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低定量涂布纸品质提高的研究 摘要 本论文根据涂布纸的特性，分别论述了涂布纸的涂料性能、原 纸及其涂布技术对涂布纸品质的影响，着重对涂布纸用涂料的性能 及其各种化学品组分进行了分析，以便提高涂布纸品质选择合适的 涂料及有关工艺控制过程，并通过对大量的试验数据进行分析研究。 在此基础上，提出了适合涂布纸生产的涂布涂料，浆种选择，涂布 技术，工艺过程控制及涂布纸品质提高的优化方案。 当前和今后一个时期内，在我国涂布纸的需求会随着经济的发 展和人民生活水平的提高将大大增加，存在着巨大的潜在市场。涂 布纸生产企业只有通过现代化企业管理手段，通过不断更新技术， 提高装备水平和技术水平的手段，最大限度地降低生产成本，不断 提高产品的质量，以满足消费者的需求，才能寻求企业生存和发展 空间。 本论文以提高低定量涂布纸的品质为研究对象在大量试验和实 际应用的基础上，进行了系统的研究。经研究结果显示： ( 1 ) 涂料性能及其各化学品组特性对低定量涂布纸性能有较大 影响，根据性能要求选择合适涂料配方及涂料各化学品组分，对提 高涂布纸的品质有明显的效果。 ( 2 ) 涂布原纸对涂布纸的品质影响极大，要根据不同的浆料特 性来提高涂布的原纸，从而提高涂布纸的品质。 ( 3 ) 涂布技术对涂布纸品质提高很重要，分析了影响涂布纸质 量的因素，涂层结构对涂布质量的影响，以及涂布技术与涂层结构 的测量技术，提出改进涂布品质的措施。 关键词：涂料，原纸，涂布技术，涂布纸，品质提高，研究 q u a l i t y i m p r o v e m e n t ss t u d yo fl w c a b s t r a c t b a s e do nt h ec h a r a c t e r i s t i e so fc o a t e dp a p e r , t h i st h e s i sd i s c u s s e s t h ei m p a c to fc o a t i n gc o l o rp r o p e r t y , b a s es h e e ta n dc o a t i n gt e c h n o l o g y o nc o a t e dp a p e rq u a l i t y i tf o c u s e so nc o a t i n gp i g m e n tp r o p e r t ya n di t s c h e m i c a lc o m p o n e n t s ；s e l e c t i o no fc o a t i n gf o r m u l aa n dq u a l i t yc o n t r o l p r o c e s sf o ro p t i m a lq u a l i t yo fc o a t e dp a p e r ；a n dal a r g eq u a n t i t yo f e x p e r i m e n td a t aa n dr e s u l t s b a s e do nt h i s ，i tp u t sf o r w a r dt h ec o a t i n g f o r m u l a ，p u l pf u r n i s h ，c o a t i n gt e c h n o l o g ya n dp r o c e s s c o n t r o lt h a t s u i t a b l ef o rt h ep r o d u c t i o no fc o a t i n gp a p e r , a n do p t i m i z e ds o l u t i o nf o r i m p r o v i n gc o a t e dp a p e rq u a l i t y w i t ht h e r a p i dd e v e l o p m e n to ft h ec o u n t r y se c o n o m ya n dt h e i m p r o v e m e n to fp e o p l e sl i v i n gs t a n d a r d ，t h ec o n s u m p t i o nc o a t e dp a p e r o fo u rc o u n t r yi sa l s oe x p e c t e dt og r o wr e s p e c t i v e l ya tp r e s e n ta n da l s o i naf o r e s e e a b l ef u t u r e t h e r ei sh u g ep o t e n t i a lm a r k e tf o rc o a t e dp a p e r c o a t e dp a p e rm a n u f a c t u r i n gc o m p a n i e sh a v et os e e kf o rt h e i rs u r v i v a l a n dd e