Влияние поверхностных и сорбционных свойств бумаги на качество оттиска струйной печати Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

Влияние поверхностных и сорбционных свойств бумаги на качество оттиска струйной печати

А.Е. Каверина,

магистр второй год обучения

В наши дни все большее распространение получает цифровая печать. Она завоевывает все новые сферы воспроизведения печатной продукции, конкурируя с офсетной печатью. Ее преимущество в простоте получения оттисков из-за отсутствия промежуточных стадий, таких как вывод фотоформ, получение печатных форм, работы с проявителями и растворителями. Поскольку она все чаще используется, то требует более внимательного подхода к оценке качества печати и сравнения с показателями качества оттисков офсетной печати. Одной из разновидностей цифровой печати является струйная печать, ее мы и будем рассматривать.

Принцип струйной печати является бесконтактным и основан на набрызгивании на бумагу капелек чернил, которые впитываясь, формируют изображение.

В настоящее время существует большое разнообразие струйных печатных устройств, различающихся принципами образования капель и объемами капель. Отличительной особенностью является использование маловязких красок, которые называют чернилами. Они бывают на красителях и пигментах. Чернила на красителях дают более насыщенное изображение, но по сравнению с пигментированными обладают низкой водостойкостью и быстро выгорают.

Для получения качественного оттиска важно, чтобы чернила хорошо смачивали поверхность бумаги и прочно удерживались на ее поверхности, обеспечивая при этом четкий не расплывающийся контур элементов, что во многом определяется поверхностными и сорбцион-ными свойствами бумаги.

Пока еще взаимодействие бумаги и краски в способах цифровой печати изучено недостаточно, хотя за рубежом эта сфера изучается активно.

В настоящее время ассортимент офисных бумаг очень большой. Бумагу разделяют на три класса в зависимости от требований к качеству (табл. 1).

Таблица 1

Классификация офисных бумаг

Класс бумаги Описание

А Наивысшее качество черно-белых и цветных отпечатков. Совместима со всеми видами оргтехники. Подходит для печати презентаций, рекламных материалов и документации представительского класса

В Применима для струйных и лазерных принтеров, а также цветного копирования документов. Для ежедневной работы

С Применима только для черно-белой печати и копирования

Целью работы являлось изучение взаимосвязи показателей поверхностных и сорбционных свойств офисной бумаги и качества оттисков, полученных на струйном принтере.

Объектами исследования послужили образцы офисных бумаг, которые относятся к разным классам качества. Образцы представлены в табл. 2.

Таблица 2

Объекты исследования

Бумага Класс качества Производитель Назначение

Ballet Universal С Россия, Светогорск Специально для копировальной техники

Ballet Classy В Россия, Светогорск Многофункциональная офисная бумага

Ballet Premier А Россия, Светогорск Для престижных и важных документов

IQ A+ Австрия Подходит для лазерной и струйной печати, а также для одностороннего и двустороннего копирования. Идеальна для предварительной печати

Снегурочка С Россия, Сыктывкар Подходит для монохромных лазерных и струйных принтеров, копировальных и факсимильных аппаратов

SvetoCopy C Россия, Светогорск Отличное качество печати на любой копировально-множительной технике и печатающих устройствах

Окончание табл. 2

Бумага Класс качества Производитель Назначение

HP Office В Россия, Светогорск Разработана специально для офисов, потребляющих большой объем бумаги стабильного качества в различном офисном оборудовании

Select Ultra А Россия, Светогорск Эксплуатация на любом офисном оборудовании

Исследования проводили по следующим направлениям:

1. Изучение поверхностных свойств:

• определение шероховатости;

• определение гладкости;

2. Оценка сорбционных свойств:

• определение степени проклейки методом сухого индикатора, чернильно-штриховым методом;

• определение поверхностной впитываемости по Коббу;

• комплексная оценка сорбционных свойств с помощью прибора ЕБТ12 от ЕМТЕС.

Для оценки поверхностных свойств используются пневматические измерительные приборы, определяющие шероховатость и гладкость по измерению полноты контакта между поверхностями. Шероховатость выбранных образцов бумаги измерялась на приборе Паркера. Полученные результаты (рис. 1) показали, что наименее шероховатыми являются бумаги ^ и Снегурочка, производства Mondi.

