改善涂布白卡纸印刷性能的研究.pdf

T h e s t u d yo ni m p r o v i n gt h ep r i n t i n gc a p a b i l i t yo fa r t c o a t e df o l d i n gb o xb o a r d AD i s s e r t a t i o nS u b m i t t e df o rt h eD e g r e eo f E n g i n e e r i n gM a s t e r C a n d i d a t e ：Z h a n gD o n g s h e n g 1 I n t r a mu r a lS u p e r v i s o r ：P r o f C h e n gG a n g 2 P l u r a l i s t i cS u p e r v i s o r ：S e n i o rE n g i n e e rL i nX i n h u a S o u t hC h i n a U n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y G u a n g z h o u ，C h i n a 分类号：T S 7 学号：2 0 0 5 2 0 2 0 7 9 7 6 学校代号：1 0 5 6 1 秘密2 年 华南理工大学工程硕士学位论文 改善涂布白卡纸印刷性能的研究 作者姓名：张东生 校内指导教师姓名、职称：陈港教授 专业名称：轻工技术与工程 研究方向：特种纸与功能纸制品 论文提交日期：2 0 0 8 年1 1 月1 4 日 申请学位级别：工程硕士 校外指导教师姓名、职称：李新华高工 学科：制浆造纸工程专业 论文答辩日期：2 0 0 8 年1 2 月5 日 学位授予单位：华南理工大学 学位授予日期：年月 日 答辩委员会成员： 主席：嗣接 委员： 华南理工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在校内外导师的指导下，利用工 厂的条件，独立研究的成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论 文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究 做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识 到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：缎内、。乞日期：2 0 0 8 年1 1 月1 3 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：工 程硕士研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属华南理工大 学。学校有权保存并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许学位论文被查阅( 除在保密期内的保密论文外) ；学校可以公布学位 论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、 汇编学位论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。 本学位论文属于： 囤保密，在2 年解密后适用本授权书。 口不保密。 学位论文全文电子版提交后： 口同意在校园网上发布，供校内师生和与学校有共享协议的单位 浏览。 ( 请在以上相应方框内打“ ) 作者签名：元气、吵 校内指导教师签名：，# 屯 校外指导教师签名： 日期：2 0 0 8 年月，弓日 日期：弘q ，o g - 日期：2 0 0 8 年，f 月fV 日 摘要 涂布白卡纸是一种单面或两面涂布的高档纸质包装材料，主要用于中高档商品及 高附加值产品的包装，对印刷适应性有较高的要求。 国内的涂布白卡纸产品用作“烟卡 ，并在凹印或胶印上印刷有网点要求的烟标时， 不时有丢点或者部分网点印刷不实的现象，这与国外品牌存在一定的差距，不能满足 国内高档烟标“精细网点设计方案 的印刷要求。 本文主要是对涂布白卡纸的印刷性能进行研究。在决定涂布白卡纸印刷性能的各 种因素中，最重要的是涂层质量，而涂层质量又取决于涂料配方的组分。涂料是由颜 料( 瓷土和碳酸钙等) 、胶粘剂( 涂布淀粉和胶乳等) 以及其它助剂( C M C 、抗水剂、 流变剂等) 组成。涂料的胶粘剂种类以及胶粘剂含量、涂料的流变性、涂料的保水性 等，是影响油墨吸收性的重要因素。 在研究过程中，发现在涂布胶粘剂中胶乳比涂布淀粉具有更好的吸墨性能。