（制浆造纸工程专业论文）轻质纸轻量涂布涂料配比的优化.pdf

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，紧度提高了1 9 6 2 ，k & n 值 降低了5 2 8 1 ，p p s 粗糙度降低了1 9 6 6 。 由于设备及技术的限制，本论文并没有对轻涂纸的印刷性能及涂层结构的分布进行 分析，这也是本论文需要进一步研究的地方。 关键词：轻质纸，轻量涂布，表面性能，涂料配比，优化 l r l i 一 l i g h tw e i g h tp a p e ri s an e wt y p ep a p e ra n dh a sm a n ya d v a n t a g e sc o m p a r e dw i t h c o m m o no f f - s e tp a p e r t h el i g h tw e i g h tp a p e ri s m o s t l ym a d eo fc m p , s oi t h a ss u c h a d v a n t a g e sa sb u l k y , l i g h t e rs p e c i f i cg r a v i t y , t h es o f tc o l o r s ，h i g h e rf o l d i n ge n d u r a n c e ，h i g h e r o p a c i t y , a n dl o w e rr e l a t i v ew e i g h t t h e r e f o r e ，l i g h tw e i g h tp a p e rh a sm o r ep r i n t i n ga r e at h a n c o m m o no f f - s e tp a p e ra n dm a k e sb o o kl i g h t m o r e o v e r , t h el i g h tw e i g h tp a p e rh a sn o f l u o r e s c e n tw h i t e n i n ga g e n t ，s oi ti sc o l o r - s o f ta n de y e s i g h t p r o t e c t i n g h o w e v e r , l i g h tw e i g h tp a p e rh a sas u r f a c er o u g h n e s sw h i c hi n f l u e n c e si t sp r i n t a b i l i t y t h e r e f o r e ，l w c ( l o ww e i g h tc o a t i n g ) t h a tc o a t i n gc o n t e n ti s6 9 m zo no n es i d eo fb a s e p a p e rh a sb e e na d o p t e dt oi m p r o v ei t ss u r f a c ep r o p e r t i e s b e c a u s eo ft h ep r o p e r t i e so fl i g h t w e i g h tp a p e r , l w ci st h eo n l yc o a t i n gm e t h o dt os e l e c tf o rn o td e s t r o y i n gi t sp r o p e r t i e s t h eb a s i sw e i g h to fl i g h tw e i g h tp a p e ri s7 0 9 m zw i t hac o a tw e i g h to f6 9 m z s i d e t h eo p t i m u mp r o p o r t i o no fc o a t i n gc o m p o s i t i o ni nf o r m u l a t i o ns t u d i e di nt h i sp a p e ri s a sf o l l o w s ：k a o l i n7 0 p p h ，g c c2 0 p p h ，b u r n tk a o l i nl o p p h ，s t a r c h1 5 p p h ，s b l a t e x1 5 