本发明公开了一种纸张涂层材料渗吸特性的测量方法，该方法按照以下方法进行纸张涂层材料渗吸特性的测量，利用氮气吸附仪测量纸张涂层材料的吸附曲线和结构相关参数，通过吸附曲线和结构相关参数求解纸张涂层材料的结构特征指数；利用测量材料的孔隙率和平均粒径等参数，通过本发明提出的计算公式可得到纸张涂层材料渗吸特性曲线。本发明方法利用材料物理化学中结构测量的相关参数，基于数学计算的方法，测量出纸张涂层材料渗吸特性曲线，为表征纸张涂层材料渗吸特性提供了一种方法。
1.一种纸张涂层材料渗吸特性的测量方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1：从待测量的纸张涂层材料中随机抽取测量样本，对抽取的测量样本进行处理，利用氮气吸附仪对测量样本进行纸张涂层材料单层吸附量Qm、吸附常数C和在相对压pi参数下的吸附量Q(pi)的测量；
步骤2：通过步骤1中获得纸张涂层材料单层吸附量Qm、吸附常数C和在相对压pi参数下的吸附量Q(pi)，根据公式(1)和(2)计算在任何相对压pi下材料结构参数A(i)和B(i)，其中i＝1，2，3……；
B(i)＝log10(Q(pi))-log10(Qm)-log10(C·pi/(1-pi+C·pi)) (2)公式(1)和公式(2)中，Qm为纸张涂层材料单层吸附量，C为吸附常数，pi为相对压，Q(pi)为在相对压pi参数下的吸附量，A(i)和B(i)均为材料结构参数；
步骤3：从步骤2中，以A(i)为横坐标，以B(i)为纵标，画曲线图，求该曲线图中曲线的斜率k；
步骤4：根据步骤3中求得的斜率k，根据公式(3)计算纸张涂层材料的结构特征指数Dch；
步骤5：测量纸张涂层材料的平均粒径rp，测量纸张涂层材料的孔隙率φ，按照公式(4)计算材料的当量最大孔径Rmax；
步骤6：在纸张涂层材料结构特征参数Dch、当量最大孔径Rmax和孔隙率φ确定的情况下，根据公式(5)和(6)，求出涂层材料的渗吸特性曲线，即渗吸长度l与渗吸时间t的函数关系，从而完成纸张涂层材料渗吸特性的测量：l(t)＝4·γLV·cosθ·φ·(5-Dch)·(1+W(-e-1-at))/((4-Dch)·g·Rmax·ρ) (5)公式(5)和(6)中，γLV、η、ρ和θ分别为渗吸印刷流体的表面张力、粘度、密度和流体对材料的润湿角，g为流体重力常数，W为数学函数中的Lambert W函数。
2.根据权利要求1所述的一种纸张涂层材料渗吸特性的测量方法，其特征在于，所述步骤3中当曲线有2个以上的斜率时，应该选取吸附高压区曲线的斜率，吸附高压区的相对压为0.6-0.9MPa。
3.根据权利要求1所述的一种纸张涂层材料渗吸特性的测量方法，其特征在于，所述步骤4中计算的结构特征指数Dch位于2-3之间。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种纸张涂层材料渗吸特性的测量方法，其特征在于，所述步骤6中Lambert W函数为朗伯W函数，朗伯W函数数学意义的近似值W(x)按照公式(7)计算：公式(7)中，x为朗伯W函数的自变量，e＝2.718。
5.根据权利要求4所述的一种纸张涂层材料渗吸特性的测量方法，其特征在于，所述步骤1具体为：将纸张涂层材料测量样本进行研磨，研磨为粉体状的样本，取0.5-1.0g粉体状的样本放置烘箱里面，烘箱的温度为105°，干燥时间24-48h，然后将烘箱烘干后的样本装入氮气吸附专用的试管中，利用氮气吸附仪自带的氮气干燥排气装置，干燥温度为130-150°，利用氮气排除样本内部空气，排气时间至少1h，之后在室温下利用氮气冷却排气后的样本，至少0.5h，并进行称重，并计算样品的净质量，然后在氮气吸附仪中对该净质量的样品进行单层吸附量Qm、吸附常数C和在相对压pi参数下的吸附量Q(pi)的测量。