而对 于胶乳，其类型及用量又有较大影响：聚乙烯乙酸酯( P v A c ) 胶乳比丁苯胶乳( S B 胶乳) 及苯丙胶乳( S A 胶乳) 具有更好的油墨吸收性能。原因在于是P V A c 胶乳粒子 表面上的醇基与瓷土粒子表面上的硅醇基之间的氢键起反应，使涂料的粘度比S B 和 S A 胶乳的涂布配料要高。这种颜料与胶粘剂互起作用的配料方式会形成更为开放( 疏 松) 的涂料，涂布后的涂层也就具有较高的孔隙率，能够提高油墨转移量和胶粘能力。 同一种胶乳，在一定范围内( 1 2 1 7 份) 用量增加，涂层的油墨转移量和K & N 值均呈 现上升趋势。 而在颜料上，碳酸钙由于其粒子的菱形结构，涂层较为疏松，导致其对涂层油墨 转移影响较大：用量增加，油墨转移量也增加。而瓷土的粒子呈扁平状，导致涂层更 平整均匀，更封闭，用量增加后，油墨渗透量降低，但油墨吸收的均匀性和纸面光泽 度等则有较大的提高。 C M C 作为涂料中的辅助胶粘剂，对涂层结构有一定的影响，通过使用低粘度 C M C ，提高C M C 使用量，可以使涂层网状结构更加牢固，涂层粘度增加；由于C M C 本身是一种有效的保水剂，涂料的保水性提高，最终达到改善油墨吸收性能的目的。 根据以上研究结果，在面涂涂料配方中采用丁苯( S B ) 胶乳配合聚乙烯乙酸酯 ( P V A c ) 胶乳使用( P 、，A 屺胶乳比例为2 0 5 0 ) ，和使用低粘度C M C ，以及增加瓷土 用量，可以达到改善涂布白卡纸印刷性能( 油墨转移量及K & N 值) 的效果。 墨吸收性；胶粘剂；颜料；C M C m i g r a t i o na n dK & N a r eo nt h er i s ew i t hi n c r e a s i n gt h ed o s a g e I na l lk i n d so fP i g m e n t s t h ec a l c i u mc a r b o n a t ec o a t i n gi s1 0 0 s e r , b e c a u s eo fi t s p a r t i c l e Sr h o m b u ss t r u c t u r e T h e ni t Si n km i g r a t i o ni sm o r e T h ec o a t i n g Si n km i g r a t i o ni s o nt h er i s ew i t hi n c r e a s i n gt h ed o s a g e H o w e v e r , t h ed a yp a r t i c l e Ss t r u c t u r ei sf l a t S oi t S c o a t i n gi sm o r eu n i f o r m , m o r ee l o s e d A n dt h ec o a t i n g Si n km i g r a t i o nr e d u c e sw i t h i n c r e a s i n gt h ed o s a g e B u tt h ei n km i g r a t i o ni sm o r eu n i f o r m , a n dt h eg l o s si si m p r o v e d C M C a sa na s s i s t a n tb i n d e r , h a ss o m ee f f e e to nc o a t i n gs t r u c t u r e W i t ht h el o w v i s e i d i t yC M C ，w ec a nm a k et h ec o a t i n gn e ts t r u c t u r em o r ef a s t n e s sb yi n c r e a s i n gt h e d o s a g e ，a n dt h ec o a t i n gv i s c i d i t yw i l li n c r e a s e B e c a u s et h eC M Ci sak i n do fe f f e c t i v e w a t e rr e t e n t i o na g e n t ，t h ec o a t i n gw a t e rr e t e n t i o np r o p e r t yi si m p r o v e d A n du l t i m a t e l yt h e i n ka b s o r p t i o np r o p e r t yi si m p r o v e d A c c o r d i n gt oa b o v es t u d y , S Bl a t e xi