p p h ， c m c0 6 ，l u b r i c a n t1 ，w a t e r - r e s i s t a n c eo 6 ，a n dt h es o l i dc o n t e n to fc o a t i n gc o l o ri s 4 0 m e a n w h i l e ，t h i sp a p e rc o m p a r e dt h ei n f l u e n c eo fd i f f e r e n tc l a y , s t a r c ha n dc m ck i n d s o nt h ep r o p e r t i e so f c o a t i n gc o l o ra n dl w cp a p e r t h et w o - s i d e s d i f f e r e n c eo fl w cp a p e ri sb e e nd i m i n i s h e d b yt h ep r e c a l e n d e r i n gw i t ha p r e s s u r eo fo c p s t h eo p t i m u mc a l e n d e r i n gc o n d i t i o ni sa n2n i pc a l e n d a r i n ga tl o m m i nw i t h al o a do f8 c p s t h ec a l e n d e r i n gt e m p e r a t u r ew a sr o o mt e m p e r a t u r e t h er e s u l ts h o w st h a tt h ep h y s i c a lp r o p e r t ya n dp r i n t a b i l i t yo fl i g h tw e i g h tp a p e rc o a t e d w i t ho p t i m u mf o r m u l a t i o nh a v eb e e ni m p r o v e dh i g h l y t h ei m p r o v i n ge x t e n to ft h el w c p a p e rp r o p e r t i e sa sf o l l o w s ：b r i g h t n e s s5 3 8 ，o p a c i t y3 4 3 ，s m o o t h n e s s3 4 5 71 ，g l o s s 2 9 81 ，p r i n tg l o s s3 4 3 8 4 ，a n dt h ed e c r e a s i n ge x t e n ta sf o l l o w s ：s u r f a c es t r e n g t h5 6 8 2 ，t i g h t n e s s1 9 6 2 ，k & nv a l u e 5 2 8 1o a ，p p sr o u g h n e s s1 9 6 6 t h et e c h n i c a la n de x p e r i m e n t a le v a l u a t i o n sw e r el i m i t e df o rt h i sp a p e r w h a tr e m a i n si s t oe v a l u a t ep r i n t a b i l i t ya n dl o o kf u r t h e ri n t ot h ec o a t i n gl a y e rs t r u c t u r e so fl w c l i g h tw e i g h t p a p e r k e y w o r d s ：lig h tw eig h tp a p e r l o ww eig h tc o a tin g s u r f a c ep r o p e r t y 。