6.根据权利要求4所述的一种纸张涂层材料渗吸特性的测量方法，其特征在于，所述步骤5利用材料粒度仪测量纸张涂层材料的平均粒径rp，利用压汞仪测量纸张涂层材料的孔隙率φ。
一种纸张涂层材料渗吸特性的测量方法
技术领域
[0001] 本发明属于造纸及印刷技术领域，涉及一种纸基材料渗吸特性的测量方法，具体涉及一种纸张涂层材料渗吸特性的测量方法。
背景技术
[0002] 印刷油墨与纸张涂层的相互作用，主要靠印刷压力或者纸张涂层表面的渗吸作用来实现。在不考虑印刷压力的情况下，如数码印刷，数字印刷，油墨流体与纸张涂层表面的相互作用关系主要体现为相互之间的渗吸作用。在印刷过程中，现有的经典渗吸模型在表征纸张涂层材料渗吸时，与实际渗吸往往存在较大的误差。因此科技人员一般通过不同技术手段对经典渗吸理论和经典的渗吸模型进行不断的完善和修正，以便更好的吻合实际结果。申请号为201310664690.6，申请日为2013.12.09，公开号为：103630478A，公开日为2014.03.12，发明名称为“一种多孔碳酸钙初始自渗吸率测量方法”的专利，描述了一种多孔碳酸钙初始自渗吸率的测量方法，但是该专利并未提及渗吸后续阶段的渗吸情况。因此一种准确测量和表征纸张涂层材料渗吸特性的方法对于提高印刷质量和改进涂层结构有重要的意义。
发明内容
[0003] 本发明的目的是提供一种纸张涂层材料渗吸特性的测量方法，解决了现有测量纸张涂层材料渗吸特性时误差大的问题。
[0004] 本发明所采用的技术方案是，一种纸张涂层材料渗吸特性的测量方法，具体按照以下步骤实施：
[0005] 步骤1：从待测量的纸张涂层材料中随机抽取测量样本，对抽取的测量样本进行处理，利用氮气吸附仪对测量样本进行纸张涂层材料单层吸附量Qm、吸附常数C和在相对压pi参数下的吸附量Q(pi)的测量；
[0006] 步骤2：通过步骤1中获得纸张涂层材料单层吸附量Qm、吸附常数C和在相对压pi参数下的吸附量Q(pi)，根据公式(1)和(2)计算在任何相对压pi下材料结构参数A(i)和B(i)，其中i＝1，2，3……；
[0007] A(i)＝-log10(1-pi) (1)
[0008] B(i)＝log10(Q(pi))-log10(Qm)-log10(C·pi/(1-pi+C·pi)) (2)
[0009] 公式(1)和公式(2)中，Qm为纸张涂层材料单层吸附量，C为吸附常数，pi为相对压，Q(pi)为在相对压pi参数下的吸附量，A(i)和B(i)均为材料结构参数；
[0010] 步骤3：从步骤2中，以A(i)为横坐标，以B(i)为纵标，画曲线图，求该曲线图中曲线的斜率k；
[0011] 步骤4：根据步骤3中求得的斜率k，根据公式(3)计算纸张涂层材料的结构特征指数Dch；
[0012] Dch＝3-k (3)
[0013] 步骤5：测量纸张涂层材料的平均粒径rp，测量纸张涂层材料的孔隙率φ，按照公式(4)计算材料的当量最大孔径Rmax；
[0014]
[0015] 步骤6：在纸张涂层材料结构特征参数Dch、当量最大孔径Rmax和孔隙率φ确定的情况下，根据公式(5)和(6)，求出涂层材料的渗吸特性曲线，即渗吸长度l与渗吸时间t的函数关系，从而完成纸张涂层材料渗吸特性的测量：
[0016] l(t)＝4·γLV·cosθ·φ·(5-Dch)·(1+W(-e-1-at))/((4-Dch)·g·Rmax·ρ) (5)[0017]
[0018] 公式(5)和(6)中，γLV、η、ρ和θ分别为渗吸印刷流体的表面张力、粘度、密度和流体对材料的润湿角，g为流体重力常数，W为数学函数中的Lambert W函数。
[0019] 本发明的特点还在于，
[0020] 步骤3中当曲线有2个以上的斜率时，应该选取吸附高压区曲线的斜率，吸附高压区的相对压为0.6-0.9MPa。
[0021] 步骤4中计算的结构特征指数Dch位于2-3之间。
[0022] 步骤6中Lambert W函数为朗伯W函数，朗伯W函数数学意义的近似值W(x)按照公式(7)计算：