Su s e di nt h et o pc o a t i n gw i t ht h eP V A cl a t e xn h e r a t i oo fP V A ci s2 0 5 0 ) ，t h eu s eo fl o wv i s c o s i t yC M C ，a sw e l la st h ei n c r e a s ei nt h e a m o u n to fc h i n ac l a y , c a nb eg e tt h er e s u l to fi m p r o v i n gt h ep e r f o r m a n c eo fF B B Sp r i n t i n g ( i n kt r a n s f e ra n dt h ea m o u n to ft h ev a l u eo fK & N ) K E YW O R D S ：F B B ；i n ka b s o r p t i o n ；b i n d e r ；p i g m e n t ；C M C 1 1 1 目录 摘要I A B S T R A C T I I I 第一章绪论1 l 造纸工业发展现状1 1 1 全球造纸工业现状1 1 2 我国造纸工业的发展状况1 1 3 国内涂布白卡纸行业现状3 1 3 1 国内涂布白卡纸市场状况3 1 3 2 国内涂布白卡纸质量状况4 1 4 香烟包装印刷现状与发展趋势6 1 4 1 香烟包装印刷现状6 1 4 2 香烟包装印刷发展趋势7 2 改善涂布白卡纸印刷性能的研究背景及研究意义8 2 1 研究背景8 2 2 研究意义9 第二章影响涂布白卡纸印刷性能的主要因素。1 0 第三章实验材料与方法1 3 3 1 主要的实验材料13 3 2 主要仪器和设备1 4 3 2 1 涂布实验室主要仪器1 4 3 2 2 纸张涂布性能指标检测主要仪器1 4 3 3 纸张处理工艺1 4 3 3 1 纸张准备1 4 3 3 2 涂布工艺条件1 5 3 3 3 压光工艺及纸张处理15 3 4 印刷性能分析方法1 5 第四章涂布淀粉对涂布白卡纸印刷性能的影响1 7 4 1 主要原料一1 8 I V 4 2 涂料制备l9 4 2 1 淀粉的糊化1 9 4 2 2 蒸煮后淀粉液性能1 9 4 2 3 涂料制备配方l9 4 2 4 涂料液性能2 l 4 3 不同类型淀粉的涂布纸印刷性能2 3 4 - 3 1 不同类型涂布淀粉对涂布纸印刷性能的影响2 3 4 3 2 不同用量的磷酸酯淀粉B 对涂布纸印刷性能的影响2 4 4 4 本章小结2 5 第五章C M C 对涂布白卡纸印刷性能的影响2 6 5 1 主要原料2 7 5 2 涂料制备2 7 5 2 1C M C 的溶解2 7 5 2 2C M C 配制溶液性能2 8 5 2 3 涂料制备配方2 8 5 2 4 涂料液性能2 9 5 3 不同类型C M C 的涂布纸印刷性能3 0 5 4 本章小结3 l 第六章胶乳对涂布白卡纸印刷性能的影响3 2 6 1 主要原料3 3 6 2 涂料制备3 3 6 2 1 涂料制备配方3 3 6 2 2 涂料液性能3 5 6 3 不同类型和不同用量胶乳的涂布纸印刷性能3 6 6 4 本章小结3 8 第七章颜料对涂布白卡纸印刷性能的影响。3 9 7 1 主要原料4 0 7 2 涂料制备4 0 7 2 1 颜料的预分散及涂料配制4 0 7 2 2 涂料制备配方4 0 V 7 2 3 涂料液性能4 l 7 3 不同瓷土碳酸钙比例的涂布纸印刷性能4 1 7 4 本章小结4 3 结论4 4 参考文献4 6 致谢4 8 V I 第一章绪论 第一章绪论 本章主要介绍了本课题研究的背景，通过对世界造纸工业和我国造纸工业的现状、 发展前景及面临问题的分析，阐明改善涂布白卡纸印刷性能的研究意义。 l 造纸工业发展现状 1 1 全球造纸工业现状 近年来，亚太地区正成为全球造纸工业最引入注目的地区。在欧洲和北美等地区 造纸工业并不景气的情况下，亚太地区造纸工业保持了相对较好的发展势头。目前， 整个亚太地区的产量已经占到全球产量的3 0 ，而中国和日本两个国家的纸和纸板产 量已经达到全球总产量的2 3 ，消费量占全球的2 4 。尤其是中国，近五年来的纸和 纸板的产量平均以1 3 5 的速度增长，消费量年均增长1 3 2 。中国和印度已经成为 未来全球造纸工业最大的潜在市场。2 0 0 2 年至2 0 0 7 年间，亚洲纸与纸板产量合计增 产幅度为4 6 ，年均增长7 9 。而世界的合计增幅仅为2 0 1 ，年均增长率也只有 3 8 。 据报道，世界纸与纸板生产长期稳定增长，2 0 0 7 年已增至近4 亿吨，为3 9 5 2 6 万 吨，比2 0 0 6 年增长3 3 。世界九成以上的纸与纸板，是由亚洲、欧洲和北美洲的三 大地区生产的。