（制浆造纸工程专业论文）表面施胶工艺对蔗渣浆胶版印刷纸印刷性能的影响.pdf

表面施胶工艺对蔗渣浆胶版印刷纸 印刷性能的影响 摘要 随着高速转轮胶印技术的发展，印刷行业对胶版印刷纸的i ；p s i j 适性提 出了更高要求。表面施胶工艺的优劣直接影响着胶版纸的印刷适性，尤其 是利用高配比蔗渣浆等非木材纤维原料生产高质量胶版e pj 昂l j 纸时，表面施 胶化学品的选择、复配对提高纸张印刷适性有着非常重要的影响。 本文研究不同表面施胶工艺尤其是不同化学品的组合，对蔗渣浆胶版 印刷纸印刷性能的影响，其通用施胶条件为：胶液温度6 0 0 c ，胶料浓度为 1 0 。 通过分析和测量纸张的施胶度、c o b b 值、表面强度、油墨吸收性、透 气度等性能，来研究不同化学品对纸张印刷性能的影响，并通过扫描电镜 和e s t 施胶度测量仪来研究施胶后纸张表面的微观状况和纸张抗拒液体渗 透的趋势。 纸张表面进行淀粉涂布的研究表明，氧化淀粉可以增加蔗渣浆胶版印刷 纸的表面强度，改善油墨吸收性，也在一定程度上增加了纸张内部抗拒液 体渗透的能力。磷酸酯淀粉作为两性淀粉，在提高纸张表面强度方面比氧 化淀粉有优势，但是吸水性较强使纸张表面亲水性增加。 聚乙烯醇( p v a ) 和淀粉复配进行表面施胶时，可以明显提高纸张的表 面强度，并且随着胶液中p v a 比例的增加而增加。另外，使用p v a 施胶可 明显降低纸张透气度，但会使纸张的油墨吸收值增加，从e s t 渗透曲线来 看，使用p v a 施胶时有助于阻止水的渗透。 在涂布量为1 0g m 2 时，使用淀粉和聚丙烯酰胺( p a m ) 以质量比5 ：1 进行涂布时，表面强度比用相同比例下p v a 和淀粉表面施胶的纸张高2 2 ， 并且可以改善涂层性质，降低纸张的透气度。 使用苯乙烯一丙烯酸酯聚合物胶乳( s a e ) 进行表面施胶时，可显著提 高纸张表面施胶度、表面强度，改善纸张油墨吸收性，提高表面施胶效果； 使用抗水剂m 进行表面施胶时，可有效提高纸张表面的抗拒液体渗透 性能，改善纸张油墨吸收性，并且比使用p a m 、p v a 更能明显地增加纸张表 面强度，但是较之s a e 尚有一定的差距。 企业生产实践表明，根据成纸印刷性能的要求和浆料中蔗渣浆的比例， 适当调整表面施胶的工艺和化学品的组合，可生产出符合质量要求的蔗渣 浆胶版印刷纸。 关键词：表面施胶印刷性能化学品组合蔗渣浆胶版印刷纸 i f s t u d y t h ee f f e c to f s u r f a c es i z i n gt e c h n o l o g y o np r i n t a b i l i t yo f b a g a s s ep u l po f f s e tp a p e r a b s t r a c t t h eq u a l i t yo fo f f s e tp a p e rs h o u l db ei m p r o v e dt om e e tw i t ht h ed e v e l o p m e n to f h i g h - s p e e do f f s e tp r i m i n gt e c h n i q u e s t h es u r f a c es i z i n gt e c h n i q u e sc a ni n f l u e n c et h e p r i n t a b i l i t yd i r e c t l y i ti sv e r yi m p o r t a n tt oc h o o s ea n dc o n f e c ts i z i n gc h e m i c a l sp r o p e d yt o i m p r o v ep r i n t a b i l i t yo fp a p e r , e s p e c i a l l yf o rt h ep a p e rw h i c hc o n t a i nm o s