高白度轻量涂布白面牛卡纸的设计及实验验证 毕业论文.doc

高白度轻量涂布白面牛卡纸的设计及实验验证design and experimental validation of low coated white top kraft liner board with high brightness专 业： 轻化工程姓 名： 指 导 教 师：申请学位级别： 学士论文提交日期： 2012年6月14日学位授予单位： 天津科技大学摘 要随着人们对产品包装要求的不断提高和包装工业的不断发展，涂布白面牛卡纸除了用于商品的包装和保护，还被广泛用于承印丰富的商品信息。涂布白面牛卡纸既具有牛皮箱纸板的强度（如挺度、耐破度、环压强度和环保等特性），同时又具有涂布白纸板和涂布白卡纸的表面性能（如优良印刷适应性能和印后加工适应性能），因此轻量涂布白面牛卡纸在将面临广阔市场空间，也可替代部分灰底涂布白纸板，主要用于高档消费品的包装或包装纸箱的面层。目前，涂布白面牛卡纸有两种，一种是采用漂白木浆挂面再进行涂布的牛卡纸，一种是直接在本色原纸表面涂布的牛卡纸。其中第二种方法通常是通过提高涂布量或采用昂贵的tio2来提高涂布箱板纸的白度，生产成本增加且产品表面变脆。因此，涂布白面牛卡纸在满足产品包装白度要求的同时，还必须研究降低成本的方案和产品设计方案，以节约资源、提高产品性能。 本实验以未漂硫酸盐针叶木浆(bkp)和aocc为底浆，以漂白硫酸盐针叶木浆（nbkp）和脱墨浆(dip)为挂面浆，设计了不同结构的产品示意图，并通过实验对产品性能进行了验证。实验设计原纸挂面浆量分别为0g，5g，10g，15g，20g，25g，30g，35g，40g，45g，再配制不同的底涂涂料和相同的面涂涂料，分别考察在不同的涂布配方下，挂面浆量对涂布卡纸白度的影响。实验证明挂面浆量对白度的影响很大，通过对经过挂面的涂布纸白度和未挂面的涂布纸白度比较，发现在低涂布量（30g/m2）下，挂面浆对白度的提高作用非常显著，挂面浆量在20-25 g/m2即可；当挂面浆定量到达45-50g/m2以上时，挂面浆对白度的提高作用不再显著。实验还发现使用不同底涂配方对白度的影响也同样很大，但随着挂面浆量的增加，不同底涂的白面牛卡纸白度越来越接近，在面浆定量30g左右白度几乎相同。最后实验证明运用挂面浆的方式可以在轻量涂布的条件下获得白度较高的白面牛卡纸。关键词：涂布白面牛卡纸； 挂面浆量； 白度； 涂料配方abstractcorrugated boxes have long been used to pack and protect various goods. in the past, strength and durability were the major quality considerations. however, during the last three decades, the retail industry had set new demands for corrugated boxes. more and more goods were being left in the boxes in which they were shipped, to be sold directly from the shelf. to promote the product within, these boxes need graphics that were colorful and appealing with printing that was easy to read. retailers also need clearly printed bar codes to make it more expedient to control inventory. residual demand for better print quality at an economical cost in corrugated containers and continued growth of mass merchandising leading to less personal selling and more dependence on product informati-on provided on the package motivated the growth of visual appeal linerboard. increasing coat weight or adding expensive tio2 in coating color could increase the brightness of coated brown board. it was nesseary to study the application of cheaper pigments in coated brown linerboard. this design uses the different surface plasma