圖文傳播學報/94 年 11 月出版

第五期別umber 5 ' 1-21

開發圓底細粵母材料以改善彩色噴里 Ep昂IJ用紙適I~主之研究

A Study of Domestic Sericite Materials to Improve the Compatibility of Color InkjetPrinting Paper

*陣暫軍(Olen.α1ung-HJi)

摘要

彩色噴墨印刷是數位影像輸出之未來趨勢，但其用紙品質亟待提昇且價格須向下調整。有鑑

於過去傳統材料幾乎全仰賴進口，導致彩色噴墨印刷之數位影像輸出用紙價格居高不下。本研究

主要開發本土礦產，藉由國產緝雲母獨特性質來取代傳統材料之進口矽土，從0%到 20%比例進

行，一共具有五種塗料配方。經過研究發現，利用緝雲母取代矽土之比例，從5%到 10%時，整

體色域會縮小，暗部明度值會增加。但15%開始會有突然反轉跡象，整體明度值會持續增加，同

時色域範圍也不再縮小，而是往外擴張。取代矽土之比例為20%時，色域範圍往外的擴張的程度

比起之前的15%要來得明顯，且整體明度值範圍更是五種比例裡面最寬廣者。暗部明度值與緝雲

母取代的比例呈現正相關。色域範圍會在10%到 15%之間出現反轉之情形。使用原紙基重較高之

紙張其整體色域範團、彩度、明度值會比紙張基重低之紙張效果好。雖然藉由緝雲母取代矽土，

有助於明度、彩度值及色域範圍的擴張，不過還是有色相偏移之現象。本研究結果最後證實，開

發國產緝雲母取代傳統材料，可以達到數位影像輸出用紙之某些高級彩色噴墨印刷適性要求目

標。此外，亦可以進一步符合其成本降低之效益。

AbstractColor inkjet printing will be the 仕end of digital imaging output in the futu時， but its paper quality

should eager甘 be promoted and price must be down. The traditional materials to be used for the pasttime was almost all dependent on input sources that resulted in a high price digital imaging output paperof color inkjet printing. This research object mainly developed the domestic raw materials-sericitewhich replaced the 仕aditional materials due to its characteristic properties. Input silica was replaced bydomestic sericite 企om 0% to 20% proportion,there are five coatings formulations were prepared. Theoutcome of the research found out that overall color gamut decreased ,the brightness of shade areaincreased 企om 5% to 10% sericite proportion. But it initiated to tum back suddenly in 15% sericiteproportion, overall brightness continued to increase,color gamut domain broadened out simultaneously.In 20% sericite proportion,the color gamut domain broadened out clearly morethan15%,and overallbrightness was the most widest than any proportions. The brightness of shade area increased inproportion to the sericite which replaced silica. Color gamut domain turned back 企om 10% to 15%sericite proportion. High basis weight base papers were used having better color gamut domain andchromatic value and brightness than those low basis weight. Although it enhanced for brightness andchromatic value and broadened out color gamut domain via sericite in place of silica, hue shift conditionalways appeared. This research result finally proved the required compatibility of some high color in蚵et

printing of digital imaging output paper while 仕aditional materials was replaced by domestic sericite.Further, the cost reducible profit could be approached.

關鍵字:緝雲母、數位影像輸出用紙、彩色噴墨印刷適性、矽土

Keywords: Sericite 、 Digital imaging output paper\Color Inkjet printing compatibility 、 Silica

*陣卸車:世新大學圖文傳播里數吐出版單京副教授 IAssociate professor, Shih Hsin University,

Department of Graphic Communication and Digital Publishing

目錄

暈、緒論.................................................................................................2

賈巴、文獻探討............................................................................................2

參、研究方法...........................................................................................6

肆、結果與討論........................................................................................8

T五、結論興建詛........................................................................................9