c o a tin g c o i o r s o p t i m i z a t i o n h t 目录 目录 第一章绪论1 1 1 轻质印刷纸简介1 1 2 轻量涂布纸的概况及发展趋势2 1 2 1 涂布纸的分类2 1 2 2 轻量涂布纸概况及特点2 1 2 3 轻量涂布纸的发展趋势3 1 3 轻量涂布纸的转移辊式涂布技术4 1 3 2m s p 涂布的计量元件4 1 3 3m s p 涂布技术的优点5 1 4 轻量涂布纸质量的影响因素6 1 4 1 原纸的影响6 1 4 2 轻量涂布纸涂料的组成及影响7 1 4 2 1 涂布颜料的选择及影响因素7 1 4 2 2 胶粘剂的选择及影响因素8 1 4 2 3 添加剂的选择及影响因素9 1 5 轻涂纸涂料的性能及测试1 1 1 5 1 涂料的流变性能1 1 1 5 1 1 流变学概念1 1 1 5 1 2 涂料的流变学1 2 1 5 2 涂料的流平性能1 3 1 5 3 涂料的保水性能1 4 1 5 4 涂料的固含量1 4 1 5 5 涂料的p h 值1 4 1 6 轻量涂布纸的性能及测试1 5 1 6 1 轻涂纸的白度1 5 1 6 2 轻涂纸的不透明度1 5 1 6 3 轻涂纸的平滑度1 5 i i i 1 6 4 轻涂纸的光泽度 1 6 5 轻涂纸的表面强度 1 6 6 轻涂纸的油墨吸收性 1 7 本论文的研究目的 第二章实验 2 1 实验原材料 2 1 1 涂布原纸 2 1 2 涂料用原料性质 2 1 2 1 瓷土 2 1 2 2 研磨碳酸钙 2 1 2 3 煅烧瓷土2 1 2 1 2 4 涂布淀粉2 1 2 1 2 5 羧基丁苯胶乳2 1 2 1 2 6 羧甲基纤维素( c m c ) 2 1 2 1 2 7 聚丙烯酸钠分散剂( d c ) 2 1 2 1 2 8 硬脂酸钙润滑剂2 1 2 1 2 9 三聚氰氨甲醛树脂抗水剂2 l 2 1 2 1 0n a o h 溶液2 1 2 2 试验方法与设备2 1 2 2 1 主要实验设备2 l 2 2 2 涂料的制备2 2 2 2 2 1 瓷土的分散：2 2 2 2 2 2 涂料的制备2 2 2 2 3 涂布与干燥：2 3 2 2 4 压光2 3 2 3 物理指标检测2 3 2 3 1 颜料粒子粒度的测定2 3 2 3 2 涂料性能的检测2 3 2 3 2 1 涂料粘度测定2 3 2 3 2 2 涂料p h 值测定2 3 2 3 2 3 涂料固含量测定2 3 i v ， 目录 2 3 2 4 涂料稳定系数的测定 2 3 3 涂布纸物理性能的检测 2 3 3 1 白度测定 2 3 3 2 不透明度测定 2 3 3 3 平滑度测定 2 3 3 4 光泽度测定2 4 2 3 3 5 印刷光泽度测定2 4 2 3 3 6 表面强度测定2 4 2 3 3 7 油墨吸收性测定2 4 2 3 3 8p p s 粗糙度测定2 4 第三章结果与讨论2 5 3 1 瓷土最佳分散条件的确定2 5 3 1 1 分散剂对瓷土颜料液的影响2 5 3 1 2 搅拌时间对瓷土颜料液的影响2 6 3 2 颜料配比的确定2 7 3 2 1 颜料配比对涂料性能的影响2 7 3 2 2 颜料配比对轻涂纸纸张性能的影响2 8 3 2 3 以煅烧高岭土代替部分瓷土对轻涂纸纸张性能的影响3 0 3 3 胶粘剂配比的确定3 3 3 3 1 胶粘剂配比对涂料性能的影响3 3 3 3 2 胶粘剂配比对轻涂纸纸张性能的影响3 5 3 4 胶粘剂用量的确定：3 7 3 4 1 胶粘剂用量对涂料性能的影响3 7 3 4 2 胶粘剂用量对轻涂纸纸张性能的影响：3 8 3 5c m c 用量的确定4 1 3 5 1c m c 用量对涂料性能的影响4 1 3 5 2c m c 用量对轻涂纸纸张性能的影响4 3 3 6 淀粉种类的影响4 5 3 6 1 淀粉种类对涂料性能的影响4 5 3 7c m c 种类的影响5 0 3 7 1c m c 种类对涂料性能的影响5 0 v 3 1 2 本论文的下一步研究方向6 3 第四章结论6 4 参考文献6 5 致谢6 8 v l 第一章绪论 1 1 轻质印刷纸简介 第一章绪论 轻质印刷纸，又称轻型印刷纸、轻质纸或蒙肯纸，属于胶版印刷纸的一种，是近年 来纸品中的一枝新秀，广泛用于图书、期刊、学生课本等的印刷。和普通的胶版印刷纸 相比，具有很多优点i l 叼j ： 一、浆料配比以高得率的化学机械浆为主，可提高成纸的光散射系数、不透明度、 松厚度和挺度。尤其是出版印刷特别关注的挺度指标，轻质纸比同定量的普通胶版纸( 包 括进口胶版纸) 高1 5 4 0 。漂白化学木浆配用量一般不超过3 0 宜采用半游离半粘 状打浆。漂白化学木浆的配用量应根据印刷机得要求而定。 二、产品为浆的原色调或浅米黄色，白度一般不高于8 4 i s o 。色泽柔和，无反光， 视觉舒适，不刺眼，对视力有一定的保护作用。生产过程中不加荧光增白剂。 三、定量低，松厚度大。一般胶版纸的松厚度是1 2 左右，而轻质纸的松厚度是1 3 2 1 5 ( 有1 3 ，1 5 ，1 8 ，2 0 ，2 1 5 可任意选择1 。