大孔容二氧化硅气凝胶在彩色喷墨打印纸涂层中的应用

大孔容二氧化硅气凝胶在彩色喷墨打印纸涂层中的应用
山西天一纳米材料科技有限公司
摘要：本文介绍了彩色喷墨打印纸及所用二氧化硅种类，详细叙述了大孔容二氧化硅气凝胶 的特点及在彩喷纸涂层的作用机理及优点。
关键词:大孔容二氧化硅气凝胶; 吸墨涂层;作用机理 随着人民生活水平的不断提高和数字化技术的迅猛发展，电脑及数码相机快速进入普通家 庭，因而彩色喷墨打印纸的应用范围和市场逐年扩大，消费量成倍增长。与之相配套的涂布材料 的生产也成为当务之急。目前市场上销售的各种品牌彩喷纸和相纸，多以国外进口为主，如日本 的 EPSON 纸和王子纸、美国的 HP 纸。但价格普遍较贵，限制了普通消费者的使用。鉴于此， 国内造纸商纷纷投入较大的人力财力开发和生产此类产品，力求在成本上有一个较大的下降，使 得彩喷纸能够象复印纸一样得到普遍而广泛的应用。山西天一纳米材料科技有限公司是目前国内 能够生产大孔容二氧化硅气凝胶为数不多的厂商之一。从 2004 年始开发彩色喷墨打印纸涂层介 质吸附剂（造纸予涂剂），并经北京华博时代科技发展有限公司等国内著名公司试用，成本较进 口纸大幅下降，产品质量可完全满足需求。本文就“大孔容二氧化硅气凝胶”在彩喷纸吸墨涂层中 的应用进行探讨。 一、彩喷纸吸墨涂层与二氧化硅 彩色喷墨打印纸的质量主要取决于吸墨涂层的性能。尤其是质量较高的“相纸”，要求打印出 的画面，在彩色的鲜艳度、饱和度、细部层次、清晰度、色彩还原性等都能达到最佳水平。吸墨 涂层的主要成分一般有两类，一类是高分子树脂，另一类是颜料微粒。其中颜料微粒的填加量约 占整个涂层量的 80%左右。目前世界各国所用颜料微粒主要采用的是二氧化硅。而二氧化硅的 结构和性能对吸墨涂层的质量有决定性的影响。尤其以二氧化硅的颗粒形状、颗粒大小、颗粒分 布、颗粒孔隙率（孔容）最为关键。从近期有关刊物上发表的研究论文可以看到，二氧化硅的孔 隙尤为重要，已成为这一专业研究领域的热点。二氧化硅气凝胶含有大量的微孔网络。这种网络 能把墨滴牢牢的固定住，既能保证优良的影像质量，又能缩短干燥时间。以它作为吸墨涂层，打 印的印件并不需要等到全部干透，就可以收起来。墨水包含在这些孔隙的内部，不会造成扩散、 透纸。这对于提高打印的效果和效率都十分重要。 二、彩色喷墨打印纸涂层颜料微粒二氧化硅的种类 二氧化硅可广泛地应用于工业、农业、国际科技等领域。吸墨层中所用的二氧化硅主要为合 成二氧化硅。按合成方法的不同，可分四大类： a) 气相法二氧化硅。无孔、颗粒十分幼细，可达纳米级，且纯度极高。 b) 沉淀法二 氧化硅。一般以硅酸钠和硫酸或盐酸反应形成水合二氧化硅。微孔，二维平面链状结构。 c) 胶体二氧化硅。属无定型二氧化硅微粒在水中的分散液。 d) 凝胶法二氧化硅。由 10-40nm 的微粒聚集而成，具有三维网络结构，内含大量的水。 若以乙醇置换这些水，即形成体积较大且蓬松的气凝胶。无论那种合成二氧化硅都可以用作彩喷 纸吸墨层的颜料。根据研究和用户比较，以微孔型二氧化硅气凝胶效果最佳。 三、二氧化硅气凝胶的基本特性及在彩喷纸吸墨涂层中的作用机理 二氧化硅气凝胶具有三维网状结构，一般孔隙在 0。37-2。0ml/g 之内，表面及孔洞内含有 大量的羟基。孔体积较大，吸附能力极高。其中孔隙率在 1。8ml/g 左右，比表面积 300-350 ㎡/g 的气凝胶，由于微粒内部微孔尺寸较大，在湿度高时对水分的吸附性较大。这种颗粒的尺寸及微 孔易于控制，产品质量较好。国内目前能生产该类型气凝胶的厂家主要有山西天一纳米材料科技 有限公司、天津化工研究设计院等。彩喷纸涂层涂液在配制过程中，由于选用的量材有别，因此 它的 PH 值有所不同。根据涂液 PH 值，选择气凝胶是否需表面处理。一般来说，经表面处理的 气凝胶属阴离子型，若以某些化合物处理，使其取代表面羟基，可制备出阳离子气凝胶。无论是
硅气凝胶应用于彩喷纸涂层，一定会取得更大的成就。
参考文献 [1] 白杉，周洁。湖北造纸，2003 [2] 陈健，工艺与技术，2003
阴离子气凝胶还是阳离子气凝胶，其微粒都是聚集态。即以大量微粒组成的团簇的形态存在，可
形成一系列微孔。且微粒之间的空隙较大。由于毛细孔的作用，极大地增加了吸墨容量。微粒越
小，比表面积就越大，表面自由能越高。这种表面自由能就是彩喷纸吸墨层中二氧化硅微粒对墨
水吸附的动力。
四、大孔容二氧化硅气凝胶应用于彩喷纸涂层的优点
孔隙 ml/g
Sio2 含量 %
吸油值 g/100g
白度≥
PH 值
平均粒径 µm
TYZ-500E
1.8
99
320
95
5-7
2-3
TYZ-507B
1.8
99
300
95
5-7
6
TYS-507E
1.8
99
300
95
5-7
7
TYS-509E
1.8
99
280-300
95
5-7
8-10
五、结论
山西天一纳米材料科技有限公司所产的二氧化硅气凝胶产品，经北京华博时代科技发展有限
大孔容二氧化硅气凝胶，不仅微粒之间具有较大的空隙，而且微粒本身内部毛细孔发达，因
此其孔隙（孔容）较大，应用于彩喷纸吸墨涂层，吸墨能力相应增加。由于有大量的微孔存在，
微粒表面积较大，自由能较高，这十分有利于墨滴的吸附。因此，大孔容二氧化硅气凝胶用于高
质量的彩喷纸涂层，可获得色彩鲜艳丰满，还原真实，图像清晰、画面层次分明，保存长久等功
效，是其它材料所无法代替的在实际生产过程中，我们的体会是，除了孔隙（孔容）要控制好
外，二氧化硅的颗粒粒径的选择，颗粒的分布，是否表面处理应根据涂层的性能区别对待。同时
还要高度重视产品的白度，尽可能地除去杂质，以求获得更加完美的效果。
山西天一纳米材料科技有限公司造纸予涂剂部分型号与技术参数 指标
型号
公司试用，并与日本 EPSON 及日本王子的普通 A4 亚光办公用彩色喷墨打印纸进行对比，反应 色彩还原性优于进口产品，且图像色彩鲜艳，清晰度高，打印油墨渗透、扩散小，涂布量低，完
全可满足办公用彩喷图像输出要求。因此，采用国产原料做为涂层颜料，质量过关，而且成本低，
具有极强的市场竞争力和应用前景。相信在国内无机硅化合物同仁们的共同努力下，国产二氧化