volume and the underlying cause of composite paper pulp, slurry surface quantitative respectivel 5g, 10g, 15g, 20g, 25g, 30g, 35g, 40g, 45g. prepare different bottom coating and the same surface coating, respectively, for making coated paper. after drying the coated white craft paper were measured the whiteness and the coating weight, in order to study the kraft paper whiteness and amount of the coating, coating formula, the relationship between noodle paste. experiments prove that the noodle paste amount on the degree of influence, through to after noodle coated paper whiteness and noodle coated paper whiteness, found in the coating amount is small, vermicelli paste on the increase of the degree of a significant role. when the noodle paste quantitative at 30g above time on the degree of increase the role is not so obvious. it is also found that the use of different coating formula on the degree of influence also is very big, but along with vermicelli paste quantitative increase, different bottom coated white craft paper white degree more and more close, in the face of slurry quantitative30g whiteness is almost the same. the experiments demonstrated that the use of dried noodle paste can be obtained under the condition of light weight coating baidu high flour cattle cardboard.key words: coated white top linerboard，surface plasma，whiteness目 录1前言11.1 涂布白面牛卡纸11.2 施胶对涂布白面牛卡纸的影响21.3 荧光增白剂61.4 涂布涂料81.5 影响涂布牛卡纸的因素131.6 本课题研究的目的、意义及内容132 实验部分152.1 实验原料及试剂152.2 仪器设备152.3 涂料配制152.4 主要检测指标193 结果与讨论213.1挂面浆量对白度的影响213.2底涂涂料配方对涂布纸白度的影响223.3原纸白度对涂布后白度的影响244 产品设计说明264.1 产品a264.2 产品b264.3 产品c274.4 产品d27结论29展望30参考文献31致 谢32iv天津科技大学2012届本科毕业论文1前言1.1 涂布白面牛卡纸1.1.1 涂布白面牛卡纸的概念 涂布白面牛卡纸是对已抄造好的牛卡纸进行涂布而得到的特种纸。牛卡纸一直是用的比较多的包装材料，无论是包装大型的仪器还是精美的礼品都会或多或少的用到牛卡纸做包装。涂布白面牛卡纸是最近国内造纸行业关注比较多的行业。传统我国包装市场更多的用箱纸板和白纸板做包装材料。箱板纸表面光学性能和适印性不能满足美观的要求，但其物理性能，强度高韧性好，一般用做包装重的大物件。白板纸有较好的表面光学性能和适印性，但是其物理性能较差，一般不用来包装大的物件和重的物品，一般用来包装一些轻但是附加值高的商品，同时较方便印刷上精美的图案。而涂布白面牛卡纸可以说是结合了二者的优点，即具有好的表面光学性能和印刷性能，同时又具备较强的物理性能。涂布白面牛卡纸一般有两种，其中一种是表面涂布的牛卡纸，另一种是漂白木浆挂面的牛卡纸，涂布白面牛卡纸一般就是指经过涂布的漂白木浆挂面的箱板纸，但本设计不同于以往意义上的涂布白面牛卡纸，本设计主要设计一种经涂布的漂白白色木浆挂面的复合纸板，其主要结构由面层、底层和涂布层组成。