纳米颜料的涂料适性及其对彩喷纸记录特性作用的研究

纳米颜料的涂料适性及其对彩喷纸 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 特性作用的研究 山东轻工业学院 硕士学位论文 纳米颜料的涂料适性及其对彩喷纸记录特性作用的研究 姓名:杨道华 申请学位级别:硕士 专业:制浆造纸 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 指导教师:赵传山 2011-06-01山东轻工业硕士学位论文 摘 要 纳米技术是一种利用原子、分子及物质在纳米尺度上所表现出来的物理、化 学和生物学等特性,制造出具有特殊功能产品的高新技术,广泛应用于各个领域。 经实验证明,在涂布加工纸中应用纳米技术是完全可行的。本文通过在涂料中添 加纳米SiO 、纳米Al O 等纳米颜料,使得喷墨打印纸的图像更加清晰,分辨率 2 2 3 更高,喷墨点着色更加牢固,保存性能更好。针对纳米颜料容易发生团聚的问题, 提出相应的解决办法,并对纳米涂料的稳定性进行初步研究。成功制备出高光泽 喷墨打印纸。 1通过分析纸张的基本性能与喷墨打印效果之间的关系,得到选择喷墨打印纸 的客观、准确的方法。根据色域空间图和实地密度,定性、定量地分析出纸张的 色域,反映出纸张对色彩还原性能的大小。根据对图像清晰度的测试,客观地评 价喷墨打印纸打印图像质量的优劣。实验得出:纸张的各项基本性能对喷墨打印 图像质量的影响大小依次为:吸收性 粗糙度 白度 光泽度 不透明度。 通过对喷墨打印图像耐光性、耐水性的测量与分析,定量地反映喷墨打印图像的 保存性能。实验表明:纸张表面吸收速度快的纸张,其喷墨打印后的图像耐光性 最好;白度较高的纸张,其图像的保存性能最好。 2 针对纳米颜料的颗粒尺寸小、比表面积和表面自由能都很大、极易吸附而 发生团聚的问题,对纳米颜料进行改性,使其发挥其特殊性能。实验表明:涂料 的平均粒径越大,析水量越大,稳定性能越差;随着涂料粘度的增大,稳定性逐 渐提高,当达到 500mPa?s时,稳定性为最佳,随后随着粘度的继续增加,稳定性 逐渐下降;纳米Al O 显负电荷,可以与纳米SiO 分散液进行很好地混合,其混 2 3 2 合过程可以看作是互相改性的过程,可得分散均匀、稳定性好、相容性好的纳米 涂料。 3 纳米颜料粒径小、比表面积大、油墨吸收性好,可大大改善喷墨打印纸的 白度、油墨吸收性、平滑度和光泽度等。不同类型的纳米颜料及颜料配比所形成 的涂层表面的孔径、孔体积和孔隙分布会不同,纳米Al O 与纳米SiO的比例为 2 3 2 50:50时,涂层性能为最佳。实验所得最佳涂料配方为:纳米Al O :纳米SiO 2 3 2 50:50;胶黏剂PVA:胶乳 3:1;阳离子分散剂用量为 5%;Poly-DMDAAC用量为 1%;其他微量助剂。 关键词:纳米颜料;高光泽喷墨打印纸;记录特性;保存性能 I山东轻工业硕士学位论文 ABSTRACT Nanotechnology is a high-technology, which exploit atomic, molecular andmaterials in nano-scale shown on the physical, chemical and biological characteristics, to make products with special features, and used widely in various fields. The experiment proved that nano-technology in the application of the coating processing paper is entirely feasible. In this paper, nano-SiO , nano-Al O and other nano-pigments 2 2 3 added in the coating, could make the ink-jet printing images clearer, resolution higher, color ink-jet points more firmly, save performance better. In connection with the problems of the reunion for the nano-pigments, putting forward to the corresponding solutions, and making a preliminary study on the stability of nano-coating. Successfully prepared the high-gloss ink-jet paperFirstly, by analyzing the relationship between the basic properties of paper and the ink-jet printing, the ink-jet printing paper have chosen by an objective and accurate method. With the color space diagram