三大洲2 0 0 7 年合计产量为3 6 8 亿吨，占世界总产量的9 3 。 2 0 0 7 年有3 个国家的纸与纸板产量超3 0 0 0 万吨，即美国、中国和日本。产量超 1 0 0 0 万吨的国家有6 个，分别是德国、加拿大、芬兰、瑞典、韩国和意大利。 1 2 我国造纸工业的发展状况 造纸行业的建设周期一般为1 0 一1 5 个月，我国国内造纸业在2 0 0 4 、2 0 0 5 年的固 定资产投资增长率均超过3 0 ，大量新上造纸项目在2 0 0 6 年陆续投产，产能释放比 较集中，从而导致以新闻纸和铜版纸为主的几类产品供大于求，产品价格走软，行业 景气度下滑。因此，2 0 0 6 年造纸业固定资产投资的增长率大幅度降低，只有1 6 9 3 ， 造成2 0 0 7 年行业的整体新增产能并不多，纸品供给增速放缓n 1 。 但随着我国国民经济的迅速发展，作为消费类包装纸的涂布白纸板行业增长迅速。 预计未来该行业需求增速超过1 0 ，高于纸业整体的增速。从统计数据看，2 0 0 0 - - , 2 0 0 7 年，纸及纸板生产量年均增长1 3 3 9 ，消费量年均增长1 0 7 2 ，均高于国内G D P 增 长水平。其中，2 0 0 7 年，纸及纸板生产量同比增长1 3 0 8 ，消费量同比增1 0 4 5 。 第一章绪论 2 0 0 8 年上半年，中国纸与纸板产量为4 1 7 3 力吨，比2 0 0 7 年上半年增长1 4 5 ，比美 国多出9 0 力吨( 美国上半年纸与纸板产量同比减少O 5 ) 。中国纸与纸板产量不断大 幅增长，美国则时有减少，这种状况是近年来连续出现的。因此，中国纸与纸板产量 与美国的差距越来越小。这也导致2 0 0 7 年中国进口纸产品4 0 1 万吨，同比下降9 2 2 ， 出口4 6 1 万吨，同比上升3 5 1 9 。2 0 0 7 年中国造纸工业首次实现出口造纸总量超过 进口总量，年度净出口6 0 万吨，行业由净进口转变为净出口。2 0 0 8 年1 4 月份，中 国纸产量出口大幅提升至3 8 6 万吨，同比增长1 2 ，进口缩小至4 力吨，同比下降 1 1 。国内主要纸种供需偏需进一步偏紧，纸厂库存较少。分纸种来看，2 0 0 7 年大部 分纸种实现了从进口到出口的跨越，其中新闻纸和涂布纸的增幅最为明显。2 0 0 7 年新 闻纸净出口5 7 万吨，同比增长8 4 ；涂布纸净出口8 4 万吨，同比增长3 9 ；2 0 0 7 年仅箱板和瓦楞原纸仍维持净进口，但进口总量出现大幅下降，箱板纸净进口7 8 万吨， 同比减少1 5 ；瓦楞原指净进口1 4 万吨，同比减少7 9 。 随着国内林纸一体化的逐步实施，近几年国内木浆产能增加在5 0 0 万吨左右。虽 然不能彻底解决国内对于木浆的饥渴，但可以降低不断攀高的木浆对外依存度，国内 对木浆需求的增长减缓对国际木浆价格也将起到一定抑制作用。 从国际纸浆价格的历史走势来看，由于纸浆生产线投资周期三年左右，这些年浆 价基本6 8 年一个周期。本次国际浆价的上涨从2 0 0 2 年上半年4 3 0 美元吨开始到目 前的7 2 0 美元吨，随着2 0 0 7 年产能的释放我们预计未来的两年浆价将进入下跌周期。 据2 0 0 8 年9 月1 9 日出版的证券时报报道，从2 0 0 8 年4 月份起，造纸行业的 景气度开始下降，这一点从相关上市公司的半年业绩报表上也可以得到印证。这其中 的原因，首先在于早期行业固定资产投资增速上升导致了未来行业供给压力增大，产 能释放压力加大。据不完全统计，明后两年年行业约有6 0 0 多万吨的新增产能释放， 这个水平相当于行业2 0 0 7 年总产量约9 。其中白卡约有2 8 0 万吨的产能出来；箱板 纸在这一时期也将有2 0 0 万吨左右的产能释放；文化纸将有1 8 0 万吨左右的产能释放。 其次，受经济走软影响，行业消费会出现一定下滑。纸制品需求与G D P 相关度较高， 从近年情况看，国内纸制品需求增长基本与G D P 增长同步。中国造纸行业分析报告 ( 2 0 0 8 年第3 季度) 的报告指出，报社等用纸大户为了备战奥运报道而大量囤积纸张 储备，这导致二季度的实际销售量大于实际需求量：而9 月份之后，用纸单位没有增 加需求，同时经济下滑，房地产等广告减少，出口包装用纸减少，这些都导致用纸需 求减少。前5 月中国造纸行业产量同比增幅还在1 2 1 9 之间，而进入6 月份后的3 2 第一章绪论 个月内每月增幅只有5 - 6 ，比2 0 0 7 年同期回落l O 1 5 个百分点，而9 月份则出现负 增长，下降0 4 1 。未来随着经济增速的进一步下调，预计纸品消费需求增速将继续 下降。 