同样定量的纸，轻质印刷纸比一般胶版 印刷纸有更大的印刷面积。根据轻质纸的特点，可以用来替代高定量的胶版印刷纸。轻 型胶版纸与胶版印刷纸经济分析比较如表1 1 ： 表1 - 1 轻型胶版纸与胶版印刷纸经济分析 t a b l e l - 1t h ee c o n o m i c a la n a l y s i sb e t w e e nl i g h tw e i g h to f f s e tp a p e ra n do f f s e tp a p e r 品名 定量( g m 2 ) 松厚度( c m 3 g ) = 厚度( i 姗) 胶版印刷纸 轻型胶版纸 胶版印刷纸 轻型印刷纸 9 0 1 2 - - - 0 1 0 8 6 0 x 1 8 - - 0 1 0 8 1 0 0 1 2 = 0 1 2 6 0 2 0 - - 0 1 2 由上表可以得知：使用低定量高松厚度的轻型胶版纸可以代替高定量低松厚度的普 通胶版印刷纸做成同样厚度的书。 四、纸质松厚，有弹性，不透明度高，伸缩变形小。印刷时着墨均匀，吸墨性好， 立体感强。 五、浆内中性施胶，所以此种纸具有良好的p h 值，纸张不易返黄，且具有良好的 着墨性和耐久性。浆内添加增强剂，表面施胶剂多为氧化淀粉与合成表面施胶剂，填料 第一章绪论 宣选用滑石粉。制浆及抄纸过程中产生的污水易处理。 轻质纸目前还属于一种全新的纸种，但是由于它的特性使得它得发展十分迅速，市 场占有率不断地上升。因此采用轻量涂布对轻质纸的印刷适印性进行改善具有较大的社 会和经济利益。 本论文即采用轻质纸作为涂布原纸进行涂布来提高其印刷适印性。由于轻质纸的性 质，因此只能采用轻量涂布来尽量减少破坏其特性。 1 2 轻量涂布纸的概况及发展趋势 1 2 1 涂布纸的分类 国际上习惯将涂布纸分为含机浆涂布纸( c o a t e dg r o u n dw o o d ) 和不含机浆涂布纸 ( c o a t e dw o o df r e e ) 两大类。不含机械浆涂布纸是纤维配比中机械浆含量低于1 0 且 纸张具有较高白度( 8 0 ) 和表面强度的一类涂布纸。含机械浆涂布纸通常含有1 0 以上的机械浆并进行两面涂布。涂布纸的具体分类如下【4 j ： a 、不含磨木浆的涂布纸 这类涂布纸的原纸纤维配比全部由漂白化学木浆( 碜；i 酸盐或亚硫酸盐浆) 组成，原纸 先由淀粉进行表面施胶或由颜料涂料进行表面施胶预涂布，然后纸页两面都进行一次或 多次的刮刀涂布，最后面涂通常采用辊式上料器的刮刀涂布机。不含磨木浆的涂布纸用 于需要纸张耐久性好，质量要求高的使用场合。 b 、含磨木浆( 或机械浆) 的涂布纸 这类涂布纸的原纸纤维配比多由4 0 - - 6 0 的机械浆( 磨木浆或t m p ) 和4 0 6 0 的漂白硫酸盐木浆组成，涂布通常采用短驻留刮刀涂布机。这类纸的定量较低，故 通常被称作轻定量涂布g 竞( l w c ) ，用来印刷杂志和目录。 1 2 2 轻量涂布纸概况及特点 轻量涂布纸( l w c ，l i g h tw e i g h tc o a t e dp a p e r ) 简称轻涂纸，也称为低定量涂布纸， 是指定量介于铜版纸和胶版纸之间的，经过涂布的印刷纸，其定量在4 0 - 8 0 9 m 2 。国 外的轻量涂布纸多以2 5 或更多的机械木浆制造。轻量涂布纸广泛应用于印刷杂志、 商品目录、广告、商标、报刊特辑( 插页) 等。在美国有5 2 的轻量涂布纸用来印刷杂 志，还有2 5 的轻量涂布纸用于商品目录，2 0 的用于印刷广告。 2 第一章绪论 含机浆涂布纸目前在国内还是一个空白。国内对轻量涂布纸的称谓与国外l w c ( 低 定量涂布纸，通常采用刮刀涂布方式生产) 和f c o ( 薄膜涂布胶印纸，采用计量施胶压榨 涂布方式生产) 有明显的不同，但涂布量类似。这种情况大体上与日本的分类相似，因 此国内定义轻量涂布纸是一种对浆种和定量没有明确规定，但单面涂布量约为7 1 2 9 m 2 的纸种i 工引。 轻量涂布纸具有以下几个方面的特点n ( 1 ) 品质优良，从纸的性能上讲，轻量涂布纸是介乎铜版纸和胶版纸之间，其彩印 效果可与铜版纸相媲美；而且具有良好的不透明度和平滑度，以及良好的印刷适性和高 的光泽度( 包括纸的光泽度和印刷光泽度) 。这样就为印刷优质的出版物提供了坚实的 基础。 ( 2 ) 较低的成本，由于轻量涂布纸生产中配有比较廉价的机械木浆( 相对于漂白化 学木浆而言) 或漂白麦草浆、稻草浆，因此在原料成本上的投入，大约要减少3 0 左右。 