Решение проблем струйной печати

Начало в КомпьюАрт № 8’2008
К.С. Архипов, И.О. Говязин, О.С. Мартьянова

Струйная печать — наиболее перспективная и быстроразвивающаяся технология печатных процессов. На рынке предлагаются новые сорта бумаги отечественного и зарубежного производства для печати. Огромное влияние на качество печатной продукции оказывают характеристики покрытий бумаги. В данной статье рассматривается характер восприятия чернил поверхностью бумаги для струйной печати.

Для улучшения поверхностных свойств бумаги широко используется поливиниловый спирт (далее ПВС), который повышает прочность поверхности бумаги, улучшает ее печатные, оптические и барьерные свойства. Это позволяет применять его при изготовлении многих видов бумаги, в том числе и для печати. ПВС используется в покровном слое бумаги для струйной печати с целью обеспечения светостойкости и высокого качества изображения, а также снижения коробления бумаги [1-3].

Таблица 1. Характеристики ПВС

В предыдущей статье (см. КомпьюАрт № 8’2008) мы исследовали влияние на качество струйной печати степени омыления и вязкости растворов ПВС, используемых в покровном слое бумаги. Установлено, что при равных условиях испытания (концентрация, вязкость раствора и т.д.) наилучшее качество печати достигается на бумаге с покрытием на основе ПВС со степенью омыления 79-90% [4]. Вероятно, это можно объяснить разрыхляющим действием ацетатных групп, которые затрудняют сближение макромолекул и снижают кристалличность структуры ПВС. Такое же влияние оказывает наличие в макромолекуле ПВС заместителей, размер которых гораздо больше размера гидроксильных групп.

Целью данного исследования стало изучение влияния барьерных свойств (в частности, воздухопроницаемости), однородности и характера восприятия чернил для струйной печати поверхностью бумаги с покрытием на основе частично и полностью омыленных ПВС разной степени полимеризации.

Для проведения исследования были отобраны и приготовлены растворы ПВС с разной степенью полимеризации и степенью омыления ацетатных групп (далее — степень омыления). Характеристики ПВС и полученных растворов показаны в табл. 1.

Растворы наносились на бумагу (сульфатная целлюлоза, % — 100, масса, г/м² — 80, поверхностная впитываемость воды Кобб₆₀, г/м² — 25, воздухопроницаемость по Бендтсену, мл/мин — 220) 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 сушились в два этапа: сначала на воздухе до исчезновения мокрого блеска, а затем в течение 90 с в контактной сушке при температуре 125° С.

Привес покрытия при двустороннем нанесении составил: для 1-процентных растворов ПВС — 1,9-2,4 г/м²;
для 2-процентных — 2,3-2,7 г/м²; для 3-процентных — 3,1-3,5 г/м²; для 4-процентных  — 3,4-4,3 г/м²; для 5-процентных — 5,1-5,5 г/м².

Влияние характеристик (степень омыления, степень полимеризации) и концентрации растворов ПВС на воздухопроницаемость бумаги показано на рис. 1.

Рис. 1. Зависимость воздухопроницаемости бумаги по Бендтсену от характеристик и концентрации растворов ПВС

При повышении концентрации ПВС с 1 до 5% независимо от характеристик ПВС наблюдается значительное уменьшение воздухопроницаемости бумаги. Причем покрытия, полученные на полностью омыленных ПВС (более 98,5%), в сравнении с частично омыленными показывают большее снижение воздухопроницаемости бумаги. Кроме того, как видно из рис. 1, ПВС с большей степенью полимеризации при равных условиях (концентрация, степень омыления) образуют покрытия с более низкой воздухопроницаемостью, что, вероятно, объясняется повышением вязкости и уменьшением глубины проникновения раствора в структуру бумаги.

Полученные образцы бумаги были запечатаны цветной плашкой (100% magenta) на струйном принтере марки Canon iP4500 с использованием чернил на водной основе марки Canon CLI-8M. Процесс печати осуществлялся в режиме «высокое качество» при следующих условиях окружающей среды: температура — 20-25 °С, относительная влажность — 45-50%.

На всех образцах бумаги с покрытием с помощью денситометра Gretag D19C (GretagMacbeth, Швейцария) была измерена оптическая плотность с целью количественной оценки восприятия чернил.

Для определения однородности печати на образцах бумаги использовался способ, основанный на анализе изображения.

Как известно, в современной цифровой аппаратуре получение и воспроизведение изображений осуществляется путем их разделения на определенное число элементов по площади кадра. При этом яркость каждого из них подвергается разделению (дискретизации) на определенное число уровней. Элемент изображения получил название «пиксел» (сокр. от англ. picture element — элемент изображения). С помощью современных цифровых фотокамер можно снять объект с разрешением в несколько миллионов пикселов.

