張 琳， 張美云， 吳養(yǎng)育， 段華偉

(1.陜西科技大學 輕工與能源學院 陜西省造紙技術(shù)及特種紙品開發(fā)重點實驗室， 陜西 西安 710021; 2.廣東壯麗彩印股份有限公司， 廣東 汕頭 515064)

0 引言

紙張作為印刷復制中最為重要的一種傳統(tǒng)承印材料，其主要構(gòu)成成分為纖維[1].隨著人們越來越多地致力于研究開發(fā)綠色材料，石頭紙作為一種新型環(huán)保合成紙在國內(nèi)外逐漸受到了重視和發(fā)展[2].石頭紙不同于傳統(tǒng)紙張，是將石頭的主要成分“碳酸鈣”研磨成超細微粒后吹塑成紙.目前，市場上已經(jīng)投產(chǎn)并推廣使用石頭紙，其在新聞出版領(lǐng)域、文化用紙、地圖、墻紙等方面已得到了較好的應用[2-8].

本文研究了石頭紙的相關(guān)性能和印刷適性，并進行了各方面應用的對比，為石頭紙的應用提供理論和實驗依據(jù)，有利于石頭紙今后的推廣.

1 實驗部分

1.1 石頭紙

本實驗研究的石頭紙分別取自于江西蔡氏(97 g/m2)、安徽天象(171 g/m2)、福建美倫達(130 g/m2)等三家石頭紙生產(chǎn)企業(yè).其中，安徽天象石頭紙采用吹膜法生產(chǎn)工藝； 江西蔡氏、福建美倫達石頭紙均采用壓流延法生產(chǎn)工藝.

紙張測試條250×80 mm.

1.2 實驗儀器及其他材料

C1-7型IGT印刷適性儀、X-Rite528型分光密度計、GM光澤度測試儀、電腦測控平滑度儀、紙張耐折度測試儀、耐破度測試儀等.

天津東洋普通C、M、Y、K膠印油墨，兩種不同性能銅版紙(128 g/m2).

1.3 實驗方案

確定印刷壓力200 N和使用同種油墨.實驗過程中改變印刷盤的供墨量，采用小墨量上墨法，依次為0.1 mL、0.2 mL、0.3 mL、0.4 mL、0.5 mL、0.6 mL，每種墨量印刷3張試樣條，印刷色塊210×65 mm.

2 石頭紙相關(guān)性能及印刷適性研究

2.1 石頭紙表觀性能描述

石頭紙外觀目測較平整、光滑，顏色不是很白，比較厚，當拿一疊石頭紙時感覺較重，細看紙張表面發(fā)現(xiàn)很多細小的孔，透明度較高，挺度較差.

2.2 石頭紙物理及機械性能分析

石頭紙物理性能分析如表1所示.

表1 石頭紙物理及機械性能測量值

注：江西蔡氏的石頭紙由于在進行橫向測量時，縱向太容易撕裂而無法使試樣從切口處撕開，因此無法測量出橫向撕裂度.

由表1可見，在白度、平滑度、光澤度等方面，石頭紙均低于銅版紙.其中，白度比銅版紙略低，而平滑度、光澤度與銅版紙差距較大.

在耐折度、撕裂度、耐破度、抗張強度等方面，石頭紙均表現(xiàn)出了較好的能力，要比銅版紙高.可以說，在包裝功能上，石頭紙是達到要求的，即很難折斷、具有很強的形變能力、吸水性很小等特性.

2.3 石頭紙印刷適性分析

2.3.1 印刷質(zhì)量各指標的測量

實驗數(shù)據(jù)記錄及計算如表2所示.

表2 江西蔡氏、安徽天象、福建美倫達等三種石頭紙實驗數(shù)據(jù)記錄

續(xù)表1

紙張供墨量/mL0.10.20.30.40.50.6印版墨量x/(g/m2)2.043.547.0510.3612.2117.57轉(zhuǎn)移墨量y/(g/m2)0.961.733.023.263.585.63福建美倫達油墨轉(zhuǎn)移率f/%47.3648.8642.5731.4629.3432.07青實地密度值DS0.901.171.352.232.412.5墨層厚度L/um0.971.743.043.283.615.68

2.3.2 石頭紙主要性能的灰關(guān)聯(lián)分析

利用灰色關(guān)聯(lián)分析法研究紙張主要性能對印品質(zhì)量的影響程度.灰色關(guān)聯(lián)分析可以根據(jù)因素之間發(fā)展趨勢的相似或相異程度，即“灰關(guān)聯(lián)度”，衡量各因素間關(guān)聯(lián)程度，該值越大，說明該因素與某指標的關(guān)系越密切.具體見表3所示，計算出了紙張各性能的灰關(guān)聯(lián)度并進行排序，這里僅選取了與印刷質(zhì)量相關(guān)的紙張性能.