这样就有可能扩大销路，提高经济效益。 ( 3 ) 高的附加值，轻量涂布纸是加工纸，比一般胶版印刷纸的售价要高一些，但比 全部使用化学木浆并经过涂布加工的铜版纸便宜得多。显而易见，轻量涂布纸可以增加 销售的利润。另外，由于轻量涂布纸的定量一般来说比铜版纸低，可以减少航寄的邮资， 所以深受全球性或大范围发行的杂志、报纸和画刊社的欢迎。 1 2 3 轻量涂布纸的发展趋势 进几年，中国造纸工业加快了调整步伐，涂布纸和纸板取得了前所未有的巨大发展。 据统计，2 0 0 2 年涂布纸总产量为1 8 0 万吨，2 0 0 3 年增至约2 4 j d 万吨，增幅高达3 3 3 3 。涂布纸的消费量从2 0 0 2 年涂布纸总产量为2 7 6 万吨，2 0 0 3 年增至约2 9 8 万吨，增 幅7 9 7 。而2 0 0 0 年以来的四年中，涂布纸和纸板的产量平均增长率高达3 5 3 5 1 s 1 2 1 。 但由于与发达国家相比，人均消费量仍有很大差距，使得我国涂布纸和纸板的发展空间 仍很大，前景广阔。 中国的低定量涂布纸的发展起步较晚，至2 0 世纪末期随着湖南岳阳林纸集团5 1 万吨生产线，山东晨鸣1 0 万吨生产线相继投产才填补了中国l w c 纸的生产空白1 1 1 】。 但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。到2 0 0 5 年国内l w c 纸产能将超过1 0 0 万吨年【8 】o m s p 的涂布的原理是，首先在包胶的辊面上形成一层经过预计量的均匀的涂料薄 膜，然后纸幅通过两个相向转动的施胶辊压区时，胶膜转移到纸幅上。因此，这种工艺 也被称为薄膜涂布或辊式涂布。由于胶膜经过了预计量，薄而均匀，在压区纸幅承受的 水力压力减小，减少了断头，提高了纸机的运行性。涂料通常采用沟纹计量棒或光棒计 量。新式m s p 装置能够在纸幅通过两个施涂辊之间的压区时同时对纸幅两面进行涂布。 m s p 涂布的涂布量主要取决于下面一些因素：涂料向原纸表面大孔隙内的渗透； 涂料的脱水及其在原纸表面形成滤饼；发生在滤饼与涂布辊表面间的流动层中部的膜撕 裂。 1 3 2m s p 涂布的计量元件 计量施胶压榨的计量元件有两种类型： ( 1 ) 容积式计量元件 容积式计量元件包括沟纹棒和绕金属丝的大直径辊。对于容积式计量元件，改变计 量元件的压力负荷对涂布量的影响很有限。改变涂料固含量或改变计量元件型号( 例如 更换计量棒或计量辊) 都可以改变涂布量。高固含量的计量施胶压榨涂布使用大直径的 绕金属丝的辊子。尽管使用大直径绕线辊可能限制操作灵活性，但却具有使用周期长的 优势。 4 第一章绪论 ( 2 ) 压力控制式计量元件 压力控制计量元件是最近大多数m s p 涂布设备的研究范围。压力控制计量元件包 括刮刀和光棒两种。传统的弯形刮刀己有许多年的使用历史了。随着经验的积累，发现 它具有能加压的顶端和能防止刮刀背向绕曲的优势。这样导致顶端加压和双加压刮刀的 开发。应用顶端加压设计使得刮刀的加压范围很宽，并能更精确地控制整个幅宽的涂布 量。 另一种压力控制计量元件是光棒。许多过去安装小直径沟纹棒的m s p 都己转换成 大直径光棒。棒的直径大多为5 - 3 0 r a m 。它的涂布量控制范围较宽，对于某些涂料的 流变性，经刮刀计量更适合。大直径光棒比刮刀和小直径棒具有更长的更换周期。 1 3 3m s p 涂布技术的优点 计量施胶压榨比传统的施胶压榨有如下优势： 较低的胶粘剂用量。 改进光学性能。 吸墨性更好。 改进涂层的均一性。 - 松厚度和挺度得到改进。 与刮刀等其它涂布方式相比，计量施胶压榨涂布有以下优点： ( 1 ) 由于投资和运行较刮刀涂布生产线便宜，机内操作需要的人力较少，m s p 的 运行成本较低，m s p 涂布机与机内压光机的组合在轻涂纸市场中占到越来越多的份额。 ( 2 ) 由于计量施胶压榨采用预计量再转移上料的涂布原理，而不同于刮刀涂布的 先上料后计量的涂布原理，对原纸的作用柔和，即对原纸的强度要求低，可以使用强度 较差、较便宜的浆种。从而可以降低原纸纸浆的成本。同时提高了涂布生产的运行效率。 ( 3 ) m s p 涂布与刮刀涂布的一个最大区别是能涂布较低的涂布量。m s p 纸张的松 厚度较高，因此挺度较好，这是定量走低的一个关键优势。 ( 4 ) 由于m s p 采用较软的胶辊转移涂料到纸上，因此获得了较好的轮廓涂布效果。 所以采用这种方式涂布的涂层对原纸的覆盖性较好( 尤其是涂布量低于7 8 9 m 2 时) ， 印刷斑点少。