tb a g a s s ef i b e ro r o t h e rn o n - w o o df i b e r s t h ee f f e c t so fd i f f e r e n ts i z i n gp r o c e s so nt h ep r i n t a b i l i t yo fb a g a s s ep u l po f f s e tp a p e r w e r es t u d i e di nt h et h e s i s t h eo p t i m a ls i z i n gc o n d i t i o n sw e r ea sf o l l o w s ：s i z i n gt e m p e r a t u r e w a g6 0 t o t a lc o n c e n t r a t i o no f c h e m i c a l sw a g1 0 t h ee f f e c t so fd i f f e r e n tc h e m i c a l so np r i n t a b i l i t yo fp a p e rw e r ea n a l y z e d b yt h e p r o p e r t i e so fs i z i n gd e g r e e ，c o b b ，s u r f a c es t r e n g t h , a b s o r b e n c ya n da i rp e r m e a b i l i t y , a n dt h e s u r f a c em i c r o s t a t ea n dw a t e rr e s i s t i n gp r o p e r t yo f p a p e rw e r es t u d i e db ys e ma n de s t t h ee x p e r i m e n tr e s u l t ss h o w e dt h a ts i z i n gw i t ho x i d es t a r c hc o u l di m p r o v et h es u r f a c e s t r e n g t h , a b s o r b e n c ya n di n t e r i o rw a t e rr e s i s t i n gp r o p e r t yo fp a p e r c o m p a r e dw i t ho x i d e s t a r c h , p h o s p h a t es t a r c hw h i c hw a sa m p h o t e r i c ，c o u l di n c r e a s et h es u r f a c es t r e n g t ho ft h e p a p e rm o r e ，b u ti tc o u l dr e d u c et h es u r f a c es i z i n gd e g r e eo f p a p e rf o ri t sh y g r o s c o p i c w h e ns i z e dw i t hs t a r c ha n dp v a t o g e t h e r , t h es u r f a c es t r e n g t ho ft h ep a p e rc o u l db e i n c r e a s e do b v i o u s l y , a n db ei n c r e a s e da l o n gw i t ht h em t eo f p v a b u tt h ea i rp e r m e a b i l i t yo f t h ep a p e rw a sr e d u c e d 。