專利名稱：膨潤土基納米硅微孔膜及其制備方法、數(shù)碼相紙的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種數(shù)碼相紙的涂料配方及其制備方法，以及使用這種涂料配方的數(shù)碼相紙。
背景技術(shù)：
近年來，數(shù)碼技術(shù)的迅速發(fā)展，為通訊、機械制造、印刷等行業(yè)帶來新的發(fā)展機遇。彩色噴墨數(shù)碼相紙就是隨著數(shù)碼相機、數(shù)碼打印機的發(fā)展而發(fā)展起來的新興產(chǎn)業(yè)，高品質(zhì)的數(shù)碼相紙一面市，它就以操作簡單、分辨率高、色彩鮮艷、保存時間長、便于彰顯個性等特點，顯示了它強大的生命力，特別是對傳統(tǒng)的感光照相業(yè)帶來了極大的沖擊。對數(shù)碼相紙要求其分辨率高、墨干速度快，防水性好，固色性能好，光澤度高。目前，世界生產(chǎn)數(shù)碼相紙大體上有兩條技術(shù)路線一是多孔技術(shù)，亦稱粉膜技術(shù)，將多種粒徑和粉體材料，如多孔結(jié)構(gòu)的二氧化硅、氧化鋁等與多種高分子膠體材料相混合，涂覆于紙面上，形成一種粉膜。由于多孔的粉體材料本身及它們相互排列之間所形成的間隙，對墨水產(chǎn)生了吸附和對顏色的固定性能，使各種不同顏色的墨點真實地再現(xiàn)數(shù)碼信息所指示的排列順序，還原出數(shù)碼相機所捕獲的畫面原形，它的優(yōu)點是吸墨快，適宜快速打印的發(fā)展，缺點是易氧化，保存時間短，1～2年變黃。二是膨脹技術(shù)，亦稱膠膜技術(shù)，利用各種不同的膠體，如人工合成膠，改性聚乙烯醇、生物膠等，在紙的表面形成一種能吸入墨水的膠膜。這種膜層能將打印的墨點吸附并將其包容起來，從而實現(xiàn)數(shù)碼圖像的還原目的，它的優(yōu)點是保存時間長，可達(dá)20年，缺點是吸附干燥速度慢。另外日本采用一次鑄涂的方法，其主要吸水材料為氣相法生產(chǎn)的二氧化硅、氧化鋁，這些材料由于比表面積大，結(jié)構(gòu)為多孔狀，因此有較強的吸水性，但這些材料價格比較昂貴。
發(fā)明目的本發(fā)明的目的是提供一種膨潤土基納米硅微孔膜及其制備方法、數(shù)碼相紙，要解決的技術(shù)問題是使數(shù)碼相紙的吸水性優(yōu)良，固色性能好，光澤度高，并降低數(shù)碼相紙的生產(chǎn)成本。
本發(fā)明采用以下技術(shù)方案一種膨潤土基納米硅微孔膜，包含重量比為膨潤土70～79.5％、二氧化硅10～15％、改性丙烯酸乳液9～14％，其中二氧化硅的粒徑為2～10微米。
本發(fā)明的膨潤土基納米硅微孔膜中含有分散劑1.5～4％。
本發(fā)明的膨潤土基納米硅微孔膜中含有膨潤土75％、二氧化硅12％、改性丙烯酸乳液11％、分散劑2％。
本發(fā)明的膨潤土重量比組成為二氧化硅55％、三氧化二鋁36.8％、三氧化二鐵0.5％、氧化鈉0.5％、氧化鈣0.9％、燒灼6.3％；改性丙烯酸乳液是PDLYF1x700，分散劑是TM-P-3。
一種膨潤土基納米硅微孔膜的制備方法，包括以下步驟一、在70～79.5％膨潤土中加入膨潤土重量25～30％的純凈水、1.5～4％分散劑，攪拌均勻；二、再依次加入10～15％二氧化硅、9～14％改性丙烯酸乳液攪拌均勻；三、涂覆在原紙上。
一種數(shù)碼相紙，具有原紙，原紙上涂覆有涂層，所述涂層分為底層和表層，底層為膨潤土基原料涂層，包含重量比為膨潤土70～79.5％、二氧化硅10～15％、改性丙烯酸乳液9～14％，其中二氧化硅的粒徑為2～10微米。
本發(fā)明的底層含有分散劑1.5～4％。
本發(fā)明的底層含有膨潤土75％、二氧化硅12％、改性丙烯算酸乳液11％、分散劑2％。
本發(fā)明膨潤土重量比組成為二氧化硅55％、三氧化二鋁36.8％、三氧化二鐵0.5％、氧化鈉0.5％、氧化鈣0.9％、燒灼6.3％。
本發(fā)明的表層是納米硅微孔膜，其重量比組成為二氧化硅66％、分散劑3％、聚乙烯醇7％、改性聚胺脂6％、合成固色劑5％、助劑8％、濕強劑1％、脫缸劑3％，防霉劑1％；所述聚乙烯醇的分子量為500，分散劑為TM-P-3，改性聚胺脂為EPP-23，合成同色劑為PPS-300，助劑為非離子丙烯酸乳液(PS810)，濕強劑為HE-55，脫缸劑為APPE-21，防霉劑為F8810。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，底層采用膨潤土為主要原料的涂料，涂布在紙上后，與紙纖維形成一種均勻分布的微格架結(jié)構(gòu)，使其吸水更迅速，具有蓄水功能，與表層的配合更協(xié)調(diào)的涂層，表層以納米硅為主要原料的涂層，涂布在底層上形成一種微孔膜，成為過濾、固色、防水、光澤層。