1 3 国内涂布白卡纸行业现状 1 3 1 国内涂布白卡纸市场状况 涂布白卡纸作为涂布白纸板中高档的产品，在国外研制与生产起步均较早，在二 十世纪七十年代就已形成了成熟的技术，其中较著名的品牌有美国“W e s t V a c o 、美国 “I P 、芬兰“T A K O 、芬兰“双A 、芬兰“S t o r a - e n s o 、瑞典“I G G E S U N D 、巴西 “苏山诺 、加拿大“蝴蝶 、印尼“兰花等。国际知名品牌公司( 例如W e s t V a c o ) 还专门建有自己的涂布研究实验室，甚至有些公司还配置了小型的实验涂布机，在涂 料配方上有独特的研究成品，保证了其涂布白卡纸印刷性能优越，可进行高质量的彩 色印刷，已广泛应用于各种中高档商品的包装上，具有良好的印刷适应性。 o 而在国内，1 9 9 4 年底才由珠海红塔仁恒公司生产出真正意义上的第一张涂布白卡 纸，之后陆续出现了山东太阳、山东森博、宁波中华、湖北骏马、山东晨呜等几家品 牌。 涂布白卡纸分社会卡纸和烟卡两种，2 0 0 6 年消费量1 9 6 万吨( 其中社会卡1 4 4 万 吨，烟卡5 8 万吨) ，占涂布白纸板的2 0 左右。而到了2 0 0 7 年，国内白卡纸需求进一， 步增加，主要白卡纸生产企业的白卡纸生产线都达到或接近满负荷生产：红塔仁恒纸 业设计产能2 6 万吨，实际产量2 4 5 万吨；太阳纸业设计产能4 5 万吨，实际产量4 4 万吨；博汇纸业设计产能3 0 万吨( 生产铜版卡与白卡纸) ，白卡纸实际产量2 3 万吨： 中华纸业亚洲浆纸设计产能7 0 万吨( 生产铜板卡、白卡纸及白板纸) ，白卡纸产量3 5 万吨；森博浆纸产能1 7 万吨，实际产量1 7 万吨；晨鸣纸业设计产能3 0 万吨( 实际产 能可达4 5 万吨) ，白卡纸产量3 6 万吨。但受下游行业增长速度不同的影响，烟卡和社 会卡纸增长存在较大差异。 因烟厂对于涂布白卡纸的性能和质量要求较高，其他企业由于技术以及客户开拓 等原因很难进入这一市场，这双重因素决定了烟卡生产企业市场相对稳定，增长较慢。 同时也由于我国目前的烟草政策是“总量控制，质量提高，因此我国烟卡市场整体比 较平稳，年白卡纸需求量基本维持在6 0 万吨左右。目前烟包中软、硬包比例约4 ：6 ， 随着未来烟草整体质量的提高，预计硬包比重可能有所上升，但这个过程相对较长。 3 第一章绪论 2 0 0 8 年上半年之前，社会卡市场一直在增长。社会白卡纸用量快速增长的主要原 因是：白卡纸主要的两个下游行业医药和化妆品近年能保持1 5 左右的增速，同时由 于这些行业中产品整体档次的提高，原来使用白板纸包装的部分逐渐使用白卡纸，低 端社会白卡纸抢占了原白底白板的大部分市场，这使得社会卡纸的市场增速也将保持 在1 5 左右。 从产能的增加情况来看，白卡纸的高利润吸引了资本的光顾。去年、前年基本没 有白卡纸大项目投产，但今年开始，白卡纸投产大量增多，而且投产连续性强，不容 易消化：美利纸业3 0 万吨、太阳纸业4 0 万吨等等，博汇新增3 5 万吨白卡纸项目，最 快也将于2 0 0 9 年第四季度投产。即使不算上河南一些改建小厂的产能，2 0 0 8 2 0 1 0 年 就会新产生2 6 0 3 0 0 万吨左右白卡纸产能。有一项统计数据显示，截至2 0 0 6 年，全国 白卡纸产能一共才2 6 0 万吨。需求方面的增长显然跟不上产能增长的“节奏”。业界认 为，现在白卡纸行业年增长率在1 5 左右。产能过剩已经很明显，大量项目投产可能 导致白卡纸市场持续的低迷。据了解，从今年6 月份开始，白卡纸市场已经出现了疲 软。同时受下半年世界经济，特别是美国次贷问题等的影响，国内加工出口贸易从8 月份起也明显减少，从而波及到涂布白板纸及涂布白卡纸等包装类纸和纸板的使用量； 再加上年初由于纸张价格上涨过猛而使大部分经销商进行较多的库存备货，使市场出 现了一些现货积压，国内多家纸厂，如九龙、建晖、宁波中华、博汇、森博等，在8 - 9 月份时均由于订单不足的而安排了一到二周时间不等的临时停机检修计划；6 - 8 月虽 然属于淡季，但与去年同期相比，下滑幅度还是大了很多，据白卡纸业内人士估算， 1 0 月初全国白卡纸库存量约5 0 万吨，相当于国内一个季度的消耗量。白卡纸的低迷 还将持续一段较长的时间。 1 3 2 国内涂布白卡纸质量状况 由于发展较晚，研发力量较为薄弱，国产涂布白卡纸在印刷适应性方面与国际知 名品牌相比，存在质量稳定性稍差，以及无法同时完全满足技术要求较高的凹印与平 网等相结合的印刷方式的要求。 国内外主要的几种白卡纸产品在“烟卡”的使用上，在凹版的实地印刷图案上的印 刷性能差别不大。但在凹印网点或胶版多色叠印，以及平网胶印的网点部分等图案上 ( 印品主图案采用大面积实地打底和精细网点印刷的设计方案) ，各家之间的差异就较 为明显。