[0023]
[0024] 公式(7)中，x为朗伯W函数的自变量，e＝2.718。
[0025] 步骤1具体为：将纸张涂层材料测量样本进行研磨，研磨为粉体状的样本，取0.5-1.0g粉体状的样本放置烘箱里面，烘箱的温度为105°，干燥时间24-48h，然后将烘箱烘干后的样本装入氮气吸附专用的试管中，利用氮气吸附仪自带的氮气干燥排气装置，干燥温度为130-150°，利用氮气排除样本内部空气，排气时间至少1h，之后在室温下利用氮气冷却排气后的样本，至少0.5h，并进行称重，并计算样品的净质量，然后在氮气吸附仪中对该净质量的样品进行单层吸附量Qm、吸附常数C和在相对压pi参数下的吸附量Q(pi)的测量。
[0026] 步骤5利用材料粒度仪测量纸张涂层材料的平均粒径rp，利用压汞仪测量纸张涂层材料的孔隙率φ。
[0027] 本发明的有益效果是，一种纸张涂层材料渗吸特性的测量方法，利用材料物理化学中常规的材料结构表征设备，得到材料基本的结构测量，基于相关的数学计算，准确、方便的计算纸张涂层材料渗吸特性，为印刷质量的提高和涂层材料渗吸特性的改进提供了基础的参考数据。
附图说明
[0028] 图1是本发明一种纸张涂层材料渗吸特性的测量方法流程图；
[0029] 图2是本发明一种纸张涂层材料渗吸特性的测量方法的计算值和纸张涂层材料渗吸特性的直接测量值的结果图；
[0030] 图3是吸附曲线图。
具体实施方式
[0031] 下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
[0032] 本发明一种纸张涂层材料渗吸特性的测量方法，利用氮气吸附仪、压汞仪和粒度仪来测量纸张涂层材料的基本结构参数，利用本发明专利的数学模型及公式对纸张涂层材料渗吸特性进行求解，如图1所示，具体按照以下步骤实施：
[0033] 步骤1：从待测量的纸张涂层材料中随机抽取测量样本，对抽取的测量样本进行处理，利用氮气吸附仪对测量样本进行纸张涂层材料单层吸附量Qm、吸附常数C和在相对压pi参数下的吸附量Q(pi)的测量；
[0034] 步骤1具体为：将纸张涂层材料测量样本进行研磨，研磨为粉体状的样本，取0.5-1.0g粉体状的样本放置烘箱里面，烘箱的温度为105°，干燥时间24-48h，然后将烘箱烘干后的样本装入氮气吸附专用的试管中，利用氮气吸附仪自带的氮气干燥排气装置，干燥温度为130-150°，利用氮气排除样本内部空气，排气时间至少1h，之后在室温下利用氮气冷却排气后的样本，至少0.5h，并进行称重，并计算样品的净质量，然后在氮气吸附仪中对该净质量的样品进行单层吸附量Qm、吸附常数C和在相对压pi参数下的吸附量Q(pi)的测量；
[0035] 步骤2：通过步骤1中获得纸张涂层材料单层吸附量Qm、吸附常数C和在相对压pi参数下的吸附量Q(pi)，根据公式(1)和(2)计算在任何相对压pi下材料结构参数A(i)和B(i)，其中i＝1，2，3……；
[0036] A(i)＝-log10(1-pi) (1)
[0037] B(i)＝log10(Q(pi))-log10(Qm)-log10(C·pi/(1-pi+C·pi)) (2)
[0038] 公式(1)和公式(2)中，Qm为纸张涂层材料单层吸附量，C为吸附常数，pi为相对压，Q(pi)为在相对压pi参数下的吸附量，A(i)和B(i)均为材料结构参数；
[0039] 步骤3：从步骤2中，以A(i)为横坐标，以B(i)为纵标，画曲线图，求该曲线图中曲线的斜率k；
[0040] 步骤3中当曲线有2个以上的斜率时，应该选取吸附高压区曲线的斜率，吸附高压区的相对压为0.6-0.9MPa；
[0041] 步骤4：根据步骤3中求得的斜率k，根据公式(3)计算纸张涂层材料的结构特征指数Dch，步骤4中计算的结构特征指数Dch位于2-3之间；
[0042] Dch＝3-k (3)