map and the field density, qualitatively and quantitatively analysis of the gamut of paper, reflecting the performance of the size of the color reproduction. Test based on image resolution, evaluating objectively of image quality. Experiment showed that the basic properties of paper on the image quality of ink-jet print in the order: Absorption roughness whiteness gloss opacity. With the measurement and analysis on the light and water resistance of ink-jet printing images, reflect quantitatively the save performance of ink-jet printing imageExperiments show that the paper surface absorption speed is the fastest, the light resistance of ink-jet print image is the best; the whiteness of the paper is relatively high, the save performance of the image is wellSecondly, for the problem of the small particle size, the large specific surface area and surface free energy of nano-pigments, easily absorption to agglomerate, modified by nano-pigments, to play the special properties. Experiments show that the average particle size of coating is the largest, the amount of precipitation water is the most, the stability is the worst; with the increase of coating viscosity, stability gradually improved, when reached 500mPa?s, the stability is the best, and then continue to increase the viscosity, the stability gradually decreased; nano-Al O were negative charge, which 2 3 could be mixed well with nano-SiO dispersion, the mixing process can be seen as the 2 process of modification mutually, getting the distributed evenly, good stability, niceIABSTRACT compatibility of nano-coatingThirdly, the nano-pigments have small particle size, large surface area, good ink absorption, and can greatly improve the whiteness, ink absorbency, smoothness and gloss of ink-jet printing paper. Different types of nano-pigments and paint coating formed by the ratio of pore size, pore volume and pore distribution will be differentWhen the ratio of nano-SiO and nano-Al O is 50:50, the coating performance is the 2 2 3 best. The optimal experimental formula is that: nano-SiO /nano-Al O 50:50; adhesive 2 2 3 PVA/rubber latex 3:1; cationic dispersing agent is 5%; Poly-DMDAAC amount of 1%; other trace additives Key Words: Nano-pigments, high gloss ink-jet paper, record characteristics, preserve II学位论文独创性声明 本人声明,所呈交的学位论文系在导师指导下本人独立完成的研究成果。