紙張與油墨結(jié)合的微觀狀態(tài)研究

哈爾濱商業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）紙張與油墨結(jié)合的微觀狀態(tài)研究學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：專業(yè)班級：印刷工程二班學(xué)號：學(xué)院：輕工學(xué)院二〇一五年五月二十八日畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書姓名：學(xué)院：輕工學(xué)院班級：二班專業(yè)：印刷工程畢業(yè)設(shè)計（論文）題目：紙張與油墨的微觀狀態(tài)研究立題目的和意義：人們對于印刷品質(zhì)量要求尤其是印刷的細(xì)節(jié)感官要求越來越高，這就要求印刷時油墨在紙張表面的再現(xiàn)更注重微觀的尺度效果。然而，國內(nèi)外研究者對紙張再現(xiàn)油墨的研究大部分停留在宏觀尺度上，因此本文利用SEM、AFM與OM研究討論不同紙張對油墨再現(xiàn)的微觀狀態(tài)，為研究此類問題提供新的實驗與理論依據(jù)。另外，從印刷工藝角度來看,紙張和油墨的結(jié)合效果有著巨大的影響，結(jié)合不良將產(chǎn)生，圖文殘缺、圖文糊死、脫墨、背面蹭臟等故障現(xiàn)象。研究涂料在此類材料表面成膜的微觀特性，對涂布工藝的發(fā)展以及多孔材料的應(yīng)用，如介孔、微孔、納孔材料的推廣有著重要的意義。技術(shù)要求與工作計劃：1.完成與畢業(yè)論文題目相關(guān)的文獻(xiàn)綜述一篇，不少于5000字。2.完成外文翻譯一篇，不少于3000漢字。3.完成開題報告一份。4.畢業(yè)論文撰寫符合規(guī)定，涉及國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要準(zhǔn)確規(guī)范。5.畢業(yè)論文思路清晰，語言規(guī)范，符合邏輯及科技論文規(guī)范。6.了解紙張和油墨結(jié)合過程的原理。7.學(xué)會應(yīng)用掃描電子顯微鏡、原子力顯微鏡、光學(xué)顯微鏡。8.分析圖像及整合數(shù)據(jù)，探究失效原理。時間安排：第一周~第三周（3月2日~3月22日）根據(jù)論文題目查找資料，進(jìn)行調(diào)研。第四周~第六周（3月23日~4月10日）調(diào)研上圖書館查找資料，與老師討論交流，完成論文綜述、外文翻譯、開題報告、實習(xí)報告、實習(xí)日記，進(jìn)行第一次會審檢查。第七周~第九周（4月11日~5月10日）應(yīng)用掃描電子顯微鏡（SEM）、原子力顯微鏡（AFM）、光學(xué)顯微鏡（OM）對紙張的表面特性和印刷質(zhì)量進(jìn)行檢測，依照實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計與圖像分析，基本完成論文初稿，進(jìn)行第二次會審檢查。第十周~第十二周（5月11日~5月31日）對論文進(jìn)行詳細(xì)改動，完成各個細(xì)節(jié)，并且制作答辯幻燈片，進(jìn)行第二次會審檢查。第十三周~第十五周（6月1日~6月12日）進(jìn)行論文答辯。指導(dǎo)教師要求：（簽字）年月日教研室主任意見：（簽字）年月日院長意見：（簽字）年月日畢業(yè)設(shè)計（論文）審閱評語一、指導(dǎo)教師評語：指導(dǎo)教師簽字：年月日畢業(yè)設(shè)計（論文）審閱評語二、評閱人評語：評閱人簽字：年月日畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯評語三、答辯委員會評語：四、畢業(yè)設(shè)計（論文）成績：專業(yè)答辯組負(fù)責(zé)人簽字：年月日五、答辯委員會主任單位：（簽章）答辯委員會主任職稱：答辯委員會主任簽字：年月日摘要隨著科技飛速發(fā)展，印刷行業(yè)也日新月異，人們對印刷品質(zhì)量的要求越來越高，因此，紙張表面對油墨的再現(xiàn)特性愈發(fā)重要，但國內(nèi)外對此類研究往往只局限于紙張對不同油墨色彩再現(xiàn)的測量等，針對二者表面結(jié)合的微觀狀態(tài)研究少見報道。本文選取10種不同表面特性的紙張、2種不同配方的油墨為印刷材料，利用絲網(wǎng)刮墨方式將油墨再現(xiàn)于紙張表面形成3×5cm大小試樣。采用掃描電子顯微鏡（ScanningElectronMicroscope，SEM）、原子力顯微鏡（AtomicForceMicroscope，AFM）、光學(xué)顯微鏡（OpticalMicroscope，OM）對試樣分別進(jìn)行測試，得到油墨在紙張表面再現(xiàn)的微觀的真實狀態(tài)。SEM與AFM研究結(jié)果顯示啞粉紙與銅版紙再現(xiàn)油墨得到的二者結(jié)合良好，但二者在微觀區(qū)域內(nèi)仍然存在較大的油墨起伏；膠版紙定量越大的油墨再現(xiàn)越好。OM檢測圖像首先進(jìn)行二值化，用PS軟件計算空白區(qū)域百分比和油墨覆蓋區(qū)域百分比，得到與SEM、AFM同樣的結(jié)果。不同測試手段發(fā)現(xiàn)，油墨在紙張表面再現(xiàn)的好壞與紙張纖維交叉的毛細(xì)孔的微觀結(jié)構(gòu)關(guān)系很大，且油墨與紙張接觸區(qū)域內(nèi)存在大量的微觀空白區(qū)域，這是造成傳統(tǒng)印刷過程油墨再現(xiàn)失效的重要原因。關(guān)鍵詞：紙張；油墨；孔隙率；微觀AbstractWiththerapiddevelopmentofscienceandtechnology,printingindustryisalsochanging,peopleareincreasinglyhighrequirementsonthequalityofprintingproducts.Therefore,papersurfaceofinkreproductioncharacteristicsareincreasinglyimportant.Butbothsuchstudieswereoftenconfinedmeasurementinthepaperofdifferentinkcolorreproduction,microscopicstudyonthecombinationofthetwosurfacewerelittlereported.Tenkindsofpaperswithdifferentsurfacecharacteristicswereselected,andtwodifferentformulationsofinkforprintingmaterials.Thesizeof3×5cmsampleswereprintedbyusingscreenscrapingmethodonpapersurface.Usingscanningelectronmicroscopy(ScanningElectronMicroscope,SEM),atomicforcemicroscopy(AtomicForceMicroscope,AFM),opticalmicroscopy(OpticalMicroscope,OM)ofsamplesweretestedgetinkonpapersurfacereproductionofmicrorealstate.SEMandAFMstudiesshowedthatmattepaperandinkwascoatedwithgoodreproduction,butthetwointhemicroregionstillexistgreatupsanddownsofink;inkoffsetpaperquantitativemorereproducedbetter.OMdetectionofthefirsttwovaluesoftheimage,usingPSsoftwaretocalculatethepercentageofblankareaandinkcoverage,getthesameresultsasSEM,AFM.Differentmeansoftestingfoundthattherewerealargenumberofmicroblankareaofthequalityoftheinkonthepapersurfacereproductionandthepaperfibercrosstheporeofthemicrostructure.Therewerealotofmicroblankareasinthecontactareaofinkandpaper,whichwascausedbytraditionalprintingprocess,inkreproductionfailurewasanimportantreason.Keywords:Paper;Ink;Porosity;Microcosmic.目錄TOC\o"1-3"\h\u5296摘要 I13275Abstract II51561緒論 1190371.1本課題研究的目的與意義 1125821.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1297901.2.1國外研究現(xiàn)狀 1184781.2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀 2101871.3本課題的研究內(nèi)容 275462實驗 3199112.1實驗設(shè)計 3235532.1.1材料準(zhǔn)備 367572.1.2步驟設(shè)計 542712.2實驗儀器 649612.2.1掃描電子顯微鏡（SEM） 6114702.2.2原子力顯微鏡（AFM） 6177702.2.3光學(xué)顯微鏡（OM） 8124392.3實驗操作過程 8258562.3.1掃描電子顯微鏡對紙張的測量 8264112.3.2原子力顯微鏡對紙張的測量 10161082.3.3光學(xué)顯微鏡對紙張的測量 11101263結(jié)果與分析 12158443.1掃描電子顯微鏡測量分析 12272343.1.1材料準(zhǔn)備 12137813.1.2表面形貌與分析 12170003.2原子力顯微鏡測量分析 17273613.2.1材料準(zhǔn)備 17302233.2.1圖片采集與分析 17146313.3光學(xué)顯微鏡測量分析 19109193.3.1材料準(zhǔn)備 19111973.3.2采集圖像及分析 1921994結(jié)論 244337參考文獻(xiàn) 25986致謝 2732737附錄 281緒論1.1本課題研究的目的與意義當(dāng)前信息爆炸的年代賦予了印刷產(chǎn)業(yè)新的內(nèi)涵，人們對于印刷品質(zhì)量要求尤其是印刷的細(xì)節(jié)感官要求越來越高，這就要求印刷時油墨在紙張表面的再現(xiàn)更注重微觀的尺度效果[1-3]。然而，國內(nèi)外研究者對紙張再現(xiàn)油墨的研究大部分停留在宏觀尺度上，因此本文利用SEM、AFM與OM研究討論不同紙張對油墨再現(xiàn)的微觀狀態(tài)，并分析微觀再現(xiàn)特性的影響因素，為研究此類問題提供新的實驗與理論依據(jù)。另外，從印刷工藝角度來看,紙張和油墨的結(jié)合效果有著巨大的影響，結(jié)合不良將產(chǎn)生，圖文殘缺、圖文糊死、脫墨、背面蹭臟等故障現(xiàn)象[4-8]。紙張是天然纖維交織的網(wǎng)狀材料，油墨是工業(yè)涂料，研究涂料在此類材料表面成膜的微觀特性，對涂布工藝的發(fā)展以及多孔材料的應(yīng)用，如介孔、微孔、納孔材料的推廣有著重要的意義。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1國外研究現(xiàn)狀油墨印刷在紙張表面時，由于紙張的多孔材料特性，必然導(dǎo)致墨膜的不均勻性。國外研究者HajerKamalAlm[9-11]在GanePAC[12]、MacPheeJ[13]的研究成果基礎(chǔ)上首次提出空白區(qū)域（Uncoveredarea以下簡稱為UCA）概念來表征紙張和油墨結(jié)合不良。下面簡述其研究成果。Gane[12]等人之前已經(jīng)證明了油墨粘合失效機(jī)理并應(yīng)用在實驗室油墨表面相互作用測試儀（ISIT）油墨適用于干燥的基材表面（一般為銅版紙）然后進(jìn)行靜態(tài)去除力作為時間的函數(shù)后再接觸到目前為止觸及印刷表面。MacPhee[13]應(yīng)用Stefan定律提出的該項分析指出分裂的流體膜所需要的力是正比于薄膜成反比的粘度正比于膜厚的三次方。斯蒂芬-波爾茲曼定律即Stefan-Boltzmann定律，內(nèi)容是：黑體的輻射能量與其絕對溫度的4次方成正比。其中：絕對溫度T（K）=273.15+t(℃)該分析得出的結(jié)論是如果此厚度膜超過一定值時，引起了在印版和墨輥之間的輥隙的雙層薄膜（即非圖像區(qū)域/潤版液/油墨/墨輥）將發(fā)生水膜分裂的現(xiàn)象。低于此值，分裂發(fā)生在墨膜和非圖像區(qū)域開始印刷油墨時，這種現(xiàn)象通常被稱為浮渣或調(diào)色[14-15]。實際印刷過程中，油墨是可以轉(zhuǎn)移到存在一定厚度水膜的紙張及其他承印材料的表面，該實驗現(xiàn)象被Gane等人的研究結(jié)果所證實。HajerKamalAlm等人研究油墨附著失效引起白斑由于油墨沒有印刷在紙張上，稱為裸露區(qū)域和印刷斑點問題。白色斑點是由于兩種根本不同類型的油墨附著力的失效。一種是眾所周知的油墨排斥，這僅僅指的是油墨不轉(zhuǎn)移到紙張表面。另一個是一個新的油墨粘附失效類型，確認(rèn)先前的假設(shè)，從實驗觀察來看。我們將此稱為油墨剝離粘附失效，即油墨最初沉積在紙張表面隨后的飛離印刷單元的表面。這種黏附失效的機(jī)制通常被認(rèn)為是所說的拒墨的現(xiàn)象。