1.1.2 涂布白面牛卡纸的特点 涂布白面牛卡纸不同于箱板纸表面涂布，涂布白面牛卡纸采用occ作为纸板的底层，采用漂白木浆或者脱墨浆挂面，当然用漂白木浆挂面的造价要大于脱墨浆挂面的造价，牛卡纸的面层和底层经过抄造工艺复合为复合纸板。然后再在复合纸板表面进行涂布和施胶工艺，这样就生产出涂布白面牛卡纸。白面牛卡纸的表面是在挂面的基础上涂布，由于挂面浆的作用，涂布白面牛卡纸的表面光学性能和适印性会好于直接在occ上涂布的涂布纸板。涂布白面牛卡纸的未涂布原纸采用面层和底层抄造成的复合纸板，所以它的物理性能，挺度和耐破度等要优于单纯的纸板。包装市场中对包装纸箱所使用的箱板纸主要要求两大性能，一个是要拥有较好的外观性能和适印性，可是印制精美的图案。另一种性能是要求有较强的物理性能，比如耐破度和挺度，这样可以用来保护商品。涂布白面牛卡纸同时具有两种特性，第一，它具有优良的表面性能，如优良的印后加工适应性和印刷性能。第二，涂布白面牛卡纸具有良好的纸板强度，如挺度和耐破度等。因此涂布白面牛卡纸可以所同时具有包装纸的两大有点，是性能上等的包装用品，主要用于高档消费品纸箱的面层。1.1.3 涂布白面牛卡纸在造纸行业的应用和发展近年来, 随着人民生活水平的逐步提高，中国造纸工业保持着飞速的发展，我国已成为世界上主要的造纸消费国和生产国。纸板在中国的消费增长也是高于其他国家。随着人们对纸板的消费量增加，消费者和生产厂家对纸板的质量要求和世界各地环保意识的提高，人们对纸板的要求越来越高，不仅要高强度而且还要美观环保。包装业快速发展, 对包装材料的要求越来越高, 一些高档商物品，如高档电器、酒类、饮料等的包装纸箱纸逐步用全木浆生产的白面牛皮卡纸代替原来的灰底白板纸、牛皮纸等。发展速度快，而且需求量大。涂布白面牛卡纸注定成为高档商品的主要包装材料，其良好的印刷性能能够满足在商品表面印刷出精美图案，其高强度有助于保护商品使其免受损坏。包装材料作为商品外在体现的一个重要部分，影响到商品的畅销与否，应该作为商品设计中很重要的一部分，但是其不是商品本身，不应给商品带来成本负担。涂布白面牛卡纸的设计，底层使用occ，面层只用很小定量的挂面浆，涂布量也很小，可以有效的降低成本。涂布白面牛卡纸以其适用性和低成本性会越来越被广泛的应用。1.2 施胶对涂布白面牛卡纸的影响1.2.1 施胶的目的 表面施胶是在纸的单面或两面，用含多种物质的施胶分散液，在施胶设备中进行施胶的一种工艺方法。一般情况下采用纸机内表面施胶，即在纸机干燥工艺中适当位置设置表面施胶设备，使纸在未完全干燥时涂上施胶剂，经过干燥后使其表面形成胶膜。含有较多非木材纤维的纸种要想获得较高的表面强度，适印性和纸页形稳性，必须采用适当的表面施胶，并选择较好的表面施胶剂，用以提高纸张的表面质量。和纸内施胶相比，表面施胶主要通过造膜施胶剂，在纸页表面形成连续的膜，是纸页表面纤维固于纸页的表面，这样就可以提高纸页的书写性能和印刷性能。因此表面施胶在书写纸和包装纸方面，比纸浆内施胶重要的多。主要表现在以下方面。1.2.1.1 对纸张表面特性的影响表面施胶中淀粉在原纸上会产生一些抗水性表面作用，可以降低纸浆的打浆度。也就是在纸浆原料制备的过程中，通过改变纸浆的配比和打浆度后所应显出的效果通过表面施胶的手段也是可以达到的。抄造成纸往往表面会有起毛的现象，十分影响纸张的表面特性，使用淀粉进行表面施胶可以很好的克制纸页表面起毛的现象。1.2.1.2 对书写效果的影响通过对纸张表面施胶，对于印刷和书写用油墨的接触角变大，平滑性增加和孔隙率减小。可以说提高了纸张的书写性。同时，施胶剂在纸页的表面形成施胶薄膜，这层施胶薄膜可以防止油墨粒子在纸页表面扩散和渗透。一般情况下，由于书写和印刷用的油墨种类不同，书写的性能差别很大。1.2.1.3 对消字效果的影响这种消字性是指在不损伤纸张表面的情况下能消退写在纸上的文字的性能。纸页表面对油墨渗透的抵抗性和表面平滑性，纸页表面薄膜的稳定性对消字后施胶度的保持性等重合的起着很重要的影响。这于印刷性和书写性也有密切的关系。一般的情况下，对纸页进行表面施胶则可以减少油墨对纸张的渗透性，所以容易去除消字后的油墨。由于施胶后纤维之间的结合力增加，因而增大了纤维对摩擦的抵抗性。1.2.1.4 对纸页物理性能的影响通过施胶可以增加纸页的抗水性能，同时施胶剂等物质渗透到纸页中增加了纤维之间的结合力，从而提高了纸页的耐破度和拉力强度等物理性能。此外，纸页表面纤维牢固的结合在纸页表面，所以不容易产生起毛现象。通过表面施胶，纸页的物理强度提高的相当大。通过表面施胶可以产生原料制备阶段改变打浆度和增加长纤维含量才能产生效果相同的效果。如果纸页是多孔的，表面施胶时，施胶剂渗透到纸页内部，使纸页的物理性能有更大的提高。适当的施胶处理会给下一道涂布工序带来更积极的作用。1.2.2 影响表面施胶的因素为了将施胶剂均匀地涂布在纸的表面，需要很好地控制下述纸页的性质和施胶剂的性质。施胶压榨、压光机等抄造条件也影响表面施胶。 1.2.2.1纸页的性质1.2.2.1.1 纸页的水分纸页对于施胶剂的吸液量，有一个进入施胶压榨的纸张的最佳水分值。但是这个最佳水分值在见解上有所不同，范围很大，大概为48%。