文中 引用他人的成果,均已做出明确标注或得到许可。论文内容未包含法律意义上已 属于他人的任何形式的研究成果,也不包含本人已用于其他学位申请的论文或成 果,与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明 并表示谢意。论文作者签名:日期: 年 月 日 学位论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品,知识产权归属山东轻工业 学院。山东轻工业学院享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专 利等权利,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版, 本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时,署名 单位仍然为山东轻工业学院。论文作者签名:日期: 年 月 日 导 师 签 名: 日期: 年 月 日山东轻工业硕士学位论文 第1章 绪论 1.1 喷墨印刷技术 近些年来,随着电子出版、跨媒体出版等技术的发展,原本由传统印刷方式 所占据的市场受到了巨大的冲击,而数字印刷技术则得到日新月异的发展。目前 数字印刷技术的市场定位主要是短版印刷、按需印刷、即时印刷和可变数据印刷。 即数字印刷是一种能够按照用户所 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 的数量、时间、地点、成本以及其他特定 [1] 要求,向用户提供相关服务的新型印刷方式 。其中喷墨印刷技术已逐步成为数字 印刷的主流技术之一,其应用领域也日益广泛。尤其是在小幅面的打印领域,喷 [2] 墨打印机已逐步成为家用、商用以及办公用的通用产品 。 喷墨印刷技术采用的是一种由计算机直接控制输出的技术,无印版、无压力、 [3-5] 非接触,具有无版数字印刷的共同特征,并可实现按需印刷和可变数据印刷 。 [6] 喷墨印刷的形式各异,主要类型分类如图1.1所示 。图 1.1 喷墨印刷技术 [7-9] 各种不同类型的喷墨印刷技术的基本原理 ,如图 1.2-1.5所示。 1第 1章 绪论 图 1.2 连续喷墨基本原理图图 1.3 热发泡喷墨技术原理图图 1.4 压电喷墨技术原理图图 1.5 静电喷墨技术原理图 [10] 一般认为,喷墨印刷技术主要有以下4个优点 : 1 喷墨打印速度能够达到300m/min,甚至能够超过普通的印刷机。可以将这 种打印装置连线安装在印刷机上,以能够同时完成普通的印刷和可变图文印刷, 其产生的生产率、效率是不可以低估的。 2 相对于其它数字技术 如激光打印技术 ,喷墨打印的运行成本要低得多。 在今天的市场环境中我们可以清楚地看到,惠普 HP、佳能 CANON 和爱普生 EPSON等公司的物美价廉的喷墨打印机是如何占领消费者市场的。尤其是在工业 生产的环境中,运行成本是决定一个生产企业竞争力及利润多少的关键因素。低 成本的喷墨印刷能够使印刷企业获得高额的经济利润。 3 无压印刷特性。这种特性使其能够在各种各样不同厚度的承印物上进行印 刷。这对服务对象各不相同的商业表格印刷厂来说是非常理想的。 4 允许使用各种彩色油墨进行彩色印刷,从而提高产品的质量。喷墨技术给 可变信息提供了一个崭新的方面,即以用得起的价格进行彩色印刷。 2山东轻工业硕士学位论文 图 1.6 随处可见的色彩艳丽的喷墨印刷品 图 1.7 大幅面喷墨印刷机 1.2 喷墨打印纸 1.2.1 彩色喷墨打印纸 喷墨打印纸是指在涂布原纸的表面涂布一层具有吸墨性的多孔性颜料,从而 使纸张表面形成一层良好的油墨接受层,以满足彩色喷墨打印的需要,是目前用 [11] 来打印高质量、精美图片的专用纸 。在进行喷墨打印时,一般认为对彩色喷墨 [12] 打印纸的基本要求有 :较快的油墨吸收速度,油墨在铺展的过程中不发生扩散, 其进一步的要求具体主要表现在: 1 与其它类型的纸张相比,具有优良的照相特性:纸张对油墨的吸收能力强, 吸收速度较快。留在纸面上的油墨墨层较厚,形状为近似的圆形,能够充分地再 现真实图像。油墨的吸收性能是喷墨打印纸能够应用于各个不同领域的重要参考 [11] 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 之一 。彩色喷墨打印纸打印图像的过程实质就是油墨与纸张的表面进行接 触、发生渗透和扩散、干燥附着形成图像的过程,如图1.8所示。 图1.8 墨滴形成图像的过程 墨滴在发生渗透进而形成墨点原形时,其形状要求必须为近似的圆形,并且 墨滴的边缘要保持整齐,其具体对形状的要求如图1.9所示。 3第 1章 绪论 图1.9 墨点的形状 墨滴在纸面上发生渗透和扩散的过程中,墨点的渗透率既不能过大,也不能 过小,而是必须在一定的范围之内。如果油墨的渗透率过小,则横向扩散的速度 会远远地小于纵向扩散的速度,从而使得图像最终的色密度较低。此外,过小的 油墨渗透率还很有可能会导致透印现象的发生;相反,油墨的渗透率过大,则墨 滴的网点直径会较大,从而容易发生混色,使得最终的打印图像模糊不清,犹如 水彩画一般,图像的清晰度较低。