v e l o p m e n ts p a c eb yi n t r o d u c i n gm o d e me n t e r p r i s em a n a g e m e n t m e t h o d s ，i m p r o v i n ge q u i p m e n ta n dt e c h n o l o g y , m i n i m i z i n gp r o d u c t i o n c o s t ，i m p r o v i n gp r o d u c tq u a l i t y , a n ds a t i s f y i n gc u s t o m e r s d e m a n d c o n t i n u o u s l y t h i sp a p e rc a r r i e so u tas y s t e m i cs t u d yb yc o m b i n i n gs u b s t a n t i a l e x p e r i m e n t sa n dp r a c t i c a la p p l i c a t i o n s ，w i t hh o w t oi m p r o v el o ww e i g h t c o a t e dp a p e ra si n v e s t i g a t e ds u b j e c t t h ei n v e s t i g a t i o nr e s u l ts h o w s t h a t ： ( 1 ) c o a t i n gp r o p e r t ya n di t s c h e m i c a lc o m p o n e n t sh a v eab i g i m p a c to nt h eq u a l i t yo fl o ww e i g h tc o a t e dp a p e lc o a t e dp a p e rq u a l i t y c a nb es u b s t a n t i a l l yi m p r o v e db yc h o o s i n gs u i t a b l ec o a t i n gf o r m u l aa n d i t sc h e m i s t r y a c c o r d i n gt os p e c i f i cr e q u i r e m e n t s ( 2 ) b a s es h e e tp l a y sav i t a lr o l ei nc o a t e dp a p e rp r o p e r t y , i ts h o u l d b ee n h a n c e db a s e do nv a r i o u sp u l pf u r n i s h ；a n dt h a tc o u l dr e s u l ti n b e t t e rc o a t e dp a p e r ( 3 ) c o a t i n gt e c h n o l o g yi s a l s oi m p o r t a n t f a c t o r st h a ti n f l u e n c e c o a t e dp a p e rq u a l i t y , e f f e c to fc o a t i n gl a y e ro nc o a t i n gq u a l i t y , d i f f e r e n t c o a t i n gt e c h n o l o g ya n dm e a s u r e m e n tt e c h n o l o g yo fc o a t i n gl a y e r s a r e a n a l y z e d ，m e a s u r e st h a tc a ni m p r o v ec o a t i n gq u a l i t ya r ep r o p o s e d k e y w o r d s ：c o a t i n gp i g m e n t ，b a s es h e e t ，c o a t i n gt e c h n o l o g y , c o a t e d p a p e r ，q u a l i t yi m p r o v e m e n t ，i n v e s t i g a t e i l l 陕西科技大学硕士学位论文 原创性声明及关于学位论文使用授权的声明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本 论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。 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责任由本人承担。 