圖1是膨潤土粒度分布電鏡相片(50000倍)。
圖2是本發(fā)明膨潤土基納米硅微孔膜實施例的表面形態(tài)SEM圖(10000倍)。
圖3是本發(fā)明膨潤土基納米硅微孔膜實施例的表面形態(tài)SEM圖(20000倍)。
圖4是本發(fā)明膨潤土基納米硅微孔膜實施例的斷面形態(tài)SEM圖(2000倍)。
圖5是本發(fā)明膨潤土基納米硅微孔膜實施例的斷面形態(tài)SEM圖(3000倍)。
圖6是本發(fā)明數(shù)碼相紙表層表面形態(tài)SEM圖(20000倍)。
圖7是本發(fā)明數(shù)碼相紙表層斷面形態(tài)SEM圖(3000倍)。
圖8是本發(fā)明數(shù)碼相紙生產(chǎn)流程圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
本發(fā)明的膨潤土基納米硅微孔膜，包含重量比為膨潤土70～79.5％、二氧化硅10～15％、改性丙烯酸乳液9～14％，分散劑1.5～4％，其中二氧化硅的粒徑為2-10微米。
本發(fā)明的膨潤土基納米硅微孔膜，優(yōu)選的重量比為膨潤土75％、二氧化硅12％、改性丙烯算酸乳液11％、分散劑2％，其中二氧化硅的粒徑為6微米。其中改性丙烯酸乳液是PDLYF1x700，分散劑是TM-P-3。
本發(fā)明的膨潤土基納米硅微孔膜的制備方法包括以下步驟一、在70～79.5％膨潤土中加入膨潤土重量25～30％的純凈水、1.5～4％分散劑，攪拌均勻；二、再依次加入10～15％二氧化硅、9～14％改性丙烯酸乳液攪拌均勻；三、涂覆在原紙上。
膨潤土具有吸水強，分散和懸浮性好，較好的吸附性和陽離子交換性能，申請人先后在遼寧、山東、內(nèi)蒙、湖北和廣東等32個生產(chǎn)廠家取樣對比測試，按其含二氧化硅、氧化鋁等主要成份排序，如表1所示。按其吸水性、吸油墨性分組，逐一進(jìn)行涂料配制、打印試驗。膨潤土的吸水性又因它的礦型和晶體結(jié)構(gòu)的不同和主要成份的差異吸水的能力也不同，通常能夠吸附自身體積5～30倍的水量。經(jīng)篩選后的幾種可進(jìn)行深入試驗的膨潤土如表2。經(jīng)過反復(fù)試驗，申請人最終找到一種較為適合的特殊的膨潤土，其化學(xué)指標(biāo)見表3，物理性能如表4所示，5萬倍電鏡下的棵粒狀態(tài)如圖1所示。
本發(fā)明采用的膨潤土重量比組成為二氧化硅55％、二氧化鋁36.8％、三氧化二鐵0.5％、氧化鈉0.5％、氧化鈣0.9％、燒灼6.3％。
本發(fā)明的數(shù)碼相紙，在原紙上涂覆涂層，涂層分為底層和表層，底層為膨潤土基原料涂層，包括鈣基膨潤土和鈉基澎潤土，底層的涂料主要是膨潤土，再加少量大粒徑2～10微米的二氧化硅和改性丙烯酸乳液所制成，涂布在原紙上后，與紙纖維形成一種均勻分布的微格架結(jié)構(gòu)，使其吸水更迅速，與表層的配合更協(xié)調(diào)。當(dāng)膨潤土75％、二氧化硅12％、改性丙烯酸乳液11％、分散劑2％，其中二氧化硅的粒徑為6微米時，底層形態(tài)的SEM圖如圖2和圖3所示，斷面形態(tài)的SEM圖如4和圖5所示。