但这样的涂层平滑性有欠缺，对成纸平滑度、p p s 粗糙度和光泽度的发展 有所影响。 5 少，因此l w c 纸质量的8 0 取决于原纸的质量。而且原纸定量越低，原纸的性能就越 重要。涂布原纸对涂布运行性、涂布纸的整饰性及成纸性能均有重要影响。l w c 生产 中对原纸质量的控制主要包括一下几个方面【2 卜纠： ( 1 ) 全幅分布 这主要包括纸张的定量、厚度、水分的全幅分布。由于轻涂纸采用转移方式涂布以 及超级压光或软辊压光整饰，对原纸和成纸的定量、厚度和水分的纵横向均一性比较敏 感。原纸均一性不好，会造成涂料转移的不均匀，从而引起涂布纸涂层结构的不均一， 使得涂布纸的平滑度、光泽度等表面性能指标不均一。而且还会影响轻涂纸的卷取或复 卷质量。 ( 2 ) 匀度 原纸匀度不好可能会使涂层内的胶粘剂分布不均，会造成涂层的不均一性，影响涂 布纸的印刷性能。但对计量施胶压榨的低定量涂布纸来说，匀度对涂布量的分布几乎没 有影响。虽然如此，追求好的匀度对纸张的强度和光学性质等有益。 ( 3 ) 吸收性 涂料施加到原纸上后，涂料和涂料中水分开始向原纸内迁移。原纸的吸收性主要由 原纸的浆料配比、水分、施胶度、孔隙率及孔隙直径分布控制。原纸的较低孔隙率和较 少的大孔隙有助于涂料尽可能多地保留在纸面上。辊式转移涂布对涂料中水分的迁移比 较敏感。这主要通过水分和施胶度等来调整。低水分和高的施胶度可有效地降低涂料中 水分在转移压区中的迁移。涂料中水分的迁移也可通过涂料的保水性来控制。最好的方 案是原纸和涂料间要有协调的配合。 由于涂料是经过转移方式涂布到纸上的，可以说适当高的吸收性有利于涂料在原纸 上的润湿和附着，这样可获得充分的转移。高的转移率可以减轻橘皮纹等纸病以及涂布 时的雾溅。原纸的低吸收性有时会造成不均匀的转移，导致涂布纸表面泪痕的出现。 当水或涂料接触到纸的时候纤维的润胀能够引起原纸结构的不可逆变化【2 5 1 。这些变 化能够对纸的表面粗糙度和涂层产生很大影响。对含机械浆的涂布纸来说，涂料中的水 会引起原纸中的纤维润胀和剥离，使原纸表面粗糙度和表面孔隙率增加。对含机浆原纸 6 第一章绪论 的预压光和提高填料含量可改善涂布纸的覆盖和涂布纸涂布量的均匀性，并可降低孔隙 半径和表面的粗糙度，防止更多的涂料渗透进入涂布原纸。 ( 4 ) 原纸的平整性及其两面差 由于计量施胶压榨涂布是一种仿形涂布，因此对原纸的表面平整性和两面差的要求 较高，如果原纸的平整性好、平滑度高，将有利于获得更平滑的涂层。原纸的平整性的 改进可通过合理地湿压榨和预压光来实现。通过预压光以及提高填料和细小纤维的含 量，可以使原纸表面获得较低的开放性1 2 刚。纤维原料的选择和配比对涂布结构以及原纸 和涂层间的作用具有很大的影响。涂布原纸中的长纤维含量决定了原纸的强度；而短纤 维则决定其松厚度及不透明度等性能，并有助于提高原纸的匀度及表面平整度。 计量施胶压榨涂布这种涂布方式总是加重原纸的两面差。光泽度的两面差可通过提 高网面的涂布量来明显消除，但p p s 粗糙度的差异却难以消除。 ( 5 ) 强度 由于对涂布原纸的运行性能上的要求不断增加，对涂布原纸强度( 包括抗张强度、 湿强度和撕裂强度) 的要求也相应的提高。计量施胶压榨涂布对原纸的强度要求较低， 这就允许可更多配用低强度的浆种和提高原纸的灰分，从而降低轻涂纸的制造本。涂布 生产时应注意调节纸幅张力和使转移辊线速度与纸幅速度相匹配等设备和工艺参数以 减少运行时的断头现象。 ( 6 ) 原纸的温度 原纸的温度高会加快涂料和涂料中水分的迁移，涂料的固含量就会上升很快，涂布 量不容易控制，影响涂布过程的运行性。因此对原纸温度的控制也很关键。 1 4 2 轻量涂布纸涂料的组成及影响 涂料是涂布加工纸的重要组成部分，它是由多种结构不同的无机物和高分子聚合物 组成的混合体系，它的性能是决定涂布加工纸最终产品质量和涂布加工过程的重要因 素。涂料混合物中除了水以外，颜料、胶粘剂和助剂是其三种主要成分。它们共同组成 了一种紧密的立体网络结构。各种涂布原料是按照涂布方式的需要、成纸性能的要求和 成纸成本的定位来选择的。下面所探讨的主要是轻涂纸涂布原料的选择。 1 4 2 1 涂布颜料的选择及影响因素 颜料是涂布纸涂层的主要成分，约占涂层体积分数的7 0 以上，质量分数的 7 8 0 9 0 覆盖性和 的颜料有剥片土、窄粒径分布土和重钙、锻烧土、低絮凝度化学结构化土、轻钙以及各 种专用颜料。而为调整涂料的流变性，常规的颜料如水洗土、重钙等也经常被选用。 