具体的渗透率大小如1.10所示。 图1.10 墨点的渗透率 2 记录清晰度高。即密度高,阶调连续,画面清晰。喷墨打印图像分辨率高, 色彩完美,立体层次感强。 3 保存性能好:打印图像要具有一定的耐光、耐水性能、耐摩擦性能等。打 印最终的成品能够放置较长的一段时间。 4 喷墨打印纸涂层的强度较高。具体的涂层结构如图1.11所示。4山东轻工业硕士学位论文 图 1.11 喷墨纸的涂层结构 1.2.2 高光喷墨打印纸 随着喷墨印刷技术的发展,其对喷墨打印纸质量的要求也日益提高。首先, 喷墨打印速度的加快及打印出墨量的增加,要求彩喷纸吸墨力强、吸墨量大且吸 墨速度快。其次,喷墨打印精度的提高,要求彩喷纸涂层更加的细腻。第三,彩 喷纸光泽度、防水性能等至少都要达到传统银盐相纸的水准。目前市场上用于彩 色喷墨打印的高光数码相纸,依据其涂布方法和涂层 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 的不同,主要分为三类, 分别是膨润型、铸涂型和间隙型。 1 膨润型高光相纸 目前,国内大多以聚乙烯醇 PVA为主要的成膜物来形成膨润型涂层。该涂层 中,聚合物极易吸水而膨胀,这使得油墨吸收与防水之间的矛盾较难克服。且由 于受聚合物膨胀速度的限制,使得油墨的干燥速度较慢。因此,一般只用作低档 次产品。 2 铸涂型高光相纸 铸涂型高光相纸具有一定的抗水性能。目前,国内生产的防水型的高光相纸 以铸涂高光相纸为主。大多数的生产厂家采用经稍加改造的玻璃卡纸或镜面铜版 纸的生产设备来进行生产。 铸涂型高光相纸涂层的固体颗粒较大 约为 2?m左右,需要经过特殊的生产 [[13-14] 工艺才能够达到高的光泽度 。其涂布过程是将配制好的涂料在原纸的表面进 行涂布,待其涂层表面形成可塑性时,用一定的压力将涂层紧紧压于加热的高光 泽的镀铬缸表面。经一定时间之后,涂层表面会完全干燥,这时将纸页从镀铬缸 的表面剥离即得到高光泽成品纸。由于其光泽度主要是通过铸涂缸转移而来。因 [13] 此,铸涂缸的光泽度、压力、加热温度等因素会直接影响到最终产品的光泽 度 。 3 间隙型高光泽相纸 间隙型高光泽相纸的涂层使用特殊的纳米涂料,其颗粒直径一般在 200nm以 [15-16] 下 。该种纸张的油墨接受层为具有类似于蜂巢的多孔性结构,由于这种结构 极易发生毛细管作用,故不需要另外添加含有高吸水性的聚合物,纸张吸墨速度 5第 1章 绪论 与防水之间不存在根本性的矛盾。间隙型高光泽相纸的涂层具有较高的吸墨速度, 可以完全消除油墨的扩散、洇渗现象。其多采用 RC相纸作为纸基 该纸基是由双 面涂塑淋膜相纸的底纸经过多层涂布制成,光泽为树脂本身的光泽,具有微孔状 结构,吸墨、干燥速度较快。综上所述,间隙型高光相纸的优点为“三高一快”, [17] 即高吸墨、高光、高防水、快干 。经喷墨打印后的图像质量可与传统的卤化银 相纸相媲美。 目前应用较为广泛的高光泽数码相纸主要为间隙型与铸涂型相纸,三类数码 相纸产品的比较见表 1.1。 表 1.1 三类数码相纸产品比较 比较项目 膨润型 铸涂型 间隙型 纸基类型 原纸 原纸 RC相纸 吸墨方式 聚合物涂层膨胀 涂层中的微孔、纸张纤维 涂层中的微孔 打印质量 有扩散、洇渗现象 影像清晰,但画面发灰 可与照片相媲美 防水性能 不可沾水 沾水干燥后纸张容易变形 100%防水 适用机型 HP、CANON 不支持颜料墨机型 所有机型 1.3 纳米技术 纳米技术作为21世纪新兴的一门高科技技术,其应用实质上是利用物质在纳 米尺度上所表现出来的特性,从而制造出与一般的分子物质不同的功能特殊的产 [18-19] 品 。实验证明,我们完全可以将纳米技术应用到涂布加工纸中。通过添加纳 米颜料或是纳米类型的助剂,可以制备出具有特殊功能的纳米涂料,从而大大改 善涂布加工纸的纸张性能。但是由于与普通的无机颜料相比,纳米颜料的价格较 [20] 高,因此要注意应用时的经济成本的估算 。此外,纳米颜料由于颗粒粒径小, 表面能较大,容易发生团聚,因此,解决好纳米涂料的分散问题,提高纳米涂料 的稳定性,是将纳米技术应用到造纸工业中的关键。 1.3.1 纳米颜料概述 以纳米二氧化硅为例。纳米SiO 是一种以Si 原子为中心、以O 原子为顶 点的 2 [21] 四面体,不规则堆积而成的带有表面羟基的无定形结构,如图1.12所示 。表 1.2 为纳米SiO 的主要技术指标。 26山东轻工业硕士学位论文 图1.12 纳米SiO的三维网状结构 2 表1.2 纳米SiO的主要技术指标 2 性能 指标 平均粒径/nm 100 2 比表面积/m/g 200 体积密度/g/l 30 压实密度/g/l 50 pH 3.7-4.7 1.3.2 纳米技术在造纸工业中的应用 目前,由于纸张浆料的纤维尺寸以及造纸中所添加助剂的尺寸大都在微米级 范围内,这使得纳米技术在造纸工业中的应用并不多。例如,纤维宽度大约在 10-12?m之间,填料颗粒的尺寸大约在0.1-10?m之间,细小纤维、非纤维性细小物 [22] 质、可溶性聚合物等粒径的尺寸均小于1-2?m 。 由于纳米材料的粒径尺寸在纳米级别范围内,因而可起到助留剂的作用,在 纸机湿部环境中可使得细小纤维、非纤维性细小物质等不流失,保留在浆料之中, 从而可以很好地改善纸浆的浆层结构,进一步提高纸张的强度、匀度等基本性能。 