數(shù)碼相紙的關(guān)鍵技術(shù)之一在于當(dāng)墨水打印到紙上時，相紙的表面涂層能迅速地將墨水中的水和染料(顏料)進(jìn)行分離，讓水分子通過表層并被底層充分吸收，墨水中的染料(顏料)留在表層，按數(shù)碼相素所解析的順序排列并不能自由遷移，保證打印出畫面原形的真實性。申請人采用PVA和改性聚胺樹脂交聯(lián)，并配以納米二氧化硅，使數(shù)碼相紙表面形成一種硅微孔膜，這樣，對墨水中的水墨分離更加精確，使染料和顏料保留在相紙表層，保證了圖面的鮮艷度。表層是一種納米硅微孔膜，其重量比組成為二氧化硅66％、分散劑3％、聚乙烯醇7％、改性聚胺脂6％、合成固色劑5％、助劑8％、濕強劑1％、脫缸劑3％，防霉劑1％時，表層形態(tài)的SEM圖如圖6所示，斷面形態(tài)的SEM圖如圖7所示。其中聚乙烯醇的分子量為500，分散劑為TM-P-3，改性聚胺脂為EPP-23，合成固色劑為PPS-300，助劑為非離子丙烯酸乳PS810，濕強劑為HE-55，脫缸劑為APPE-21，防霉劑為8810。如圖8所示，本發(fā)明的數(shù)碼相紙底層采用刮刀式涂布的方式，表層是采用濕法鑄涂的工藝方式。數(shù)碼相紙的整個生產(chǎn)過程分三個階段1、涂料配制階段，底層涂料在70～79.5％膨潤土中加入膨潤土重量25～30％的純凈水、1.5～4％分散劑，攪拌均勻，再依次加入10～15％、二氧化硅、9～14％改性丙烯酸乳液；表層涂料在66％二氧化硅中加入二氧化硅重量65～70％的純凈水、3％分散劑，攪拌均勻，再依次加入7％聚乙烯醇、6％改性聚胺脂、5％合成固色劑、8％助劑、1％濕強劑、3％脫缸劑，1％防霉劑；2、涂布階段底層涂布和表層鑄涂；3、分切和包裝階段。涂布工藝的主要參數(shù)見表5。
本發(fā)明采用的方法，是在原紙上分別涂上底層和表層，使其構(gòu)成兩種不同的結(jié)構(gòu)，形成兩種不同的功能的層，即具有蓄水功能和分離墨水固色功能，這兩種功能不同的涂層有機地結(jié)合起來，使再現(xiàn)數(shù)碼圖像的畫面更真實、更富有立體感，從實踐來看能夠達(dá)到快速干燥、色彩鮮艷、分辨率高、防水性能好的要求。目前世界上90％的市場占有率的彩色噴墨打印機是日本愛普生、佳能和美國的惠普、利盟四種機型。這四種打印機的噴墨原理有所不同，又因為各自的墨水在分散劑和固色劑的選用上有所不同，所以數(shù)碼相紙在不同型號的打印機上打印出的圖像有很大的差異。利用日本愛普生彩噴打印機EPSON830U和美國惠普打印機HP Photosmart 7838，本發(fā)明的數(shù)碼相紙在這兩種不同的打印機上所打印出來的圖像均有良好的效果，說明本發(fā)明的數(shù)碼相紙對不同型號的打印機有著很強的適應(yīng)性?，F(xiàn)有技術(shù)配料中所用的多孔性結(jié)構(gòu)材料，二氧化硅等價格比較貴，如常用的氣相法生產(chǎn)的二氧化硅為45元/公斤，本發(fā)明所使用的膨潤土僅1.2元/公斤，降低了數(shù)碼相紙的生產(chǎn)成本。本發(fā)明的產(chǎn)品在涂料配方中加入了適量的抗老化劑和抗紫外光劑，使產(chǎn)品在抗老化性能有明顯的提高。
目前關(guān)于數(shù)碼相紙的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，國際上還沒有一個定量的指標(biāo)來衡量，主要還是以目視定性的方式來衡量數(shù)碼相紙水平。彩色畫面打印出來以后，專家們以目視方法觀察比較其畫面的彩色真實感和顏色的還原性等。當(dāng)然，也提出了具有定量意義的指標(biāo)，如色彩分辨率、色純度等，但沒有測試手段。從定性意義比較來看，日本愛普生數(shù)碼相紙、美國柯達(dá)數(shù)碼相紙和本發(fā)明的數(shù)碼相紙，在愛普生彩噴打印機上打印同一個畫面圖像進(jìn)行比較，本發(fā)明的數(shù)碼相紙的圖像與效果與愛普生數(shù)碼相紙上的圖像不相上下；同樣，若在惠普彩噴打印機上打印同一畫面圖像，則本發(fā)明的數(shù)碼相紙與效果最好的柯達(dá)數(shù)碼相紙圖像基本一致，甚至要好一些。