经施胶后的纸页含水量为3035%，在以后的干燥阶段中大概需要排出25% 的水分。可以说，表面施胶工序是增加了成本。为了实现均匀地施胶处理，需要调整纸页进入施胶阶段的水分。1.2.2.1.2 浆内施胶 纸浆内施胶对表面施胶过程中施胶液的吸液量产生很大的影响。两者的吸液量因所抄造的纸张种类而不同。胶版纸情况，使将施胶液留在于纸页的表面时会增加纤维之间的结合，所以施胶剂浸透到内部是关键。1.2.2.1.3 定量表面施胶的时候，施胶剂的吸液量和对纸页内部的渗透与纸页的定量没有关。厚纸情况，施胶与纤维的比率更小，纸张的物理强度性质的提高降低。1.2.2.1.4 纸页密度和平滑度 纸页的密度高，则空隙率更低。所以，吸收施胶剂的量减少。如果空隙率非常高，则施胶液在纸页中与空气置换，形成气泡，仍然不利于施胶后的性能。施胶前的纸，要尽可能的保证平滑而不起毛，这样有利于施胶。1.2.2.2 施胶剂的性质施胶剂的溶液性质，关键是施胶剂的表面张力、湿润性质和粘度大小。另外，与纸的接触的时间、含固体物浓度的大小也影响很大。施胶剂的粘度取决于浓度和温度，粘度对渗透关系很大，渗透作用大小与粘度的平方根成正比，例如，施胶淀粉情况，当施胶剂粘度发生时效变化，两侧吸液量变化时，由于两面吸收施胶剂量不同，纸张会发生卷曲。如果施胶剂浓度高，表面施胶效果则更高。如果施胶过量，施胶后压榨后水分增加，纸张干燥困难。施胶剂在纸页表面成膜性与分子的凝聚能量关系很大，所以施胶剂中分子结构起着很大影响。1.2.2.3 干燥和压光施胶干燥和压光的型式，运转速度等都会大大的影响到纸页的施胶效果。如果干燥条件不当，则纸页表面的施胶膜会起毛和发生斑点状剥离。如果急剧干燥，则表面的施胶膜会出现裂纹和格子状纹。如果过分压光，则表面的施胶膜会发生断裂，不连续地渗入纸中。另外，过分压光会使表面施胶剂脱落 。1.2.3 不同组成的表面施胶剂及抗拒流体瞬间渗透的性能（pda） 对涂层覆盖率的影响在表面施胶剂中添加合成施胶剂的原料的主要作用是提高施胶层的抗水能力。用单一的氧化淀粉施胶和合成施胶的效果做对比。氧化淀粉形成的施胶膜亲水性强，shshi是不能满足施胶对抗水性能的要求，但合成的表面施胶剂能弥补氧化淀粉的不足。当它们与纤维表面接触时，向纸内渗透的速度不同。当使用合成表面施胶剂时, 与使用100% 氧化淀粉相对比，液体穿过纸面所用的时间增加了。使用合成施胶剂表现为pda 值增加。涂层覆盖率反映的是纸页面整体被涂料覆盖的程度, 当pda值增加时覆盖率却下降，其主要原因是：从涂料流体动力性质分析，当涂布涂料与纸张表面接触时，如果表面施胶形成施胶膜的成膜性和抗水性较好，涂料中的液体成分不容易迅速渗透到纸页内部，渗透的施胶越长，涂层中的颜料粒子发生絮聚的概率越大。相反的情况，如果pda 值较小，胶粘剂能快速透过纸页表层，在纸页表面形成颜料滤饼，颜料快速在纸面分布、固化, 涂层覆盖率增加。pda值反映的是流动动力渗透过程，表面施胶剂的组成会影响该过程的动态平衡。涂层覆盖率只反映涂层涂料对原纸的遮盖能力，覆盖率高表示涂层对原纸的遮盖能力提高，从平面上反映出裸露在外面未涂布的纤维比较少，但不能反映涂层在纸张厚度方向分布的均匀性 。所以，随着pda值的增加，涂层覆盖率产生下降的趋势。在表面施胶剂中添加了合成表面施胶剂组分提高了纸页的pda 值，但是却不会提高涂层覆盖率，相反会导致涂层覆盖率下降。所以用氧化淀粉+合成表面施胶剂能提高涂布纸抗拒流体瞬间渗透的性能( pda),但是pda 值越小，涂层覆盖率越高, 涂层覆盖率的大小主要取决于涂层的平面结构。1.2.4原纸平滑度和透气度对涂层覆盖率的影响 在纸页表面液体状态的部分涂料会快速被涂布涂布工具刮去，形成的涂布滤饼层要比平滑度低的在纸页厚度方向分布均匀。故涂层纸页表面越平整光滑，涂层覆盖率越高。如果采用相同的原纸，用不同的施胶剂，那么施胶后的纸页的透气度主要受施胶剂的影响。用100%氧化淀粉作为施胶剂形成的胶膜平滑，但不致密，一方面平滑度高有利于形成在纸页厚度方向分布均匀的涂层，另一方面涂料中分子扩散导致了透气度大的原纸表面快速形成了涂布滤饼，施胶膜多孔也会导致颜料涂料随着胶粘剂向纸张内部渗透，虽然涂布颜料能覆盖纸张整个平面，但可能造成涂层在纸页厚度方向的不均匀分布。用扫描的方法可以反映出涂层在平面方向上能有效覆盖整张纸面，但不能保证在纸页厚度方向上分布的均匀性 。所以，100%氧化淀粉成膜平滑，但不致密，原纸的透气度对涂层覆盖率产生的影响要大于纸张的平滑度。 所以使用100%氧化淀粉进行表面施胶，原纸平滑度优于添加了合成表面施胶剂的原纸，但胶膜的致密性差，施胶成纸透气度高。平滑度越高，透气度越大，涂布纸涂层覆盖率越高。1.3 荧光增白剂1.3.1荧光增白剂增白机理荧光增白剂是一种吸收紫外光、发射出蓝色或紫蓝色的荧光物质。荧光增白剂的分子中含有共轭双键，且具有良好的平面性质。它有增白作用是由于在日光照射下，吸附有荧光增白剂的物质能将照射在物体上的可见光发射出来，而且还可以吸收不可见的紫外光线，使结构内分子激发后再回到基态，在这过程中吸收的紫外线能量转化流失一部分，这部分转换流失的能量变成可见光反射出来，通过这种方式增加了物体反射出光的量。