Помимо шероховатости поверхности, измерялась и ее гладкость. Измерения проводились на приборе, использующем также пневматический метод (Бекка). Гладкость измеренных образцов лежит в интервале от 23 до 38 секунд, наиболее гладким образцом является бу-

Шероховатость по Паркеру

„о*

А*

ОСУ &

Рис. 1. Результаты исследования образцов на шероховатость (мкм)

мага № 3 Ballet Classic (рис. 2). Но полученные результаты явно говорят о погрешности. При измерении гладкости возможны погрешности, связанные с образованием пустот при прижиме бумаги к эталонной поверхности. В связи с этим мы можем говорить о том, что данные по шероховатости и гладкости поверхности для разных образцов бумаги имеют корреляцию.

Гладкость на ПОГ-2М, с

45 -i-

40----

35i^^

30

! Il Ш

1 2 3 4 5 6 7

Рис. 2. Результаты исследования образцов на гладкость

При исследовании сорбционных свойств образцов использовались различные методы измерения показателей степени проклейки и поверхностной впитываемости (рис. 3 и рис. 4).

Традиционно используемый чернильно-штриховой метод оценки степени проклейки бумаги показал, что значения этого показателя для исследуемых образцов изменяются в пределах 1-2 мм. Значения показателей степени проклейки, измеренных на приборе EST12, колеблются в пределах 0,6-1,9, что коррелирует со значениями, полученными чернильно-штриховым методом.

■ Поверхностная апитываемость на EST12 (МАХ)

■ Степень проклейки на EST12(t95)

■ Чернильно-штриховой метод

Гладкость на ПОГ-2М, с

I

1 2 3 4 5 6 7

Рис. 3. Результаты исследования сорбционных свойств

А

5vetOCOpV Ballet

Universal

Classic

I Метод сухого индикатора, с

■ Впиты ваемость по Кобб 30

HP Office

Рис. 4. Результаты исследования сорбционных свойств бумаги

Для процесса закрепления чернил большое значение играет поверхностная впитываемость бумаги. Чем мельче поры, тем больше сила капиллярного давления, втягиваюшая жидкость в бумагу. Показатель поверхностной впитываемости измерялся на приборе EST12 и методом Кобба. Чем больше значения, измеренные на приборе EST12, тем более мелкие поверхностные поры имеет бумага. Самые мелкие поверхностные поры наблюдаются у бумаги Ballet Universal, а наиболее крупные - у бумаги Ballet Premier и НР.

Сравнение показателей поверхностной впитываемости по Кобб30 и по EST12 показало наличие определенной корреляции между этими показателями. Значение впитываемости по Кобб для исследуемых образцов бумаги находится в пределах 25-60 г/м2.

Определение степени проклейки по методу сухого индикатора показало наличие корреляции между этим методом и чернильно-штриховым методом. Однако следует отметить, что этот метод более чувствителен, чем чернильно-штриховой. Значение показателей, измеренных методом сухого индикатора, лежат в пределах 25-100 г/мм.

Для того чтобы оценить влияние свойств бумаги и типа печатающего устройства были выбраны 2 печатающих устройства, характеристики которых показаны в табл. 3.

Таблицы 3

Характеристики печатающих устройств

Характеристики HP DeskJet F4283 Epson Stylus CX8300

Тип устройства Многофункциональное устройство(принтер, сканер, копир) Многофункциональное устройство(принтер, сканер,копир)

Принтер: Технология печати Термоструйная печать Струйная пьезоэлектрическая печать

Окончание табл. 3

Характеристики HP DeskJet F4283 Epson Stylus CX8300

Тип чернил Пигментные (pigment) — черные, на основе красителя (dye-based) — цветные Пигментные черные и цветные (CMY). (Inko pigment for Epson)

Особенности Черный картридж, трехцветный картридж 4 картриджа: черный, голубой, пурпурный, желтый

Для печати была выбрана тест-форма, включающая плашки и растровые шкалы. Для полученных оттисков измеряли устойчивость к действию химических реагентов. Существует стандартная методика определения устойчивости красок к агрессивным средам: воде, слабой кислоте и слабой щелочи. С помощью одного из объектов тест-формы были проведены подобные испытания для чернил, используемых в печатающих устройствах HP и EPSON. Оказалось, что чернила на пигментах являются более устойчивыми к действию агрессивных сред.