芬兰 T A K O ”效果最好，基本上能满足国内各种印刷图案设计要求，美国的 4 第一章绪论 W e s t V a c o 、I P 等白卡纸也能满足用户的各种图案要求，但在“印品主图案采用大面积 实地打底和精细网点印刷的设计方案”中偶有印刷厂用户会反映存在局部网点不实的 现象。而国内的“红塔”和“太阳”品牌的白卡纸，能满足一般的网点印刷要求，但 在大面积实地上印浅色网点时，不时有丢点或者部分网点不实的反馈，或者在多色叠 印时局部位置上墨不均匀的问题，以及在一些墨层较厚的印刷品( 如U V 油墨印刷) 上，可能存在印品折痕处油墨脱落现象( 对于折痕线脱墨问题，近年调整的结果证实， 只需调整产品水分以及涂层厚度即可解决) 等；国内的其他品牌，如“博汇 、“晨鸣 、 “骏马”等在要求较高网点印刷上均有较大的差距。 我们收集了一些在国内烟卡市场上使用的国内外品牌白卡纸并对其印刷性能指标 进行了检测，结果见图1 - 1 、表1 1 和表1 2 。 图1 1 是国内外烟用白卡纸( 烟卡) 在有网点印刷要求烟标上的效果对比，从图 上可以看出，进口白卡纸的网点J 下常，而国产白卡纸存在明显的网点丢点现象。 图1 1 进口白卡纸和国产白卡纸在某品牌烟标上网点效果对比 表1 1 国内市场( 黄芯) 白卡纸检测报告 5 第一章绪论 表1 1 国内市场( 黄芯) 白卡纸检测报告( 续) 项目 样品 特高博汇 骏马晨鸣太阳森博中华红塔 湿油墨转移量 9 9 46 1 84 0 16 5 57 0 05 6 66 1 77 3 3 篓湿排斥 1 23 7 05 8 33 4 93 1 84 1 53 8 52 5 8 屯 湿拉毛 0 61 21 6- 0 4- 1 8 1 90 20 9 表1 2 国内市场( 白芯) 白卡纸检测报告 项目 样品 红塔巴西苏山诺维什维克伊格森得美国联邦 定量 g m 2 2 2 42 4 82 3 3 2 2 02 2 4 P P S g m O 7 61 6 1O 8 71 1 21 2 7 平滑度 s4 5 59 36 41 7 93 9 水份 7 4 5 7 1 76 4 57 5 17 0 5 印刷光泽度 9 4 88 0 47 4 79 0 27 3 4 干拉毛 m s2 5 23 9 12 6 9 1 9 72 4 3 湿油墨转移量6 9 57 1 3 8 5 08 8 29 8 1 堇 湿排斥 2 8 52 8 61 8 11 4 9 3 8 湿拉毛2 00 1- 3 1 - 3 11 9 K & N1 6 81 8 62 1 62 3 82 5 1 海里奥i m 9 51 38 5 7 72 9 从这两个对比表中的数据可以看出，虽然在平滑度、P P S 、海里奥等业内人士一 般认为对印刷适性有影响的指标上，国内白卡纸的检测指标不比进口白卡纸差，但是 在印刷性能最重要的指杨。油墨转移量及K & N 这两项指标，都存在明显差距。国 外品牌( 维什维克、特高等) 涂布白卡纸在油墨转移量、K & N 等均较高( 油墨转移量 一般在7 0 以上、K & N 一般在2 0 以上且较稳定) ，好于国内产品。而国内品牌白卡 纸，也只有红塔仁恒及太阳纸业的产品与之较为接近。 1 4 香烟包装印刷现状与发展趋势 1 4 1 香烟包装印刷现状 香烟包装产品属于高档精细产品，其印刷难度较大。香烟包装印刷产品的特点可 6 第一章绪论 以概括为以下几点：转色、防伪要求较高。在香烟包装的设计上经常采用大量复杂 的网点层次、转色的精美标识图案，从而增加了香烟包装图案印制的难度。产品批 量间质量的一致性要求高。印后加工精度要求高。不仅要求印制精美，对产品尺寸 的准确性( 后加工精度) 要求也高。香烟包装印刷产品应适合于相应的后续加工嘲。 香烟包装( 即烟标) 的印刷常采用的印刷方式：平版胶印：其印刷品的墨色浅 淡、柔和，印刷网点中心较实，边缘发虚；对层次和线条印刷占优势，产品的阶调再 现性能好，但对大面积的转色印刷时墨层厚度受到限制。在香烟包装中涉及到网点层 次版印刷时一般胶印印刷。柔性版印刷：印刷网点中心墨层薄，边缘墨色较厚，用 于色块、线条或中暗调为主的香烟包装的印刷，但对高精度的印刷品要求稍显不足。 使用无污染、干燥快的油墨，对环保有利。据了解，在国内烟标印刷( 尤其是硬包) 上采用不多。凹版印刷：整个凹版滚筒均由网穴组成，故印刷后的文字边缘有锯齿 现象。印刷成品精美，墨色厚实，在大面积的转色印刷方面有优势，但对阶调和线条 印刷再现性效果不好。一般使用液体型甲苯类油墨，对环境有污染，不利于人体健康。 国内烟标上较多采用。丝网印刷：印刷速度和色数限制较大，但较灵活，可以达到 很高的墨层厚度，色彩鲜艳，遮盖力强，以及达到很多特殊的效果，适合小批量的高 档、精细烟标的生产。丝网印刷墨层厚度一般可达到3 0 1 0 0 p m 。对油墨的适应性强。 印品质量不高，一般只作套色印刷。 由于轮转凹版印刷机具有效率高、墨色厚实的特点，这在产品批量大、墨色要求 厚实的印刷品生产中具有显著优势，因此香烟包装的印刷设备多采用凹版t ；p , 品t J 机。