由于反射出来的可见光量的增加，反射光量超过了投射在被处理物体上原来可见光的强度，所以人们眼睛看上去物体更加白了。荧光增白剂的另一个增白原因可借助光学中互补色的原理来说明。研究发现，变黄是由于从被照射物体上反射出来的光线中蓝色波段光线相对强度的缺损而形成的。早期人们使用某些蓝色物质对织物涂上蓝以掩盖其泛黄就是这个道理，但引起织物亮度下降。洗涤上用的荧光增白剂，发出蓝色或蓝紫色的荧光，正好补其缺损，而恢复了织物原有的白色。荧光增白剂具有用量少、见效快、操作简单等优点。应用于造纸工业的荧光增白剂的主要品种中，大部分化学结构类型为双三嗪氨基二苯乙烯类，属于功能性造纸助剂。传统意义上，荧光增白剂仅在高白度的漂白化学浆中使用，在使用品种、应用工艺条件等其他各种影响其效能发挥的因素方面都应用得相当成熟。一般认为荧光增白剂不适合在高得率浆中使用,高得率浆中的木素会与其竞争紫外光的吸收,严重影响其自身性能的发挥；而且高得率浆组成成分复杂，影响因素很多，都可能会对荧光增白剂的使用产生负面影响。1.3.2 影响增白剂增白效率的因素1.3.2.1 增白剂的用量 增白剂的同量不同时，随着增白剂用量的增加，纸浆的白度增加，但单位增白剂用量所增加的白度下降。根据化工部标准“hq238283荧光增白剂”的规定，vbl的泛黄程度为用量0.5%，可见用量不宜超过0.4%。根据研究，增白剂成本不是随用量成比例增长，而是成倍甚至数倍增长。所以，过多的加入增白剂不仅不能有效提高白度，同时会增加成本造成浪费，影响经济效益，根据不同的白度的要求，增白剂用量控制在适当的范围，过量的的应用反而起不到有效的结果。1.3.2.2 纸浆的白度纸浆白度不同对增白的效果有很大影响，在麦草浆次氯酸盐漂白后施加增白剂时，发现随着原浆白度增加，使用增白剂的后的白度越高，原因是原浆白度低时，浆中木素等成分的含量高会吸收一部分紫外光，则用于激发增白剂的紫外光减少，因而转变的蓝色紫外荧光的量也相应减少。从而也就影响荧光增白剂的增白效果。为了起到良好的增白效果，在使用增自剂前的纸浆须进行净化和漂白处理，高清洁度和高白度纸浆才能获得更有效的增白效果。一般白度在比较低的纸浆，(如含木素量较多的机械木浆和未漂浆)，由于其中含有过多的吸收紫外线组分不宜用增白剂。1.3.2.3 介质ph值的影响介质ph值对荧光增白剂的增白效果影响明显，研究表明，介质ph值在46范围内变化时，随着ph值的增加，试样白度也会有增加的趋势。当ph值低，即酸性较强条件下，其增白效果远远低于中性或弱碱性条件下效应，纸料悬浮液在网上时ph值低于5.4，其增白效果会明显下降，ph值在44以下时，荧光增白剂就基本上失去了增白作用，在纸机封闭白水系统中，充分利用接近中性的白水有利于增白效果的提高。1.3.2.4 水质的影响浆料上网之前需用大量的水进行稀释，在浆料中使用荧光增白剂时，应尽可能使用硬度低的水，溶解荧光增自剂时，应使用软化水，因为硬度过高的水，含有钙、镁等金属离子，则会明显地降低荧光增白剂的增白功效，其主要原因是：荧光增白剂同这些金属离子生成不溶解于水的盐，更严重的是生成有色不溶于水的盐，如同三价铁离子反应生成红棕色沉淀物，所以，在溶解和使用荧光增白剂的过程中，应尽量避免荧光增白剂溶液与金属接触。1.3.2.5 纸浆中残留化学药品的影响亚硫酸盐蒸煮后的纸浆中往往会残存部分游离酸，在使用增白剂时应尽量洗涤干净，过多的游离酸会使增白剂形成难溶于水的沉淀物质。碱法制浆中残留的碱液对增白剂无直接影响，但是残碱的黑液中溶解有木质素和色素，这些物质可吸收紫外光，不利于增白效率提高，漂白纸浆中残留的氯在一定条件下易生成hcl和hclo，进而使纸浆悬浮液的ph 值下降。在较低的ph环境下，增白剂的效果受到影响。所以要充分发挥增白剂的作用，必须使纸浆有较高的洁净度。1.3.2.6 辅料加入顺序的影响在纸浆中施加荧光增白剂时，应在其他辅料之前加入，这样可以使增白剂与纤维牢固且均匀地结合，以充分发挥增白效能。荧光增白剂更不可与硫酸铝同时使用，使用硫酸铝时会使ph值局部过低，进而使荧光增白剂产生沉淀，完全失去增白效果。一般工厂的要求，在施加荧光增白剂后，其他辅料的加入应相隔一定时间，一般不少于15min，如果工艺的条件允许，可以延长至20min以上，以有利于增白剂与纤维的固着。1.3.2.7 增白剂的存放荧光增白剂应该存放在暗处，避免阳光照射和高温条件。原因是常用的vbl型增白剂有顺式和反式两种结构，反式结构的增白剂增白效果好，而日光和高温能使反式结构转化为顺式结构降低增白效果。一般生产厂家产品出厂时外面以铁桶，里面用塑料袋密封包装。正常情况下，干粉可以保存两年。增自剂的配制使用原则是随配随用，不应久放。1.4 涂布涂料 涂料是由胶黏剂、颜料、添加剂和水等组成的能够在对纸页涂布后形成较好的表现性和改善适印性的一种混合物质。通过涂布的方式能够填平纸页表面的孔穴，增加了纸页的平滑度和降低了油墨的吸收性，增加光泽度、白度、不透明度等。1.4.1 涂布用主要涂料1.4.1.1 瓷土 瓷土是涂布涂料纸中主要的颜料，一般可占涂布颜料的60-100%。