1.2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀國內(nèi)現(xiàn)在研究的現(xiàn)狀主要停留在研究從印前圖文信息設(shè)計處理、印版制作的影響、印刷套準(zhǔn)的影響、板材質(zhì)量的影響等方面研究影響印刷質(zhì)量的因素，并未具體涉及到油墨與紙張的界面結(jié)合這個角度來研究影響印刷質(zhì)量的因素。而近些年一些研究生畢業(yè)論文中涉及有紙張表面微觀形貌的研究，他們更多的是研究紙張本身的微觀形貌，并沒有就印刷行業(yè)具體研究，這方面研究有待繼續(xù)探討與實驗。2014年，華南理工大學(xué)研究的用AFM獲取的紙張表面微觀形貌數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)用海倫公式對分形維數(shù)的算法進(jìn)行優(yōu)化，研究了紙張表面的分形特性及用分形維數(shù)表征紙張表面微觀形貌的可行性[16]。他們得到的結(jié)論是紙張表面的微觀形貌具有分形的特點，光澤涂布能改善紙張表面高度分布均勻性。這與本文所要研究的內(nèi)容雖然關(guān)聯(lián)不太大，但是也為這方面的研究開拓新的道路。1.3本課題的研究內(nèi)容印刷市場飛速發(fā)達(dá)，其中印刷品質(zhì)量的好壞是整個印刷市場中最為重要的部分，而印刷質(zhì)量的好壞主要取決于印刷工藝水平。國內(nèi)對印刷工藝的研究還沒有涉及到紙張和油墨的界面結(jié)合這一方面的切入角度。因此本文通過自主設(shè)計實驗，完成紙墨結(jié)合的微觀特性研究，具體內(nèi)容如下：根據(jù)紙張表面特性，選取10種不同的紙張進(jìn)行絲網(wǎng)刮墨，并記錄刮墨時間，保存好紙張樣品。選取2種油墨作為研究材料，先絲網(wǎng)制版后進(jìn)行絲網(wǎng)刮墨，完成實驗。將所刮取的紙張樣品用掃描電子顯微鏡（SEM）、原子力顯微鏡（AFM）、光學(xué)顯微鏡（OM）進(jìn)行識別測量，將所得數(shù)據(jù)和圖像整理并分析。討論紙張的微觀結(jié)構(gòu)，研究對紙張和油墨的結(jié)合微觀特性的影響。得出相應(yīng)的結(jié)論。2實驗2.1實驗設(shè)計2.1.1材料準(zhǔn)備本次試驗中一共選取了10種紙張，分別是克種不同的55g/m2雙膠紙、60g/m2雙膠紙、70g/m2雙膠紙、100g/m2雙膠紙、120g/m2雙膠紙；157g/m2銅版紙、200g/m2啞粉紙、80g/m2輕銅紙、70g/m2輕型紙、40g/m2無碳復(fù)寫紙。然后分別對他們進(jìn)行絲網(wǎng)油墨刮墨處理。其中絲網(wǎng)印刷的操作過程是：采用尼龍絲網(wǎng)涂布感光材料，并利用UV燈曬版，感光材料見光部分聚合而成不漏墨的空白部分，不見光部分形成漏墨的圖文部分，實際印刷刮墨時，油墨在橡皮刮板的作用下漏印至承印物紙張表面。在進(jìn)行刮模式時要秉持著刮墨角度在50°～70°，在回墨時角度控制在110°～120°，在過程中用力要均勻。刮墨記錄見表1-1:表1-1刮墨記錄刮墨日期刮墨時間紙張種類油墨種類12015.4.2114:3452g/m2雙膠紙藍(lán)色絲網(wǎng)油墨22015.4.2114:02120g/m2雙膠紙藍(lán)色絲網(wǎng)油墨32015.4.2114:2860g/m2雙膠紙藍(lán)色絲網(wǎng)油墨42015.4.2114:0070g/m2雙膠紙藍(lán)色絲網(wǎng)油墨52015.4.2114:31100g/m2雙膠紙藍(lán)色絲網(wǎng)油墨62015.4.2114:05157g/m2銅版紙藍(lán)色絲網(wǎng)油墨72015.4.2114:00200g/m2啞粉紙藍(lán)色絲網(wǎng)油墨82015.4.2212:3855g/m2雙膠紙紅色可食性油墨，濃度1%92015.4.2213:1960g/m2雙膠紙紅色可食性油墨，濃度1%102015.4.2214:1070g/m2雙膠紙紅色可食性油墨，濃度1%112015.4.2215:3870g/m2輕型紙紅色可食性油墨，濃度1%122015.4.2212:3380g/m2輕銅紙紅色可食性油墨，濃度1%132015.4.2215:1740g/m2無碳復(fù)寫紙紅色可食性油墨，濃度1%142015.4.2214:40200g/m2啞粉紙紅色可食性油墨，濃度1%152015.4.2216:20157g/m2銅版紙紅色可食性油墨，濃度1%162015.4.2313:0655g/m2雙膠紙藍(lán)色絲網(wǎng)油墨172015.4.2313:1260g/m2雙膠紙藍(lán)色絲網(wǎng)油墨182015.4.2313:23100g/m2雙膠紙藍(lán)色絲網(wǎng)油墨192015.4.2313:22120g/m2雙膠紙藍(lán)色絲網(wǎng)油墨202015.4.2313:1540g/m2無碳復(fù)寫紙藍(lán)色絲網(wǎng)油墨212015.4.2313:1670g/m2輕型紙藍(lán)色絲網(wǎng)油墨222015.4.2313:2180g/m2輕銅紙藍(lán)色絲網(wǎng)油墨232015.4.2313:14200g/m2啞粉紙藍(lán)色絲網(wǎng)油墨242015.4.2313:18157g/m2銅版紙藍(lán)色絲網(wǎng)油墨252015.4.2310:2080g/m2輕銅紙紅色可食性油墨，濃度7%262015.4.239:40100g/m2雙膠紙紅色可食性油墨，濃度7%272015.4.2310:46120g/m2雙膠紙紅色可食性油墨，濃度7%282015.4.2414:1780g/m2輕銅紙紅色可食性油墨，濃度7%292015.4.2416:12120g/m2雙膠紙紅色可食性油墨，濃度7%302015.4.2415:1740g/m2無碳復(fù)寫紙紅色可食性油墨，濃度7%312015.4.2414:5070g/m2輕型紙紅色可食性油墨，濃度7%322015.4.2415:45157g/m2銅版紙紅色可食性油墨，濃度7%332015.4.2413:53200g/m2啞粉紙紅色可食性油墨，濃度7%342015.4.259:4655g/m2雙膠紙紅色可食性油墨，濃度7%352015.4.2512:0260g/m2雙膠紙紅色可食性油墨，濃度7%362015.4.2510:5870g/m2雙膠紙紅色可食性油墨，濃度7%372015.4.2510:23100g/m2雙膠紙紅色可食性油墨，濃度7%382015.4.2712:4655g/m2雙膠紙紅色可食性油墨，濃度7%392015.4.2713:5860g/m2雙膠紙紅色可食性油墨，濃度7%402015.4.2713:2170g/m2雙膠紙紅色可食性油墨，濃度7%412015.4.3712:09100g/m2雙膠紙紅色可食性油墨，濃度7%422015.4.3711:25120g/m2雙膠紙紅色可食性油墨，濃度7%432015.4.3715:4840g/m2無碳復(fù)寫紙紅色可食性油墨，濃度7%442015.4.3716:0370g/m2輕型紙紅色可食性油墨，濃度7%452015.4.3715:3480g/m2輕銅紙紅色可食性油墨，濃度7%462015.4.3710:55157g/m2銅版紙紅色可食性油墨，濃度7%472015.4.3715:16200g/m2啞粉紙紅色可食性油墨，濃度7%實驗中所用的藍(lán)色油墨是天女牌膠印亮光快干墨，而紅色可食性油墨是實驗室自己配置出來的油墨。