Таблица 4

Устойчивость чернил к агрессивным средам

Принтер, чернила EPSON, пигментные чернила HP,чернила на красителях

Бумага / Агрессивная среда H2O H2SO4 NaOH H2O H2SO4 NaOH

HP Office 2, М 4,М 2,М 2, М 3, М+С 1,М+С

Select 2,М 3,М 2,М 2, М 2,М+С 1,М+С

SvetoCopy 2,М 4,М 2,М 2, М 3,М+С 1,С

B. Blue 2,М 4,М 2, М 2,М 2,М+С 1,М+С

B. Green 2,М 4,М 2, М 2, М 3,М+С 1,М+С

B. Red 2,М 3,М 2, М 2, М 3,М+С 1,М+С

Снегурочка 2,М 4,М 2, М 2,М 2,М+С 1,С

IQ 2,М 3,М 2,М 2,М 3,М+С 1,М+С

*М - пурпурная краска; С - голубая краска.

Кроме того, проводились испытания образцов на устойчивость к истиранию. Для всех образцов она превысила 1000 циклов.

Области применения струйной печати для изготовления печатной продукции постоянно расширяются. Поэтому представляло интерес оценить показатели качества оттисков, традиционно используемые в классических способах печати. О качестве воспроизведения

полутоновых изображений можно судить по градационным характеристикам. В работе были построены градационные кривые для черной краски и шкалы, полученной наложением триады. Для этого на оттисках были измерены оптические плотности растровых полей обеих шкал и затем преобразованы в относительные площади растровых точек. Как видно на графиках, представленных на рис. 5-8, эти шкалы не имеют значимых различий для оттисков, полученных на разных образцах бумаги.

Градационная характеристика для черной краски (НР]

50 60 "О Soтн. ц.ф.

» Ва||е1 ип1чегеа| —■—Зvet□C□py №ОЯке Ба11е1С1азз1с —ж—Ва11е1 Ргет1ег

Рис. 5. Градационная характеристика для черной краски (НР)

Рис. 7. Градационная характеристика для наложения триады (НР)

Рис. 8. Градационная характеристика для наложения триады (EPSON)

Однако градационные кривые (рис. 9, 10), полученные наложением триады, довольно сильно различаются для разных МФУ. Это может происходить из-за того, что используются разные типы чернил, так как влияние бумаги практически не значимо.

Относительные площади р.т. для черной

X —•—Ballet PremlerHP -■-Ballet PremlerEPSON

ж

¿у

//

<>

: -: 2( э^: 40 50 "о:

Soth. ц.ф.

Рис. 9. Относительные площади растровых точек для черной краски НР и EPSON

Рис. 10. Относительные площади растровых точек для наложения триады НР и EPSON

В работе было проведено сравнение областей цветовых охватов для оттисков, полученных чернилами EPSON и НР. На диаграмме (рис. 11) видно, что площадь цветового охвата у пигментных чернил меньше, чем у чернил на красителях.

Рис. 11. Цветовые охваты для НР и EPSON

Выводы

1. Проведенное исследование показало, что поверхностные и сорбционные свойства бумаги в полученном интервале значений практически не оказывают влияния на градационные характеристики оттиска.

2. Установлено, что качество печати на бумагах разного класса практически одинаково.

3. Показано, что на качество воспроизведения в большей степени оказывает влияние печатное устройство и тип чернил.

4. Проведена оценка стойкости оттисков к истиранию, полученных на разных бумагах и различных печатных устройствах. Во всех случаях стойкость к истиранию составляет более 1000 циклов и не зависит от типа чернил.

5. Исследование стойкости оттисков к действию химических реагентов показало, что большей стойкостью обладают оттиски, полученные пигментными чернилами. Наименее стойкими являются пурпурные чернила.