При анализе и обработке изображений, когда необходимо определять долю общей площади с тем или иным уровнем яркости, пользуются их представлением в виде гистограмм, отображающих распределение пикселов по уровням яркости. Если на гистограммах имеются максимумы, соответствующие тем или иным уровням яркости, то они показывают, что из общего числа пикселов доминируют те, которые имеют яркость, близкую по значению к этим уровням. Принцип анализа изображений поясняется на рис. 2.

Рис. 2. Упрощенные изображения фрагментов с равномерной и неравномерной окраской: а — упрощенное изображение равномерно окрашенного фрагмента; б — упрощенное изображение неравномерно окрашенного фрагмента; в — график распределения яркости вдоль координатной линии (х, отн. ед.) равномерно окрашенного фрагмента; г — график распределения яркости вдоль координатной линии неравномерно окрашенного фрагмента; д — суммарное количество черных и белых пикселов равномерно окрашенного фрагмента; е — суммарное количество черных и белых пикселов неравномерно окрашенного фрагмента

Для получения цветных снимков поверхности запечатанных образцов использовалось устройство «Регула» (модель 4177 с программным обеспечением) с разрешением 1280 x 1024 активных пикселов и размером снимаемой области 12,5 x 10 мм в режиме работы «белый верхний свет».

Однородность печати определялась с помощью программы подсчета черных и белых пикселов изображения. Эта программа переводит черно-белое изображение формата BMP (Bitmap) с глубиной цвета 1 бит/пикс. в массив пикселов, а затем последовательно считывает этот массив и вычисляет суммарное количество черных и белых пикселов в соответствии с формулами [1] и [2]:

(1)

(2)

где: b — доля черных пикселов в изображении; w — доля белых пикселов в изображении; B — суммарное количество черных пикселов в изображении; W — суммарное количество белых пикселов в изображении.

Для оценки однородности печати мы использовали показатель b, определяемый по формуле [1] и характеризующий долю черных пикселов в полученном изображении. Чем ближе значение показателя b к 1, то есть чем больше доля черных пикселов, тем выше однородность печати.

Результаты измерения оптической плотности и вычисления показателя b представлены в табл. 2.

Таблица 2. Характеристика свойств бумаги с покрытием

Изменение показателя оптической плотности хорошо соотносится с изменением доли черных пикселов изображения (см. табл. 2). Однородность и восприятие чернил напрямую зависят от характеристик ПВС (степень омыления, степень полимеризации) и концентрации его растворов. В ряду ПВС с разной степенью омыления увеличение степени полимеризации способствует снижению оптической плотности и ухудшению однородности печати. Это особенно характерно для образцов с покрытиями, полученными при более высоких концентрациях растворов ПВС. Уменьшение концентрации ПВС способствует улучшению смачивания поверхности бумаги, получению более однородного покрытия и, как следствие, улучшению восприятия покрытием чернил на водной основе.

Рис. 3. Микрофотографии запечатанной поверхности образцов бумаги с покрытием ПВС

Анализ запечатанных образцов бумаги (рис. 3) показывает, что полностью омыленные ПВС с высокой степенью полимеризации плохо воспринимают чернила для струйного принтера, которые в этом случае в основном впитываются в бумагу в местах отсутствия покрытия (более темные участки изображения).

На основании полученных результатов можно сделать следующие выводы:

• однородность и восприятие чернил зависят от характеристик ПВС и концентрации его растворов;
• повышение концентрации и степени омыления ПВС способствует уменьшению воздухопроницаемости бумаги;
• при одних и тех же условиях (степень омыления, степень полимеризации, концентрация раствора) лучшую однородность печати показывают образцы бумаги с покрытиями на основе частично омыленных ПВС;
• покрытие на основе полностью омыленных ПВС с увеличением степени полимеризации и концентрации растворов плохо воспринимают чернила струйного принтера;
• оценка доли черных пикселов изображения дает более объективное представление об однородности печати по сравнению с измерением оптической плотности.

Список литературы

Пат. 1045896 (A) Япония, D 21 H 1/34, D 21 H 1/32. Покровный агент для бумаги / Заявитель KURARAY CO LTD. № 19870200600 19870810; Опубл. 20.02.89.

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

 Заявка 2380695 Великобритания, МПК7 D 21 H 19/32, B 32 B 9/06 29/00, D 21 H 19/10. Регистрирующие материалы. Recording material / Ю.Л. Плечов; INFORD Imaging UK Ltd, Brentnall Roger Leslie, Dunwoody Patricia Mary, Durr Kathleen. № 01242684; Заявл. 10.10.01; Опубл. 16.04.03. (Англ.).

Мартьянова О.С., Говязин И.О. Тестирование бумаги для струйной печати. Влияние степени омыления и других свойств поливинилового спирта на свойства бумаги для струйной печати // КомпьюАрт. 2008. № 8. С. 51-53.

К.С. Архипов, научный сотрудник НИИ Гознака

И.О. Говязин, научный сотрудник НИИ Гознака

О.С. Мартьянова, аспирант Московского государственного университета леса

КомпьюАрт 2'2009