论文作者签名： 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解陕西科技大学有关保留、使用学位论文的规 定，同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权陕西科技大学可以将 本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采 用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：童! ! 坠导师签名：论文作者签名：垒! ! 芷导师签名：韭缇日 低定量涂布纸品质提高的研究 1 前言 1 1 概述 随着印刷技术的高速发展，精密高速印刷的产生，对印刷纸张的质量要求 也随之提高，同时也促使造纸行业在工艺、设备技术的发展和产量、质量的加 速提高。 在工业技术发达的国家，书刊印刷纸中涂布印刷占相当大的比例，而低定 量涂布纸以其定量低、不透明度好、印刷精美而广泛用于书刊、杂志、广告等。 表1 1 轻涂纸及铜版纸生产量及消耗量情况 t a b l e1 - 1p r o d u c t i o na n dc o n s u m p t i o no fl w ca n dw f c 低定量涂布纸( l w c ) 是指一类定量低的经过了涂布的优质印刷纸，通常 含有一定比例的机械木浆，是涂布机械纸中用于胶印和凹版印刷最广泛的一 种。 在国外，有许多种类的l w c ，主要视其定量来区分。在北美一般指n o 5 涂布纸，定量范围5 1 7 0 9 m 2 ，单品级6 1 0 9 m 2 ，欧洲通常为4 9 6 5 9 m 2 。 典型的北美l w c 主要指标如下： 定量：5 2g m 。 密度：1 n 1 1g m 白度：6 8 7 2 i s 0 不透明度：9 3 表面粗糙度：l 1 2 t t m 陕西科技大学硕士学位论文 纸张光泽度：4 5 印刷光泽度：6 5 7 5 灰分含量：3 0 而日本的微量涂布纸，最初是在1 9 7 8 年开发作为教科书和文库书用纸， 其单面涂布量仅1 2 9 m 2 当时这些纸没有严格规定，被称为门辊纸、轻量涂 布纸、微量涂布纸。由于外销迅速增加，1 9 8 6 年6 月日本制纸联合会正式决定 “微涂布纸”名称，规定两面涂布总量在1 2 9 m 2 以下，按白度划为4 个等级： ( 1 ) 微涂布高级纸，原纸为高级纸，白度在7 9 以上； ( 2 ) 微涂布印刷纸l ，2 ，3 ，其原纸均为中级纸，白度分别为7 4 7 8 6 8 - 7 3 ，6 2 6 7 1 1 】。 1 2l w c 纸的发展趋势 1 2 1 低定量化 降低定量是一种全球趋势如果纸的质量保持稳定，如在手感上没什么 差别，那么把定量降低了，就可获得更高的效益( 或者说每吨纸的表面积更 大) 。降低定量既可直接节省邮费，也可增加流通而不必增加额外的邮费。 1 2 2 颜料的发展 在颜料组成上，加大了c a c 0 3 的用量。在北美，中性轻涂纸的增长促进 了在轻涂配方中加大c a c 0 3 的使用量。在轻量涂布胶印纸中研磨c a c 0 3 的使 用量高达5 0 一6 0 ，而欧洲一些轻涂纸厂家已在凹版印刷纸的配方中使用 2 0 c a c 0 3 。除了白度外，增加c a c 0 3 用量还可减少胶粘剂用量并有很好的 流变性( 因为它的结构为菱型晶体结构，可允许较高的固含量) 。然而在相同 固含量下，挺度和光泽度的降低是它的缺陷。在全球范围内将继续使用中性 或偏碱性抄纸，尤其在使用废纸( 其中含有c a c 0 3 ) 时效果更显著。 在轻涂纸配方中。颜料组成已获得一定发展，它的某些优势是增加了覆 盖度( 如透明度、粗糙度) ，并可按用户要求生产通过热化处理和化学处理， 可使高岭土中存在的超细粒子发生有选择的凝聚，这有利于提高光散射系数。 这些结构化或特制的颜料由于有较高的孔隙率，使得涂层的松厚度增加。其 中一些颜料的密度只有1 6 - 1 9 2 k g m 3 然而它们一般价格高且存在流变性问 题。其它的一些新型颜料包括巴西瓷土，它的粒径分布较窄且松厚度较好。 中空球塑性颜料已被用来改善光散射和涂层松厚度。当纸定量降低时，这些 低密度的颜料在轻涂纸中有望增大使用。颜料另一个发展方向是如何在进一 步提高涂料固含量、加快涂层固化和原浆中加大填料用量等方面起突出的作 2 低定量涂布纸品质提高的研究 用。 滑石粉具有较大的形态比，对它的评价正在增加。在欧洲，由于具有使 疏水性的滑石粉更好分散和润湿的专利技术，滑石粉已广泛用于凹版印刷纸 上据报道，当滑石粉的用量达到约4 0 时，可改进纸的平滑度、光泽度、 不透明度、适印性及摩擦系数。然而在使用滑石粉时，分散性和稳定性以及 成本将成为值得的注意的问题。 在轻涂纸涂料配方中合成胶粘剂使用量越来越大( 如胶乳淀粉的比例增 大了) ，但这对颜料市场并没有太大影响较快的涂布速度、较高的涂布固含 量、较低的总胶粘剂用量、较高的纸页及油墨光泽度和淀粉所引起的印刷斑 点问题等一起推动这种趋势1 9 9 1 年以来，总胶粘剂用量在凹版印刷纸和胶 印纸中都有所下降，其中凹版印刷纸约从1 0 一1 2 分下降到6 8 分，胶印纸约 从1 5 - 2 0 降到1 2 1 6 分。 1 2 3 新的涂布方法 产量的提高促进了先进涂布技术的发展。