其中濃度7%的配比是蔗糖16.4g、蒸餾水10g、阿拉伯膠0.1g、酒精2g、分散劑50401g、大豆油20g、色素3.73g；濃度為1%的配比是蒸餾水20g、蔗糖32.8g、色素1g、阿拉伯膠0.2g、大豆油40g、乙醇4g、分散劑50402g。實驗中所用的絲網(wǎng)網(wǎng)框主要的制作的過程是首先是選擇網(wǎng)框，依據(jù)本實驗要求選擇的是木質(zhì)網(wǎng)框進(jìn)行絲網(wǎng)布手動繃緊；然后用去污力強(qiáng)的洗衣粉把網(wǎng)框清潔干凈，注意用力要均勻，清洗完成后放入放入烘干機(jī)中烘干；進(jìn)行涂布，進(jìn)入暗室把光敏劑用冷水溶解，把感光劑倒入到光敏劑溶液中，進(jìn)行順時針攪拌，使其溶解；把烘干好的網(wǎng)框放置涂膠臺上，再把感光膠倒入刮斗中開始涂布，先涂刷面然后涂油墨面；放入烘干箱中進(jìn)行干燥，放入烘干箱之前應(yīng)先靜置幾分鐘；最后進(jìn)行曝光顯影，絲網(wǎng)制版結(jié)束。同時在進(jìn)行測量時發(fā)現(xiàn)紙張的纖維在顯微鏡觀察下有些不明顯，就將空白紙張進(jìn)行染色處理，染色的配比是0.1g中國蘭著色劑加15g蒸餾水配置成溶液，然后在燒杯中浸泡紙張半個小時，將紙張進(jìn)行染色，然后取出進(jìn)行晾干。這樣在顯微鏡下觀察的紙張纖維較為明顯。下圖2.1為紙張染色情況。圖2.1染色的紙張2.1.2步驟設(shè)計在閱讀一些外文文獻(xiàn)中參考了一些實驗方案，他們主要是探究涂料的配方（主要是BSB，BSBe，BSA，NSB）、紙張的預(yù)涂和壓光、印刷的順序、紙張表面的特性、印刷質(zhì)量的特性（主要包括空白區(qū)域、紙張的墨色濃度、印刷斑點等）而針對于本篇論文進(jìn)行的實驗設(shè)計主要是將刮好油墨的紙張進(jìn)行多方面的測量，主要包括掃描電子顯微鏡、原子力顯微鏡、光學(xué)顯微鏡等。將得到的數(shù)據(jù)和圖像進(jìn)行整理認(rèn)真觀察圖像，制作表格，總結(jié)規(guī)律，從而發(fā)現(xiàn)問題的關(guān)鍵所在。再結(jié)合所閱讀的外文文獻(xiàn)中的結(jié)論與自己所測得的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析，參考文獻(xiàn)內(nèi)容，總結(jié)本實驗規(guī)律。2.2實驗儀器2.2.1掃描電子顯微鏡（SEM）實驗原理掃描電子顯微鏡（ScanningElectronMicroscope），簡稱掃描電鏡（SEM），是利用場致發(fā)射電子轟擊測試樣品表面，并利用表面反射電子成像的技術(shù)而獲得測試樣品表面形貌的測試設(shè)備，該設(shè)備可以達(dá)到最大數(shù)十萬倍的放大倍數(shù)，因此可以獲得測試樣品的更多的微觀特性信息[17-21]。通過掃描可以獲得形貌、組成、晶體結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)和內(nèi)部電場或磁場等信息點。其內(nèi)部工作的原理是電子束在加速電壓的作用下，經(jīng)過透鏡組的聚焦匯聚作用而形成直徑為納米級別的電子光斑來掃描測試樣品，該光斑起到電子探針的作用，在激發(fā)樣品表面時產(chǎn)生散射電子、二次電子等信號，不同形貌的物質(zhì)激發(fā)的電子信號種類及強(qiáng)弱有所不同，該信號經(jīng)過探測器、放大器、現(xiàn)象裝置而形成不同襯度的圖像，進(jìn)而顯示出不同形貌的影像。該影像直接反映了樣品的表面形態(tài)。同時要保證紙張的清潔度，刮墨的完整度，不要有變形，保持良好的導(dǎo)電性。本實驗所選用的樣品紙張是將紙張進(jìn)行裁切，用導(dǎo)電膠將其固定在在鋁箔紙上，然后進(jìn)行噴金處理。操作步驟（1）檢查液壓量，電子槍高真空（2）開啟計算機(jī)，使用儀器從待機(jī)狀態(tài)進(jìn)入工作狀態(tài)（3）預(yù)抽樣品是真空（4）設(shè)定加速電壓、掃描方式、掃描速度等工作參數(shù)（5）自動對中（6）加入試樣（7）變換視場及放大倍率進(jìn)行觀察（8）記錄圖像（數(shù)字像或打印圖像）（9）開啟能譜儀進(jìn)行成分或結(jié)構(gòu)分析（10）記錄分析測試結(jié)果（11）關(guān)閉能譜儀（12）取出樣品（13）關(guān)閉電子槍以外的其他真空（14）開啟關(guān)機(jī)程序使儀器進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)（15）關(guān)閉計算機(jī)2.2.2原子力顯微鏡（AFM）實驗原理原子力顯微鏡（AFM），是測量材料表面納米形貌特征的重要儀器，它是通過測量原子與原子之間的引力及斥力的作用來標(biāo)記材料表面形貌的設(shè)備。實際測量時，利用微懸臂端部的微小探針接近樣品形成力場，并用納米操控平臺移動樣品而產(chǎn)生樣品與探針之間的距離變化導(dǎo)致力場變化，利用傳感器檢測該力場變化并轉(zhuǎn)成電信號形成形貌影像。力的變化代表了探針與樣品間距離的變化，進(jìn)而反應(yīng)了物體表面的高低不平。AFM不僅可以測試形貌特征，還可以測試微觀摩擦力、劃痕等物理量，是微觀分析不可或缺的設(shè)備。其操作模式也可以包括：接觸式及非接觸輕敲模式[22-24]。本試驗主要采用的是輕敲模式。圖2.2為其測試原理圖。圖2.2AFM原理圖操作步驟（1）準(zhǔn)備工作：首先把針尖價插入探頭，注意不要碰觸針尖尖端，這個過程任何東西碰上針尖都會導(dǎo)致針尖受損，針尖很脆弱。然后制備樣品，要用鑷子操作，注意不要讓鑷子碰到樣品表面，以免受損，同時要保持樣品的清潔度，不要沾染污漬和灰塵。（2）硬件操作：開啟計算機(jī)及AFM設(shè)備的輕敲模式主控制箱電源，打開測試窗口防護(hù)蓋，將樣品放到磁性載物臺表面。然后打開上海卓倫Spectrum軟件包，并選擇在線處理模式。之后進(jìn)行光路調(diào)整，利用測試頭部激光發(fā)射及反射透鏡組調(diào)整至激光點落在探針懸臂處，完成光路調(diào)整。輸入激振頻率，尋找懸臂的共振峰，調(diào)節(jié)機(jī)箱旋鈕，設(shè)定初始值。最后在測試箱選擇手動調(diào)節(jié)旋鈕，控制樣品臺上升使之靠近針尖1mm左右（可采用放大鏡處理）。（3）在線軟件操作：選擇軟件中馬達(dá)自動趨近樣品，觀察趨近步數(shù)不超過30000步為宜，然后點擊“圖像掃描”插件。開始恒流量掃描模式。（4）保留、保存數(shù)據(jù)。