[0043] 步骤5：利用材料粒度仪测量纸张涂层材料的平均粒径rp，利用压汞仪测量纸张涂层材料的孔隙率φ，按照公式(4)计算材料的当量最大孔径Rmax；
[0044]
[0045] 步骤6：在纸张涂层材料结构特征参数Dch、当量最大孔径Rmax和孔隙率φ确定的情况下，根据公式(5)和(6)，求出涂层材料的渗吸特性曲线，即渗吸长度l与渗吸时间t的函数关系，从而完成纸张涂层材料渗吸特性的测量：
[0046] l(t)＝4·γLV·cosθ·φ·(5-Dch)·(1+W(-e-1-at))/((4-Dch)·g·Rmax·ρ) (5)[0047]
[0048] 公式(5)和(6)中，γLV、η、ρ和θ分别为渗吸印刷流体的表面张力、粘度、密度和流体对材料的润湿角，g为流体重力常数，W为数学函数中的Lambert W函数；
[0049] 步骤6中Lambert W函数为朗伯W函数，朗伯W函数数学意义的近似值W(x)按照公式(7)计算：
[0050]
[0051] 公式(7)中，x为朗伯W函数的自变量，e＝2.718。
[0052] 实施例
[0053] 一种纸张涂层材料渗吸特性的测量方法，具体按照以下步骤实施：
[0054] 步骤1：从待测量的纸张涂层材料中随机抽取测量样本，将纸张涂层材料测量样本进行研磨，研磨为粉体状的样本，取0.8g粉体状的样本放置烘箱里面，烘箱的温度为105°，干燥时间24h，然后将烘箱烘干后的样本装入氮气吸附专用的试管中，利用氮气吸附仪自带的氮气干燥排气装置，干燥温度为140°，利用氮气排除样本内部空气，排气时间1h，之后在室温下利用氮气冷却排气后的样本，排气时间0.5h，并进行称重，并计算样品的净质量0.77g，然后在氮气吸附仪中对该净质量的样品进行吸附曲线，及单层吸附量Qm和吸附常数C的测量，其中吸附曲线为如图3所示中的相对压pi参数下的吸附量Q(pi)曲线，Qm＝
0.06713mmol/g，C＝105.91；
[0055] 步骤2：通过步骤1中获得纸张涂层材料单层吸附量Qm、吸附常数C和在相对压pi参数下的吸附量Q(pi)，根据公式(1)和(2)计算在任何相对压pi下材料结构参数A(i)和B(i)，其中i＝1，2，3……；
[0056] A(i)＝-log10(1-pi) (1)
[0057] B(i)＝log10(Q(pi))-log10(Qm)-log10(C·pi/(1-pi+C·pi)) (2)
[0058] 步骤3：从步骤2中，以A(i)为横坐标，以B(i)为纵标，画曲线图，求该曲线图中曲线的斜率k，k＝0.641；
[0059] 步骤4：根据步骤3中求得的斜率k，根据公式(3)计算纸张涂层材料的结构特征指数Dch，Dch＝2.359；
[0060] Dch＝3-k (3)
[0061] 步骤5：测量纸张涂层材料的平均粒径rp，rp＝8.45μm；测量纸张涂层材料的孔隙率φ，φ＝28.6％，按照公式(4)计算材料的当量最大孔径Rmax，Rmax＝3.33μm；
[0062]
[0063] 步骤6：在纸张涂层材料结构特征参数Dch、当量最大孔径Rmax和孔隙率φ确定的情况下，根据公式(5)和(6)，求出涂层材料的渗吸特性曲线，即渗吸长度l与渗吸时间t的函数关系，从而完成纸张涂层材料渗吸特性的测量：
[0064] l(t)＝4·γLV·cosθ·φ·(5-Dch)·(1+W(-e-1-at))/((4-Dch)·g·Rmax·ρ) (5)[0065]
[0066] 公式(5)和(6)中，γLV＝0.0272N.m-1，η＝0.0041 Pa s，ρ＝804 kg.m-3，θ＝0度，g＝9.8N.kg-1。
[0067] 将本发明的计算纸张涂层材料的渗吸特性曲线与实验测量的曲线作对比，如图2表示，从图2中可以看出，本发明提出了测量方法跟专用实验设备测量结果非常接近，测量纸张涂层材料渗吸特性时误差小，从而证明了本发明的有效性。
