Тестирование бумаги для струйной печати

Влияние степени омыления и других свойств поливинилового спирта на свойства бумаги для струйной печати

И.О.Говязин, научный сотрудник НИИ Гознака	О.С.Мартьянова, аспирант Московского государственного университета леса

В научно-исследовательских публикациях в журнале КомпьюАрт не только рассказывается об исследованиях в полиграфической отрасли, но и представляются люди, которые их проводят. Ведь когда выходит ваша статья в глянцевом отраслевом журнале на мелованной бумаге, сразу появляются свежие силы, а может быть, и новые идеи для дальнейшей кропотливой научной работы.

Струйная печать (ink jet) является в настоящее время наиболее перспективной и быстро развивающейся технологией. Она применяется для качественной цветной печати в домашних условиях и в офисе (фотографии, цветные изображения и др.). Кроме того, струйная печать широко используется в производстве — в широкоформатных плоттерах для печати плакатов и наружной рекламы, цифровых печатных машинах, цветопробах и т.д. Качество струйной печати зависит от многих параметров: категории и технических характеристик выбранного печатного оборудования, а также бумаги.

Бумага для струйной печати — высокотехнологичный продукт, свойства которого определяют качество изображения. Условно бумагу для струйной печати можно разделить на два класса: без покрытия и с покрытием. Бумага с покрытием, в свою очередь, различается по степени глянца — от матовой до высокоглянцевой. Степень глянца зависит от состава покрытия, характеристики основы и обработки бумаги [1, 2].

Для улучшения поверхностных свойств бумаги широко используется поливиниловый спирт (далее ПВС). Он повышает прочность поверхности бумаги, ее гладкость, лоск, оптические и барьерные свойства. Это позволяет применять ПВС при изготовлении печатных видов бумаги, в том числе для струйной печати. Известно, что ПВС находит применение в по­кровном слое бумаги для струйной печати, так как обеспечивает хорошее качество и высокую светостойкость изображения, быстрое впитывание и высыхание водных чернил, а также пониженное коробление бумаги. Кроме того, ПВС обладает хорошими пленкообразующими свойствами и совмещается со многими пигментами, хорошо зарекомендовавшими себя в покрытиях бумаги для струйной печати [3-5].

В зависимости от молекулярной массы и длины цепи макромолекулы ПВС образует низко- и высоковязкие растворы. Не существует четкой классификации ПВС по степени омыления ацетатных групп (далее — степень омыления), однако считают, что при степени омыления не более 97% ПВС является частично омыленным, а при большей степени омыления — полностью омыленным. Кроме того, известно, что в молекуле ПВС могут содержаться в качестве заместителей карбоксильные и другие группы [6].

Целью исследования явилось изучение влияния степени омыления и других свойств ПВС на свойства бумаги для струйной печати.

Для проведения исследования ото­брали марки ПВС зарубежных производителей, различающиеся по степени омыления и другим свойствам. Отбор проводился на основе случайной выборки. Основные технические характеристики ПВС приведены в табл. 1.

Покрытия ПВС наносили на поверхность бумаги (масса— 89 г/м², поверхностная впитываемость воды— 70 Кобб 30, г/м², воздухопроницаемость по Бендтсену — 15 мл/мин) с помощью автоматического ракельного устройства (модель К202, RK Print Coat Instruments Ltd, Велико­британия) ракелем № 2 при скорости перемещения ракеля
7,2 м/мин. Образцы бумаги с покрытием сушили в два этапа: сначала — на воздухе, до исчезновения мокрого блеска, а затем — в течение 90 с в контактной сушке при температуре 125 °С.

Печатные свойства полученных образцов бумаги с покрытием оценивали с помощью тест-объекта (рис. 1), по разности показателей оптической плотности цветных плашек, а также по изменению краевого угла смачивания.

Таблица 1. Основные технические характеристики ПВС

*Модифицированный ПВС, не менее 7,0% карбоксильных групп.

**4%-го раствора при T = 25 °C.

Рис. 1. Тест-объект для контроля свойств бумаги для струйной печати, состоящий из следующих тестовых изображений: а — показывает качество воспроизведения на бумаге негативных и позитивных точечных элементов с линейным размером сторон от 0,1 до 1,0 мм; б — позволяет оценить граничную четкость за счет отклонения от заданного значения толщины позитивных и негативных колец

Тест-объект анализировали с помощью лупы с 10-кратным увеличением, системы получения и обработки изображений Video Scope (ООО «Регула», Белоруссия) и программы подсчета черных и белых пикселов.

Оптическую плотность измеряли денситометром Gretag D19C (GretagMacbeth, Швейцария) на черных и цветных плашках 30Ѕ15 мм со следующими цветовыми характеристиками:

• черный — 100% С, 100% М, 100% Y, 100% K;
• красный — 100% М, 100% Y;
• синий — 100% С, 100% М;
• желтый — 100% Y.

Печать тест-объекта и плашек выполняли на струйном принтере Canon iP4500 в режиме высокого качества при следующих условиях окружающей среды: температура — 25 °С, относительная влажность — 60%.

Результаты испытания тест-объекта представлены в табл. 2.