目前用于轻量涂布纸的颜料主要是高岭土和碳酸钙。高岭土的粒子形状为六角片 状，具有较高的径厚比，可以更好的覆盖原纸表面，比碳酸钙易于取得更高的光泽度， 而碳酸钙颜料粒子由于其较大的表面积和疏松多孔性，涂层结构有较大的孔隙直径和总 孔隙率，容易产生较开放的涂层表面，可赋予纸张更高的白度。 颜料的粒度、粒度分布和形态对涂布纸的质量影响也很大。涂层的不透明度与颜料 散射系数相关，颜料的散射系数提高则涂层的散射系数随之提高，而对于某一波长的入 射光颜料的散射系数对应一个最佳粒径。细的粒子赋予成纸高的光泽度、亮度和不透明 度，但过细的粒子会损害涂层的光学性能和降低印刷光泽度，当粒径小于0 2 z m 时其散 射系数明显的下降，所以应避免使用极细的粒子。同时，当粒径降低时，极细的颜料粒 子能使纸具有高光泽度，但颜料比表面积增加，而涂层微孔体积基本不变，涂层微孔变 小，使得印刷光泽度变低，这也说明颜料粒子应有一个下限。窄粒径分布的颜料凭借疏 松的堆砌效果能够使涂层结构具有较大的孔隙直径和总孔隙率，可获得好的光学性能。 片状的粒子给予原纸更好的覆盖，可使成纸有较好的印刷性能如均匀的油墨接受性和高 的油墨保持性，这对轻量涂布纸是非常重要的。不同形状的粒子的组合可以改变单一形 状粒子所形成的涂层结构，进而影响到涂层的光学性能和印刷适应性1 2 7 3 1 1 。 高岭土经煅烧后可具有一个充满空隙的结构，这就使其具有较好的光散射能力和不 透明度，并能增强涂层的弹性改善纸张印刷适性。但是它能增加的涂料的粘度和硬度， 使磨损增加，因此不可单独使用，且用量不易过多1 3 2 一蚓。： 中0 i i $ 0 浆造纸研究院的苏艳群等人1 3 5 l 研究了不同颜料组成对轻涂纸性质和涂层覆 盖的影响。研究发现：与常规水洗高岭土相比，含剥片土涂层的印刷表面粗糙度值比较 高；常规水洗高岭土中加入煅烧高岭土比例较小时，其印刷表面粗糙度值基本没有变化， 但增加到一定比例时，印刷表面粗糙度值有显著的增加。另外，涂料中加入剥片土以及 在常规水洗高岭土中加入适当比例的煅烧土，均有利于改善涂层覆盖。 1 4 2 2 胶粘剂的选择及影响因素 胶粘剂是涂料的一个重要组分，其作用是使颜料相互结合，同时使颜料与原纸表面 粘合，另外胶粘剂还可调节印刷油墨的吸收，以取得油墨凝固和油墨光泽的平衡。同时， 8 第一章绪论 胶粘剂在涂料中还起到保护胶体的作用，控制着涂料的稳定性和流动性1 2 3 1 。胶粘剂分两 大类：一类是天然物，例如变性淀粉、干酪素、豆酪素、动物胶等。另一类是合成物， 例如丁苯胶乳、羧基丁苯胶乳、腈基丁苯胶乳、聚乙烯醇、聚醋酸乙烯酯等。轻涂纸中 最常见的胶粘剂是胶乳和改性淀粉。其它品种的胶粘剂如聚乙烯醇则很少使用。 胶乳的重要性能有稳定性( 包括机械稳定性和化学稳定性) 、玻璃化温度、耐起泡 性、粒径及其分布、单体组成、胶乳的凝胶含量、官能团、表面电荷、粘度等。利用计 量施胶压榨涂布( m s p ) 生产轻量涂布纸对胶乳的机械稳定性有特殊的要求。由于是在 机内涂布，胶乳要受到诸如计量元件与转移辊间高剪切速率以及比机外涂布更高的涂料 温度的影响。计量元件的堵塞和转移辊上粘附的胶粘物也可影响胶乳的机械稳定性，而 车速越高，这一问题就越严重。因此选择机械稳定性好的胶乳对轻涂纸的正常生产非常 重要。而不同种类的胶乳对轻涂纸质量的影响也不同，所以应根据轻涂纸的用途选择合 适种类的胶乳1 3 6 3 剐。 淀粉在轻涂纸的生产中占据重要的地位，各种改性淀粉都可用于轻涂纸的生产。淀 粉在涂布中除了起到胶粘剂的作用外，还控制涂料的保水性和粘度。由于淀粉糊化后的 固含量为4 0 左右，因此，在低固含量涂料中可作为唯一的胶粘剂。但是若提高固含 量则应加入胶乳进行配比，以提高固含量和改进粘度。淀粉的流变特性非常适应计量施 胶压榨涂布运转性的要求。退减作用小的淀粉可以配出具有很低粘度且稳定性好的涂 料。淀粉不仅能够提高纸张的挺度，还可提高印刷纸的油墨光泽度和改进光泽度。同 时在纸张涂布中使用淀粉将会降低成本，而对纸张质量的影响较小【3 9 4 2 j 。 在生产轻涂纸的涂料中几乎都会用到一种辅助胶粘剂一羧甲基纤维素钠( c m c ) 。 c m c 为高分子阴离子型化合物，由天然纤维素经甲基化等化学反应得到的一种醚结构 的纤维素衍生物。由于c m c 拥有刚性纤维素主链，在胶体涂料中有较大的水化体积， 对涂料具有增稠作用。在以高岭土为主的涂料中，一部分c m c 被吸附在颜料上，并与 高岭土和未吸附的c m c 形成网络结构，使得涂料的保水性能有所提高。