這說明了本發(fā)明的數(shù)碼相紙的質(zhì)量水平和性能應(yīng)該接近世界先進(jìn)水平。鑒于目前世界上對數(shù)碼相紙質(zhì)量評價的兩個較重要指標(biāo)色分辨率和色純度，還沒有一個標(biāo)準(zhǔn)及測試方法，也沒有這類測試儀器。申請人將具有代表性的三種數(shù)碼相紙愛普生、柯達(dá)、本發(fā)明的數(shù)碼相紙，對測試色板和色塊進(jìn)行打印，幾種顏色在色板和色塊上的顯示情況，在顯微鏡下定性的觀察色分辨率和色純度情況。再者，從三種不同數(shù)碼相紙打印出的畫面也可以進(jìn)行宏觀比較。經(jīng)比較，三種不同數(shù)碼相紙打印出的畫面，色分辨率和色純度肉眼觀察無區(qū)別。
數(shù)碼相紙的制備實施例1，涂料配制階段，底層涂料在75％膨潤土中加入膨潤土重量25％的純凈水、2％分散劑，攪拌均勻，再依次加入12％二氧化硅、11％改性丙烯酸乳液，其中二氧化硅的粒徑為6微米。其中改性丙烯酸乳液是PDLYF1x700，分散劑是TM-P-3；表層涂料在66％二氧化硅中加入二氧化硅重量65％的純凈水、3％分散劑，攪拌均勻，再依次加入7％聚乙烯醇、6％改性聚胺脂、5％合成固色劑、8％助劑、1％濕強劑、3％脫缸劑，1％防霉劑；涂布階段底層涂布和表層鑄涂；分切和包裝。涂布工藝的參數(shù)見表5。申請人請華南理工大學(xué)特種紙研究團隊對本實施例的數(shù)碼相紙、美國柯達(dá)數(shù)碼相紙Kodak和日本愛普生數(shù)碼相紙Epson，在愛普生830彩噴打印機上打印同一個畫面圖像，使用美國產(chǎn)的愛色麗418型彩色反射密度儀，進(jìn)行了色密度的對比檢測實驗，色塊大小75*75毫米，檢測結(jié)果見表6。
數(shù)碼相紙的制備實施例2，涂料配制階段，底層涂料在70％膨潤土中加入膨潤土重量25％的純凈水、1.5分散劑，攪拌均勻，再依次加入10％二氧化硅、9％改性丙烯酸乳液；表層涂料在66％二氧化硅中加入二氧化硅重量65％的純凈水、3％分散劑，攪拌均勻，再依次加入7％聚乙烯醇、6％改性聚胺脂、5％合成固色劑、8％助劑、1％濕強劑、3％脫缸劑，1％防霉劑；涂布階段底層涂布和表層鑄涂；分切和包裝階段。涂布工藝的參數(shù)見表5。在愛普生830彩噴打印機上打印一個畫面圖像，使用美國產(chǎn)的愛色麗418型彩色反射密度儀，進(jìn)行了色密度的對比檢測實驗，色塊大小75*75毫米，檢測結(jié)果見表7。
目測畫面，顏色干的慢，并有洇色現(xiàn)象。
數(shù)碼相紙的制備實施例3涂料配制階段，底層涂料在80％膨潤土中加入膨潤土重量30％的純凈水、4％分散劑，攪拌均勻，再依次加入15％二氧化硅、14％改性丙烯酸乳液；表層涂料在66％二氧化硅中加入二氧化硅重量70％的純凈水、3％分散劑，攪拌均勻，再依次加入7％聚乙烯醇、6％改性聚胺脂、5％合成固色劑、8％助劑、1％濕強劑、3％脫缸劑，1％防霉劑；涂布階段底層涂布和表層鑄涂；分切和包裝。涂布工藝的參數(shù)見表5。在愛普生830彩噴打印機上打印一個畫面圖像，使用美國產(chǎn)的愛色麗418型彩色反射密度儀，進(jìn)行了色密度的對比檢測實驗，色塊大小75*75毫米，檢測結(jié)果見表8。
目測畫面，還原性較差，與原畫面相比，顏色偏淺。
表1 我國部分膨潤土礦的化學(xué)成分，％