在过去的3 0 年中，通过增加纸 机宽度和加快涂布速度，纸机的生产能力已增加了两倍。在1 9 8 0 年前成纸宽 度保持稳定的增长趋势，在此之后一直保持在8 5 m 宽，直到2 0 世纪9 0 年代 初期纸幅才进一步扩宽在1 9 5 5 1 9 9 5 年阅，涂布速度已增加了一倍。涂布 速度的增长和轻涂纸定量的降低趋势均需对短停留涂布器进行改进。改良的 短停留、计量施胶压榨和喷涂代表了当今先进的涂布纸生产工艺。 ( 1 ) 改良的短停留涂布 改良的短停留技术，主要有现在对料槽质量改善上。在高车速下进行短 停留涂布往往会产生强涡流。在料槽中采用改善涂料流动性的先进技术，改 善了涂布机的运行性( 由于纸页所受的应力更均匀，减少了断头) 和质量，而 且降低了泵送速率。 ( 2 ) 计量旌胶压榨( m s p ) 计量施胶压榨技术是一种多用途的涂布技术，可普遍取代传统的刮刀涂 布。m s p 涂布不同于刮刀涂布之处在于涂料膜撕裂发生在涂布辊压区的出口 处，而且纸幅两面都可同时涂布。m s p 涂布时，由于纸页所受的应力较少， 从而采用强度较差的原纸也很少发生断头问题。这样就可减少漂白针叶木硫 酸盐浆的用量，降低成本。由于双面同时涂布，因而可提高生产率同时m s p 涂布对于由非涂布纸机改造成涂布纸机来说，也是一种低成本的选择。 虽然仿形涂层改善了覆盖，但往往会降低光泽度和平滑度。同时，由于 在涂布辊压区存在涂料膜撕裂的问题，因而运行性和质量都受影响，导致在 陕西科技大学硕士学位论文 涂布量较大时会出现桔皮斑。 ( 3 ) 喷涂装置 采用传统的溢流压区上料方式进行高速涂布( 大于1 5 0 0 m m i n ) 时，常因 涂布质量和运行性不良而受到限制，这是与膜撕裂相关的各种效应引起的上 料不平整和喷溅造成的。自由喷涂的高速涂布在日本已成功地运行许多年了 如今在欧洲和北美这种涂布技术也获得了成功的应用。通过较高的涂布速度 和简易的操作，喷涂的生产效率更高，运行性更好。如今的研究表明，由于 渗透到原纸中的水分较少，因而可采取较高的固含量。因为涂料固含量较高， 因而在配方中可不加增稠剂，这将节省一些开支。在速度超过1 5 0 0 m m i n 时， 喷涂还可使纸的质量有所改善。不通风和喷嘴堵塞是它的两个弊端 1 2 4 新的整饰方式 当达到相同的纸页光泽度时。软压光比超压有更好的速度优势。这就必 须在较高的温度和压力范围内进行压光，然而在线软压和m s p 相配合可使新 的纸机生产出能与传统的l w c 纸相媲美的纸。因为在整饰时纸页所受压力较 小，且不透明度和白度损失较少，因而在相同的定量时可有较高的不透明度 或在较低的定量时有相同的不透明度高温多压区压光也是一种新的发展方 向，例如m e t s o 公司的o p t i l o a d ，v o i t h 公司的m k 2j a n u s 压光机。延长停留时 间、更均匀的负荷( 应力的均匀分布) 及单独驱动的辊子可在不增加输入能时 增加压力。然而由于停留时间较长，就需开发新的胶粘剂体系来解决由于压 区加长而产生的辊问题。这就产生了高温高压整饰，即将超压和热整饰相结 合。 1 3 选题意义及论文规划 中国低定量轻涂纸( l w c ) 存在着巨大的潜在市场及产品消费的升级换代。 随着中国经济的发展，今后l w c 纸仍有较好的发展前景，关键在于技术创新， 产品质量的提高和生产成本的降低。开发适合市场需求的产品，充分挖掘农村 和海外市场潜力，是生产l w c 纸企业急需研究的课题。本文以l w c 低定量涂 布为研究对象，就涂布纸的品质提高和相关环节过程的选择控制进行一些探 讨。 4 低定量涂布纸品质提高的研究 2l w c 和l w c 的产品特征及技术发展趋势 2 1l w c 纸的产品特征 低定量涂布纸( l w c 纸) 是指一类定量低、经过了涂布的优质印刷纸， 通常含有一定比例的机械木浆，是含机械浆涂布纸中用于胶印和凹印最广泛的 一种。特别是在近十几年发展很快。2 0 0 0 年北美和西欧含机械浆涂布纸生产总 量已超过1 1 0 0 万吨，是仅次于不含机械涂布纸增长的品种。随着印刷技术的 发展和市场需求的趋势，书写印刷纸中涂布印刷纸占的比例越来越高，其中低 定量涂布纸以其定量低、不透明度高、印刷精美而广泛用于书刊杂志、目录插 页和多种商业而走俏市场，使之在涂布印刷纸中的比重逐年增大在品种方面 已演变并开发两适应不同用途和档次的含机械浆印刷纸( 通常称为高附加值品 种) 。但l w c 系列目前尚无统一的国际标准，国内还处在制定相应的国家标准 或行业标准的准备阶段。和生产厂商是以与特定用户达成协议的企业标准来组 织生产。辫， 2 1 1 产品概念与分类 轻量涂布纸即低定量涂布纸，其英文名为l i g h tw e i g h tc o a t e dp a p e r ，放 简称为l w c 纸，是一种涂布量少而又不降低印刷效果的涂布加工纸。轻量涂 布纸的定义有点模糊，目前尚没有统一的国际标准，国内还处在制订相应的国 家标准或行业标准的起草阶段。 国外把l w c 纸列入印刷涂布纸系列，日本、美国、欧洲对于印刷涂布纸 的分类均有所不同。 日本将印刷涂布纸分为四类：美术铜版纸、印刷涂布纸、轻定量涂布纸、 其它印刷涂布纸( 铸涂、压花、其它类) 。