Таблица 2. Результаты испытания свойств бумаги с помощью тест-объекта

Анализ тестового изображения А показывает, что точечные элементы размером менее 0,5 мм воспроизводятся только на образцах бумаги с покрытием на основе модифицированных ПВС (AP-17, AT-17, AF-17) и частично омыленных ПВС (BP-08, BP-14, MW-1579). На образцах бумаги с покрытием на основе полностью омыленных ПВС точечные элементы размером до 1,0 мм включительно не воспроизводятся (ВF-08, BF-14, BF-24, MW-1599).

В тестовом изображении Б за 100% приняли результаты измерения образца бумаги с покрытием на основе модифицированного ПВС АР-17. Как видно из табл. 2, наименьшее отклонение по толщине (не более ±8%) показывают образцы бумаги с покрытием на основе частично омыленных ПВС. Для полностью омыленных ПВС отклонение по толщине в некоторых случаях достигает ±80 % и более.

Результаты запечатывания тестовых изображений А и Б позволяют сделать вывод, что в ряду ПВС с одинаковой степенью омыления (BF-08, BF-14, BF-24) качество печати ухудшается с повышением вязкости 4%-го раствора, то есть с ростом молекулярной массы ПВС. Кроме того, при одних и тех же условиях (степень омыления, вязкость 4%-го раствора) наилучшее качество печати показывают образцы бумаги с покрытием на основе модифицированных ПВС, содержащих не менее 7% карбоксильных групп.

Рис. 2. Зависимость оптической плотности от степени омыления ПВС

На рис. 2 показаны результаты измерения оптической плотности черных и цветных плашек на образцах бумаги с покрытием ПВС с разной степенью омыления. Марки ПВС расположены на оси абсцисс в порядке увеличения их степени омыления. Из анализа рис. 2 видно, что покрытия на основе частично омыленных ПВС показывают на черных и цветных плашках более близкие по величине значения оптических плотностей, что можно объяснить лучшим восприятием ими чернил струйной печати. Это косвенно подтверждается рис. 3, на котором показаны изображения струйного принтера (Canon iP4500), выполненные на образцах бумаги с покрытием на основе полностью (а) и частично (б) омыленного ПВС.

ab

Рис. 3. Влияние степени омыления ПВС на качество изображения: а — полностью; б — частично

Динамика изменения краевых углов смачивания на поверхности образцов бумаги с покрытием по­зволяет оценить их способность воспринимать водные чернила струйного принтера (смачивание, растекание).

Из рис. 4 видно, что вода лучше смачивает и растекается по поверхности образцов бумаги с покрытием на основе модифицированных и частично омыленных ПВС. При этом модифицированные ПВС показывают в нулевой точке в основном более низкие значения краевых углов смачивания, чем немодифицированные ПВС, что, вероятно, можно объяснить влиянием карбоксильных групп.

Рис. 4. Изменение краевого угла смачивания во времени для бумаги с покрытием ПВС

Результаты проведенных исследований и испытаний, представленные в табл. 1-2 и на рис. 1-4, позволяют сделать следующие выводы:

• покрытия на основе ПВС с одинаковой степенью омыления показывают ухудшение качества печати с увеличением молекулярной массы и соответственно вязкости 4%-го раствора ПВС;
• при одних и тех же условиях (степень омыления, вязкость 4%-го раствора ПВС) наилучшее качество печати показывают образцы бумаги с покрытием на основе модифицированных ПВС, содержащих не менее 7% карбоксильных групп;
• измерение оптической плотности и динамика изменения краевых углов смачивания позволяют сделать вывод, что покрытия на основе частично омыленных ПВС (степень омыления менее 97%) характеризуются лучшим смачиванием и восприятием чернил струйной печати, чем покрытия с полностью омыленными ПВС;
• в покрытии бумаги для струйной печати целесообразно использовать модифицированные (не менее 7% карбоксильных групп) и немодифицированные ПВС со степенью омыления 79-90%.

Список литературы

1. Достоверная бумага, или Постоянство для цветопробы//Курсив. 2007. № 6 С. 36-37. (www.kursiv.ru).

2. Булгаков П. Насыщение! Струйная печать сегодня // Домашний компьютер. 2005. № 10.

3. Пат. JP1045896 (A), Япония, D21 H 1/34, D21 H 1/32. Покровный агент для бумаги; заявитель KURARAY CO LTD, № 19870200600 19870810, опубл. 20.02.89.

4. Патент 2862668 A1 Франция, 7D 21H 19/76. Неслоистая бумага для высококачественной струйной печати [Текст]/И.П. Николаева, З.П. Войтецкая; Заявитель Honnorat Andre; патентообладатель Honnorat Recherches & Services. № 200313700; Заявл. 24.11.2003; Опубл. 27.05.2005.

5. Заявка 2380695, Великобритания, МПК7 D21 H 19/32, B 32 B 9/06 29/00, D21 H 19/10. Регистрирующие материалы-Recording material [Текст] / Ю.Л.Плечов; INFORD Imaging UK Ltd; Brentnall R.L., Dunwoody P.M., Durr K. № 01242684; Заявл. 10.10.01; Опубл. 16.04.03. (Англия).

6. Ушаков С.Н. Поливиниловый спирт и его производные. Т. 1. М.-Л.: Изд-во Академии наук СССР, 1960. 552 с.

КомпьюАрт 8'2008