由于瓷土产地较多,各地矿产成份不同, 所以杂质含量不同,比如,瓷土分为两种类型：残余矿或一次瓷土是保留在原形成地,含砂粒及云母多,杂质多;沉积矿或二次矿是经风化并沉积于另外地方, 杂质少。与瓷土伴生有多水高岭石和明矾石,多水高岭石呈管状结晶,明矾石呈菱形六面体。1.4.1.2 碳酸钙碳酸钙颜料一般分轻质碳酸钙和重质碳酸钙，重质碳酸钙又分为方解石碳酸钙和研磨碳酸钙。研磨碳酸钙一般是石灰粉研磨制得，颗粒外形我定形。方解石碳酸钙可由两种方式制得，一是用大理石厂中的大理石下脚料和粉末进行研磨制得，二是直接粉碎研磨方解石制得。1.4.1.3 硫酸钡硫酸钡颜料有两种类型，一种是通过化学方式人工合成的方法制得的称为“固定白”颜料，这种颜料纯度高，白度好，粒子大小均匀。另一种是由重晶石粉碎研磨制得，杂质含量较高，白度低。1.4.1.4 合成分散剂、胶乳生产高质量的涂料时，胶粘剂中胶乳的含量是十分主要的。与水溶性胶粘剂相比,胶乳的优点是具有较强的粘结力,粘度低,固体含量高, 良好的贮存性能，容易加工处理和涂料制备过程简单。胶乳是合成聚合物的水分散体,即在水中只有很细小的不溶性的合成树脂颗粒。在涂料中使用最广泛的胶乳种类是：苯乙烯-丁二烯胶乳,醋酸聚乙烯胶乳，苯烯酸盐胶乳。由于各种胶乳的单体比率可以变化，因此胶乳的性能如孔隙率和硬度受到影响。就其性能而言，各种胶乳在不同的范围内是有差别的，在这些范围的各种应用中，某一种胶乳会比别的胶乳更适合，在一些情况下也可以两种胶乳共同使用。1.4.1.5 淀粉用作涂布胶粘剂淀粉总是改性的。要达到合适粘度水平的淀粉溶液, 淀粉的分子链应通过酶的作用或氧化作用被切短。次氯酸盐氧化是常用的氧化方法, 通常为淀粉制造商所采用。淀粉的粘结力低于胶乳, 而且干燥也是个难题。在干燥过程中, 淀粉趋向迁移至涂层表面, 这就导致了涂料吸附不均匀, 甚至产生油墨干结和斑点。因此,淀粉主要用于纸张的涂布以及通常在板纸的预涂布。1.4.1.6 羧甲基纤维素（cmc） 羧甲基纤维素由纤维素和氯乙酸合成。cmc以粉末的形式供给厂商，它很容易在水中溶解。 尽管cmc是涂料中的一种胶黏剂，但是因其良好的保水性而经常被使用。cmc赋予了涂料的良好流动性能，即流变性，产生良好的运动性能和均匀的表面质量。cmc的用量很小，通常低于涂料干重30%。1.4.1.7 分散剂 涂料制备的过程中从分散涂料开始的，在分散涂料额过程中，颗粒在高固含量的情况下通过机械混合作用彼此分离，在很高固含量的液体中，悬浮物的内部剪切力很强。由于涂料颗粒存在化学表面电荷，很容易相互吸引，所以需要加入分散剂，分散剂可以增强涂料彼此间电荷斥力，可以阻止它们重新凝聚。1.4.1.8 消泡剂涂料的固含量越低，起泡的现象越严重。有许多消泡剂可以用来减少起泡现象的产生。消泡剂筒仓是油基性物质，所以使用时需要谨慎小心，在涂料中消泡剂的过量使用极易产生纸病。1.4.1.9 荧光增白剂目前造纸工艺使用的荧光增白系列都属于环状共轭体系，常见的有两磺酸，四磺酸和六磺酸三种类型。当太阳光照射到纸页上时，纸张吸收比较段的波长的光，反射相对更长波长的光，所以我们看见平时的纸张偏黄。 荧光增白剂吸收波长为350nm左右的紫外光，同时释放出420-450nm的蓝紫可见光，这种蓝紫光与纸张原有的泛黄色调互补，同时加强全反射光的视觉光亮，形成增加纸张的白感的效果。 所以，在只有日光或者白光的灯下看增白纸张时，才会明显的看出荧光增白剂的增白效果。在除紫外灯光的灯下，荧光增白剂不能很有效的提高纸页的白度。1.4.2 涂料的主要性质1.4.2.1 涂料的流变性在涂布加工过程中，涂料流变性的影响存在于从原料选择、涂料配制、施涂、干燥等各个工艺环节，是值得考虑的一个重要因素。在外力作用下，涂料中液体对颜料颗粒而言就类似润滑剂，使涂料颗粒可以相互移动，显现出介于液体与固体之间的性能，呈弹性和粘稠的形态，称为粘弹性。涂料表现的这种粘弹性存在着非单一粘度可以描述的更复杂关系流变学关系，即物体的形变和流动的科学。涂料含有多种成分，它们之间相互作用都会影响流变性，所表现出的流动特性甚至可以是各种流动特性的综合状态。不同的涂布方式对流动状态的要求也不同。一般要求涂料液为塑性流动或假塑性流动。高浓涂料在刮刀下所受的瞬间剪切速率很高，不允许出现膨胀型的流动，出现膨胀性流动会使涂层不均匀或造成刮痕、断纸等。涂料的流变性能与固含量、涂料粘度、颜料种类、形状、胶粘剂种类、用量、保水剂等助剂种类和用量等因素有关。1.4.2.2 涂料的流平性 涂料涂布于原纸表面能不能带到光滑平整的性质称之为流平性。在涂料的涂布过程中，有一个流动和干燥的成膜过程，未干燥的涂层在加热后逐渐形成平整，光滑均匀的涂料滤饼。当涂料的流平性不好时会使涂布过程中出现裂痕，干燥过程中出现缩孔等。涂料的粘度低、涂层厚、表面张力大、则涂料的流平性能好。流平性和触变性有着密切的关系，触变性较好的涂料在涂布剪切力的作用下涂料粘度降低，可以使涂料的流平性增加。1.4.2.3 涂料的保水值保水值是指涂料保持自身水分的能力，涂料保水值决定了涂料与涂布原纸的结合状态和脱水效果，直接影响涂布机运转和涂布纸质量。