a n dt h ea b s o r b e n c yv a l u ew a gi n c r e a s e dw h e np v a 照琵d t h eo s m o t i c c u r v es h o w e dp v ac o u l di n c r e a s et h ei n t e r i o rw a t e rr e s i s t i n gp r o p e r t yo fp a p e rw h e ni t c o a t e d a tm es a m ec o a t i n gd o s a g ei g m 2 ，w h e nt h ep r o p o r t i o no fs t a r c ha n dp a mi s5 ：1 ，m e i v s l l l f a e c es t r e n g t ho f p a p e rc a ni n c r e a s eb y2 2 t l l 姐t h e 弘l p c rs i z e dw i t hp r o p o r t i o no fs t a r c h a n dp v ai s5 ：1 ，a n dt h ef o r m e ra l s oc a nr e d u c et h er o u g h n e s sa n da i rp e r m e a b i l i t yo f p a p e r s u r f a c es i z i n gd e g r e ea n ds u r f a c es t r e n g t ho f t h ep a p e rc o u l db ei n c r e a s e d ，a b s o r b e n c y a n dw a t e r r e s i s t i n gp r o p e r t yo f t h ep a p e rc o u l db ei m p r o v e dw h e nc o a t e dw i t hs a e w a t e r - r e s i s t a n tc h e m i c a l sf r o mb o s s c oc o h a dt h e5 a i d ee f f e c to nw a t e r r e s i s t i n g p r o p e r t ya n da b s o r b e n c yo f t h ep a p e rw h e ni ts i z e d i tc o u l da l s oi m p r o v et h es u r f a c es t r e n g t h o f t h ep a p e rm o r et h a np v aa n dp a m ，b u tl e s st h a ns a e a tl a s t ，g o o dq u a l i t yo f f s e tp a p e rc o u l db eo b t a i n e di np a p e rm i l lb ya d j u s t i n gt h es i z i n g p r o c e s sa n d t h ep r o p o r t i o no f c h e m i c a l s k e yw o r d s ：s u r f a c es i z i n g ；p r i n t a b i l i t y ；s i z i n gc h e m i c a l s ；b a g a s s ep u l p ；o f f s e tp a p e r v 广西大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人声明：所呈交的学位论文是在导师指导下完成的，研究工作所取得的成果和相 关知识产权属广西大学所有，本人保证不以其它单位为第一署名单位发表或使用本论文 的研究内容。除已注明部分外，论文中不包含其他人已经发表过的研究成果，也不包含 本人为获得其它学位而使用过的内容。