壹、緒論

噴墨印刷是一種未來數位印刷重要趨勢，也是資訊科技快速發展下之彩色圖文複製

程序和數位影像輸出的主流(陳忠、輝，2002，p. 61) 。為了要求噴墨印刷在品質上有更良好的

表現，其紙張必須經過塗佈之程序。塗料配方之原料通常使用者有矽土、聚乙矯醇、澱

粉等(Vamell，D.F.， 1998) 。根據文獻顯示，緝雲母(sericite)是台灣東部礦產之一，其備特殊

性，其性質適合在製作塗料時參與調配作為塗佈層之顏料(彭元興， 2001) 。本研究將緝雲

母加入塗料之製作，評估以此種顏料塗佈對於數位影像輸出用紙之彩色噴墨印刷適性影

響。本研究之目的為開發本土礦產之資源，提高緝雲母之附加價值，適當連用於高級彩

色噴墨印刷之數位影像輸出用紙，以改善其表面塗佈之性質，達到精密化學品之充分應

用。

貳、文獻探討

一、精雲母之特性

緝雲母產於台灣東部，是一種合餌、鎮、鐵等片狀結構的鋁矽酸鹽礦物，具有透明、其

光澤、比重2.0~2.2等的特性，其結構為 3層片狀結構(Si02 / Ah03 / Si02)(圖 1)(彭元興， 2001) 。

緝雲母成品為片狀外型，平均粒徑 15μm' 長厚比(aspect ratio) 在 30~40 範圍，每片約

由的0~3000 層所組成，其基本物理性質整理如表 1(彭元興， 2001) 。

在物性上，雖然緝雲母的膨潤性偏低，但在經過適當的純化及改質之後，極適合在造紙

工業之應用。而緝雲母在經膨潤改質後具有微小片狀結構、高尺寸比及高比表面積的特性，

將其應用於塗佈配方時，將可有效降低接著劑的添加比例，甚至可只使用天然澱粉作為添

加，使塗佈紙更兼具環保概念。

2

SiD, - SiD, - SiD, - SiD,

SiD, - SiD, - SiO, - SiD,

K+K+

SiO,-SiO,-SiO,-SiO,-AIρ，- S的，-AI,O,-SiD,

SiO,-SiD, - SiD,. S沁2

- AJ,O,-SiD, - AJ,O,-SiD,

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圖1.緝雲母結構圖

表1.緝雲母物性表

主要成分 Si02 52%

Ah0 3 35%

K 20 7.5%

外觀 輕灰色粉末

比重 2.0~2.2

折射率 1.601·、， 1.629

吸油性 50~65

含水量 1.0% (最大)

平均粒徑 6μm

視白度 70%

3

二、噴墨印刷

噴墨印刷之原理，是利用一個或數個噴嘴印頭，噴出印墨在紙張表面上。現在此種

噴墨技術，已可以達到解析度 1200dpi 以上。以下就噴墨方式及類型加以探討(陳忠

輝，2002，p. 41) 。

液體噴墨印表機技術在原理上分成兩種，一種是連續噴墨方式，另一種是不連續或

間接噴墨(按需產生印墨液滴)方式。這兩種噴墨列印技術的區別在於，連續噴墨方式連

續不斷地噴射墨流，但不需要列印時，由一個專用的室腔來儲存噴射出的印墨，過濾後

重新注入印墨匣中，以便重復使用，這種機制比較複雜。另不連續噴墨方式比較簡化，

它僅在列印時噴射印墨，因此不需要過濾器和複雜的印墨循環系統。

(一)連續噴墨(陳忠輝，2002，p.l月

1.以偏離的墨滴印刷(deflected drop to print)

墨流經加壓噴出、振動、分解成小墨滴後，經過一電場，由於靜電作用，小墨滴在

飛越此電場後不論荷電與否，均向前飛行。在通過偏離電磁場時，荷電量大的墨滴會受

到較強的吸引，且產生曲折較大的幅度。反之，則偏折較小，而不帶電的墨滴將累積於

集墨溝內回收。

2.以不偏離的墨滴印刷 (undeflected drop to print)

和以偏離的墨滴印刷很類似，唯一不同在於偏離的電荷被回收，不偏離的電荷反而

直行形成印紋。

3.不需用的墨滴使之「靜電分裂dJ (electrostatic dispersion)

墨流乃是經加壓由管口噴出，但管孔更為纖細，其直徑大約在1O ~15 個微米(μm)