（5）結(jié)束硬件操作：先掃描完畢，停止掃描；執(zhí)行馬達(dá)復(fù)位命令；調(diào)節(jié)AFM輕敲模式測試主控機(jī)箱旋鈕，使測試狀態(tài)回復(fù)到初始值；選擇手動模式操控樣品臺，順時針調(diào)整螺旋扭，使樣品臺退離針尖，取下樣品；關(guān)閉控制箱電源；按需要進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理；關(guān)閉程序、關(guān)閉計算機(jī)，實驗結(jié)束。2.2.3光學(xué)顯微鏡（OM）實驗原理光學(xué)顯微鏡（OpticalMicroscope，OM），是一種擁有300多年歷史的精密光學(xué)儀器。光學(xué)顯微鏡的光學(xué)系統(tǒng)有：目鏡及電子目鏡、各種倍數(shù)的高分辨物鏡、聚光器和反光鏡。目鏡安裝在鏡筒的上端，目鏡又稱為接目鏡主要是因為它靠近觀察者的眼睛。物鏡又稱接物鏡，安裝在物鏡轉(zhuǎn)換器上，起著決定性作用。聚光器又稱集光器，可分為明視場聚光鏡和暗視場聚光鏡，安裝在標(biāo)本下方的聚光器支架上。測試光學(xué)顯微鏡的反光鏡分為兩面，一面平另一面凹，它的作用是將入射光線反射。本文實驗使用的光學(xué)顯微鏡如圖2.3所示。圖2.3光學(xué)顯微鏡操作步驟首先連接好設(shè)備將設(shè)備連接到電腦上，接通電源，開啟軟件。制作樣品，將樣品放到載玻片上，同時保持樣品的清潔性和完整度。通過顯微鏡在電腦上觀察圖像，然后通過粗調(diào)和細(xì)調(diào)來調(diào)節(jié)圖像的清晰度，盡量能較多的觀察到紙張的形貌，如紙張的纖維和、油墨的墨跡等。得到想要的圖像后進(jìn)行捕獲，選擇所需的圖像進(jìn)行處理，本次試驗主要是對圖像進(jìn)行三維處理，得到的圖像更加立體，便于觀察其形貌特征，分析更加便捷。2.3實驗操作過程2.3.1掃描電子顯微鏡對紙張的測量樣品制備在制備樣品前首先保證樣品的清潔程度，清洗試樣可以用超聲波清洗器，也可以用蘸有丙醇的脫脂棉手動清洗表面。在本次實驗中所用的樣品紙張表面無需清洗，只需保證表面清潔，沒有污漬和灰塵。對于紙張這種不導(dǎo)體，表面需鍍一層導(dǎo)電金屬，本次實驗鍍的是金，厚度在5～10nm，本次試驗中鍍的金較厚，些許影響實驗結(jié)果。噴金前后如圖2.4。噴金前后如圖2.4。圖2.4噴金前后的樣品噴金所用的儀器如圖2.5圖2.5噴金儀器主要儀器及耗材儀器型號：FEISirion制造廠商：荷蘭飛利浦公司儀器主要技術(shù)指標(biāo)：分辨率＞10KV時1.5nm；1KV時2.5nm；500KV時3.5nm加速電：200V—30KV樣品室：內(nèi)徑284mm分析工作距離：5mm樣品臺：5軸馬達(dá)驅(qū)動能譜儀分辨率：133eV（美國EDX）操作系統(tǒng)：WindowsNT主要耗材：刮絲網(wǎng)油墨的紙張2.3.2原子力顯微鏡對紙張的測量試樣的制備試樣和樣品臺的總高度不應(yīng)超過10mm，不要放過重的試樣。試樣的尺寸最大不應(yīng)超過試樣臺，一般試樣臺半徑為10mm。稍微大一點也沒問題。但是，最大值約為40mm。一定要固定好試樣否則在測量時發(fā)生偏移，影像圖像的采集。本次實驗所選擇的樣品是紙張，只要剪一小塊樣品用雙面膠固定好放在金屬基片上即可同時保障紙張表面平整無刮痕，無污漬。主要儀器及操作步驟本實驗主要用的原子力顯微鏡是由上海卓微納米設(shè)備有限公司生產(chǎn)的。儀器見圖2.6所示。圖2.6原子力顯微鏡按照上文中所述的操作步驟進(jìn)行實驗。這里主要特別強(qiáng)調(diào)一下要注意探針，不要用任何東西碰觸到針頭，探針十分脆弱。在進(jìn)行圖片掃描的時候一定不要在實驗操作臺附近走動，輕微的碰觸都會影響掃描出來圖像。2.3.3光學(xué)顯微鏡對紙張的測量其操作步驟是：(1)準(zhǔn)備顯微鏡。(2)打開透射光源或者放射LED光源開關(guān)，調(diào)節(jié)光源強(qiáng)度到測試需要的大小，本文因樣品透明度差，所以一般都采用最大亮度照射。(3)轉(zhuǎn)動物鏡轉(zhuǎn)換器，注意鏡頭不要太近，距離載物臺1～2cm以免碰壞鏡頭，將倍數(shù)較低的鏡頭對準(zhǔn)通光孔使低倍鏡頭正對載物臺上的通光孔,由于目鏡直接連接電腦因此通過計算機(jī)觀察樣本圖像。(4)將放在載物臺的樣品紙張放在通光孔的中央部分。（5）本實驗所用的物鏡10X、目鏡50X。開始實驗首先手動轉(zhuǎn)動粗動調(diào)焦手輪，此時視線一直在載物臺上，當(dāng)物鏡逐漸靠近載物臺上的樣品時停止手動粗調(diào)，改為細(xì)調(diào)，這是視線轉(zhuǎn)移到計算機(jī)屏幕前觀，觀察采集的圖片（放大的物象），直到圖片清晰停止細(xì)調(diào)。在調(diào)節(jié)過程中始終注意目鏡和樣品、載物臺的距離。（6）觀察完畢，把采集的圖片保存好。然后再手動調(diào)節(jié)粗動調(diào)焦手輪使載物臺逐漸下降，再將紙張樣品從通光孔處移開。試驗結(jié)束后檢查實驗器材有無損傷，檢查處理完畢后即可裝箱。實驗結(jié)束。3結(jié)果與分析3.1掃描電子顯微鏡測量分析3.1.1材料準(zhǔn)備做掃描電子顯微鏡實驗從所刮的絲網(wǎng)油墨紙張中選取刮墨效果較好的24種紙張，這24種分別是不同紙張種類的代表，這24種分別為：刮有藍(lán)色油墨的55g/m2雙膠紙、60g/m2雙膠紙、70g/m2雙膠紙、100g/m2雙膠紙、120g/m2雙膠紙、157g/m2銅版紙、200g/m2啞粉紙、70g/m2輕型紙、80g/m2輕銅紙：刮有紅色可食性油墨的55g/m2雙膠紙、60g/m2雙膠紙、70g/m2雙膠紙、100g/m2雙膠紙、120g/m2雙膠紙、157g/m2銅版紙、200g/m2啞粉紙、70g/m2輕型紙、80g/m2輕銅紙、40g/m2無碳復(fù)寫紙；157g/m2銅版原紙、200g/m2啞粉原紙、70g/m2輕型原紙、80g/m2輕銅原紙、70g/m2雙膠原紙。這24種紙張具有代表性，通過SEM實驗可以觀察出較多的信息點。3.1.2表面形貌與分析利用SEM技術(shù)對試樣進(jìn)行測試分析，如圖3.1所示為不同紙張的刮有藍(lán)色絲網(wǎng)油墨的微觀形貌圖像。（a）（b）（c）（d）（e）（f）（g）（h）（i）圖3.1刮有藍(lán)色絲網(wǎng)油墨的紙張的掃描圖像（a）70g/m2雙膠紙（b）100g/m2雙膠紙（c）120g/m2雙膠紙（d）200g/m2啞粉紙（e）157g/m2銅版紙（f）55g/m2雙膠紙（g）70g/m2輕型紙（h）80g/m2輕銅紙（i）60g/m2雙膠紙。觀察圖3.1可以明顯看出對于刮有同種油墨的不同紙張表現(xiàn)出的形貌是不同的。圖3.1（a）（b）（c）（f）（i）是不同克重的雙膠紙，紙張的纖維、孔洞明顯，有明顯的空白區(qū)域，其中紙張纖維縱橫交織排列[25-26]，纖維的粗細(xì)各有不同，影響紙張的表面狀態(tài)，克重越小的紙張纖維明顯且分布疏松，孔洞多，空白區(qū)域大。