对本文的研究工作提供过重要帮助的个人和集 体，均已在论文中明确说明并致谢。 论文作者签名：切眠文矽7 年7 学位论文使用授权说明 月2 ，日 i 本人完全了解广西大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，即： 按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本： 学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务； 学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文； 在不以赢利为目的的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 请选择发布时间： 口即时发布口解密后发布 ( 保密论文需注明，并在解密后遵守此规定) 论文作者签名：。k 嘏威导师签 月 日 | 裹面施胶工艺对囊 涪蒙肢版q ，刷纸肄 曩生能的影t 第一章绪论 纸张在人民生活和社会发展中起着十分重要的作用，其应用范围十分广泛；作为印 刷工业中一种十分重要的印刷耗材，纸张种类和性能对印刷质量起着极其重要的作用。 近年来，为了适应印刷技术的快速发展，印刷用纸生产企业在品种方面不断调整完善， 在性能方面不断改进提高，以适应印刷工业的需要。当前国产印刷纸质量差主要表现在 纸张匀度较差、均整性差、表面强度低和印刷适性差。印刷品的质量与许多因素有关， 其中纸张的性能是非常重要的因素之一“1 。纸张的性能指标有平滑度、吸墨性、表面强 度、p h 值、白度、含水率、伸长率、z 向弹性、抗张强度、不透明度等等，纸张的性能 指标有平滑度、吸墨性、表面强度、p h 值、白度、含水率、伸长率、z 向弹性、抗张强 度、不透明度等等，0 1 它们对纸张的印刷适性都有重要的影响，其性能的优劣直接影响 到印品的质量；而影响纸张性能的因素主要是植物纤维原料的种类、制浆的方法、施加 的胶料、填料和色料等添加剂。 胶版印刷纸主要用于书干0 、封面、图片、插图等胶版印刷，随着高速转轮胶印的发 展，印刷行业对胶版印刷纸的质量提出了更高的要求，胶版印刷的实质是油墨经橡皮滚 筒向纸张( 承印物) 上转移及油墨渗透、干燥的过程。这不仅要求油墨能顺利地转移， 而且还要求印刷精美，图文清晰、饱满地再现于纸张上，因而纸张应具有良好的适印性 能。1 。对于胶版印刷纸来说，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。 1 1 纸张的适印性对印品质量的影响 胶版印刷纸的表面粗糙度、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 值等适印性指标是影响印品质量的关键。 ( 1 ) 粗糙度的影响 纸张粗糙度影响印刷品的光泽度。采用表面较平滑的纸张进行压印时能以最大的接 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，使图文清晰、 饱满地再现于纸上，从而提高印品的光泽度。 裹面施肢工艺对蘑渣蒙肢版印列纸印鼻生能的影响 高平滑的纸张以最大的接触面与胶印机橡皮布上的图文接触，均匀、完整地完成油 墨的转移，使图文清晰、饱满地再现于纸张上，更好地反映原版的色调层次，从而达到 形象逼真、画面层次分明，网点清晰、色调柔和的复制效果；相反，表面粗糙的纸张， 印刷时网点残缺不全，影响印品的色调、层次。 同时，纸张的粗糙度还影响印刷时油墨的渗透性“1 。纸张愈平滑，则渗透性就愈小， 因此，通过印刷渗透性，也可以反映出纸张的粗糙程度6 1 。 ( 2 ) 纸张形稳性的影响 由于纤维吸湿或脱水纵横伸缩率的差异，导致胶印过程中纸张多次湿水干燥后，纤 维吸水润胀、脱水收缩发生尺寸变化，传递给纸页发生形变，当由于纸张或其它原因造 成吸湿速度、程度或干燥不一致时，纸张发生皱褶、翘曲引起套印误差，影响印品质量， 因此，形稳性是胶印纸的一个重要指标嘲。 ( 3 ) 纸张的油墨吸收性与p h 值的影响 、 吸墨性是评价印刷用纸的重要技术指标之一，它是指纸张对油墨的接受性和对油墨 中连接料的吸收能力，直接影响着油墨对纸张的渗透和结膜情况。纸张的油墨接受性和 油墨吸收能力为影响纸张印刷质量的两个重要性质，两者之间有一定的关系，但又是纸 张的两个不同的特性0 1 。 纸张的油墨接受性是指纸张表面在印刷过程中在印刷机上压印瞬间接收油墨的能 力，它是纸面如下性能的综合表现： ( i ) 表面被印刷油墨润湿的能力； ( 2 ) 表面吸收一定油墨组分的能力： ( 3 ) 表面固定和保留均匀墨膜的能力。 纸张的吸墨性是指纸张对油墨的吸收能力，或者说是油墨对纸张的渗透能力。它不 仅与油墨的疏松程度及毛细状态有关，而且与纸张纤维的表面性质、填料、颜料、胶料 的含量、油墨的组成和特性有关，还与印刷方式、印刷压力等有关。 纸张油墨吸收性能主要表现在吸墨力的强弱和吸墨的均匀程度。纸板吸墨力强，不 仅造成印刷光泽度差，印物不精美，而且印刷耗油量也会增加；纸板吸墨力差，虽然可 以节省油墨用量，但也容易使印刷物品粘脏；如果纸板油墨吸收不均匀，印刷中易产生 花斑条纹，所以控制油墨吸收性是很重要的嘲。 影响纸张吸墨性的因素：提高纸张吸墨性的最主要的方法是在造纸过程中加入适量 的填料，因为大多数的填料对印刷油墨的亲和力都大于纤维表面对印刷油墨的亲和力， 2 表面施腔工艺对 渣装肢版印捌纸印刷目溅的影响 因而油墨能较好地在纸张表面润湿和铺展；而且由于填料粒子的存在，使纸面形成了更 多有利于油墨渗透的细小毛孔；同时，填料的加入能改变纸张的平衡湿含量，使纸张具 有更好的形稳性，利于多色印刷。因此纸张粗糙度是纸张很重要的印刷适性，它对于获 得高质量的网点再现是必不可少的条件，网线数越高的精细印刷品，要求纸张的粗糙度 越低阱。 纸张的油墨吸收值应控制在一个范围之内，一般原则是在范围之内，尽可能使油墨 吸收值小“”。对于胶版印刷纸的油墨吸收值一般控制在3 6 6 5 之问“。 ( 4 ) 表面强度的影响 在印刷过程中，如果纸张的表面强度不够，就会在印刷过程中产生掉毛、掉粉现象， 影响生产的顺利进行。严格地说，掉毛是指单根纤维从纸面上脱落下来；掉粉是纸张在 摩擦、弯曲、冲击或震动下使细小纤维碎屑以及填料粒子、施胶剂或染料，从纸面边缘 脱落下来。拉毛是衡量纸张表面强度的一个重要指标。指在印刷过程中，当加入纸张表 面的外部张力大于纸张或纸板的内聚力时，纸张表面发生的肉眼可见的破裂现象，即在 破裂的纸面出现不连续的或连续的未着墨区域的现象。拉毛对印刷品质量的影响主要有 两方面：一是造成图文部分的污染；二是胶印中橡皮布及墨辊清洗次数要增加。 在印刷过程中，印刷是在极短的时间内( 瞬时) 完成的，纸张与油墨之间有着复杂 的机械力的相互作用。随着印刷机速度的提高，剥离张力的影响则相对增大。当剥离张 力、油墨对纸张的黏力、印刷版面对油墨的吸引力之和大于纤维、填料及胶料之间的结 合力时，纸张表面就会出现掉毛、掉粉现象。如下式： w + q + n t 式中t 一纤维、填料及胶料之间的结合力； w 一油墨对纸张的黏力； q _ 一剥离张力； n _ 印刷版面对油墨的吸引力； 提高纸张表面强度的方法：通过表面施胶可以增加纤维间的结合，从而增加纸张的 表面强度，利于高速、高粘性油墨下的印刷，减少拉毛现象“”。 纸张的表面强度和耐水性 耐水性是指纸张受浸润水作用时，保持其原有强度的能力。纸张的耐水性可能导致 纸张在胶印中发生不同的表面强度变化，耐水性和抗水性同样是既密切相关，又有意义 的两个不同的概念，抗水性表示纸张对水渗透的抵抗能力，它表达了纸张是否容易泅水 3 广西大学习n b 掌位截 文表面施肢工艺对蘑羞蒙胶版耳，曩_ 纸印捌性能的影响 的性质，而耐水性则表达了纸张受水作用后的性能稳定性“”。 纸张在印刷过程中发生掉毛、掉粉的故障是目前我国印刷纸，尤其是高配比蔗渣浆 抄造的胶版印刷纸，由于蔗渣属于草类纤维范畴，纤维短，纤维细胞壁较厚，杂细胞 多，半纤维素含量高，使纸张更易掉毛掉粉。