国外将新一代的阴离子胶态SiO、阳离子聚合物 如阳离子改性淀粉CS 和阳离子 2 2 聚丙烯酰胺CPAM共用,可在湿部产生粒径为3-5nm、比表面积达500-1000m / g的 [23] 氧化硅纳米粒子 。该纳米粒子可以将浆料中的细小组分聚集到一起,从而形成 尺寸小但强度大的絮聚物,该絮聚物在高湍动状态下仍会保持较高的抗剪切力。 此外,纳米技术还可应用于加工纸涂料方面。纳米技术在纸张涂料中的应用 领域主要包括以下三个方面: 1 由于纳米物质粒子的粒径在纳米级范围内,因此可以大大改善纸张的光学 7第 1章 绪论 性质,其不透明度较高。例如将纳米氧化铝作为纳米颜料粒子应用到涂料之中, 由于其粒子的粒度小,且粒径尺寸的分布范围较窄,因此可以保证其作为白料颜 色的纯正,从而改善涂布成纸的白度,提高纸张的光泽度。此外,某些纳米物质 还能够产生特殊的光学效果,如在发生散射时,涂布成纸的颜色会随着人们观察 角度的变化而变化,因此可将其应用于生产具有特殊用途的涂布加工纸。 2 将纳米颜料粒子应用到涂料之中,可以很好地改善涂料的流变性能。纳米 颜料由于具有特殊的表面效应及量子尺寸效应,因此可以控制涂料的粒度性能、 pH 值以及Zeta电位等,从而得到浓度高但粘度低的涂料。此外,纳米颜料的粒子 粉末极细,这对于涂料稳定性能的提高是非常有利的,可大大避免沉淀、分层等 现象的发生。 3 将纳米颜料添加到纸张涂料之中,利用其对紫外线较强的屏蔽作用,能够 显著提高纸张涂层的耐老化性能,使得纸张由于受到光照而发生老化的速度大大 降低。但是如果想要获得最佳的紫外线屏蔽效果,纳米颜料的粒径并不是越小越 好,而是有一定的范围。例如,根据拉诺克、米顿和韦伯公式,锐钛型二氧化钛 的粒径尺寸在70-180 nm范围之间时,其对紫外线的散射能力为最好。 1.3.3 纳米技术的应用前景 目前,纳米材料产品的标准制定、性能表征方法以及纳米材料在涂料中的分 散性测量和表征等,还不够规范。涂料用纳米材料在纯度、粒度分布、稳定性等 指标和测试方法上需要进一步标准化。 纳米材料是高科技产品,纳米材料在涂料中的应用不同于一般传统材料在涂 料中的应用情况,需要对其在涂料中的特性以及对涂料的作用机理等进行深入地 研究。传统的涂料研究和检验方法是不充分的,因为纳米技术是集许多高科技领 域于一体的新兴科学,必须加强横向间地合作,才能够充分发挥其在涂料中的作 [24] 用 。 1.4 论文的研究的目的、意义和内容 1.4.1 论文研究的目的及意义 随着数码相纸在人们日常生活中的应用日益广泛,人们对喷墨打印质量的要 求也越来越高。而目前市场上销售的数码相纸普遍存在着分辨率不高,光泽度低, 色彩还原力差,受光线照射图像易变黄、褪色,不能长期保存等问题,使其发展 受到一定的限制。本论文的研究目的在于进一步降低成本,提高数码相纸的分辨 率、光泽度、色彩还原性及耐水、耐光性能等,使其成为大众消费品,以满足国 内市场的需求。8山东轻工业硕士学位论文 1.4.2 论文研究的主要内容 1 对不同种类的纳米颜料进行配伍实验,找出能够提高喷墨打印纸记录特性 的最佳颜料配伍配方,并分析不同涂料组分对彩喷纸记录特性的影响。 2 研究纳米二氧化硅、纳米氧化铝的分散性能,探讨最佳分散方式。采用先 进的分析手段对涂料制备液的稳定性能进行研究,并分析粒径大小、粘度、放置 时间等对稳定性能的影响。 3 探讨纸张基本性能对高光泽喷墨打印纸的记录特性的影响。并结合纸张基 本性能对喷墨打印图像的色彩还原性、图像清晰度、耐水性、耐光性进行定性、 定量的分析和评价。 9 山东轻工业硕士学位论文第 2章 对彩色喷墨打印纸质量评价体系的研究 近些年来,随着喷墨打印机的广泛应用,其对彩色喷墨打印纸的需求持续增 长。喷墨打印图像的质量不仅仅是由先进的喷墨打印技术决定的,更是由不同用 [25] 户的打印需求来决定的 。不同的彩喷纸在白度、光泽度、粗糙度等基本性能上 的差异,在很大程度上影响着喷墨打印图像的效果。但目前对于彩色喷墨打印纸 [26] 的性能还没有任何规范的检测方法,也没有任何通用的标准 。如何科学、准确 地评价彩色喷墨打印纸的记录特性 主要包括照相特性和保存性能,开发出色彩 还原性好、分辨率高且具有防水、固色性能的高光喷墨打印纸,成为国内制造商 日益关注的问题。 2.1 喷墨打印纸照相特性的研究 [27] 喷墨打印纸的照相特性主要表现为图像的色彩还原性及图像的清晰度 。拥 有较佳的色彩再现效果和图像清晰度是目前市场上选择纸张的首要标准。过 去传 统的纸张照相特性的评价方法主要是采用肉眼经验法,即用肉眼或借助于放大镜 和显微镜进行主观分析,其很大程度上依赖于检测者的视觉能力和经验来判断喷 [28] 墨打印图像的清晰程度 。本实验通过对市售四种彩喷纸样进行客观测量,提出 彩喷纸记录特性的评价指标,来定量的评价纸张喷墨打印图像质量的优劣。 2.1.1 实验原料 选择 4种由国内外彩色喷墨打印纸生产商制造的高光喷墨打印纸作为实验纸 样,分别为纸样 A、纸样 B、纸样 C和纸样 D。 2.1.2 实验设备 SpectroEye-分光光度仪、 Profile Maker 5.0色彩管理软件、 X-Rite密度计、 Epson Stylus pro7800彩色喷墨打印机、纸张物理性能检测设备。 