折皱 都会令纸面产生光泽度不均的 现象, 也 将严重影响 印刷质量。 412 粗颜料压光法
但仅有低的纸页光泽度还不够, 还要求纸面印刷 后具有高的印刷光泽度和良好的印刷质量。印刷品的 质量主要体现在油墨的光学性质上, 即油墨在纸张表 面成膜干燥后, 膜层的状态、品质及相 应的感观效 果, 主要包括膜层光泽( 印刷光泽) 、膜层透明性及膜 层色彩特征等。决定膜层光学性质的根本因素也是膜 层对照射在其表面的光线的反射、散射和吸收能力。 其中, 膜层镜面反射光量反映了膜层的光泽( 印刷光 泽) 。
对于无光和亚光涂布纸, 既要求纸张表面具有一 定的粗糙度, 能大量的散射而不是反射入射光, 从而 使纸面具有较低的光泽度, 又要求纸面经印刷后, 不 会因为粗糙度过高和空隙率过大而损害膜层光泽度及
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印刷质量, 即要使其达到一定的平衡状态。 3 无光和亚光涂布纸的涂层结构及性能 311 涂层结构
近来, 有人提出了一种新的生产无光和亚光涂布 纸的新理论及新方法[ 10] 。首先在原纸表面进行底涂, 使之获得具有相当平滑度和一定空隙率的底涂表面, 然后使用特定涂料进行一次非常微量的面涂, 这层面 涂控制涂层表面粗糙度在 1 Lm 以下, 此粗糙度可使 得纸页度光泽度( 75b) 在 30% 以内, 并可获得很高的 印刷光泽度和优良的印刷质量。但是要获得这样的底 涂表面及控制面涂粗糙度在 1 Lm 以下是很 困难的, 目前这种方法仍处于研究阶段。
假设涂布纸表面存在两种影响光泽度( 纸页光泽 度和 印刷 光 泽度) 的 粗糙 度 ) ) ) 宏 观 粗 糙度 ( macro roughness) 和微 观粗糙度 ( micro roughness) , 原 纸的纤 维排布状况和匀度决定宏观粗糙度, 而微观粗糙度主 要取决于涂层表面颜料粒子的形状、尺寸大小、取向 及胶粘剂分布状况等。无光和亚光涂布纸必须既有宏 观粗糙度又有微观粗糙度, 这两种粗糙度的有机结合 对于无光和亚光纸非常重要。图 2 显示了颜料涂布纸 理想的涂层结构及其他几种涂层结构[ 7- 8] 。
[ 2] Wygant R W1Mult-i pigment formulations contribut e to the rise of matte LWC[ J] 1Solutions, 2003, 86( 5) : 45
光泽度/ % 1~ 20 20~ 40 40~ 55 > 55
2 无光和亚光涂布纸的消光原理
211 纸张表面的光学现象 无光和亚光涂布纸反映在印刷质量的重要指标是
纸页光泽度和印刷光泽度[ 3-5] , 两者差值越大, 就越 适合人们阅读, 低的纸页光泽度不会带来强烈的炫光 作用。
如何从理论上得到无光和亚光涂布纸, 首先要了 解光线在纸张表面发生的光学现象[ 6] , 图 1 为光照在 纸张表面发生的光学现象示意图。当一平行光束照射
4 无光和亚光涂布纸生产方法及特点
411 微细或超细颜料粒子不压光或轻压光法 该技术可形成微观平滑, 宏观粗糙的涂层表面,
颜料粒子在涂层表面排列散乱, 有序性较差, 对光的 散射大大提高, 纸页光泽度明显降低, 可以达到无光 和亚光涂布纸要求的纸页光泽度。且由于涂料采用微 细或超细颜料粒子, 印刷磨损小, 印刷后墨膜可以均 匀覆盖涂层表面的粗糙度, 对油墨成膜性、膜层光泽 影响不大, 印刷光泽度高, 印刷质较好。
5 中国造纸6 2005 年第 24 卷第 9 期
图 1 光照在纸张表面发生的光学现象
收稿日期: 2004-11-17
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综述
到纸张表面时, 首先一部分光发生镜面反射( Specular Reflection) ; 除 镜面反 射外, 一部分 入射 光在纤 维、 填料、空气、涂料形成的若干界面上, 由于界面间物 质折射率的差异而发生散射( Scattering ) ; 另外, 还有 一部分光通过纸张与空气间的界面进入纸张内部, 并 在其界面上发生折射; 进入纸张内部的光一部分被吸 收, 如纸张选择性吸收使纸张呈现出颜色。另一部分 进入纸张内部的光在纸张内部也会发生散射, 散射后 的光一部分回到入射面而射出纸面, 称为扩散反射光 ( Diffuse Reflection) ; 另一部分从纸的另一面射出, 称 为扩散透射光, 不可忽视的是还有极少量的镜面透射 光, 即无散射透过纸张的光。 212 消光原理
然而这种颜料搭配系统对粗细颜料两组分的比例 要求比较苛刻, 容易对无光和亚光涂布纸质量带来不 良影响, 尤其在颜料生产质量不稳定、粒度分布不易 控制的情况下更为明显。粗大粒子过量, 粗粒子间的 空隙不能被细粒子充分填充, 造成纸页高的印刷磨损 和低的印刷光泽度; 粗粒子用量不足又会使细粒子受 到压光而造成纸页光泽度过高。 414 控制面涂粗糙度法
图 5 纸页光泽度与印刷磨损的关系
综述