日本的轻定量涂布纸，从原纸结构 可分成两大类：一种是不含磨木浆的高级低定量涂布纸a 3 ，定量为 7 2 3 7 8 9 9 m 2 ，涂布量每面1 0 9 m 2 以下；另一种为含4 0 左右的磨木浆的中级 定量印刷涂布纸b 3 ，定量少于6 0g m 2 ，涂布量每面1 0 9 m 2 。 美国根据白度将印刷涂布纸分为n o 1 至n o 5 等5 个级别，其中n o 4 ( g e 白度7 3 - 7 9 ) 和n o 5 ( g e 白度7 3 以下) 又称为低定量涂布或刊物出版纸， 标准总定量为5 1 9 m 2 ，双面涂布时每面涂布量为5 - 1 0 9 m 2 ，原纸机木浆配比 为3 0 - 5 0 。 欧洲轻定量涂布纸的特性与美国相似，标准总定量为5 6 9 m 2 ，双面涂布时 每面涂布量为6 1 2g m 2 ，原纸中机械木浆配比为5 0 6 0 。欧洲将印刷涂布纸 分为六类： 5 陕西科技大学硕士学位论文 铸涂纸( 又称高光泽铜版纸，俗称玻璃卡纸) ； 铜版纸( 单面涂布量2 0 9 m 2 以上) ； 单面铜版纸； 铜版纸( 单面涂布量1 5 9 m 2 以下) ； 轻定量涂布纸( 单面涂布量6 - 1 2 9 m 2 ) ； 单面有色铜版纸( 光泽度和铜版纸一样) 。 国际上有些专家将涂布纸分为含机械浆的涂布纸和不含机械浆的涂布纸 两大类： 不含机械浆的涂布纸主要有铜版纸，分为1 、2 、3 号涂布纸，定量 8 0 1 7 0 9 m 2 这种纸的品质优良，因不含机械浆故耐久性较好； 含机械浆的涂布纸主要有：中定量涂布纸( 简称m w c 纸) ，即4 号涂布 纸，定量8 0 1 1 5 9 m 2 ：轻量涂布纸( 简称l w c 纸) ，即5 号涂布纸，定量5 1 7 0 g m 2 ；超轻量涂布纸( 简称u l w c 纸) ，即6 号涂布纸，定量3 5 4 8g m 2 。 亚洲历来对l w c 纸的定义有所争论一些专家认为，真正的l w c 纸必须 如欧美一样，要含有高比例的机械浆。但在亚洲( 如日本) 所生产的l w c 纸， 白度要求较高，一般大于8 0 ( i s o 白度) ，高的可达9 0 ( i s o 白度) ，实际 上是由化学浆制造的轻量涂布纸。 2 2 中国涂布纸的历史及现状 2 2 1 发展概况 中国的涂布纸最先发展源于铜版纸，相当于国际上高涂布量、高定量的 c o a t e dw o o d f r e e ( a r t ) 纸，生产历史只有二十多年，上世纪8 0 年代未期先后 以上海江南、湖北襄樊为代表的企业通过引进国外涂布整饰设备生产铜版纸， 其企业生产规模年产量不足2 万吨，且质量难与进口高档铜版纸竞争，到1 9 9 5 年中国虽具有年产4 0 多万吨的能力，但实际产量只有2 5 万吨，而当年的进口 量却达到了4 4 万吨，其市场基本被日本纸所垄断；1 9 9 5 年后，韩国取代日本， 主导中国铜版纸市场。1 9 9 6 年后，外资直接投资建厂进入中国铜版纸市场，陆 续兴建苏州紫兴l o 万吨、牡丹江大宇5 万吨、金东纸业5 0 万吨、印尼亚太集 团在常熟兴建3 5 万吨年的w o o d f r e e ( 部分涂布) 纸生产线，紧随其后国资万 豪纸业1 0 万吨、泉林纸业8 万吨、晨鸣纸业1 0 万吨、岳阳纸业5 1 万吨进军 铜版纸和低涂布纸市场，到2 0 0 0 年金东纸业又扩大涂布纸产能，另一条全化 浆纸生产线也改为生产铜版纸，达到了年产1 0 0 万吨以上的生产规模，2 0 0 2 年晨鸣纸业再上2 5 万吨铜版纸生产线，经过上述三阶段的发展，到2 0 0 2 年底 6 低定量涂布纸品质提高的研究 国内已有年产近2 0 0 万吨的生产能力，既有以金东、紫兴、晨鸣为代表具有引 领国际先进技术装备和规模效益的生产线，又有以国产设备和配套引进关键设 备，规模偏小的生产企业，从而形成了技术装备、产品档次、经济成分多元化 的生产格局。 除典型的全化学浆涂布纸生产厂家外，我国轻量涂布纸的建设已进入了一 个高速发展时期，过去的十几年中其增长率达到了2 5 ，生产企业已达十余家， 包括在2 0 0 3 年投产的岳阳纸业2 0 万吨项目、泰山纸厂1 0 万吨项目和正在建 设的银河纸业1 0 万吨项目，2 0 0 5 年初投产的江西晨鸣3 0 万吨的l w c 纸项目 等。这些项目中的很大部分是采用国际先进的进口设备配置。到2 0 0 5 年国内 l w c 纸产能超过1 0 0 万吨。 除上述用于文化印刷的涂布纸产品外，中国近几年还发展了无碳复印纸和 热敏传真纸、彩色喷墨打印纸等特种功能性涂布纸。例如：金华盛的1 2 万吨， 年无碳复印纸，湛江冠豪纸业2 5 万吨年无碳复印纸和热敏传真纸，湛江冠 龙5 万吨年无碳复印纸，航天特种纸品惠州有限公司l 万吨年热敏传真纸，t 一 民丰纸业已投产的6 5 万吨年彩色喷墨打印纸，从而结束了中国此类功能性 涂布纸完全依赖进口的历史。 2 2 2 增长速度 涂布纸，是近十年来社会需求发展最快的品种之一。中国铜版纸和机械浆 涂布纸消费量在近十年年递增率分别达到了1 8 8 、2 5 。