2.1.3 实验方法 通过参考有关资料,实验室制定彩色喷墨打印纸各种性能的检测方法如下: 1 实地密度的测试 本实验选用最佳CMYK四色实地密度的实验值分别为:D 1.50,D 1.40, C M D 1.20, D 2.00,其平均值Di D +D +D +D /41.53。采用密度复制比DRR Y K C M Y K Density Reproduction Ratio 来作为纸样喷墨打印质量的评价参数,DRR的计算公 式如式2.1所示: DRR Di Dx 2.110第 2章 对彩色喷墨打印纸质量评价体系的研究 式中 Di的意思是最佳 CMYK四色实地密度平均值 Dx的意思是纸样喷墨打印实地密度的平均值 一般认为,DRR值越接近于 1,纸样对图像色彩的复制就越接近于最佳效果, [29] 喷墨打印最终图像的色泽也就越鲜艳 。 2 墨点保真度的测试 本实验通过墨点保真度 Dot Fidelity,DF来评价喷墨打印图像的清晰度。当 DF值为 1时,则表示墨点为理想的状态,图像清晰度最好;当 DF值小于 1时, [29] 则表示墨点的形状不完整;当 DF值大于 1时,则表示墨点发生扩散 。 墨点保真度 DF 根据墨点圆度 Roundness,RD、墨点的面积扩散比 Area Spread Ratio, ASR 和墨点边缘粗糙度 Edge Raggedness, ER 来计算,如式 2.2 所示: 2 RD P 4 πA 式中 P为墨点周长,A为墨点面积; ASR 实际墨点面积/理论墨点面积; ER 实际墨点周长/理论墨点周长; DF RD +ASR +ER 3 2.2 3 记录特性评价指标 本实验采用喷墨打印图像的色彩再现效果、图像的清晰程度作为喷墨打印纸 样记录特性的评价指标,通过密度复制比 DRR和墨点保真度值 DF,得出喷墨打 印图像再现指数 IRI Image Reproduction Index,IRI,计算公式如式2.3所示:IRI DRR +DF 2 2.3 IRI值越接近于 1,纸样喷墨打印图像的颜色越鲜艳逼真,分辨率越高。 4 纸张基本性能的测试 按照国家标准进行测量。定量:GB /T451.222002;厚度:GB /T457.322002; 白度:GB /T7974-2002;不透明度:GB /T1543-1988;光泽度:GB /T8941.3-1988; 粗糙度:GB /T2679.4-1994。 将待测的纸样先置于恒温恒湿条件下 25?,RH65% ,24小时之后测试纸 张的基本性能,并进行喷墨打印:打印 IT8.7/3标准色标文件 共 928个色块,设 定分辨率为 720dpi。用分光光度计测量之后,利用 Profile maker软件生成 ICC文 件,并进行纸样色域的比较。用光学密度计测量打印 C、M、Y、K四色 100% 的 实地密度。通过 Adobe Photoshop在 CMYK模式下制作图像打印墨点图案。 探讨 11 山东轻工业硕士学位论文纸张性能对色域、色差等的影响。 2.2 实验结果与讨论 2.2.1 纸张的基本性能指标 分别测试 4种实验纸样的基本性能指标。实验结果见表 2.1。 表 2.1 纸张基本性能指标 基本性能 纸样 A 纸样 B 纸样 C 纸样 D 定量 199.3 188.8 176.7 163.5 2 g/m 厚度 107.13 104.24 104.56 102.11 ?m 白度 96.45 95.48 92.55 89.96 %ISO 不透明度 99.37 96.48 96.99 95.86 % 光泽度75? 72.5 70.35 64.55 22.2 % 粗糙度 3.08 5.05 5.11 13.2 ?m 表面吸收速度 199.9 190.1 169.3 53.5 s a 纸样 A b 纸样Bc 纸样Cd 纸样 D 图 2.1 不同纸张的表面形貌12第 2章 对彩色喷墨打印纸质量评价体系的研究 2.2.2 纸张基本性能对色域的影响 * * 图 2.2所示的为选取的 4种实验纸样的 2D色域空间 a b图。在红-黄色域空间: 纸样 A的显色能力是最强的,其次分别为 B、C、D;在黄-绿色色域空间:显色能 力最强的还是纸样 A,纸样 B和 C的显色能力几乎差不多,纸样 D的显色能力最 差;在红-蓝色域空间:纸样 A的显色性能最佳,其余 4种纸样从大到小依次 为 D、 C、B;在绿-蓝色域空间:5种实验纸样的显色性能较为接近,色域范围大小依次 为 A、B、C、D。 从图 2.2中可以看出,纸样 A和 B喷墨打印图像的色域空间范围最大,纸样 C次之,纸样 D最小。由此我们可以得出:纸张的光泽度和表面平滑度越高,就 会大大降低纸张毛细管的作用,减少油墨向纸张内部的渗透,从而延长印迹的干 燥时间,有利于打印图像色彩的还原。a 纸样A b 纸样 Bc 纸样C d 纸样 D * * 图 2.2 纸样 ICC 2D色域空间 a b图 在这4种实验纸样中,纸样A的色域空间范围最大。因此,本实验将试样A作 为标准样。通过色差公式 公式2.4 来计算其余3种纸样相对于试样A的色差?E。 其结果见表2.2。