在印刷速度不断提高的胶印转机上，在为 取得高质量而采用高黏度油墨的多色印刷中，都迫切要求所有纸张的表面强度和耐水性 进一步得到提高。 ( 5 ) 光泽度的影响 纸张光泽度主要与其平滑度有关。高光泽度取决于纸张表面结构的均匀性“+ “。油 墨光泽度不仅跟未印原始纸的光泽度有关，而且还跟表面透气性和油墨与胶黏剂的相互 作用有关。通常，原始纸页光泽度越高，油墨光泽度越高“”。一般不大透气的施胶剂， 油墨光泽度较高，另外施胶剂与油墨溶剂之间的相互作用越少，油墨光泽度越高“7 “。 1 2 表面施胶目的及其作用机理 1 2 1 表面施胶的目的 表面旌胶又称表面涂胶，是在纸机干燥工段适当位置装设表面施胶装置，将一种或 多种物质的水分散液，用于表面施胶装置中，使纸或纸板的正反两个表面均匀地涂上一 薄层胶料，再经干燥后使纸表面形成一层胶膜，以达到提高纸张或纸板的表面强度，改 善产品的抗水性、适印性及挺度等性能。 表面施胶的意义在于潞嘲： 用表面施胶方法可以使胶料近似1 0 0 的留着于纸张上，克服了浆内施胶的胶料流失， 提高了施胶剂的利用率，有利于纸机白水的封闭循环使用； 通过选择不同配方的表面施胶剂、表面涂布量调节，可提高纸张的表面强度、有效 控制施胶度；可以根据生产要求较快地进行方案调整，取得不同施胶效果； 在纸浆内添加的众多助剂，相互匹配与影响问题很突出，而表面施胶剂则无此方面 的问题，并且表面施胶剂还不受抄纸水质、水温和p h 值的影响，可获得稳定的施胶度； 在中性施胶过程中，由于存在着施胶剂的水解问题，内施胶剂添加不能过多，而且 添加过多的浆内施胶剂如a k d ( 烷基烯酮二聚体) 等会产生纸张滑性等问题，所以，必须 要通过表面施胶来达到施胶效果； 4 g - 西夫掌硕士掌位说- 文表面施肢工艺对蘑涪蒙腔版印捌纸印捌口瀵的影 应用表面施胶剂还可以大幅降低浆内施胶剂的用量，甚至完全代替浆内施胶，具有 可观的成本效益，并可以减少浆内施胶造成的机械玷污等问题。 由此可见，表面旖胶可以赋予纸页更好的强度、耐水性以及改善纸页的表面强度， 同时让纸页平整细腻，纸张性能大大提高，且具有经济性。 i 2 2 表面施胶的作用机理 表面施胶剂是在纸或纸板的两面，以含一种或多种物质的水分散液，在特定的设备 中进行施胶的一种方法。一般采用机内表面施胶，即在纸机干燥部适当位置装设表面施 胶装置，使纸或纸板在未完全干燥时涂上一层施胶剂，再经干燥后使其表面形成一层胶 膜。同时淀粉通过在纸张z 向的渗透来增加纸张的内结合强度。通常淀粉施胶采用施 胶压榨、门辊施胶压榨或计量施胶压榨。对于含有较多非木材纤维的纸种来说，要获得 较高的表面强度，印刷适性和纸页形稳性，必须采用表面施胶，并选择较好的表面施胶 剂，以提高纸张的质量。 表面施胶剂的效果产生机理，一般认为：阴离子系的表面施胶剂是被纸层内的硫酸 铝或者是阳离子性聚合物带有阳离子性活化了的部位吸附，如图1 一l 所示。 袭覆巍艘棚 、7 、9 、”9 、”伊。“9 纸膨 图1 一l 阴离子表面施胶剂施胶模型 f i g 1 一lt h es u r f a c es i z i n gm o d e lo fn e g a t i v ec h e m i c a l s 袁露施艘翻 、9 、一、一、9 、9 9 ii 娥胺 图1 2 阳离子表面施胶剂施胶模型 f i g 1 - 2t h es u r f a c es i z i n gm o d e io fp o s i t i v e l yc h e m i c a l s 阳离子系的表面活性剂则与纸层内的阴离子部分即纸浆纤维本身吸附，由阴离子 阳离子结合而疏水性化同时，发生施胶剂疏水基配向，因而表现出施胶性如图l 一2 所 5 表面施肢工艺对蔫洼蒙肢版印曩i 纸印目佳能的影响 刁葛 一般地，阴离子系的表面活性剂纸中的硫酸铝的组合要产生最佳施胶效果，这是 由于表面旋胶剂的羧基铝盐化，因而产生的疏水性较大。 由前述的效果产生机理来看，和硫酸铝反应产生疏水基的酸性纸的生产中，即使较 多地存在作为亲水基的羧基，施胶效果也是较好的，而对中性纸，过多的羧基会阻碍施 胶性。 