左右，其管孔細到噴出的墨滴會自動分解成一顆顆的極小墨滴。在使這些細小的墨滴經

過同電極的荷電環。由於這些墨滴相當微小，會因為同性電荷相斥的緣故，導致這些荷

電的墨滴再度分裂成霧墨，此時它就失去方向性而「不印」。反之，不荷電的印墨就不

會分裂而形成印紋，可用作連續調之印刷。

(二)不連續噴墨(陳忠輝， 2002 ，p.4 1 )

1.熱液(氣泡噴墨)

其原理是利用熱能的方法，對印刷頭(噴頭)上一層薄膜的印墨加熱，使其沸騰產生

氣泡，再透過氣泡的壓力，將印墨推擠而出。目前 HP 、 CANON 均採用此種噴墨方式，

其好處就是列印速度較快，但缺點就是印墨只經推擠就被噴出，力量較不能集中，墨點

4

易受到慣性定律影響，與印刷頭拉扯不清，而產生不均勻或墨渣。另一個問題是，氣泡

噴墨方式，因其印刷頭常處於高溫狀況下，熱會使得印字頭更容易損耗，故需使用印刷

頭與印墨匣合一的方式來降低成本。

此種噴墨方式，並不是最早開發出來的噴墨技術，卻是目前市場上相當普遍的噴墨技術

之一，從結構上來說，氣泡噴墨可分為從頂端噴墨孔射出，以及從側邊噴出孔射出墨滴。

頂部熱噴墨孔射出技術(roo已shooter thermal inkjet)最早應用於 HP(Hewlett-Packard)及

LEXMARK 的噴墨印表機;側邊熱氣泡噴墨技術(side-shooter thermal design)則是

CANON與 XEROX噴墨印表機的主要工具。

2.壓電液

此種噴墨技術為所謂針點式的噴墨技術'有點類似汽車引擎活塞的動力推擠，從印

墨槽將印墨推出，其原理是利用石英晶體的導電性，通電後電流讓石英晶體產生固定

的震盪頻率，印墨推出噴嘴。

微針點壓電式噴墨技術改採用耐度高的晶體設計，為EPSON獨家之高科技應用，由於

不需經過熱能的轉換，所以印字頭自然不會有因為熱而產生問題。

3.固態噴墨(相變，熱熔)

它使用的相變墨在常溫下為固態，列印時墨被加熱出現液化後噴射到紙張上，並滲

透其中，因此墨汁的附著性相當好，色彩極為鮮豔。但這種印表機昂貴，一般適合於專

業用戶選用。固態噴墨印刷使用蠟性印墨，而非水性印墨，此與在其他噴墨印刷引擎所

使用不同。結果是它不會像水一樣與紙張發生作用。當它碰撞到紙張，熱印墨立即固化

且被彈回紙張表面，而流動進入紙張纖維之內。這種固態噴墨程序更具有彈性，因為它

可以在許多不同基質上。

三、數位影像輸出用紙一彩色噴墨印刷適性

一般而言，彩色噴墨印刷之數位影像輸出用紙可以簡單分類為非塗佈紙、多用途塗佈與高級

塗佈紙三種(陳忠、輝，2002，p.62) ，高級塗佈紙其有較好之白度、光澤度、平滑度等，彩色噴墨

印刷時是較好之數位影像輸出用紙，而對於彩色噴墨印刷而言，塗佈層更確切的影響到液態

印墨在紙張上的結合與表現;當液態印墨與塗佈紙張接觸時，塗佈層會把顏料從載體中分離

出來，並將顏料托住帶到紙張上，紙張就不易發生印墨印透(strike through) ，另外，塗佈層可

快速的吸收水份，讓紙張不會有分散不均勻(wicking) 、滲色(bleed) 、起皺(cockle)與卷曲(curl)

5

的現象。儘管塗佈紙可以提高數位影像輸出用紙之彩色噴墨印刷適性，但是由於塗佈的加工

處理需要額外的費用，叉因為一般塗佈時所需使用到之矽土必須依賴進口，對於一張良好的

塗佈紙而言其價格便居高不下(陳忠輝，2002 ， p.135) 。

四、小結

目前為止，幾乎所有的彩色噴墨印刷之數位影像輸出用紙其塗佈層裡的顏料都是包

括矽土(Adair， P. C. , 1999) 。而為了要提高紙張對印墨的接受度，因此塗料中含有矽土是

必要的。但是除了在國內矽土要依賴進口之外，以矽土作為塗佈中之顏料還有個極大的

問題，那就是塗佈速度緩慢，且其在塗佈層中的固體顆粒含量百分比只能在 15%~20%

之間(Donigian， D. W. , Wernett, P. C., McFadden, M. G & Mckay J. J. ， 1999) 。另外有一種以

