【研發】鏡面銅版紙油墨附著牢度的研究

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目前市場上用膜轉移方式生產的鏡面銅版紙主要採用苯丙樹脂，雖有高光澤、高平滑度，但塗層孔隙封閉，UV油墨印刷時乾燥慢，容易造成油墨附著不牢問題。本研究主要探討不同顏料與苯丙類膠乳搭配對UV油墨附著牢度的影響。實驗結果證明：沉澱碳酸鈣與苯丙類膠乳搭配生產的鏡面銅版紙，除具有鏡面銅版紙的高光澤、高平滑度的特點外，還具有良好的塗層孔隙和油墨吸收性，用UV油墨印刷時表現出良好的油墨附著牢度。

張菊仙 女士

工程師，鎮江市科技骨幹；

主要從事紙張開發及分析研究工作。

銅版紙作為包裝材料廣泛應用於化妝品、煙、酒等產品的外包裝，包裝材料的高光澤度、高平滑度一直是其重要的技術指標。目前市面上採用鑄塗工藝加工的塗布紙，其表面光澤度只在88°左右，表面平滑度也較低，一般不超過400s。因此業內開始了膜轉移法生產鏡面銅版紙的工藝研究，中國專利申請號201110052525.6就公開了膜轉移生產鏡面銅版紙的工藝,塗層為苯丙樹脂[1]。膜轉移方式生產的鏡面銅版紙塗層較封閉，UV印刷時容易出現油墨附著不牢問題，所以為適應凸版、凹版、膠版、柔版及UV等多種印刷方式，膜轉移鏡面銅版紙的表面油墨附著牢度就成為非常關鍵的技術指標。

油墨附著不牢問題的原因可能有很多：一是墨層假幹現象，主要是因墨層太厚，在UV固化時油墨表層固化，但是底層未完全固化，底層和承印表面的結合力變差，就會導致附著不牢；二是固化後的墨層會變脆，比較易於脫落，即墨層固化過度問題；三是添加劑過量有可能導致油墨過稀，造成固化不良；四是紙張表面張力和油墨的匹配程度，只有當紙張的表面自由能高於油墨的表面自由能時，其被附著才是自發的過程；紙張的表面自由能越高，油墨越容易在其表面附著。理論上講，當表面自由能較低時，可能會發生油墨脫落或UV脫落等不良現象,對於UV印刷來說，通常印刷薄膜等必須達到38mN/m才能和油墨結合牢固[2]。為此在實驗室進行不同顏料和膠黏劑的配方對UV油墨附著牢度的研究探討。

 

1  實驗

1.1實驗原料

實驗主要採用研磨碳酸鈣、沉澱碳酸鈣、高嶺土等顏料,具體顏料特性如表1。

另外，還採用苯丙類膠乳（SA)等配合進行實驗研究。

1.2實驗儀器

高速攪拌器；電子天平；烘箱；全自動BROOKFIELD黏度計；MLC高速塗布機（TAKETSUNA)；實驗室壓光機(KAUNIAINEN FINLAND)；SEM掃描式電子顯微鏡（日本電子)；白度儀SE070（L&W)；75°光澤度儀T480A（Technidyne）；PPS粗糙度儀(MESSMER)；Bekk平滑度儀（TMI）；RI-Ⅲ印刷適性儀(石川島產業機械株式會社）等。

1.3塗料的配製

分別將不同的顏料乳液（GCC、PCC、Clay）在高速攪拌下加入一定量的苯丙類膠黏劑和少量的添加劑協助顏料分散等，加水調整固含在50%左右，並用羧甲基纖維素調整黏度在600mPa.s左右，及用NaOH調整pH值在8.5～9.5之間備用。

1.4紙樣的製備

將配製好的塗料使用MLC高速塗布機塗布，塗布量5g左右，塗在準備的PET薄膜上，並同時轉移至底紙上（模擬膜轉移方式塗布），烘乾後再撕掉薄膜，剩下的底紙紙樣裁切成A4尺寸樣品，製備鏡面銅版紙成品紙樣。

