塗布紙類之性質與印刷適性之關係
資料來源:《印刷新訊》第51期 作者:張景行
http://www.cgan.net/SCIENCE/material/paper/04101502.htm
在彩色複製系統中,印刷品的品質受到許多因素的影響,而大部分印刷品效果的表現,決定于印墨與被印材之間的關係,而此被印材-紙張,則分為塗布紙類及非塗布紙類兩種。
所謂塗布紙(coated paper)是在原紙上塗上一層塗料(coating color),使紙張具有良好的光學性質及印刷性能等。其主要用途有:印刷雜誌、書籍等出版用紙和商標、包裝、商品目錄等印刷用紙,兩者的比例約為1:3。
塗布紙大至可分為:銅版紙、塗布紙、輕量塗布紙,除此之外還有烙光塗布紙等特殊塗布紙。對這類塗布紙,世界各國的分類也有若干差別。原紙則一般多用道林紙,也有使用含磨木漿或脫墨漿原紙的塗布紙,除特殊用途外,大多用於廣告海報與雜誌內頁,因此,就算在同一複製條件下,所呈現的色彩也會有很大的差異,所以,要提升印刷品質,必要先掌握紙張對彩複的影響,進而在照相分色或印機上作適當的調整,使印刷品質能合乎需求。
壹、原紙與塗料
一.原紙(Base paper)
塗布紙的製造,簡單的說是指在原紙之上塗上塗料,經過乾燥後再用壓光機使得它的表面平滑化,因此原紙與塗料是左右塗布紙品質的重要因素。
以一個塗布量為20g/m2的塗布層為例,假設塗料的幹比重為1.5,則塗布層之厚度僅約0.0013公分,在如此薄的厚度下,原紙的品質確實佔有重要的地位。
假使塗布的速度慢時,因為吸水後的原紙紙匹,到達乾燥部門不能失去強度,所以必須適度的上膠與保持濕紙的強度。反過來說塗布速度快時,則紙張必須具備一定的強度來抵抗高速塗布所帶來的機械力,同時均一的吸水性也是非常的重要。
除此之外,塗布用原紙還必須具備下列的性質:
(一)尺寸安定性好,不會因水分變化而有太大變化。
(二)對塗料的吸附性強。
(三)原紙必須不會彎曲,否則會引起塗料條痕而導致紙張斷裂。
(四)不可有皺紋、破洞等瑕疵。
(五)塗布加工時,紙卷必須卷緊,以免發生斷紙。
原紙性質中會影響塗布主要有:均一性、平滑度、表面吸收性、表面強度、表面情形、化學適性、兩面性及紙面光學性等,因此,一張紙的好壞,在於原紙的狀況好壞與否。
二. 塗料(Coating color)
塗料配製是製造塗布紙最基本的技術,對產品用途具有關鍵性的影響,所以塗料須滿足塗布作業的操作性及印刷適性等,並按這些條件進行設計製造;即塗料的設計與生產何種塗布紙有關。以數量來看,仍以普通塗布紙為主,但以技術層次而言,則希望擁有銅版紙類的技術。不同產品應使用其相對應的塗料、塗布方法和塗布機。雖然各種類必須達到規定的品質指標,但是最重要的是獲得客戶的肯定。
紙張塗布用的塗料種類很多,而其中較為普遍應用的是水基性塗料。水基性(Water base)塗料的組成大致上可分成四類:顏料、接著劑、添加助劑及水。這四類成份的組合與塗布後紙張的品質息息相關。利用下表一,列出塗料的成份對品質的影響。
(一)顏料
顏料有白土(白色黏土)、碳酸鈣、沙丁白、氫氧化鋁、二氧化鈦和塑膠顏料等。
1.白土
白土從成份上分類有:高嶺土類、葉石類(pyrophyllite)、雲母類(cericite)等。高嶺土又進一步細分為:高嶺土、多水高嶺土等,這些白土都已經被商品化生產 但是,現在塗布紙用白土中,基本上把高嶺石類都稱為高嶺土,也就成為塗布用白土的代名詞。
高嶺土顆粒呈六角板狀,粒徑為0.3-3微米。這些微粒的縱橫比、粒徑直接影響塗布紙類顏料的品質,目前塗布紙顏料多用高嶺土,因為它能賦予塗布紙較高的白紙光澤性,所需的接著劑適量,黏性和分散性較好,使塗料能提高固形份。
2.碳酸鈣
在塗布紙中被廣泛應用,其使用量僅次於白土。尤其在臺灣擁有豐富的碳酸鈣,近年來甚至逐漸取代價格較貴的白土,並依塗布紙的用途和生產方法開發出許多品種,所以如何適度的使用碳酸鈣可以說是塗布紙塗料之重點。由於碳酸鈣顏料具有高白度與多孔性,所以油墨吸收性非常好,如此可改善印刷適性,即使是無光處理之塗布紙也非常實用。