该法可以形成宏观平滑、微观粗糙的涂层表面, 粗大粒子的使用打破了压光后涂层表面粒子排列的有 序性, 也可以获得比较低的纸页光泽度, 并且不会因 为局部用力而带来划痕。但是, 颜料本身的粗糙性却 会引起印刷光泽度降低及印刷摩损升高等问题, 降低 了印刷质量和印刷适性。 413 粗细颜料搭配法
纸页光泽度取决于纸张表面粗糙( 原纸和涂层) 状 况, 纸张表面越粗糙, 光散射性越强, 纸页光泽度越 低。而印刷光泽度和印刷品质量( 色彩、立体感等) 取 决于纸张表面粗糙状况和空隙率大小( 或表面孔径分 布状况) 。这主要是因为纸页粗糙度可以映射到膜层 表面, 如果表面粗糙度大于或等于膜层厚度, 则会引 起油墨密度不均; 而空隙率通过控制油墨在涂层表面 的固着和固着速率影响印刷光泽和印刷质量。
淡、立体感差等。
近来, 无光和亚光涂布纸[ 2] 以其在较低的纸页光
泽度下, 可以获得较高的印刷光泽度和优良的印刷质
量, 且光照时不炫光, 越来越受到人们的青睐。本文
就无光和亚光涂布纸的消光原理、涂层结构、生产方
法及其在国内外的发展状况进行了综述。
表 1 以光泽度( 75b) 分类涂布纸
涂布纸分类
无光纸( matt e paper) 亚光纸( dull paper) 中等光泽纸( mid-gloss paper) 高光泽纸( enamel paper)
品色彩鲜艳饱满, 画面立体感强。然而 铜版纸过高
的纸页光 泽度在光 照射时会 产生强烈 的炫光作 用,
常会导致人们的阅读质量下降, 使人容易感到疲劳,
因此, 印刷出版物往往倾向于采用低光泽度的纸张。
而很多低光泽度纸张( 如非涂布纸等) 虽然不存在炫
光作用, 但其粗糙的纸张表面也给印刷 质量带来严
重影响, 如墨层粉化、墨膜无光 泽, 印 刷品色彩黯
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综述
415 胶粘剂起皱法 国外有人合成了一种专门的胶粘剂[ 11] 用于无光
和亚光涂布纸的生产, 利用胶粘剂在干燥过程中的起 皱而达到消光的目的, 但效果不是很理想。
5 无光和亚光涂布纸的发展状况及趋势
目前, 西欧的无光和亚光涂布纸产量[ 12] 约占涂 布纸市场的 50% , 美国的 无光涂布纸也占据涂布印 刷纸产量的 20% ; 并且在北 美市场上, 这种趋势还 在继续增长, 无光和亚光涂布纸已经成为涂布纸市场 上的重要组成部分。为了进一步提高无光和亚光涂布 纸质量, 国外的研究正在不断深入, 如探索新的生产 方法、开发新 型无光和亚光涂布纸专用 颜料[ 13-14] 及 胶粘剂等。
无光和亚光涂布纸生产必须使粗糙度、纸页光泽 度、印刷光泽度及印刷磨损达到一定的平衡。为了解 决前两种方法存在的弊端, 现在大多采用粗细颜料搭 配的方法, 希望通过粗细颜料粒子的结合而产生合适 的涂层结构, 图 7 显示了这种涂层结构。
图 6 纸页光泽度与白度的关系
从图 3~ 图 6 可见, 随着纸页光泽度升高, PPS 粗糙度迅速下降, 涂布纸表面越来越平滑, 印刷光泽 度随着纸页光泽度的升高而上升, 而印刷磨损( 印刷 磨损是指印刷过程中纸张或油墨对印版的磨损程度) 相应地呈现下降趋势, 白度与纸张光泽度没有明显的 联系。
光泽度作为纸张表面的特性, 取决于纸张表面的 镜面反射能力。理论上把光泽度定义为纸面镜面反射 光与完全镜面反射光能力的接近程度。对于镜面, 照 射( 到) 其上面的光几乎全部在镜面方向反射, 如铸涂 纸, 其纸页表面非常平滑, 几乎接近于镜面。反之, 对于完全扩散即/ 无光泽表面0, 则在任何角度方向反 射都一样, 向各方向反射一致, 如毛玻璃、无光陶瓷 面、隐形飞机等。因此, 要想获得理想的无光和亚光 涂布纸, 应当使 纸张表面具有尽可能高 的光散射系 数, 从而获得尽可能低的纸页光泽度。
图 2 粗糙度与纸页光泽度的关系
312 纸页光泽度与纸张性能的关系 图 3~ 图 6 为国外常用商业无光和亚光涂布纸纸
页光泽度( 75b) 与纸张性能之间的关系[ 9] 。
图 3 纸页光泽度与 PPS 粗糙度的关系
图 4 纸页光泽度与印刷光泽度的关系 China Pulp & Pap er Vol124 , No19 , 2005
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图 7 粗细颜料搭配涂层结构
如图 7 所示, 粗大、块状颜料粒子形成的刚性涂 层既降低了纸页光泽度又能够承受一定程度的压光。 微细( 超细) 颜料粒子填充在这些粗大粒子中间, 压光 过程中, 粗粒子的存在使细粒子免受过度压光而导致 光泽度迅速上升。这样既降低了宏观粗糙度又不会产 生过度的微观平滑, 还可以避免划痕的产生, 因此得 到广泛应用。
1 无光和亚光涂布纸定义
目前, 对无光和亚光涂布纸还没有严格的定义, 在欧洲和北美 主要是根据光泽 度( 75b) 划分 的( 见表 1) 。同时衡量无光和亚光涂布纸最重要的标准就是要 有较高的光泽度差( delta gloss 或 snap) , 即要有较高 的印刷光泽度与纸页光泽度的差值。无光和亚光涂布 纸的光泽度差一般都在 20~ 30 个单位之间, 甚至可 以达到 45 个单位。