1.5紙樣的物性測試

按照ISO536:2012 紙和紙板-定量的測定，測試定量。

按照ISO2470-1:2016 紙、紙板和紙漿-藍光漫反射因數（ISO亮度）的測定，測試ISO亮度。

按照GB/T12911-1991 紙和紙板-油墨吸收性的測定，測試油墨吸收性。

按照ISO8791-4:2007 紙和紙板-粗糙度/平滑度的測定（空氣洩露法），測試粗糙度。

按照ISO5627:2002 紙和紙板-平滑度的測定（BEKK法），測試平滑度。

按照ISO8254-1:2009 紙和紙板-鏡面光澤度的測定 第1部分：會聚光束75°光澤度，測試光澤度。

將製備好的鏡面銅版紙紙樣按照RI-3適性印刷儀操作步驟印刷UV柔印油墨等，再用3M膠帶粘在印刷完油墨的紙張上，用相同速度和力度撕開膠帶，通過膠帶上粘下的油墨評估UV油墨附著在鏡面銅版紙上的牢度。

 

2  結果與討論

2.1不同顏料配方的鏡面銅版紙表面特性

將製備好的不同顏料配方塗料模擬膜轉移方式製做鏡面銅版紙成品紙樣，使用SEM掃描式電子顯微鏡拍攝鏡面銅版紙表面特性如圖1所示。從圖中可知PCC配方的紙面孔隙最佳，其次是Clay配方，GCC配方的紙面孔隙最封閉。

2.2不同顏料配方的鏡面銅版紙物性

將製備好的不同顏料配方的鏡面銅版紙紙樣，按照ISO或GB標準測試鏡面銅版紙物性，圖2所示為不同顏料配方的鏡面銅版紙的ISO白度及光澤度。從圖2可以看出PCC配方因其PCC本身高白特性，其製做的鏡面銅版紙紙樣白度最高；Clay因其片狀晶形、比表積大、表面反射率高，其製作的鏡面銅版紙紙樣光澤度最高。且圖中也顯示不論用何種顏料和膠黏劑搭配使用膜轉移生產的鏡面銅版紙，其光澤度都能達到90%以上。

不論用何種顏料和膠黏劑搭配使用膜轉移生產的鏡面銅版紙，其平滑度也較高，都能達到1500s以上，遠遠超出鑄塗工藝生產的鏡面銅版紙。其中Clay因其片狀晶形對紙面覆蓋性能最佳，其平滑度也較高，其平滑度比較如圖3所示。

圖4所示為不同顏料配方的鏡面銅版紙的油墨吸收性比較，從圖4可以看出，在相同膠黏劑用量下，PCC配方製作的鏡面銅版紙油墨吸收性最大，說明其紙張孔隙性最好，這和SEM電鏡拍攝的鏡面銅版紙表面特性也相符。這可能和PCC平均粒徑小且粒徑分布很窄，再加上針狀的晶形，能使紙張具有非常均勻的塗層孔隙有關[3]。

膜轉移方式生產的鏡面銅版紙因紙張表面平滑度高，表面自由能低且紙面封閉，UV油墨印刷時乾燥慢且結合力差，造成油墨不牢問題，使用RI-3適性印刷儀評估三組配方的鏡面銅版紙和市場上收集的膜轉移方式生產的鏡面銅版紙對UV柔印油墨附著牢度如圖5所示，膠帶上粘下的油墨越多顏色就越深，說明鏡面銅版紙對UV柔印油墨附著牢度就越差。從圖5可以看出，PCC配方製作的鏡面銅版紙紙樣，膠帶粘下的油墨很少（幾乎沒有），表明PCC配方生產的鏡面銅版紙對UV柔印油墨附著牢度最佳。從前面物性分析表示PCC配方生產的鏡面銅版紙紙面孔隙好、油墨吸收性大，且PCC是化學合成其本身顏料極性大，生產的鏡面銅版紙表面自由能也高，因此印刷時油墨乾燥快且結合力好。

 

3 結論

膜轉移方式生產的鏡面銅版紙光澤度高，紙面平滑度高，遠遠超出鑄塗工藝生產的鏡面銅版紙，但其紙面封閉，UV油墨印刷時乾燥慢且結合力差，容易造成油墨不牢問題。通過本次實驗與分析表明：沉澱碳酸鈣PCC與苯丙類膠乳搭配，使用膜轉移方式生產的鏡面銅版紙，除達到鏡面銅版紙高光澤、高平滑度的要求外，其紙面孔隙較好且油墨吸收性大，UV油墨印刷時油墨附著牢度最佳，解決了UV油墨印刷不牢的問題。