3.沙丁白
沙丁白是從硝石灰和硫酸鋇合成的白色顏料,從很早就被用做銅版紙的顏料。其具有很好的白度、光澤度、油墨吸收性、而且表面平滑。與這些相對應、也有塗料黏度高,膨脹性強等優點,但也導致塗布操作性差、接著劑需要量大等缺點。沙丁白過去多用做氣刀式塗布機用塗料,若用在高濃度的刮刀式塗布機時會遇到一些問題,所以一般多限定使用在銅版類的塗布紙上。
4.氫氧化鋁
具有良好的白度、不透明度及油墨吸收性。
5.二氧化鈦
二氧化鈦具有很高的不透明度,所以多用做微塗紙的塗料。但是由於價格高、磨耗性大,所以限制了它的使用。其型態有:金紅石型和銳鈦礦型,雖然銳鈦礦型的不透明性稍差,但是,相對來說價格比較低廉且白度高,所以被廣泛使用。
6.塑膠顏料
目前發展出來的塑膠顏料一般可分為:接著型(binder type)、密實型(solid type)與中空型(hollow type)等三種,以後面二者較為常用。在合成的過程中,可利用不同的單體比例、起始劑濃度、攪拌速率和反應時的溫度作為變因,來控制粒徑的大小、均一程度、穩定性和反應速率。
無論顏料為何,均希望其有以下之特性:
1.粒徑要合適。一般情況下,粒徑愈小愈有利於改善紙張之白度、不透明度和光澤度。但粒徑太小會使其表面積增大,導致顏料塗布黏度增大、流動性降低,按著劑需要量也隨之增加。
2.顏料顆粒型態也要合適。針狀顏料顆粒流動性不好,六角和球形顏料粒子流動性較佳,並可形成多孔塗布層而提高紙張之吸墨性。
3.有很高的白度與不透明度(較強的遮蔽能力)。
4.容易分散于水中,且有較好的穩定性及流動性。
5.有較佳之化學穩定性,接著劑用量盡可能減少。
6.較低的耐磨性(減少塗布機和印刷版的磨損)。
三、接著劑
接著劑分天然物及合成物,天然物有澱粉、乳酪素、大豆蛋白等。
合成物則有各種合成乳膠、聚乙烯醇等。現在使用最廣泛的是澱粉一合成乳膠的混合物。而合成乳膠的使用比例在不斷增加,最近全乳膠系的接著劑也被開發出來,這和塗料的高濃度化發展是一致的。對任何接著劑均有下列要求:
(一)對顏料有較強的黏結力。
(二)對顏料有較好的適應性和穩定性,但不與顏料發生化學反應。
(三)有合適的黏度及成膜性。
(四)有合適的流動性,以利塗布作業並提高塗布均勻性。
(五)顏色應淺,不含雜質異物,有良好的塗料操作性。
由於一般的接著劑,不論是天然的或是合成者,仍有些性質無法改善,因此近年來有所謂的輔助接著劑(co-Binder)之出現,以補接著劑保水度與流動性之不足,其用量約只有總接著劑量的10-30%,現在也有工廠試圖用此來達到降低總接著劑量之需求,由於用量很少,有時也可將其視為添加劑。目前常用的輔助接著劑有大豆蛋白(protein)、流變調整劑(rheoloe mdifier)。
四、添加劑
有分散劑、潤滑劑、防腐劑、螢光劑、耐水化劑、以及染料、油墨吸收性及改良劑等,其主要作用在補顏料與接著劑所不足者,並減少操作上之困擾。在使用時應選擇好品種和使用量,由於相反性的東西比較多,需進行事前的研究,以配製最適合之塗料。
五、表面改質
(一)壓光
要制得具光澤的塗布紙,利用壓光輪加以光澤化是必要的,以前較常使用的設備是以棉或毛制的彈性輪與冷鑄壓光輪(chilled roll)所組合的超級壓光機(super calender)。最近從歐美開始,日本現在也多使用含有一高分子成品披覆於外之塑膠轆的軟質壓光機(soft calender)。
與普通紙機座光機和超級壓光機相比,軟質壓光機擁有的特點是:
1.賦予紙張更高的嵩度、挺度、不透明度及強度,進一步改善紙的兩面性。
2.壓光後紙幅緊度一致,印刷適性良好,油墨滲透均勻。
3.可允許稍高的紙頁水份,斷紙少、不易產生黑斑,運行性能好。
4.適度減少木漿配比或降低塗布紙與新聞紙的基重而不影響產品印刷品質。
5.既可機上安裝,也可機後使用還可用作半濕壓光機。所有的轆均可單獨傳動又能互換位置,適應範圍廣。
6.與超級壓光機相比還有投資省、佔用廠房少、操作維修方便、壓區少、動力消耗低等優點。
然而,軟質壓光機之捏縫數太少,便不能處