但 随着市场的变化和包装印刷企业竞争日趋激烈，原有的高速轮转凹印机已经不再适应 多种方式组合印刷香烟包装的要求，其灵活性受到了很大的限制。而烟包设计和印刷 工艺越来越复杂，所用材料也越来越讲究，U V 印刷、U V 上光、全息烫印、激光铝箔 纸等技术纷纷用于香烟包装的生产，由两三种印刷技术组合印制的烟盒随处可见，多 种印刷技术( 如“胶印+ 丝印 、“胶印+ 凹印 等) 组合印刷的烟盒也屡见不鲜。 1 4 2 香烟包装印刷发展趋势 近年来，我国烟草行业不断整合发展，作为为烟草行业服务的香烟包装印刷业也 顺应这一发展趋势和要求，在香烟包装设计和印刷的发展趋势上出现如下发展特点： ( 1 ) 直接制版技术的发展，极大地促进胶印、柔印、凹印技术的提高；( 2 ) 所用材 料越来越高档化，U V 油墨、激光卡纸等随着烟包档次的调整而需求量增大；( 3 ) 单 7 第一章绪论 一凹印向胶印及组合印刷发展，多种工艺组合印刷将成为烟包印刷理想方式；( 4 ) 烟 包印后加工工艺花样越来越多。 2 改善涂布白卡纸印刷性能的研究背景及研究意义 2 1 研究背景 众所周知，中国拥有世界上最大的香烟市场，国内各香烟生产企业为了尽可能多 地占有市场份额，在包装上不断推陈出新，使中国烟草包装市场出现了前所未有的繁 荣景象，有些香烟产品的包装甚至远远超过了一些著名国际品牌的包装水平。由于早 些年香烟包装印刷利润较大，导致大量的印刷企业纷纷涉足香烟包装印刷行业，竞争 局面日趋激烈，其结果也导致了香烟包装设计和印刷工艺越来越复杂，所用材料也越 来越讲究，由两种或多种印刷和印后加工技术组合生产的烟盒屡见不鲜。这也导致了 烟盒的烟材白卡纸的质量性能需要不断提高。 涂布白卡纸属于高档纸质包装材料，它是在原纸板的基础上，在单面或双面涂上 白色涂料后，再经过压光整饰加工后而制成的加工类纸板。涂布面的白度较高，平滑 度、印刷光泽度、油墨吸收性、适印性等均较好。主要用于中高档商品及高附加值产 品的包装，如香烟、化妆品、药品以及邮政明信片等方面。因此它既要适应凹印、胶 印、柔印、丝印、凸印等印刷方式的要求，又要适应一种产品必须经过多种印刷方式 相结合的印刷要求。这就要求白卡纸的涂层具有良好的印刷适应性。 目前国产涂布白卡纸在使用中，主要的印刷问题反映在凹印网点、平印浅网的上 墨不良( 部分网点丢失) ，造成图案缺失；或者平版实地叠色印刷时，部分位置上墨量 不均一，造成印刷色斑等问题。 图1 2 国内外白卡纸平版胶印效果对比 图1 2 是国内外涂布白卡纸在平版胶印效果对比，左图为国内某品牌涂布白卡纸 产品的印刷效果，有明显的印刷斑点。右图为芬兰“仙威 涂布白卡纸的印刷效果。 8 第一章绪论 从前面表1 1 及表1 2 中的数据中，我们分析认为在印刷性能最重要的指标 油墨转移量及K & N 值这两项油墨吸收性能指标上的明显差距，是影响到国内白卡纸 在烟标网点印刷上与国外品牌( 维什维克、特高等) 涂布自卡纸存在差异的主要原因。 因此本课题的研究方向是如何优化涂料配方、改善涂层的油墨吸收性，主要参考指标 则以油墨转移量和K & N 的改善程度来实验效果衡量。 2 2 研究意义 对于一般的印刷纸而言，纸张的表面粗糙度、松厚度、表面强度、表面微观结构、 油墨吸收性、均匀性、形稳性、p H 值等质量指标都对印品质量有一定的影响。但对 于涂布白卡纸，根据我们多年的对烟卡用纸印刷情况跟踪的经验，在影响印刷性能的 各种因素中，纸张的微观平整性以及涂层的油墨吸收性能是主要因素。但微观平整性 主要取决与纸机硬件( 比如杨克缸，或者采用陶瓷涂布刮刀改善涂层效果，压光机的 类型和配置等) ，我们造纸工作者在不做大的技改前题下，是很难再有更好的改善措施。 而在涂层的油墨吸收性上，则具有较大的灵活性，我们可以对涂层配方中的胶乳、C M C 或涂布淀粉等做一些调整尝试，以获得更合适的涂布配方。 近年来，国内的大多数烟卡印刷用户用纸的一般原则是：精细网点印刷的设计方 案( 过渡网点或浅网印刷) ，首先考虑采用的是“红塔纸，如果“红塔 白卡纸不能 满足要求，则采用进口白卡纸；而对于要求不高的中低档烟标，才考虑使用国内其他 扣 品牌的白卡纸。在国内市场上，包装用白卡纸的需求量巨大，其中香烟包装所用的白 卡纸数量占相当比例；这其中进口白卡纸占有相当大的市场份额，但国产白卡纸有挤 占这部分市场的潜力。目前，中国加入W T O 后，虽然白卡纸的进口税率下降，但因 白卡纸是高价值纸张( 一般正常价格在U S D 9 5 0 1 1 0 0 M T ) ，进口税的绝对金额还是 较高，即使国产白卡纸全部采用进口木浆生产，因木浆的关税为零，国产白卡纸在价 格上还是具有一定的优势。随着国内香烟包装由软盒包装( 用铜版纸) 逐渐向硬盒包 装( 用白卡纸) 发展，烟用白卡纸的需求量还在继续上升。