喷墨印刷纸张作为信息再现载体对成像质量至关重要,在采用水基型墨水的喷墨印刷中,如何控制墨水在纸张中的渗透和扩散程度,确保墨滴干燥速度和图像分辨力是喷墨纸张涂层研究和改性的热点。本文在理论上分析了喷墨印刷对纸张的适性要求,涂层和墨水相互作用机理,涂料特性以及涂布参数对涂层和印刷质量的影响;通过对喷墨纸张涂层组分中颜料、胶黏剂和固色剂的属性及其印刷适性的系统分析,研究了颜料粒径大小、胶黏剂复配方式、固色剂种类及其用量对喷墨纸张涂层品质、图像质量和印刷适性的影响,并归纳出涂层孔隙体积、亲水性及电荷数量对墨水渗透和扩散作用的机理。采用计算机仿真技术模拟了颜料颗粒填充涂层表面的过程,建立了颜料粒径配比筛选与优化的模型与方法。采用主成分分析和聚类分析方法实现了胶黏剂复配比例及固色剂用量等性能指标综合评价的最优化,筛选出了符合喷墨打印适性的各组分种类、配比、用量、涂布参数和压光工艺参数,并通过多指标正交实验方法获得了喷墨印刷纸张最优工艺条件。本文基于Engelfrum质量圆和图像质量域理论,建立了基于图像质量的印刷适性评价体系,包括密度色度和光谱的色彩评价、基于亮度的阶调评价、基于微观图像的清晰度评价和基于频率域的均匀性评价,通过评价体系验证与评估了正交实验优化获得纸张的印刷适性与成像质量。本文的主要研究成果和结论如下:(1)墨水在涂层上的扩散和渗透决定了喷墨印刷图像的质量。扩散和渗透受墨水和涂层之间物理和化学作用影响。物理作用有润湿现象、毛细现象和静电吸附,化学作用主要指涂层组分与墨水呈色剂之间发生的离子反应。这些现象的发生与涂层孔隙体积及孔径分布、涂层亲水性能以及涂层组分带电荷量有很大关系,而这三方面属性分别由涂层中颜料、胶黏剂和固色剂所决定。(2)涂层孔隙状况主要由颜料粒径分布决定,颜料粒径过大,形成的涂层表面大孔多,墨水因重力作用渗透快,易造成图像色彩暗淡;而颜料粒径过小,涂层孔隙体积增大,平均孔径小,墨水在毛细管作用下被吸收,容易造成表面色料偏少而颜色变浅,粒径过小还会导致涂料黏度高,分散性能差。(3)合适的粒径分布是平衡扩散和渗透的关键,应用计算机仿真不仅能有效模拟颜料堆积状态,还能够优化筛选颜料颗粒的配比,降低成本,实现涂层颗粒的最优化。(4)聚乙烯醇和乙烯-醋酸乙烯酯胶乳两种胶黏剂,在分子形状、分子大小和亲水性方面有着很好的互补性,单独使用时纸张印刷适性较差,但两者以一定比例复配使用会产生优势互补,使涂料稳定性、纸张表面强度和纸张吸墨性达到最优化,获得更好的图像质量。(5)固色剂通过化学反应与呈色剂形成不溶性盐或通过电荷吸引作用使呈色剂固着,而且对墨水扩散和渗透有明显的层析作用,可减缓或阻止呈色剂跟随溶剂扩散渗透的程度,使更多的颜料或染料在涂层表面聚集,进一步增加颜色密度及其饱和程度。同时,固色剂是一种絮凝剂,用量过多会造成涂料粘度增大,引发涂层结构变化,导致涂层组分分布不均匀。6.主成分分析与聚类分析方法配合使用不仅能科学全面地筛选出最优对象,而且能获得对象分类中的最优类,使得前期单因素试验为后期多指标正交实验提供更好的技术支撑。