保水性好可使涂料在涂布机作用下有好的流平性、可涂性，所以能消除刮痕；还可以控制涂料中的水分向原纸的转移速率和干燥过程水分的蒸发速率；还可以控制胶粘剂迁移。涂料的保水性好，胶粘剂就可均匀的与涂料中的其它成分混合。在涂层干燥前胶粘剂向涂层表面迁移和向原纸中渗透现象的不明显，涂料组分可以在涂层中分布较均匀。涂层中的颜料之间、颜料和原纸纤维之间的结合均匀，可获得理想的平滑度、光泽度及均匀的涂层结构，并且可以改善胶粘剂用量、表面强度和油墨吸收性，减少掉粉、掉毛情况。影响保水值的主要因素有:涂料的固含量、温度、hp值，涂料颜料、胶粘剂种类和用量，涂料的分散和水化程度，保水剂的种类和用量。1.4.2.4 涂料的固含量 浆料的固含量是指以质量百分数的方式表示涂料性能的指标。即涂料中固形物总质量和涂料中固形物与液体的总质量之比。该性能指标是涂料质量指标，它的值的大小直接影响到涂料的性质，比如涂料粘度和流变性，进而影响到涂布的成本和涂布纸的质量。对于工业上不同的涂布方式，所需要的涂布固含量也是不同的。相同的颜料，高固含量的涂料有更高的粘度，从而可以获得更大的保水性，减少了水和胶黏剂的迁移而获得较好的涂层强度，但是过高的固含量会形成粘度过高、流变性差的涂料，给涂料制备和涂布过程造成麻烦。1.4.2.5 涂料的体积比涂料的体积比是用体积百分数表示涂料分散体的质量性能指标。它是颜料粒子的体积和颜料粒子与液体体积总和的比值。其中的液体包括水和溶解在水中的化学物质、胶黏剂。体积比在考虑涂料流变性时更加的实用，固含量会受到颗粒密度的影响，密度大的颗粒会有更到的固含量，但不一定会有更高的粘度。体积比排除了颗粒密度的影响，即使不同颗粒密度的颜料，仍然可以使用体积比做涂料比较的参考标准。体积比对涂料的影响同固含量基本相同，但是在涉及到几何影响时比固含量之比表现的更为直接，涂料体积比增加到一定程度时，涂料会出现涨流性。1.4.2.6 涂料ph 涂料的ph值表达的是涂料的酸碱度。其测定方法是取合适的ph试纸浸入涂料中，浸润后取出挂去表面涂料，于30s内读数。hp值对涂料的稳定性、粘度、涂料涂布后的质量和稳定性都有影响。对于不同要求的涂布纸所需的涂料酸碱度不同，为了使涂布后的效果与预期相符，在配制涂料的过程中一定要合理调节涂料的酸碱度。1.4.3 涂布涂料对涂布纸表面性能的影响1.4.3.1 对涂布纸白度的影响涂布纸的白度主要取决于颜料自身的白度和颜料的覆盖能力。白色的涂料自身的白度取决于所含杂质的含量，主要是有色金属离子的含量和晶胞结晶的情况。涂料的白度随着涂料中有色金属的增加而降低，当晶格发生扭曲和缺陷也会造成白度的下降。颜料的覆盖能力主要取决于颜料的折射率、粒径、粒径分布和涂料分散情况决定。1.4.3.2 对涂布纸不透明度的影响涂布纸的不透明度主要决定于颜料散射系数和粒径。一般的颜料其折射率相差不大，所以决定涂布纸不透明度的主要因素是颜料粒径和粒径分布及形状。当颜料的粒径为可见光波的一半时，大约0.25m时，颜料有最大的遮盖力，光波会发生绕射，此时颜料呈现透明状，不透明度下降。当颜料呈现片状和针状时，颜料更容易于纸面平行排列，减少了散射面积，从而降低了涂布纸的不透明度。1.4.3.3 对涂布纸油墨吸收性的影响影响涂布纸的油墨吸收性主要因素有：颜料的几何形状、胶黏剂的种类和用量、颜料粒径和粒径分布，颜料的比表面积和涂层的疏松程度。一般而言粒径粗，比表面积大，结构疏松都会导致涂布纸多油墨吸收性的增加。涂层的吸墨性对涂布纸表面印刷效果影响很大，因此涂层的吸墨性很重要。当涂料层吸墨性过强时，表面的油墨油分过多的吸收到了涂层内部，使表面油墨层的的油分减少，于是油墨中颜料粒子被悬浮在涂层表面，从而造成油墨结膜干燥后表面缺乏光泽度，甚至出现“掉粉”现象。当涂层吸收性过小时,涂层表面油墨很难渗透到涂层内部，造成干燥过程延长和干燥不完全。所以控制好涂层表面对油墨的吸收性对印刷后的表面光泽度有很重要的作用。1.4.3.4 对涂布纸光泽度的影响涂布纸的光泽度的主要影响因素有：颜料的粒径，颜料的形状。当颜料为片状、针状时，经过压光整饰时，颜料容易于纸面平行，这样有利于光线的反射而获得更高的光泽度。球形和无定形颜料不利于光线的反射，只能获得较低的光泽度。1.4.3.5 对印刷后的涂布纸光泽度的影响对于印刷后的涂布纸的光泽度的影响，一直被认为是受涂布纸的平滑度、光泽度影响，平滑度和光泽度高则印刷后的涂布纸光泽度同样高，这样的认识过于片面。印刷后涂布纸的光泽度还取决于油墨的吸收性。如果油墨的吸收过高，会导致油墨粘合剂像纸内渗透，油墨中的颜料沉淀在纸面，使印刷的光泽度降低，反之，油墨树脂在纸面固化，在表面形成一层平滑的油墨膜，使涂布纸有良好的印刷光泽度。因此印刷后涂布纸光泽度是受涂布纸光泽度和平滑度、油墨吸收性影响的。1.4.3.6 对涂布纸表面掉粉、掉毛的影响 涂料中的胶黏剂对涂层掉粉、掉毛影响很大，所以涂层中的胶黏剂一定要足量且适量。胶黏剂的作用是使颜料粒子之间的结合，涂层与原纸之间的结合。胶黏剂用量过少，则不能产生足够的粘结力，使表面的涂层产生掉粉、掉毛现象。