是由于紙張的主體是天然的植物纖維，有著天然的層狀網(wǎng)絡(luò)多孔性結(jié)構(gòu)，引起了紙張和油墨的接觸不良。而圖3.1（d）（e）是啞粉紙和銅版紙，幾乎看不到紙張的空白區(qū)域和纖維，只有些許的顆粒出現(xiàn)，這些顆粒是紙張上涂料顆粒。圖3.1（g）（h）是輕型紙和輕銅紙，輕型紙中可以看到少量纖維和孔洞，輕銅紙中只有孔洞而無纖維出現(xiàn)，由于紙張表面涂有涂料就無法觀察出紙張表面的纖維形貌。如圖3.2所示為刮有紅色可食性油墨的紙張SEM表面形貌圖。從圖中可以看到紙張表面有明顯的油墨聚集，紙張和油墨接觸不良，幾乎全部看不到紙張的原始形貌，只有圖3.2（d）能看到纖維交錯。其他的最多是紙張表面的凹凸不平感十分明顯，這與同樣刮有油墨的紙張圖3.1相比差異顯著。這就可以看出刮墨紙張樣品的好壞與油墨的種類有著密切的關(guān)系，直接影響到微觀紙張和油墨接觸情況，影響紙張表面的狀況。（a）（b）（c）（d）,（e）（f）（g）（h）（i）（j）圖3.2刮有紅色可食性油墨的紙張的掃描圖像（a）40g/m2無碳復(fù)寫紙（b）55g/m2雙膠紙（c）60g/m2雙膠紙（d）70g/m2雙膠紙（e）100g/m2雙膠紙（f）120g/m2雙膠紙（g）80g/m2輕銅紙（h）70g/m2輕型紙（i）157g/m2銅版紙（j）200g/m2啞粉紙如圖3.3所示為不同空白紙張的掃描圖像。觀察圖像可以看到圖3.3（b）（d）有明顯的纖維結(jié)構(gòu)且雙膠紙的纖維粗大，孔隙也較大，而輕型紙表面有裂紋出現(xiàn)也有明顯的孔洞。相對于雙膠紙和輕型紙，圖3.3（a）（c）（e）啞粉紙、輕銅紙、銅版紙表面較為平滑，無纖維出現(xiàn)。表面最為平滑的就是銅版紙,紙張的表面性能是所有制紙張樣品中最好的。（a）（b）（c）（d）（e）圖3.3空白紙張的掃描圖像（a）200g/m2啞粉紙(b)70g/m2雙膠紙(c)80g/m2輕銅紙(d)70g/m2輕型紙(e)157g/m2銅版紙。通過掃描電子顯微鏡采集的這些圖像可以清楚地看到在雙膠紙中克重越小的紙張紙張纖維越加明顯，且孔洞越大，孔隙率越大，著墨效果越差，紙張和油墨的結(jié)合情況不良，有空白區(qū)域；而相對于雙膠紙來說啞粉紙、銅版紙表面平滑，幾乎沒有孔洞出現(xiàn)，只有一些小顆粒出現(xiàn)在表面。因此可以明顯的看出啞粉紙、銅版紙紙張和油墨的微觀結(jié)合效果好，紙張表面狀態(tài)好，印刷效果極佳。對于輕銅紙還有輕型紙雖然沒有啞粉紙和銅版紙的印刷效果好，但比克重較輕的雙膠紙效果好許多；就輕銅紙和輕型紙兩者而言，輕銅紙的紙張孔隙率更小些；無碳復(fù)寫紙在實際生產(chǎn)印刷過程中應(yīng)用不多，印刷效果也不太理想，一般給予采用。對于同種紙張來說藍(lán)色的絲網(wǎng)油墨要比紅色的可食性油墨的印刷效果好許多，它的著墨性強(qiáng)，沒有圖文糊死現(xiàn)象，紙張和油墨接觸效果好。通過采集的圖像可以明顯的發(fā)現(xiàn)紅色可食性油墨有聚集的情況出現(xiàn)，在圖3.2（b）（c）中可以清楚地看到。在未印刷油墨的空白紙張中啞粉紙和銅版紙的紙張最為平滑，幾乎無孔洞，紙張和油墨的結(jié)合效果好，適合印刷，印刷質(zhì)量將會最好。但是雙膠紙的纖維明顯，孔洞較大。綜上所述，我們可以總結(jié)為銅版紙和啞粉紙的印刷效果最好其次是輕銅紙然后是輕型紙再然后是雙膠紙，最后是無碳復(fù)寫紙。對于同種紙張來說，如本實驗中的雙膠紙，其定量越大紙張纖維越不明顯，孔隙率越低，空白區(qū)域少，微觀結(jié)合效果好，紙張的表面狀態(tài)好，因此印刷效果極佳。同時印刷油墨的種類也越發(fā)重要，好的油墨著墨率高，印刷適性好，印刷效果也就更加好。3.2原子力顯微鏡測量分析3.2.1材料準(zhǔn)備在做原子力顯微鏡的實驗之前準(zhǔn)備了9種刮有藍(lán)色絲網(wǎng)油墨的紙張，這些紙張刮墨效果好，得出的圖像更具有研究的價值。這9種紙張分別包括雙膠紙55g/m2雙膠紙、60g/m2雙膠紙、70g/m2雙膠紙、100g/m2雙膠紙、120g/m2雙膠紙；80g/m2輕銅紙、70g/m2輕型紙、157g/m2銅版紙、200g/m2啞粉紙。將這些紙張剪一小塊進(jìn)行取樣，將剪好的紙樣用雙面膠固定在金屬基材上，以待掃描。3.2.1圖片采集與分析下圖是AFM對刮有藍(lán)色絲網(wǎng)油墨的紙張的掃描圖像，如圖3.4所示。（a）（b）（c）（d）（e）（f）（g）（h）（i）圖3.4印有藍(lán)色絲網(wǎng)油墨的AFM圖（a）55g/m2雙膠紙（b）60g/m2雙膠紙（c）70g/m2雙膠紙（d）100g/m2雙膠紙（e）120g/m2雙膠紙（f）70g/m2輕型紙（g）80g/m2輕銅紙（h）157g/m2銅版紙（i）200g/m2啞粉紙觀察以上三維圖可以直觀的看到紙張微觀的高差變化，這9種紙張都有比較明顯的突起和凹陷情況。而圖（c）的表面凸起凹陷只出現(xiàn)在一小塊區(qū)域中，圖3.4（i）凹凸感特別明顯，AFM所測樣品是納米級別的，更加微觀。通過處理后的圖片即可測量出紙張表面的粗糙度，見表3-1。表3-1粗糙度紙張種類輪廓算術(shù)平均偏差Ra155g/m2雙膠紙23.266nm270g/m2雙膠紙27.745nm370g/m2輕型紙15.935nm480g/m2輕銅紙17.119nm5100g/m2雙膠紙7.942nm6120g/m2雙膠紙18.119nm7157g/m2銅版紙31.832nm8200g/m2啞粉紙14.271nm其中表格中的輪廓算術(shù)平均偏差Ra，是用來評定表面粗糙度的參數(shù)，其計算方法如公式3-1所示，即SKIPIF1<0（3-1）式中：L—取樣長度；y(x)—基于中線的表面輪廓高度。對于同種紙張雙膠紙來說，克重越大紙張的輪廓算術(shù)平均值Ra越小，也就是紙張的粗糙度越小，紙張更加平滑；輕銅紙和輕型紙的輪廓算術(shù)平均值適中，差異明顯不大；而異于反常的是銅版紙，其輪廓算術(shù)平均值偏大。3.3光學(xué)顯微鏡測量分析3.3.1材料準(zhǔn)備將之前所刮的46個紙張樣品全部準(zhǔn)備好剪成適當(dāng)?shù)拇笮》旁谳d玻片上固定好準(zhǔn)備測量，切記不要弄臟樣品表面，保持其清潔。3.3.2采集圖像及分析在對紙張進(jìn)行絲網(wǎng)刮墨處理，然后將樣品通過光學(xué)顯微鏡采集圖像，然后分析圖像，然后將圖像進(jìn)行二值化，通過PS軟件將圖像信息進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，初步計算出空白區(qū)域的百分比和油墨覆蓋區(qū)域的百分比，將其制作成表格以便分析數(shù)據(jù)。表3-2是油墨覆蓋情況。其中表格中的1~6組是刮有藍(lán)色絲網(wǎng)油墨的紙張；7~14組是刮有紅色可食性油墨，濃度為1%的紙張；15~23組是刮有藍(lán)色絲網(wǎng)油墨的紙張；24~46組是刮有紅色可食性油墨，濃度為7%的紙張。表3-3是空白紙張的孔隙率。