13 山东轻工业硕士学位论文1 2 2 2 2 ?E [] ?L* + ?a * + ?b* 2.4 表2.2 基本性能差与色差的关系 基本性能差 纸样 B 纸样 C 纸样 D 白度差 0.97 3.90 6.49 %ISO 不透明度差 2.89 2.38 3.51 % 光泽度差 2.15 7.95 50.30 % 粗糙度差 1.97 2.03 10.12 ?m 表面吸收速度 15.8 36.6 146.4 差s ?E 2.49 5.48 10.47 利用表2.2中的数据,通过建立一元回归曲线来分析纸样基本性能与色差? E 2 之间的关系 见图2.3:白度差与?E的相关系数R 0.9682,不透明度差与? E的 2 2 相关系数R 0.4382,光泽度差与?E的相关系数R 0.9292,粗糙度差与?E 的相 2 2 关系数R 0.8669,表面吸收速度差与?E的相关系数R 0.8835。据此可以得出, 在喷墨打印图像的色彩还原中,纸样的白度、光泽度对?E的影响最大,其次为吸 收性能和粗糙度,而影响最小的则是不透明度。可见,白度高、光泽度好、表面 吸收速度快、平滑的纸样,其色域面积越大,打印图像的色彩还原性越好,色彩 也就越逼真。 2 R 0.4382 4 8 3.5 2 R 0.9682 7 3 6 2.5 5 2 4 1.5 3 1 2 0.5 1 0 0 2 4 6 8 10 12 246 8 10 12 ?E ?E a白度差与?E的关系b不透明度差与?E的关系 14 白度差/%ISO 不透明度差/%第 2章 对彩色喷墨打印纸质量评价体系的研究 60 12 2 2 R 0.9292 50 10 R 0.8669 40 8 30 6 20 4 10 2 0 24 68 10 12 0 -10 2 4 6 8 10 12 ?E ?Ec 光泽度差与?E的关系 d 粗糙度差与?E的关系 60 2 R 0.8835 50 40 30 20 10 0 24 68 10 12 ?Ee 表面吸收速度差与?E的关系 图 2.3 纸张基本性能与?E的关系 2.2.3 纸张基本性能对实地密度的影响 图 2.4为在 720dpi分辨率下的 CMYK四色的密度复制比 DRR。 2 C M Y K Dx DRR 1.8 1.6 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 纸样A 纸样B 纸样C 纸样D 实验纸样图2.4 4种纸样 CMYK四色的密度复制比 DRR 利用一元回归曲线来分析纸样性能与密度复制比DRR之间的关系,如2.5所 示。 2 2 其中白度与DRR的相关系数R 0.756,不透明度与DRR的相关系数R 0.2876, 15 光泽度差/% 实地密度 吸收速度差/s 粗糙度差/um 山东轻工业硕士学位论文2 2 光泽度与DRR的相关系数为R 0.5425,粗糙度与DRR的相关系数R 0.6441,表 2 面吸收速度与DRR的相关系数R 0. 8727。可见,白度、表面吸收速度对密度复制比DRR的影响最大。白度越高,表面吸收速度越快,DRR值越接近于1,纸张获 得的印刷密度也就越佳。 98 100 97 99.5 96 99 95 98.5 94 98 2 2 R 0.756 93 R 0.2876 97.5 92 97 91 96.5 90 96 89 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 DRR DRR a 白度与DRR的关系 b 不透明度与DRR的关系 90 14 80 12 2 R 0.6441 70 10 60 8 50 2 R 0.5425 40 6 30 4 20 2 10 0 0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 DRR DRRc 光泽度与DRR的关系 d 粗糙度与DRR的关系 120 2 R 0.8727 100 80 60 40 20 0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 DRRe 表面吸收速度与DRR的关系 图2.5 纸张基本性能与DRR的关系 综上所述,纸张的基本性能中白度、光泽度和表面吸收速度对喷墨打印图像 的颜色再现性能影响最大。纸张白度高、光泽度好,吸收速度快且较为平滑 的纸 样,其图像复制的色彩再现范围大,密度佳,层次再现性好。16 白度/%ISO 光泽度/% 吸收速度/s 不透明度/% 粗糙度/um第 2章 对彩色喷墨打印纸质量评价体系的研究 2.2.4纸张基本性能对图像清晰度的影响 图 2.6为 4种实验纸样打印分辨率为 720dpi时的打印结果。墨点的理想 周长 2 为 156.74?m,理想面积为 1955?m。 3 C M Y K 平均值 2.5 2 1.5 1 0.5 0 纸样A 纸样B 纸样C 纸样D 实验纸样图 2.6 实验纸样 DF值 由图 2.6可知,与纸样 C和 D相比,纸样 A和 B的墨点保真度值 DF较接近 于 1,其墨点越接近于理想状态,纸样越不易发生羽化、毛细管、渗透等严重影响 图像最终质量的现象,打印图像的清晰度也就越好。通过分析实验纸样的基本性 能与 DF之间的关系,我们可以得到:纸样的粗糙度和吸收速度对于图像清晰度的 影响较大。吸收速度快、平滑度高的纸张,其 DF值越接近于 1,图像也就越清晰、 均匀。 2.2.5 纸张基本性能对喷墨打印图像再现效果的影响 根据所得数据,通过计算公式 IRI DRR +DF /2,得出喷墨打印图像再现指 数IRI,如图2.7。 图2.7 实验纸样的图像再现指数IRI17 DF 山东轻工业硕士学位论文从图2.7可以看出,纸样A的图像再现指数IRI最好,其次依次是纸样B和C,纸 样D的IRI最差。