当胶黏剂过多时，产生过大的结合力，会造成涂层发硬、发脆，不利于涂布纸的使用。当涂布原纸的表面孔隙率过大会造成涂料中的水性物质渗透到原纸内，导致涂层表面涂料沉淀在原纸表层粉化。1.5 影响涂布牛卡纸的因素1.5.1 原纸板性能对牛卡纸质量的影响原纸板的性能最终决定着涂布纸板的价值，无论涂布涂料配方多么昂贵，也无法弥补原纸的物理强度。涂布白面牛卡纸一般用做高档包装材料，一般是两层纸板。一般底层采用含高物理强度的针叶材木浆，而面层一般采用阔叶材或二次纤维更有优势，可以更均匀的磨浆，进而改变表面的平滑度。生产面层浆时一般很少使用填料，因为填料会降低面层浆的强度。面层和底层之间的结合也很重要，使用淀粉可以获得层间高强度的结合，有利于提高纸板的物理强度。1.5.2 原纸板表面预处理对涂布牛卡纸的影响涂布牛卡纸原纸板表面亮度低，经过表面处理可以提高表面涂布的效果。一般的方法是在湿部或施胶压榨或压光时进行表面处理。湿部处理有在面桨中加入高岭土填料以改善面层表面性能；还有控制面层内部施胶量以有利于涂布时涂料的保持。表面处理时，如果选用颜料化的施胶剂能进一步改善原纸亮度，起到预涂的效果。1.5.3涂布方式对涂布牛卡纸性能的影响经过表面处理后原纸板在表面粗糙度和亮度方面与漂白浆生产的原纸板相比仍相去甚远的牛卡纸，可采用多次涂布工艺使印刷质量提高。涂布工艺中，经常采用的涂布方式有三种：刮倒涂布器；刮棒涂布装置；气刀涂布器。刮刀涂布工艺成纸平滑度高，刮棒涂布工艺运行性最好，起到涂布的覆盖最均匀。一般情况下，原纸质量非常好时才使用刮刀涂布器进行预涂。很多情况下是采用刮棒涂布器进行预涂，然后采气刀涂布产生均匀覆盖效果。1.5.4 涂布后整饰对涂布牛卡质量影响涂布牛卡纸一般采用红外和热风干燥相结合，红外干燥用于涂层干燥的初始预热阶段，以很高的热流量使涂层很快到达高温，去除大量的水分由热风干燥完成。涂布牛卡纸的表面整饰采用压光或刷光的方法。光泽压光可以保持纸板的送厚度和涂层的不透明度，提高产品的平滑度和光泽度。原纸成形差时压光可能造成产生光斑，严重时会导致印刷漏印。刷光整饰更有利于保持松厚度和不透明度。在一定程度上刷光可以补偿涂布的不均匀性。刷光整饰要求涂布表面强度高，在刷光时要在面层涂料中加入刷光所需的润滑剂。1.6 本课题研究的目的、意义及内容1.6.1本课题研究的目的 本课题研究的轻量涂布白面牛卡纸是一种高级的包装材料。这种材料有较高的白度，表面适印性良好，而且有很好的物理强度，复合包装市场对包装材料的要求。以前的纸包装材料很难同时具备高的表面性能和强的物理性能，即使具备了也会造成增加成本浪费资源。为了更有效的利用自然资源，提高回收纤维的利用率，节约成本，开发出一种新型的包装材料势在必行。因此研究开发一种新型的同时具备物理强度和良好的表面性能的纸包装材料是本课题的意义。1.6.1 本课题的研究意义现代我国造纸产业面临着资源匮、污染严重的严重问题。造纸行业注定要向着低污 染、高能源利用率的方向发展。包装用纸近几年在我国飞速发展。从一开始的瓦楞纸到现在的高白度涂布纸板，从用来做低端包装用品到被用做高档商品包装，从进口到国内自主生产。包装纸的发展对我国的造纸产业有重要的意义。涂布白面牛卡纸白度底、涂布量大是造成成本的重要因素，因此本课题研究一种新的涂布牛卡纸，不仅白度高，而且满足低成本的要求。在传统牛卡纸的表面用白浆挂面可以有效的起到降低涂布量同时增加白度的作用。1.6.3 课题研究内容采用不同的挂面浆量和底层浆抄造成复合纸抄片，然后对抄造好的复合纸分别实施两种涂布方案：a底涂+面涂；b底涂+面涂。用百度检测仪测定已涂好的牛卡纸，分析涂料配方、挂面浆量、所用纸种对成纸白度的影响。2 实验部分2.1 实验原料及试剂2.1.1 实验原料 一组用本色针叶木浆作为复合纸的底层，用不同定量的漂白硫酸盐浆对其挂面抄造成复合纸手抄片；另一组用occ作为复合纸的底层，用不同定量的废纸脱墨浆对其挂面抄造成复合纸抄片。2.1.2 实验药品及试剂涂布用药品分别为：荧光增白剂（oba），高岭土，碳酸钙，胶乳，淀粉，羧甲基纤维素（cmc）。2.2 仪器设备swfs-400型超细化篮式研磨分散机；oj-90电动搅拌器；b-5型ph计；kq-160tde型槽式高频数控超声波清洗器；刮棒式涂布器，rk print coat instrument ltd；neg300型实验多用途压光机；pfi磨，v型，挪威制浆造纸研究院；970154型浆料疏解器，lorentzen&wettre公司；快速纸页成形器，estanit gbmh，德国；肖伯氏打浆度仪，zdj100型，国营宜宾造纸厂。2.3 涂料配制2.3.1 白料分散分散重量为1000g固含量为70%的高岭土白料。步骤如下：（1） 原料的称取如表2-1所示。表2-1高岭土分散溶液成分的组成份额干固含量%用料量g高岭土分散剂蒸馏水总计1000.1100.110048707001.463001000 注：分散剂为聚丙烯酸钠（2）分散先将已称量好的水加入高速分散器的分散桶内，用玻璃棒引流，注意不要溅到桶壁上。调整转子在液体中的深浅以和水平位置，开动转子，缓慢加速至一定速度。