如图2 1 所示 图2 - 1 中国各类纸和纸板的增长比较 f i g 2 - 1c o m p a r i s o no fg r o w t ho fv a r i o u sp a p e ra n db o a r dg r a d e si nc h i n a 2 2 3 中国涂布纸生产和市场的特点 ( 1 ) 品种用途界线不是很严格 7 陕西科技大学硕士学位论文 由于铜版纸和轻涂纸在相近的克重范围内没有严格的品种界限，有时定量 较低的铜版纸和定量较高的轻涂纸在使用过程中界限不明，相互替代使用，相 互市场争夺也很激烈 ( 2 ) 化学木浆短缺浆料配比呈多样性 由于中国天然森林资源的不足，木材纤维原料的短缺，使得中国的全化学 浆涂布纸与西方发达国家相比存在较大差距，除外资在中国的企业和新建的上 规模、上档次的生产线外，仍有相当数量的生产线，配有一定比例的非木化学 浆或是在探索配用一定比例的化学机械浆。以增强中国全化学浆涂布纸在质量 和成本方面参与国内、国际竞争实力。 ( 3 ) 规模大小不一 与国际大型造纸企业比，中国造纸企业规模普遍较小，尚未形成规模优势。 据中国造纸协会对综合信息资料的调查，2 0 0 1 年全国有能力生产全化学浆涂布 纸的企业约有4 0 多家。若将外资企业的产量除外，则平均每家企业年产量不 足2 万吨。目前国资纸业排名第一的晨鸣纸业，2 0 0 2 年才具有生产铜版纸2 5 万吨的能力，l w c 纸l o 万吨能力，约占全国消费量的1 1 ；而北美生产不含 机械浆涂布纸的厂家，排在第一位的s a p p l 年生产量为1 3 4 万吨，占市场份额 的2 2 o 但根据中国近几年涂布纸项目的投资情况，2 0 0 5 年前后，若启动的 项目建成后，( 事实上外资企业如金东a p p 、苏州s t o r e e n s o 所占的市场份额 也是相当大的) ，如金东a p p 将大大超过s a p p i 的产量和市场份额。 ( 4 ) 新产品开发具有发展空间 我国引进高档文化用纸生产线还只有几年时间，品种比较集中，他们代表 了当今国际一流水平的装备和较合理的规模，但数量众多，以国产设备为主配 套引进关键设备的生产线，在质量和规模上不具备竞争实力。为此，必须在新 产品开发，特别在特种纸生产品种上做文章，以提高其生存和竞争实力，因此 c w f 的工艺技术、品种开发很有挖掘的潜力。 2 3 涂布纸的技术发展趋势 2 3 1 涂料技术的发展趋势 纸张涂布其目的是改善纸的外观、印刷适性以及满足某些特殊功能。随着 纸的要求的变化、印刷工业的进步需求，涂料配方及涂布技术也随之而变。 ( 1 ) 印刷技术的进步要求运行性能更好的涂布纸l 印刷技术将朝着以下向发展： 由于喷墨和激光打印等数字印刷技术的进步，印刷用户要求更具个性化、 低定量涂布纸品质提高的研究 快速、灵活性、高效果高质量图像、方便、低成本。 商业印刷业中数码印刷增多，批量变小，印刷种类多样化。 c i m ( 计算机一体化的信息生产系统) 和数码发展将要求精度更高，降 低材料操作输入中的偏差 印刷技术会更加复杂、更加一体化 预测纸张将会朝以下方向发展： 白度持续上升，8 0 8 4 白度的涂布纸品种会出现最高增幅 哑光和无光泽纸的用量将会上升 平滑度和表面强度的重要性会日益明显，通过配用滑石粉提高平滑度，使 用更多的合成胶乳以满足无水印刷方式对纸张有较高摩擦强度的要求。 改良的表面匀度对于最大限度的提高印刷质量越来越关键。 具有较少的工艺问题、较少的纸断头、没有起泡、掉粉、较少的转递油墨 堆积。 小批量印刷时的直接转移印刷：纸张具有较低的着墨率。 多色和网点清晰的印刷质量，较少油墨粘附、较高的纸张强度以便于在较 高粘性油墨下印刷。 对于涂布涂料，通常使用与油墨作用小的胶粘剂，使油墨粘性最小化。同 时也必需调节其它涂料成分来平衡油墨的沾污。 未来几年喷墨和激光等数字印刷用纸对传统的涂布纸有较大的冲击，有人 预测在2 0 1 0 年数字印刷有望超过胶版印刷用纸，因此数字印刷用纸是今后的 一个重要发展方向，具有看好的发展前景。 市场对白度、不透明度、光泽度、印刷适印性的要求增高以及定量轻量化 趋势的影响，涂料配方有所变化这些要求可以通过以下方法来实现： 白度提高：历史上，欧洲在他们的涂料中使用碳酸钙降低成本，而北美是 使用瓷土降低成本，瓷土使纸看起来蛋白色，碳酸钙使纸更白更亮。并通 过返黄抑制剂改善机械浆涂布纸的白度稳定性。 光泽度提高：消费者喜欢各种级别的涂布高光泽的效果，通过涂料配方和 整饰技术达到。 通过使用中空塑性颜料、二次涂布来实现高光泽，如多数高级用途的全化 学浆涂布纸是二次涂布甚至三次涂布。 增加不透明度：有较高的不透明度趋向，在涂料配方中用二氧化钛来达所 要求的不透明度及白度。 纸的定量轻量化：在北美，日本等本方发达国家，杂志和产品目录一直是 9 陕西科技大学硕士学位论文 涂布纸消费大户，为了降低印刷品成本以及邮资的持续攀升，因此纸的定量成 为一个关键的因素。 例如，中空塑性颜料能帮助降低涂布量来降低定量，而同时维持光泽度。 整体的印刷性能：消费者要求清晰的，艳丽的而无斑点的印刷版面，当纸 较白、较轻定量的要求增加时，一些不完善的质量问题就容易显示出来，为了 改善印刷适印性，多数选用和油墨相互作用低的亲水性胶粘剂，例如已经在许 多工厂使用丙烯酸丁苯丙烯腈s b a n 胶乳，来降低印刷斑点。 ( 2 ) 涂料成分 涂料的典型成份是颜料、胶粘剂及其它助剂，以下是这些方面的最近的一 些进展 颜料：正在逐步用碳酸钙取代瓷土以提高涂布纸的白度，并有部分使用轻 质碳酸钙( p c c ) 的趋势。 同样也有使用窄粒径分布颜料的趋势来增加涂层的覆盖度。也开始使用 工程颜料( 如塑性颜料) 增加涂层覆盖度、提高光泽度、改善产品特性。因为 工程颜料可压缩性较好，因此使用工程颜料也有助于纸张整饰工艺颜料供应 商已开发了一些新的颜料品种系列，如滑石粉有助于提高涂布纸产品的平滑 度；剥片瓷土有助于覆盖率和光泽度；i m e r y 最近还推出了形状分布很窄、长 厚比大的颜料。 胶粘剂；在过去的十多年里，涂料中所用的胶粘剂已经历了巨大的变化。 天然的的胶粘剂如淀粉和大豆蛋白已逐步被合成胶粘剂替代，包括丁苯胶乳 ( s b ) 、丙苯胶乳( s a ) 、丁( 二烯) 丙( 烯腈) 苯( s t y r e n e b u t a d i e n e a c r y l o n i t r i l e ( s b a n ) ) 胶乳、聚乙烯醋酸酯胶乳( p v a c ) 、聚乙烯醇( p v o h ) ，这些新的胶 粘剂不仅仅起胶粘作用，而且有助于增加印刷性能和运行性能而不会增加太多 的额外成本 由于低的成本要求，胶粘剂的选择主要依赖于纸张所要求的特性。丙烯酸 胶乳、中空颜料、s b ( 丁苯) 胶乳的用量增长，而实心颜料、p v a c 胶乳的 用量下降。s b 胶乳仍旧是纸张涂料中最常用的胶乳s b 胶乳有进一步的分 支：有传统的s b 胶乳、功能性s b 胶乳( s b 或s b a n ( 丁( 二烯) 一丙( 烯 腈) 苯) 改性胶乳( = 1 0 改性度) ) 、高光泽胶乳等。由于印刷设备的变化，市场上已淘汰传统的s b 胶 乳，而在较高价格的纸张涂料中已使用高改性s b 胶乳【- i 。 值得注意的是：胶乳淀粉涂料系统比胶乳c m c 涂料系统可能有更好的涂 布运行性能。 1 0 低定量涂布纸品质提高的研究 涂料助剂：有交联剂、润滑剂、 品有助于改善纸机运行和纸的处理。 的用量都在下降。 分散剂、保水剂、流变性调节剂。这些产 但由于成本的压力，各种助剂在涂料中 然而由于所设计的涂布机的变化以及涂布速度的增加，因些保水剂和流变 性调节剂也需按要求而变。因此流变性调节剂在当今的涂料中不仅要有增加水 相粘度的特性而且要有保水的特性 2 3 2 涂布机的发展趋势 改良的短驻留、计量施胶压榨和喷涂代表了当今先进的涂布纸生产工艺。 目前新上l w c 纸机几乎全是用m e t e r e ds i z ep r e s s 一包括北美的 k r u g e r , b o w a t e r , 中国的岳阳纸业等。 喷雾涂布己在一些纸厂投入生产。因其对原纸强度有更低的要求以及更好 的涂料复盖率，因此有望成为l w c 等涂布纸的一种主要表面处理技术。 帘式涂布也是高档涂布纸的一个发展方向。 陕西科技大学硕士学位论文 3 涂布纸的结构与涂布目的及涂布用涂料性能 3 1 涂布纸的结构 图3 - 1 涂布纸的结构 f i g 3 1m i c r o s t r u c t u r eo f c o a t e dp a p e r 图3 - 2 未涂布与涂布纸电子扫描 f i g 3 2s e m ( s c a n n i n ge l e c t r o nm o e r o s c o p e ) i m a g eo fu n c o a t e da n dc o a t e dp a p e r 涂布纸的结构是一个由纤维作骨干的即纤维增强的颜料胶粘剂空气的混 合体( 图3 - 1 ) 。 3 2 涂布目的 对原纸表面露出的浆料纤维形成的凹凸及孔隙，通过涂料进行表面覆盖， 从而提高纸张的平滑性及改善纸张的适印刷性能( 图3 - 2 ) 。 低定量涂布纸品质提高的研究 3 3 涂料的组分 表3 - 1 涂布纸用涂料主要由颜料、胶粘剂及辅助添加剂组成，颜料为涂料 的主要组成部分 表3 - 1 涂布纸用涂料的主要组成部分 t a b l e3 - 1m a i nc o m p o n e n t so fc o a t i n gp i g m e n tf o rc o a t e dp a p e r 3 4 涂料性质 涂布是将由颜料、胶粘剂等组成的涂料浆液施加于纸或其它基底材料( 如 无纺布、塑料片基等) 上的工艺过程。涂料混合浆液的性质及其各种成份对涂 布过程和产品量会产生很重要的影响。 陕西科技大学硕士学位论文 4 涂布用颜料概述 4 1 颜料的基本性能 在纸张涂布中，基本的颜料性能如下：( 1 ) 粒子规格与规格分布；( 2 ) 粒 子形状与形状分布；( 3 ) 折射指数；( 4 ) 光散射与光吸收系数；( 5 ) 密度 涂布用颜料的粒子规格都不超过几个微米大小在评估颜料细度或粒子规 格时，通常都以粒子规格小于2 t t m 的那些粒子的百分含量表示“标准”粒子规 格的涂布颜料，其数值为8 0 “细”颜料超过9 0 ，而“粗”颜料则小于 7 0 。 