表3 石頭紙各性能灰關(guān)聯(lián)序的比較

從表3可以看出，對石頭紙來說，紙張相關(guān)性能對印品質(zhì)量影響的綜合排序是：吸水性﹥光澤度﹥白度﹥抗張強度﹥平滑度.

吸水性是與印刷效果相關(guān)度最高、影響最大的指標，研究時應作為重要的參考依據(jù).平滑度是一個值得仔細注意的指標.分析表明，平滑度是一個不敏感的指標，它不是決定印效差異的主要因素.究其原因，在印刷過程中，平滑度應該只有與吸墨性、表面強度、吸水性等指標聯(lián)系起來考察才具有意義[9-10]，若只單獨確定其大小并不能決定印刷情況，甚至可能產(chǎn)生較大偏差.根據(jù)此結(jié)果，實際中不必過分追求石頭紙的平滑度，更不能只依據(jù)平滑度來對石頭紙的印刷適性作出判斷.

另外，石頭紙與銅版紙相比，外觀表現(xiàn)為偏黃、偏黑的色相，這會反映在白度的相關(guān)性排序上.實際上對印刷而言，紙張白度也并不是越高越好，白度的差異不是評價圖像復制質(zhì)量高低的絕對標準，但白度又確實影響著印刷圖像帶給人的心理感受，因此，使用石頭紙要特別注意復制適用的對象.

2.3.3 油墨轉(zhuǎn)移率的變化

繪制油墨轉(zhuǎn)移率曲線如圖1所示.由圖1中的曲線分析可知，各種紙張的油墨轉(zhuǎn)移率都是先上升后下降，最后趨于平緩，有最大峰值，其他特征為：

(1)石頭紙的油墨轉(zhuǎn)移率峰值均小于銅版紙.這是因為石頭紙對油墨的吸收主要是靠碳酸鈣粉體來吸收，而紙張原料中的樹脂對碳酸鈣粉體形成了包裹，使碳酸鈣對油墨的吸收量降低.

(2)石頭紙油墨轉(zhuǎn)移率達到峰值后，下降趨勢相對比較平緩，而銅版紙則較劇烈.

(3)安徽天象石頭紙油墨轉(zhuǎn)移率整體上優(yōu)于江西蔡氏和福建美倫達石頭紙.這可能是由于安徽天象石頭紙采用吹膜法生產(chǎn)工藝，而江西蔡氏、福建美倫達石頭紙均采用壓流延法生產(chǎn)工藝，導致安徽天象的石頭紙紙張縱橫向差異比江西蔡氏、福建美倫達的石頭紙縱橫向差異小，從而影響了油墨轉(zhuǎn)移率的變化.

圖1 石頭紙油墨轉(zhuǎn)移率曲線

2.3.4 印品實地密度及墨層厚度的變化

由圖2和圖3中的曲線可以得知：三種石頭紙張上色塊的實地密度值(即100%圖像階調(diào)處的密度)和墨層厚度都隨著上墨量的增加而增加；石頭紙上印刷色塊的實地密度值和墨層厚度整體均低于銅版紙.這是由于石頭紙對油墨的吸收性好，使得較多的連結(jié)料和部分的顏料被吸入紙張內(nèi)部，印跡不飽和，階調(diào)壓縮，層次損失.

圖2 石頭紙墨層厚度-上墨量變化曲線

2.3.5 印刷色度值的變化

各種紙張印刷色域范圍見圖4所示.對比各種試樣油墨轉(zhuǎn)移的C、M、Y、R、G、B值，可以看出，石頭紙所能表現(xiàn)出來的色域范圍要比銅版紙的小，石頭紙在色彩表達方面要弱于銅版紙.