表3-2油墨覆蓋情況紙張種類印刷時間空白區(qū)百分比油墨覆蓋區(qū)百分比152g/m2雙膠紙2015.4.21（14:34）0%100%260g/m2雙膠紙2015.4.21（14:28）0.22%99.78%370g/m2雙膠紙2015.4.21（14:00）0.01%99.99%4100g/m2雙膠紙2015.4.21（14:31）0%100%5120g/m2雙膠紙2015.4.21（14:02）0%100%6157g/m2銅版紙2015.4.21（14:05）0%100%740g/m2無碳復(fù)寫紙2015.4.22（15:17）56.88%43.12%855g/m2雙膠紙2015.4.22（12:38）1.57%98.43%960g/m2雙膠紙2015.4.22（13:19）70.23%29.77%1070g/m2雙膠紙2015.4.22（14:10）33.14%66.86%1180g/m2輕銅紙2015.4.22（12:33）0.18%99.82%1270g/m2輕型紙2015.4.22（15:38）45%55%13157g/m2銅版紙2015.4.22（16:02）0%100%14200g/m2啞粉紙2015.4.22（14:40）0%100%1540g/m2無碳復(fù)寫紙2015.4.23（13:15）4.51%95.49%1655g/m2雙膠紙2015.4.23（13:06）0.11%99.89%1760g/m2雙膠紙2015.4.23（13:12）0.01%99.99%1880g/m2輕銅紙2015.4.23（13:21）0.06%99.94%1970g/m2輕型紙2015.4.23（13:16）3.54%96.46%20100g/m2雙膠紙2015.4.23（13:23）0%100%21120g/m2雙膠紙2015.4.23（13:22）0%100%22157g/m2銅版紙2015.4.23（13:18）0%100%23200g/m2啞粉紙2015.4.23（13:14）0%100%2480g/m2輕銅紙2015.4.23（10:20）10.90%89.10%25100g/m2雙膠紙2015.4.23（09:40）0.15%99.85%26120g/m2雙膠紙2015.4.23（10:46）0%100%2740g/m2無碳復(fù)寫紙2015.4.24（15:17）6.09%93.91%2870g/m2輕型紙2015.4.24（14:50）1.02%98.98%2980g/m2輕銅紙2015.4.24（14:17）34.02%65.98%30120g/m2雙膠紙2015.4.24（16:12）0.01%99.99%31157g/m2銅版紙2015.4.24（15:45）0%100%32200g/m2啞粉紙2015.4.24（13:53）0%100%3355g/m2雙膠紙2015.4.25（09:46）12.67%87.33%3460g/m2雙膠紙2015.4.25（12:02）29.27%70.73%3570g/m2雙膠紙2015.4.25（10:58）37.65%62.35%36100g/m2雙膠紙2015.4.25（10:23）0%100%3740g/m2無碳復(fù)寫紙2015.4.27（15:48）8.26%91.74%3855g/m2雙膠紙2015.4.27（12:46）0.98%99.02%3960g/m2雙膠紙2015.4.27（13:58）5.70%94.30%4070g/m2雙膠紙2015.4.27（13:21）1.81%98.19%4170g/m2輕型紙2015.4.27（16:03）0.63%99.37%4280g/m2輕銅紙2015.4.27（15:34）3.55%96.45%43100g/m2雙膠紙2015.4.27（12:09）1.00%99.00%44120g/m2雙膠紙2015.4.27（11:25）0.02%99.98%45157g/m2銅版紙2015.4.27（10:55）0.01%99.99%46200g/m2啞粉紙2015.4.27（15:16）0%100%紙張種類孔隙率152g/m2雙膠紙0.31%255g/m2雙膠紙0.17%360g/m2雙膠紙1.07%470g/m2雙膠紙1.94%5100g/m2雙膠紙0.23%6120g/m2雙膠紙0.49%7157g/m2銅版紙0.12%880g/m2輕銅紙0.04%970g/m2輕型紙1.17%1040g/m2無碳復(fù)寫紙0.39%11200g/m2啞粉紙0.02%表3-3空白紙張的孔隙率通過以上表格中的數(shù)據(jù)可以明顯的看到刮有紅色可食性油墨的的紙張油墨覆蓋百分比與刮有藍(lán)色油墨的相比很低。對于刮有同種油墨的紙張，無碳復(fù)寫紙的油墨覆蓋百分比是這10種紙張中最低的。刮有油墨的同種紙張克重越大紙張的油墨覆蓋百分比越大。甚至銅版紙和啞粉紙的油墨覆蓋率可以達(dá)到100%?？瞻准垙埖目紫堵蕩缀醣容^接近，孔隙率都偏小，紙張本身的性能比較好。處理的二值化圖像見附錄1。以上數(shù)據(jù)計算主要是通過Photoshop軟件將光學(xué)顯微鏡掃描的圖像進(jìn)行二值化處理，將得到的二值化圖像進(jìn)行計算，得到空白區(qū)域百分比和油墨覆蓋區(qū)域百分比。以刮有紅色可食性油墨的55g/m2雙膠紙為例進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)處理。圖3.6（a）為刮有紅色可食性油墨的55g/m2雙膠紙光學(xué)顯微鏡下的形貌，圖3.6（b）為將圖像進(jìn)行二值化處理后的圖像，通過Photoshop軟件中直方圖計算空白區(qū)域面積，圖3.7為直方圖。（b）圖3.6PS軟件處理圖像前后圖3.7直方圖通過以上計算得出的數(shù)據(jù)加以分析得出以下結(jié)論：同種紙其每平方米的克重越大，孔隙率越大。其中孔隙率的公式是:SKIPIF1<0（3-2）式中：ε—孔隙率；dp—紙張的表觀密度；df—指的是絕干纖維的密度1.55g/m2。衡量紙張的孔隙結(jié)構(gòu)主要包括：孔隙率；平均孔徑；平均最大孔徑；孔徑分布。200g/m2啞粉紙的孔隙率最小。啞粉紙采用無光或者啞光工藝進(jìn)行生產(chǎn)加工，即稱為無光銅版紙。與高光澤的銅版紙相比較而言，其光澤度較差，一般在45度角光澤度儀測量下相差一個數(shù)量級。表3-3結(jié)果表明，40g/m2無碳復(fù)寫紙印刷油墨后的空白區(qū)域最多，80g/m2輕銅紙空白區(qū)域也較多。而應(yīng)用200g/m2啞粉紙印刷后試樣在光學(xué)顯微鏡的測量下幾乎無空白區(qū)域，其表面幾乎全部被印刷油墨所遮蓋，但其細(xì)部微觀表面仍然有較多的露白點，具體結(jié)果可見AFM與SEM結(jié)果。普通絲網(wǎng)油墨比實驗室配得的可食性油墨印刷效果好，著墨率高。即可以總結(jié)為同種紙張克重重越大，孔隙率越小，空白區(qū)域越少，油墨覆蓋越好，印刷質(zhì)量越好。而本試驗中干燥時間對印刷質(zhì)量幾乎沒有任何影響。結(jié)論本次實驗中將10種不同的紙張進(jìn)行絲網(wǎng)刮墨，有兩種不同的油墨。將刮好的紙張進(jìn)行測量，分別用到掃描電子顯微鏡、原子力顯微鏡、光學(xué)顯微鏡。