基本粒子形状就是：( 1 ) 球形或立方体，绝大多数等轴；( 2 ) 棒形或针形； ( 3 ) 扁平形( 或片形) 下面简要列出了涂布性能与颜料性能的关系( 当保持涂料其他组分不变 时) ： 光泽度 不透明度 自度 透气度与油墨吸收性 松厚度与覆盖率 增加扁平性 减小粒子规格 增加折射指数 减小粒子规格 降低光吸收系数 降低堆积密度 混合不同形状的粒子 降低堆积密度 混合不同形状的粒子 降低密度 粘度降低堆积密度 表4 - 1 列出了主要涂布颜料的最重要物理性能。 1 4 低定量涂布纸品质提高的研究 表4 1 主要涂布颜料的物理性能 t a b l e4 一lp h y s i c a lc h a r a c t e r i s t i c so fm a j o rc o a t i n gp i g m e n t s 陕西科技大学硕士学位论文 表4 - 2 涂布颜料的物理性能与涂布性能的关系 t a b l e4 - 2c o r r e l a t i o no fp h y s i c a lp r o p e r t ya n dc o a t i n gp e r f o r m a n c eo fc o a t i n gp i g m e n t 涂布纸质量 芸茎篡 喜 兰 誓 圣 主 。 积 状 率 度 率 硬 度 表 吸 油 面 p h 值 引值 力 白度 不透明度 平滑度 透气度 。 涂布量 光泽度 。 表面强度 印刷光泽度 。 油墨吸收性 油墨干燥性 4 2 理想的颜料 如果有一个理想的颜料，它将具有下述性能： ( 1 ) 化学稳定性和在水中的低溶解度； ( 2 ) 在所有波长有良好的光反射率，或者说良好的白度( 亮度) ； ( 3 ) 没有杂质； ( 4 ) 合适的粒子规格和粒子规格分布； ( 5 ) 高折射率，或者说，良好的不透明度； ( 6 ) 很少的胶粘剂需要量； ( 7 ) 水悬浮液有良好的流动性； 1 6 ， p p 一 ， 一 一 v v 一 一 v y y v v 低定量涂布纸品质提高的研究 ( 8 ) 与水极易混合( 分散性) ； ( 9 ) 很好的光泽性能( 愉悦的涂布光泽度和很高的印刷光泽度) ； ( 1 0 ) 与其他涂料组分的良好兼容性； ( 1 1 ) 低密度； ( 1 2 ) 非磨损性； ( 1 3 ) 低吸水性； ( 1 4 ) 廉价 当然，没有一种颜料满足所有这些要求。但不同颜料满足这些不同的综合 要求。高岭土可能是满足绝大多数要求的颜料。 4 3 颜料的分类 表4 3 颜料的分类 t a b l e4 3c a t e g o r yo fp i g m e n t s 高岭土 主体颜料研磨碳酸钙( g c c ) 滑石 特种颜料石膏( 硫酸钙) 辅助颜料 沉淀碳酸钙( p c c ) 煅烧高岭土 塑胶颜料 三水合铝 二氧化钛 4 4 选择颜料的依据 当选择涂布用的某种或某几种颜料时，一定要考虑产品的技术要求。例如， 挑选高岭土时，我们选择能给予光泽涂布和具有密度涂层的片状颜料粒子规 格越小，涂布的光泽度越好。此外，还要考虑经济因素( 不能太贵) 。 1 7 陕西科技大学硕士学位论文 5 涂布胶粘剂概述 固簟楸盱 ；滁原纸x 图3 2胶黏荆在涂层中的功能 图5 - 1 胶粘剂在涂层中的功能 f i g 5 - 1f u n c t i o no fa d h e s i v ei nc o a t i n gl a y e r 胶粘剂是继颜料之后涂料中最大量的组分将胶粘剂加入到涂料中都是为 了实现一定的目的( 图5 1 ) ，即：将颜料粒子粘结到原纸上( a ) ，使颜料粒 子相互粘结( b ) ，部分地填满颜料粒子之间的空隙( c ) 一覆盖微孔结构，影 响涂料的粘度与保水性。 一 胶粘剂体系一般由两种胶粘剂混合组成，( 主) 胶粘剂及共胶粘剂。 胶粘剂可根据其来源和在水中的溶解度分类如下( 表5 1 ) ： 表5 - 1 胶粘荆的种类 t a b l e5 - 1c a t e g o r yl i s to fa d h e s i v e s 低定量涂布纸品质提高的研究 不同胶粘剂的相对粘结能力可用为获得同等涂布强度所需的相对用量表示如 下表5 2 ： 。 表5 - 2 不同胶粘剂的相对粘结能力 t a b l e5 - 2r e l a t i v ea d h e s i o na b i l i t yo fv a r i o u sa d h e s i v e s 5 1 胶乳 作为造纸涂布胶粘剂的胶乳可定义为含水的聚合物胶体粒子分散体，其粒 子规格范围5 0 n m 至3 0 0 n m 。图5 2 显示均一胶乳粒子的电子显微图象。 性。 图5 - 2 胶乳拉子的电子显微图象 f i g 5 - 2s e mi m a g eo fl a t e xp a r t i c l e s 表5 3 归纳了三种主要造纸涂布胶乳的特性及其用于造纸涂布方面的特 1 9 陕西科技大学硕士学位论文 表5 - 3 造纸涂布胶乳特性 t a b l e5 - 3c h a r a c t e r i s t i c so fp a p e rm a k i n gc o a t i n gl a t e x 图5 - 3 示出加入电解质对涂布纸纤维覆盖率和平滑度的影响。从图上可以 看出，加入电解质改进