表2 我國主要鑄造用膨潤土的質(zhì)量


表3 膨潤土的化學(xué)指標(biāo)(％)

表4 膨潤土的主要物理性能

表5 涂布工藝的主要參數(shù)表


表6 各式樣的色密度結(jié)果

表7 實施例2檢測結(jié)果

表8 實施例3檢測結(jié)果

權(quán)利要求
1.一種膨潤土基納米硅微孔膜，其特征在于包含重量比為膨潤土70～79.5％、二氧化硅10～15％、改性丙烯酸乳液9～14％，其中二氧化硅的粒徑為2～10微米。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膨潤土基納米硅微孔膜，其特征在于所述膨潤土基納米硅微孔膜中含有分散劑1.5～4％。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的膨潤土基納米硅微孔膜，其特征在于所述膨潤土基納米硅微孔膜中含有膨潤土75％、二氧化硅12％、改性丙烯酸乳液11％、分散劑2％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的膨潤土基納米硅微孔膜，其特征在于所述膨潤土重量比組成為二氧化硅55％、三氧化二鋁36.8％、三氧化二鐵0.5％、氧化鈉0.5％、氧化鈣0.9％、燒灼6.3％；改性丙烯酸乳液是PDLYF1×700，分散劑是TM-P-3。
5.一種膨潤土基納米硅微孔膜的制備方法，包括以下步驟一、在70～79.5％膨潤土中加入膨潤土重量25～30％的純凈水、1.5～4％分散劑，攪拌均勻；二、再依次加入10～15％二氧化硅、9～14％改性丙烯酸乳液攪拌均勻；三、涂覆在原紙上。
6.一種數(shù)碼相紙，具有原紙，原紙上涂覆有涂層，其特征在于所述涂層分為底層和表層，底層為膨潤土基原料涂層，包含重量比為膨潤土70～79.5％、二氧化硅10～15％、改性丙烯酸乳液9～14％，其中二氧化硅的粒徑為2～10微米。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的數(shù)碼相紙，其特征在于所述底層含有分散劑1.5～4％。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的數(shù)碼相紙，其特征在于所述底層含有膨潤土75％、二氧化硅12％、改性丙烯算酸乳液11％、分散劑2％。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的數(shù)碼相紙，其特征在于所述膨潤土重量比組成為二氧化硅55％、三氧化二鋁36.8％、三氧化二鐵0.5％、氧化鈉0.5％、氧化鈣0.9％、燒灼6.3％。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的數(shù)碼相紙，其特征在于所述表層是納米硅微孔膜，其重量比組成為二氧化硅66％、分散劑3％、聚乙烯醇7％、改性聚胺脂6％、合成固色劑5％、助劑8％、濕強劑1％、脫缸劑3％，防霉劑1％；所述聚乙烯醇的分子量為500，分散劑為TM-P-3，改性聚胺脂為EPP-23，合成固色劑為PPS-300，助劑為非離子丙烯酸乳液(PS810)，濕強劑為HE-55，脫缸劑為APPE-21，防霉劑為F8810。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種膨潤土基納米硅微孔膜及其制備方法、數(shù)碼相紙，要解決的技術(shù)問題是使數(shù)碼相紙的吸水性優(yōu)良，降低生產(chǎn)成本，本發(fā)明膨潤土基納米硅微孔膜，包含重量比為膨潤土70～79.5％、二氧化硅10～15％、改性丙烯酸乳液9～14％，其中二氧化硅的粒徑為2～10微米，其制備方法在膨潤土中加入純凈水、分散劑攪拌均勻；再依次加入二氧化硅、改性丙烯酸乳液攪拌均勻；涂覆在原紙上；數(shù)碼相紙原紙上涂覆有底層和表層，底層為膨潤土基涂層；本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，底層采用膨潤土為主要原料，涂布在紙上后，與紙纖維形成一種均勻分布的微格架結(jié)構(gòu)，使其吸水更迅速，表層以納米硅為主要原料，在底層上形成一種微孔膜，成為過濾、固色、防水、光澤層。
文檔編號D21H19/62GK1837463SQ20061006008
公開日2006年9月27日 申請日期2006年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月28日
發(fā)明者孝睿 申請人:孝睿