对国产白卡纸厂来说，如 何提高其产品品质适应市场之要求，是打开国内市场的关键，特别是能否打开烟包白 卡纸市场，可以说是衡量国内厂家产品质量是否达到高档品质的标志。 9 第二章影响涂布向苦纸印刷性能的主要冈素 第二章影响涂布白卡纸印刷性能的主要因素 作为高档纸质包装材料的涂布白卡纸，其主要用途为中高档商品及高附加值产品 的包装，如香烟、化妆品、药品以及邮政明信片等方面，因此它既要适应凹印、胶印、 柔印、丝印、凸印等印刷方式的要求，又要适应一种产品必须经过多种印刷方式相结 合的印刷要求。这就要求白卡纸的涂层必须具有良好的印刷适应性。 纸张的印刷适性包括作业适性和质量适性两个方面。作业适性主要影响印刷效率， 更多的涉及到如何提高印刷机速度以及延长无障碍运行时间；而质量适性主要影响印 刷效果，更多的是涉及图像再现的质量、印刷光泽度、印刷斑点、逆套印斑点、网点 丢失等。就纸张的作业适性来说，与其密切相关的有纸张的抗张强度、挺度、平整度 和变形性等。与质量适性密切相关的有纸张的白度、不透明度、平滑度、表面强度、 尺寸稳定性和油墨吸收性等口1 。 一般认为，对于非涂布纸来说，打浆工艺和纸机抄造条件以及表面施胶是影响纸 张印刷性能的主要方面。 但对于涂布白卡纸纸来说，影响印刷适性的主要因素是纸面平整性及微观特性、 表面强度和涂层油墨的吸收性。 纸面的平整性，在造纸界一般定义为平滑度，它是指纸张表面的均匀、平整和光 滑的程度，是度量纸张表面结构特性的物理量，对印刷质量有很大的影响，直接决定 着转印油墨层( 尤其是网点) 对纸张覆盖的均匀一致程度。一般来说，纸张平滑度越 高，印刷质量越好，也就是说，表面粗糙的纸张是很难印刷出精品的。对于印刷来说 纸面平滑度达到4 0 s 、5 0 s 就已完全能满足印刷要求，再提高对改善印刷效果的意义不 大。涂布白卡纸的平滑度很容易就可以到达l O O s 以上，因此目前涂布白卡纸上较多的 是以表面粗糙度( 即P P S ) 来表示纸张的表面平滑性能，平滑度只是作为参考指标。 粗糙度I S 0 8 7 9 1 1 1 9 8 6 ( 第一版) 标准定义H 1 ：一张纸和纸板的粗糙或平滑度的泄气 速率的函数，在规定的条件下，从指定的平面与一张纸或纸板间通过空气的速率。如 数值增大，显示出粗糙度增加，则该性能成为粗糙度( 如本特生、帕克和谢菲尔德测 试) 。如数值增大显示出平滑度增加，则该性能称为平滑度( 贝克测试) 。空气泄漏法 是目前测试粗糙度的一种比较理想的方法，它包括通用方法、本特生法、施费尔德法 和帕克法等。常用的粗糙度仪有本特生粗糙度仪、施费尔德粗糙度仪和帕克印刷表面 粗糙度仪( 简称P P S 粗糙度仪) 。采用粗糙度较低( 即表面较平滑) 的纸张进行压印 1 0 第二章影响涂布白 纸印刷性能的主要因素 时能以最大的接触面积与印版或橡皮布的图文接触，能较均匀地、完整地完成油墨转 移，转印墨层实在而不显露纸面的细微针孔，墨层密度也高，小网点再现性好，使图 文清晰、饱满地再现于纸上，从而提高印品的光泽度。在表1 1 及1 2 的各项参数对 比中，国内涂布白卡纸的平整性( P P S 和海里奥等) 并不比国外品牌差，因此本文不 做研究。 表面强度是指涂布纸的涂层粒子必须相互结合好，涂层与原纸要求胶粘结实，纸 张纤维间内结合强度足够。否则当纸张在一定的印刷压力和较快的印刷速度下，与印 版上的油墨相接触时，油墨层就会把涂料颗粒和细小纤维揭下来，产生所谓的掉粉、 掉毛等印刷问题，导致糊版。由于国产品牌白卡纸印刷时网点丢失，主要是浅色网点 印刷时油墨转移不好( 油墨转移量不足) 的原因，而非涂层颗粒脱落造成平整性不好。 因此本文也对表面强度此项指标不予以考虑。 纸张的油墨吸收性是指纸张对油墨中的连接料及其溶剂的吸收能力，或者说油墨 对纸张的渗透能力，通常以百分率表示。它与纸张毛细孔对油墨中低粘度组分的吸收 作用及油墨中某些组分向之内的渗透作用有关。印刷机压印瞬间，依靠印版压力作用 把转移到纸张表面的部分油墨压入纸张较大的孔隙，即油墨整体( 包括油墨中的颜料) 进入纸张孔隙。在这一阶段纸张对油墨的吸收主要取决于印刷压力的大小、纸张的结 构和油墨粘度等因素。油墨转移到纸面上后，由于纸张是多孔性材料，纸张涂层颜料 颗粒之间、纤维与纤维之间以及纤维与填料之间都存在着许多大小不等的间隙，这些 间隙就相当于许多毛细管，油墨中的溶剂由于印版压力、渗透和纸张的微孔毛细作用 而向纸张的纤维处渗透，颜料和树脂则固定在涂层上。由于涂布纸一般采用二次或三 次涂布，涂布量较高，涂层厚度大，油墨的迁移主要在于涂层处。涂层表面及涂层内 部胶粘剂的迁移是不均匀的，即在涂布过程中胶粘剂的位置会发生移动( 即迁移) 。根 据国外的研究，胶粘剂的迁移机理可能有以下几点：对流作用机理：这一机理以表 面张力作用为基础。涂层的表面由于干燥时水分的蒸发，