通過這些儀器掃描出的圖像和數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，加以比較。分析這些圖像首先是直觀的觀察，觀察紙張的孔洞、纖維分布情況，然后將圖像進(jìn)行處理，將其二值化，用PS軟件計算其空白區(qū)域的百分比和油墨覆蓋區(qū)域百分比，記錄數(shù)據(jù)。再將這些儀器測得的數(shù)據(jù)總結(jié)起來用excel制成表格，從表格中可以清晰的得到實驗規(guī)律。通過實驗可以得到以下結(jié)論：就本篇論文中所研究的紙張，銅版紙和啞粉紙的印刷效果最好，紙張表面平滑，無明顯的孔洞，孔隙率低，其中銅版紙的孔隙率為0.12%、啞粉紙的孔隙率為0.02%。而輕銅紙和輕型紙較雙膠紙來說印刷效果也較好。但是雙膠紙的印刷效果不太好，采集的圖像中可以清楚的看到纖維孔洞，孔隙率較大，其中雙膠紙中孔隙率最大的是70g/m2的雙膠紙高達(dá)1.94%，雙膠紙的粗糙度大，油墨覆蓋百分比低，空白區(qū)域少，印刷效果不太理想。因此涂布紙的印刷效果比非涂布紙的印刷效果好的多。對于同種紙張來說（雙膠紙）克重越大的紙張纖維孔洞較少，孔隙率低，粗糙度小，油墨覆蓋百分比大，空白區(qū)域少，紙張和油墨的結(jié)合效果好，印刷效果好。對于同種紙張同一克重，刮有不同油墨的紙張，印刷效果差異也較大。所以油墨的種類也是至關(guān)重要的，好的絲網(wǎng)油墨著墨率高，印刷效果好，不易脫墨，不會發(fā)生圖文糊死的現(xiàn)象，與紙張的結(jié)合力好。油墨在紙張表面再現(xiàn)的好壞與紙張纖維交叉的毛細(xì)孔的微觀結(jié)構(gòu)關(guān)系很大。紙張纖維的排列也同樣從微觀角度影響印刷效果，纖維的取向較多的與運動方向一致，印刷套印準(zhǔn)確，與油墨的結(jié)合效果好。參考文獻(xiàn)[1]王瑩.基于油墨與紙張接觸效應(yīng)對印刷質(zhì)量控制的研究[D].無錫：江南大，2012:1-2.[2]Kubelka,Munk．Physik[J]．1931(12)：593.[3]郭晶,陳蘊智.油墨與紙張接觸的瞬間[J].包裝工程，2006:100.[4]郝蘭蕓.紙張與油墨結(jié)合效應(yīng)預(yù)測模型的研究[D].無錫：江南大學(xué)，2012:1-2.[5]董明達(dá),王城.紙張油墨的印刷適性[M].北京：印刷工業(yè)出版社,1993：71.[6]向陽,王杰先,齊曉.印刷材料及適性[M].北京：印刷工業(yè)出版社,2000：42-48.[7]周震,張建青.碳黑顆粒在壬基酚聚氧乙烯醚琥珀酸磺酸鈉-醇類溶液中的穩(wěn)定性研究[J].過程工程學(xué)報,2002(12)：490[8]劉福平,齊曉,王安玲.印刷過程中油墨滲透深度的計算與實驗研究[J].包工程,2006,27(1)：71.[9]HajerKamalAlma*,g?ranStr?ma,JoachimSchoelkopfbandPatrickganeb,c.Ink-lift-offduringoffsetprinting:anovelmechanismbehindink–papercoatingadhesionfailure.JournalofAdhesionScienceandTechnology,2015:370-391.[10]KamalH,Str?mG,SchoelkopfJ,GanePAC.Characterizationofink–papercoatingadhesionfailure:effectofpre-dampeningofcarbonatecontainingcoat-ings.JAdhes.SciTech.2010;24:449-469.[11]KamalAlmH,Str?mG,Karlstr?mK,SchoelkopfJ,GanePAC.EffectofexcessDispersantonsurfacepropertiesandliquidinteractionsoncalciumcarbonatecon-tingcoatings.Nord.PulpPap.Res.J.2010;25:220-230.[12]GanePAC,SeylerEN.Tackdevelopment:ananalysisofink/paperinteractioninoffsetprintingIn:ProceedingsfromtheTappiCoatingConference.Atlanta,gA:TappiPress;1994.p.243–260.[13]MacPheeJ.Aunifiedviewofthefilmsplittingprocess,partIandII.AmericanInkMaker.1997;75:42–49and1997;75:51–56,respectively.[14]KipphanH.Handbookofprintmedia.Berlin:Springer;2001.p.1122.[15]TakahashiY,FujitaH,SakataT.InktransfermechanisminoffsetprintingprocessIn:TAGAProceedings.NewYork(NY):TechnicalAssociationofGraphicArtsRochester;1983.p.547–562.[16]陳港,李小龍.基于AFM的紙張表面微觀形貌分析及表征[J].華南理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2014,7(7):138.[17]武開業(yè).掃描電子顯微鏡原理及特點[J].機(jī)械與電子，2010：107.[18]姚天揚.中國大學(xué)化學(xué)教育改25年回顧[J].大學(xué)化學(xué)，2005，20（6）：11-18.[19]張新言,李榮玉.掃描電鏡的原理及TFT-LCD生產(chǎn)中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代顯示,2010,108:11.[20]BarrosGG,JohanssonP-?.TheoptitopotechniqueforfastassessmentofpaperTopography-limitations,applicationsandimprovements.J.ImagingSci.Technol.2005;49:170–178.[21]HanssonP,JohanssonP-?.AnewmethodforthesimultaneousmeasurementofSurfacetopographyandinkdistributiononprints.Nord.PulpPaperRes.J.1999;14:315-319.[22]朱杰,孫潤廣.原子力顯微鏡的基本原理及其方法學(xué)研究[J].生命科學(xué)儀器,2005,3(1):22.[23]Binningg,C.F.Quate,C.gerberetal.AtomicForceMicroscope.PhysicsReviewLetter1986(4):930-933.[24]JoonhYK,JaeW