高嶺土為主的塗佈層塗料被發展出來，但其缺點是顏料顆粒缺乏細孔和印刷後其表面需

要做乾燥(Yuan ， Shengmei. , Sargent，鼠， Rundus, J. , Jones, N. & Khanh，吭， 1997) ;新的以高

嶺土為主的塗料利用鋁矽酸鹽來做表面的加強 (surface-enhanced aluminosilicate;

SEAS) ，這樣的做法，提供了塗佈層必要的吸水性，吸、托墨性和其他彩色噴墨印刷適

性必須之要求。這種技術因為其塗料的流動性佳，而顏料顆粒的含量百分比可達

到%~55% '因而也加強了紙張的白度及與光學方面性質(Chapman， D. M. & Davison, G ,

1997) 。經過以上之分析探討，國產緝雲母是一種含鋁矽酸鹽礦物，肯定有其獨特性，若

能在應用於塗佈配方時，善加調整配製，適當取代傳統材料，應可達到數位影像輸出用

紙之某些高級彩色噴墨印刷適性要求目標，並且更符合其成本降低之效益，及滿足充分

開發拓展本土礦產之使命。

參、研究方法

本研究是以緝雲母材料來取代塗料中之傳統顏料，為了取代傳統顏料之塗料，使其

達到高顏料含量、高流動性及增加塗佈速度，必須了解塗料配方中各成分(顏料、分散劑、

增白劑、聚乙矯醇)間之相互關係'以尋求一最佳之配方比例。

一、實驗物料

A原紙之準備(表 2.列出實驗所使用之末塗佈原紙與基重) :

高級塗佈紙用原紙一主要以化學紙漿即針闊葉樹漂白牛皮紙漿，及滑石粉為主要填料。

中級塗佈紙用原紙一以部分機械紙漿代替化學紙漿。

6

B.紙張基重之算法:乃是將各種紙張取 10 至 20 張，放置於電子秤盤讀取數值，再除

以張數為單張之重量，最後再換算成每平方公尺之克重。

C.塗料之準備:計算塗料中各成分絕乾添加比例及實際添加量，調整緝雲母材料、碳酸

鈣、矽土等之比例及固形份，與接著劑、添加劑之比例。

二、實驗儀器

A烤箱

B.電子秤(精確度達小數後三位)

C.攪拌器

D.可調式塗佈棒

E.HP 印表機

F.CANON 印表機

G.EPSON 印表機

H.Gretag Macbeth Spetrochart Vl .20 分光光譜儀

三、實驗步驟

A.緝雲母取代矽土之塗料比例:

塗料調配比例如表3 到 7 所示，取代傳統顏料的比例從0%一直到 20% '一共有五

種比例。表中所列出之固形份，乃是因為實驗之材料會因為濕度造成含水量的不同，為

求實驗的精確，必須了解各成份之固形份，也就是含絕乾重之百分比。絕乾重是將各塗

佈成份(即溼重)經烤箱80°C 烘烤四十分鐘後量測得到。

B.使用不同之原紙:

將實驗步驟A所得到之塗料比例，塗佈在AB 二種不同之原紙上。再經由噴墨印表

機之數位影像輸出列印色塊，最後由分光光譜儀量測色塊。

C.設計數位影像輸出之色塊導表:

設計 R 、 G 、 B 、 C 、 M 、 y 、 3C (R+G+B) 、 4C (R+G+B+BK)共八條色階。每個主要

色相(hue)再細分為十個階段，從10%~100%。在紙張的四邊放置了八條滿版色塊，所以

一共是 144 個色塊。將塗佈好之紙張經由噴墨印表機做數位影像輸出，再經過Gretag

Macbeth Spetrochart V1.20 分光光譜儀量測每個色塊的lab 值、 xyz 值...等。

7

肆、結果與討論

從以下幾個觀點來分析此實驗結果並作逐項討論:

一、 a*b*平面上

首先先觀察圖 2 與圖 3 '分別是塗料代號 S-20-M-0 與 S-15-M-5 所製作出之塗佈紙

在 a*b*平面上的色彩表現能力。除了在黃色色相的彩度(chroma)有提升，其餘的五個色

相都是呈現往內縮的情形。也就是說用 5%的緝雲母取代矽土之後，只有黃色的彩度有

增加，其餘都是下降的形況。再看圖 3 與圖 4 ，研究中逐漸增加緝雲母取代矽土的比例，

每次累加 5% 。圖 4 塗料代號 S-10-M-10 所製作之紙張其色彩表現能力，還是跟圖 3 的

情形是差不多的，甚至在黃色的色相，原來增加的彩度，在圖 4 中也看不見有增加的趨

勢。而且整個色域(color gamut)範圍也跟著縮小。接下來觀察圖 5 。在這個圖中，黃色的

部份彩度有往外擴展的現象。青色的部份也有些微的往外延展。最後是圖 6 '跟圖 2 到

圖 5 來做比較。在圖 6 中，可以很清楚的發現 C 、 M 、 y 、 R 、 G 、 B 這六個色相，其色

域都很明顯的往外擴展，彩度也跟著提升。從以上的情況發現，利用緝雲母取代矽土的

比例，從 5%開始一直到的%'只有在黃色的部份有些許的增加彩度。如果利用緝雲母

取代矽土的比例達到 20% '整體的彩度大幅增加，色域也跟著擴大。

二、 L*a*平面上

由圖 7 與圖 8 來看，此時是從明度軸與紅-綠色相角度來觀察。使用 5%的緝雲母取

代矽土，造成整體的色域範圍往內縮小，不過在暗部的明度值有往下延展的情形。接著

看圖 8 與圖 9 '整體的色域範圍並沒有太大的改變，在暗部的明度值叉再繼續往下擴展。

觀察圖 9 與圖 10 的情形，暗部的明度值有持續往下擴展的情形，整體的色域範圍在此

一階段，也有些許的往外擴張。最後觀察圖 11 的色彩點份佈情形，整體色域擴張的情

形在此時最為明顯，紅色色相跟綠色色相的暗部明度值也有明顯往下延伸的現象。

三、 L*b*平面上

觀察圖 12 與圖 13 ，此時從明度軸與黃﹒藍色相來觀察色分佈的情形。圖 13 的色域

範圍有些微的往內收斂的跡象。在青色色相的部份，整體的明度值下降。接著看圖 13

與圖 14 '在黃色、紅色與藍色色相的部份。可以看出其色域有持續往內收斂的現象出現，

同時可以發覺暗部明度值也持續往下擴張。圖 14 與圖的，整體色域明顯的往下往外擴

展。最後觀察圖的與圖 16 '此時緝雲母取代矽土的比例逐漸提高到 20% '色域往外往

下擴展的現象也最為明顯。

8

四、原紙使用之不同

圖 2 到圖的都是使用 A廠提供之紙張，圖 17 到圖 19 採用 B 廠所提供之紙張。圖

2 、 7 、 12 是使用 A廠的原紙，圖 17 、 18 、 19 是使用 B 廠的原紙，二者都是採用品20-M-0

的塗料比例進行塗佈。比較圖 2 與圖 17 、圖 7 與圖 18 、圖 12 與圖凹，可以發覺 A 廠

所製作之紙張在明度、色域範圍還有彩度的方面，都比 B 廠所製作之紙張要來的良好。

也就是說，採用基重較重的原紙，所製作出之塗佈噴墨用紙，其色域範圍、彩度、明度

的表現都較紙張基重輕的紙張要來的好。

伍、結論與建議

綜合以上結果與分析討論，本研究可以得到以下幾點歸納:

(1)使用緝雲母取代矽土的比例，從 5%到 10%時，整體色域會縮小，不過暗部明度值會

增加。

(2)使用緝雲母取代矽土的比例，從 15%開始會有突然反轉的跡象，整體明度值會持續增

加，同時色域範圍也不再縮小，而是往外擴張。

(3)使用緝雲母取代矽土的比例為 20%時，色域範圍往外的擴張的程度比起之前的 15%要

來的明顯，且整體明度值範圍也是五種比例裡面最寬廣。

(4)暗部明度值，會隨著緝雲母取代的比例增加而跟著增加，是呈現正相關之情形。

(5)色域範圍並不會像暗部明度值一樣，與緝雲母取代比例呈正相關，反而會在 10%到

15%之間出現反轉之狀況。

(6)使用原紙紙張基重較高的紙張其整體色域範圍、彩度、明度值會比紙張基重低的紙張

效果要好。

(7)雖然使用緝雲母取代矽土，有助於明度、彩度值及色域範圍的擴張，不過還是有色相

偏移之現象。

(8)緝雲母係國產礦產，此材料具有特殊屬性，其利用範圍尚待拓展。經由整體研究結果

發現，使用緝雲母取代傳統材料，對於改善數位影像輸出用紙之彩色噴墨印刷適性，

證實有相當之助益，值得繼續開發。建議未來可從其他方向之包裝、防偽等印刷用紙

領域，如包裝印刷之氣密、耐滑、耐疊貼性，防偽印刷之加密、安全、隱藏性...諸另

類應用研究。

9

謝三士日J心

本研究承行政院國家科學委員會獎助(計劃編號 NSC:91-2313-B-128-001)

及中央銀行所屬中央印製廠提供場地與相關設備，以利實驗進行，在此一併致謝。

參考文獻

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表 2.實驗所使用之未塗佈原紙與基重

種類 基重(g/m2)

未塗佈紙 的未塗佈原紙(A 紙廠提供之半成品) 110.704

的未塗佈原紙(B 紙廠提供之半成品) 101.806

表 3.塗料代號: S-20-M-0種類 成份 固形份 添加比例 添加量(g)

顏料 矽土 94.29 20.00 31.81

緝雲母 98.43 0.00 0.00HC-90 碳酸鈣 75.00 80.00 159.97

接著劑 PVPK-20 90.00 10.00 16.66添加劑 消泡劑 100.00 0.02 0.03

水 91.52合-口t 300

第一階段最低固形份 52.94理論固形份 55

調配塗料之固形份 56

表 4塗料代號: S-15-M-5種類 成份 固形份 添加比例 添加量(g)

顏料 矽土 94 .29 15.00 23.86

緝雲母 98 .43 5.00 7.62

HC-90 碳酸鈣 75.00 80.00 159.97接著劑 PVPK-20 90.00 10.00 16.66添加劑 消泡劑 100.00 0.02 0.03

水 91.86合計 300

第一階段最低固形份 52.94理論固形份 55

調配塗料之固形份 56

11

表 5.塗料代號: S-10-M-10種類 成份 固形份 添加比例 添加量(g)

顏料 矽士 94 .29 咱10υ Aυo 15.91

緝雲母 98.43 咽且l f1υ Aυnυ 15.24HC-90 碳酸鈣 75.00 80.00 159.97

接著劑 PVPK-20 90.00 咱10υ AυAυ 16.66添加劑 消泡劑 咱100υ Aυo 0.02 0.03

水 92 .1 9合計 300

第一階段最低固形份 52.94理論固形份 55

調配塗料之固形份 53.74

表 6.塗料代號: S-5-M-15種類 成份 圓形份 添加比例 添加量(g)

顏料 矽士 94.29 5.00 7.95

緝雲母 98.43 15.00 22.85HC-90 碳酸鈣 75.00 80.00 159.97

接著劑 PVPK-20 90.00 咱10υ 00υ 16.66添加劑 消泡劑 咱100υ Aυo 0.02 0.03

水 92.53合計 300

第一階段最低固形份 52.94理論固形份 55

調配塗料之固形份 55 .46

表 7.塗料代號: S-0-M-20種類 成份 圓形份 添加比例 添加量(g)

顏料 矽士 94.29 Aυ 00υ 0.0υo緝雲母 98.43 20.00 30.47

HC-90 碳酸鈣 75.00 80.00 159.97接著劑 PVPK-20 90.00 咱10υ nυAυ 16.66添加劑 消泡劑 咱100.00υ 0.02 0.03

水 92.86合計 300

第一階段最低固形份 52.94理論固形份 55

調配塗料之固形份 55.91

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