因此c m c 可 赋予涂料良好的保水性和流变性。同时c m c 具有较好的粘结力和成膜性，给成纸以高 的印刷光泽度和油墨吸收性【4 3 4 7 。c m c 还是荧光增白剂很好的载体。 1 4 2 3 添加剂的选择及影响因素 涂料的添加剂是涂料组分中性质不同的化合物，它们在涂料和涂层中实现各种不同 的功能。涂料的添加剂主要有分散剂、润滑剂、抗水剂、消泡剂、防腐剂、荧光增白剂 盘童i 铝一5 l 】 1 fo 9 第一章绪论 分散剂的主要功能是：在适当用量下提供涂料最小粘度，尤其在高固含量时，对涂 料流平性和流动性起一定的作用；防止颜料凝聚和沉降，提高涂料的流动性及颜料与胶 粘剂的混合性。常用的种类有六偏磷酸钠、焦磷酸钠等多磷酸盐、聚丙烯酸钠( d c ) 、 木素磺酸钠、硅酸钠掣5 2 j 。 润滑剂的主要作用是通过降低界面张力，使湿涂层表面的平滑性和流动性得到改 善，易于在纸上流平铺展。润滑剂可以通过减少机器与涂料之间的摩擦以及通过减少原 纸与涂布装置之间的摩擦，改善涂料的运行性能。并且能够阻止可溶性胶粘剂膜的破裂， 因而增强了压光过程中涂层的塑性变形，同时阻止了涂料在辊上的黏附。润滑剂还可预 防或减少成纸在印刷等过程中的掉毛掉粉现象。润滑剂的主要类型有硬脂酸钙乳液、石 油烃蜡、氧化聚乙烯蜡等( 5 3 5 5 1 。， 抗水剂通过化学反应封闭了胶粘剂上对水敏感的基团，因而减少了颜料、胶粘剂干 燥成膜后的水溶性，提高涂布纸的耐湿摩擦性和湿拉毛强度，有效改善涂布纸的印刷适 性，减少掉毛、掉粉等现象。其抗水机理分为两类： ( 1 ) 抗水剂分子中的活性羟基与胶粘剂中的羟基交联固化，形成网状的固化膜，从 而达到抗水的作用，如氨基树脂类抗水剂。 ( 2 ) 用某种物质来阻止胶粘剂的亲水基团和水亲和来达到抗水的目的，如碳酸锆铵 抗水剂。 抗水剂的主要类型为三聚氰胺树脂( m f 树脂) 、脲醛树脂( u f 树脂) 、碳酸锆铵 等【4 1 1 。聚酰胺聚脲树脂( p a p u ) 和碳酸铵锆( a z c ) 是两种不含甲醛的新型抗水剂， 它们都有阳离子基团，可赋予涂层一定的松厚性，从而改进涂布纸的光学性能和油墨吸 收性。这两种抗水剂的另一重要特性是可改善羧基丁苯胶乳的抗水性，因而可以在轻涂 纸中得到很好的应用1 5 6 5 8 1 。 消泡剂具有低的表面张力和h l b 值，能在泡沫体系中产生稳定的不平衡的表面张 力，破坏泡沫体系表面粘度和弹性物质，使之破裂。常用的消泡剂有松节油、硅酮、辛 醇、磷酸三丁脂等【5 9 j 。 微生物或细菌会使涂料变质、涂层霉变损坏，而防腐剂使防止或阻止微生物、细菌 生长的化学添加剂。防腐剂的选择须根据微生物侵害的严重程度、被防腐物质的性质、 需要防腐的程度、所涉及的微生物类型、混合或分散方法、周围环境温度和p h 以及防 腐剂与其他涂料成分的相容性等因素决定。其类型主要有异噻唑啉酮类、季胺盐类化合 物、有机溴类化合物等。 1 0 第一章绪论 1 5 轻涂纸涂料的性能及测试 1 5 1 涂料的流变性能 1 5 1 1 流变学概念 流变学是研究材料( 物体) 在外力作用下产生流动和形变规律的科学。它不仅包括 粘度，而且包括粘弹性和塑性。当仅讨论流体流动规律时可以近似地用粘度来理解流变 学。 剪切应力、剪切速率和粘度是流变学研究中三大要素。为了便于掌握液体的流动特 性，就需要用剪切速率对剪切应力或对粘度作图来表示流动特性。可以将流体分为牛顿 型流体和非牛顿型流体两种。非牛顿型流体根据触变性情况又可以分为塑性流体、假塑 性流体和胀流型流体三种【鲫。 ( 1 ) 牛顿型流体 凡是服从牛顿黏性流动定律的流体称为牛顿型流体。牛顿型流体在所有剪切速率下 其粘度都是恒定的，这种系统由可以自由流动的分子或粒子组成，没有固定结构，在很 小的力的作用下就开始流动，它的剪切速率与剪切应力及粘度的关系成一直线。如水、 溶剂和树脂溶液或稀薄的悬浮液就属于牛顿型流体。 ( 2 ) 非牛顿型流体 一般涂料混合物，尤其是高固含量涂料的流动性能一般都属于非牛顿型流体( 固含 量很低的稀薄涂料除外) ，其粘度与剪切速率存在非直线的函数关系，系统粘度随剪切 速率的变化而变化，其性能可分为以下三种： a ：塑性流体 塑性流体在受到外力时，在屈服点以前不发生流动，只产生弹性变形，超过屈服点 后为牛顿型流动。与屈服点相对应的剪应力叫屈服应力。塑性流体的粘度随剪切速率的 增加而降低。如油漆( 包括胶态油漆) 、絮凝颜料分散液、印刷油墨等就属于塑性流体。 b ：假塑性流体 假塑性流体在受到外力时，在屈服点( 有时屈服点为零) 后为非牛顿型流体。