利用一元回归曲线来分析纸样的基本性能与IRI之间的关系,我们 2 2 可以得出:白度与IRI 的相关系数R 0.8643,不透明度与 IRI的相关系数R 2 2 0.0605,光泽度与IRI的相关系数为R 0. 6419,粗糙度与 IRI的相关系数R 02 6476,表面吸收速度与IRI的相关系数R 0. 8901。综合分析可得,在纸张的各项 基本性能中,对IRI的影响程度从大到小依次为纸张吸收性能?白度?粗糙度?光 泽度?不透明度。这表明纸张吸收性能好、白度高且平滑的高光泽彩色喷墨打印 纸的喷墨打印效果较好。 2.3 高光喷墨打印纸保存性能的研究 彩色喷墨打印图像在保存的过程中,由于受到空气湿度、光辐射等的影响或 [30] 是被氧化气体氧化,会导致图像变黄褪色、稳定性降低。P.Wight 认为 ,喷墨打 印图像的呈色染料易受臭氧的影响;图像随着存放时间的延长,水渍现象会日益 严重,从而导致打印图像的表面性能降低,易被摩擦损坏;图像在受到光线照射, 特别是受到长时间的光线照射时,褪色程度会加剧,且光线的强度越高,图像的 褪色也就越严重。 本论文从分析耐光性和耐水性两个主要方面入手,设计了一套实验室定量分 析图像保存性能的方法,来定量地表达色彩饱和度的变化。 2.3.1 理论依据 * * * 根据CIE L a b系统理论,可以判断样品与标准样之间接近程度的大小。一般 [31] 认为,色差与视觉感受之间的关系如表2.3所示 : 表 2.3 色差与视觉感受的关系 色差 视觉感受 ?E ?1 几乎感觉不到色差1?E?2 感觉很小 2?E?3.5 感觉程度中等 3.5 ?E?6 感觉明显 ?E 6 感觉强烈 本实验以人眼可以观察到的色彩的变化即?E 4,来作为喷墨打印图像保存 [32] 性能的评价指标。?E表示颜色的色差,其算法如式2.5所示 。 1 2 2 2 2 ?E [ ?L* + ?a * + ?b* ] 18第 2章 对彩色喷墨打印纸质量评价体系的研究 * * ?L* L ?L 1 2* * 2.5 ?a* a ?a1 2 * * ?b* b ?b 1 2 式中1的意思是实验处理后的打印纸张 2的意思是实验未处理的打印纸张 2.3.2 实验原料与仪器 1 实验原料:采用4种市售的不同彩色喷墨打印纸作为实验样品,分别标号 # # # # 为1、2、3、4。 2 实验仪器:佳能S800 彩色喷墨打印机; X-Rite分光光度计;紫外光灯8W, 220V,入射角为60?,直线照射距离为40cm。 2.3.3 实验方法 1 将4种实验纸样按照国家标准测定基本性能,分别是白度、不透明度、粗 糙度、光泽度和表面吸收速度。 2 耐光性的测试 # # # # 准备两组纸样,每组均包括1、2、3和4。把第一组放置在室内,每隔一定 * * * 时间,用分光光度计测量纸样的L、a、b值,并计算CMYK各色块的色差值 ?E; 第二组选用紫外光灯对纸样进行照射,所选择的照射时间分别为1s、2s、3s、4s、 5s、7s、10s,并通过公式来计算CMYK各色块的色差值?E。 以图像褪色程度相同时作为实验的参考标准,当喷墨打印色块在室内放置一 定时间的?E与受到紫外光灯照射一定时间的的?E相一致时,分别记下各自所需要 的时间,从而进一步确定室内放置时间与紫外光灯照射时间之间的相关性。假定 [33] 喷墨打印图像的最佳保存时间为365天 ,理想的耐光寿命为T ?,实验纸样C、M、 L Y、K四色块的耐光寿命分别为 T 、T 、T 、T ,则实验纸样的耐光寿命T LC LM LY LK L [34] 和耐光系数R的计算公式,如式2.6所示 : L T 365 × 24 8760h L T Min T 、T 、T 、T L LC LM LY LKR T T2.6 L L L 3 耐水性的测试 将喷墨打印的色块放入蒸馏水中浸泡,使蒸馏水没过色块。浸泡时间分别为 5s、10s、15s、20s、25s、30s、40s、50s,取出之后立即用纸巾擦除水分,放入对 * * * 流烘箱中待色块完全干燥时 即擦拭后不掉色 取出,测量各色块的L、a、b值。 通过计算,得到?E与色块浸泡T对应的曲线图。通过曲线方程计算 ?E 4时所需 要的浸泡时间。由于经过浸泡之后的纸张被迅速擦拭,因此与水之间的接触时间 19 山东轻工业硕士学位论文较短,故设定纸张的理想耐水寿命T 60s,实验纸样C、M、Y、K四色块的耐 W 水寿命分别为T 、T 、T 、T ,则实验纸样的耐水寿命T 和耐水系数R 的 WC WM WY WK W W 计算公式,如式2.7所示: T Min T 、T 、T 、T W WC WM WY WK R T T2.7 W W W 4 图像保存性能的测试 图像的保存性能用图像稳定性系数来评价。设稳定性系数为S,计算公式如 式 2.8所示:S R +R 22.8 L W 先将待测的实验纸样放置在恒温恒湿 25?,RH65% 的环境中,待放置24小 时之后,将纸样进行喷墨打印。打印最终图像的具体指标为:分辨率为 720dpi,网 点百分比为100%,3cm*3cm的C、M、Y、K四色色块。 2.4 实验结果与讨论 2.4.1 纸张基本性能测试 分别测试 4种实验纸样的基本性能指标。实验结果见表 2.4。 表 2.4 实验纸样的基本性能 # # # # 基本性能 1 2 3 4 白度