圖3 石頭紙實地密度-上墨量變化曲線

圖4 色域范圍比較

2.3.6 印刷光澤度的測量

由表1對比分析可知：三種石頭紙紙張的印刷光澤度隨著供墨量的上升都有所增加，只是增加的幅度不一樣.石頭紙在吸收油墨時，主要依靠無機粉體、樹脂相互間的空隙來吸收油墨[11-13].安徽天象和福建美倫達的石頭紙中碳酸鈣粉體含量較高，對油墨的吸收較多、較快，致使印品光澤度較低，容易造成透印的現(xiàn)象.

而江西蔡氏的石頭紙中樹脂的含量較高，所用碳酸鈣粉體的細度較高，樹脂對碳酸鈣粉體形成了充分地包裹，使紙張對油墨的吸收性大大下降，造成印品的光澤度較高，這就意味著印品上的油墨不容易干燥，容易出現(xiàn)反印的印刷故障.

3 結(jié)論

本文針對石頭紙的物理性能及印刷適性進行了實驗比較與分析，通過實驗數(shù)據(jù)可以得出以下重要結(jié)論：

(1)對石頭紙來說，紙張相關(guān)性能對印品質(zhì)量影響的綜合排序是：吸水性﹥光澤度﹥白度﹥抗張強度﹥平滑度.

(2)石頭紙的油墨轉(zhuǎn)移率峰值均小于銅版紙，采用吹膜法生產(chǎn)工藝石頭紙的油墨轉(zhuǎn)移率整體上要優(yōu)于采用壓流延法生產(chǎn)工藝石頭紙.

(3)在紙張色彩還原上，石頭紙在最大密度上要差于銅版紙，色度上也出現(xiàn)較小的區(qū)域.

(4)在各類石頭紙所表現(xiàn)出的性能上，可以看出，石頭紙比較適合作為包裝材料使用.因為其既具備紙張的性能，同時又具備部分PVC的性能.

石頭造紙符合當前產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢，而且在印刷、包裝材料和一次性可降解產(chǎn)品中有著廣泛的應用前景.與傳統(tǒng)紙相比，它具有更強的生命力，希望能夠根據(jù)實驗結(jié)果，盡快研究并開發(fā)出更適合各種應用的石頭紙.

[1] 高 峰.發(fā)泡石頭紙的制備和性能檢測[J].包裝工程，2011，32(11):21-26.

[2] 馬晚思.石頭紙與銅版紙印刷適性差異性分析[J].華東紙業(yè),2011，42(3):24-27.

[3] 黃 翔.基于SWOT分析的石頭紙發(fā)展與對策探討[J].環(huán)境科學與管理,2010，35(12):24-27.

[4] Sebastian Teir,Sanni Eloneva,Ron Zevenhoven. Production of precipitated calcium carbonate from calcium silicates and carbon dioxide[J].Energy Conversion and Management,2005,46:2 955-2 977.

[5] Jung-Ah Kim,Gi-Chun Han,Mihee Lim,et al.Effect of hydraulic activity on crystallization of precipitated calcium aarbonate(PCC) for eco-friendly Paper[J].Int.J.Mo.l Sc.i,2009,10:4 955-4 961.

[6] 陽鐵建，顏 鑫.淺議石頭紙的特性、生產(chǎn)現(xiàn)狀及發(fā)展前景[J].湖南造紙,2012，42(4):24-27.

[7] 覃炳達.“石頭紙”相關(guān)專利技術(shù)概述[J].造紙信息，2010(4):24-27.

[8] 劉仁慶.關(guān)于石頭造紙的若干問題[J].紙和造紙，2010，29(1)：58-62.

[9] 林一亭.石頭造紙——傳統(tǒng)造紙技術(shù)的重大突破[J].華東紙業(yè)，2010,41(1):55-57.

[10] Wang D,Jiang W,Gao H,et al. Preparation,characterization,and mechanical properties of microcellular poly(aryl ether ketone) foams[J].Journal of Polymer Science:Part B:Polymer Physics,2007,45(2):173-183.

[11] 余貽驥.淺議石頭紙[J].紙和造紙,2010，29(5)：1-2.

[12] 林其水.精美的石頭會說話——介紹兩種新型高科技石頭環(huán)保低[J].今日印刷,2010(7):55-56.

[13] 張 科.石頭長出紙[J].環(huán)境,2010(4):35.