从不同种类纸的毛细管半径的分布状态来看，一般是在0 0 5 4 1 1 m 之间，在考虑到 表面处理剂的渗透状态时，纸的多孔性是极其重要的。使用相同的表面旖胶剂，溶液状 态的和乳液状态的表面施胶剂的施胶效果有大的差异。溶液型表面施胶剂具有许多优 点，这可能是与粒子直径有关的渗透性的差别影响施胶效果。 1 3 几种常用施胶化学品对纸张印刷适性的影响 ( 1 ) 氧化淀粉( o s t ) 氧化淀粉是在氧化剂( 高锰酸钾、次氯酸钠或双氧水等) 的作用下发生氧化生成。 在氧化淀粉中，c 一2 、c 一3 、c 一6 上的一o h 基可能发生氧化生成- - c h o 、一c o o h 或支链 的- - c = o 基的氧化物，氧化淀粉中的c 一2 、c 一3 、c 一6 链常发生断裂，产品外观洁白，易 于糊化，粘度低，凝沉性弱，膜的透明度和强度高。“。 氧化淀粉在造纸工业上，主要用作涂布粘合剂和表面施胶剂。由于氧化淀粉色白， 糊液稳定性好，粘度低，凝沉性弱，粘合力强，成膜性好，价格便宜且因渗透性好，所 以，渗透到纸中，能提高耐破度和包括内部施胶度在内的内部性质。4 。同时，由于粘度 低，施胶作业性就好，具有赋予纸张平滑性的填充效果和增量效果这样的优点，这样就 可以降低纸张透气度，提高印刷光泽度。但是仅仅使用氧化淀粉不能显著地增加纸张的 抗水性。 氧化淀粉是阴离子淀粉，阴离子淀粉带有负电荷，而纸浆和填料也均带有负电荷， 两者负电荷互相排斥。但是在明矾之类架桥剂的阳性电荷存在下，纤维和填料就能靠静 电力与淀粉互相吸引着，产生胶性m 1 。 ( 2 ) 两性磷酸酯淀粉( p s t ) 可用于表面施胶的变性淀粉中，乙酰化淀粉、羟烷基化淀粉、阴离子双变性淀粉等。 与氧化淀粉等比较，尽管在表面成膜性、粘度稳定性方面具有明显的优越性，但都缺乏 6 ，i 大掣啊曩士掣啦论文裹面孢肢工艺对蘑洼蒙胶版印耳_ 坤印捌佳麓的影i 对纸张纤维及其他化学品的强亲合性能。辛烯基丁二酸酯淀粉，主要用来提高抗水性， 且价格昂贵，同时也缺乏高亲合性能的取代基，阳离子淀粉由于具有阳离子取代基，可 以与纤维、填料等阴离子物质靠静电引力相互吸附而保留在纸浆中，但阳离子淀粉随着 取代度( d p ) 的提高，淀粉糊液粘度上升，若不经特殊降粘处理，难以在表面施胶中应 用，尤其对现代高速纸机更加难以适应。同时，这种产品只含有阳离子取代基，会与浆 料中的明矾及阳性聚合物“同性相斥”，也难以达到高留着的目的嘲。 通过上述分析认为，采用多元分子结构，即在淀粉分子中既接上阳离子取代基，又 接上阴离子取代基，可提高其对纸张纤维、填料包括阳性化学物质的亲合性能，( 见图i - - 3 ) 。 絮 一2 ， 一，) 匕7 孵t 蔓高分子聚籀 图1 3两性淀粉的施胶机理 f i g 1 3t h es i z i n gm e c h a n i c so f 彻p h o t e r i c i t ys t a r c h 这种淀粉已经在工厂生产中使用，结果表明：这种表面施胶淀粉不仅适用于施胶压 榨，也适用于薄膜施胶压榨；可以明显降低淀粉用量，这对提高纸机车速，减少干燥部 动力消耗十分有利；可以提高表面强度，从而可以在抄造过程中增加填料用量，从而减 少成本；可以明显提高办公用纸的表面特性；可以明显减轻造纸白水污染。在损纸回用 时，淀粉的留着率达9 0 ，同时由于白水浓度下降，还可以提高纸机运行性能。 ( 3 ) 聚乙烯醇( p v a ) 聚乙烯醇是由聚醋酸乙烯醇醇解而得，由于其分子链上含有大量侧基一羟基，因而 它具有良好的水溶性，有卓越的耐油酯和耐溶剂性能。聚乙烯醇在造纸中的应用，国外 比较普遍，不仅用于一般纸张的表面施胶，还应用于耐油纸、玻璃纸、复写原纸等特殊 用纸的表面施胶；不仅用于高档纸，还广泛应用于白报纸一类的普通纸张中嘲。 因为乙烯醇极不稳定，不可能存在游离的乙烯醇单体，因此聚乙烯醇不能由乙烯醇 直接聚合而得。聚乙烯醇的制备，第一步先由乙酸乙烯聚合生成聚乙酸乙烯。然后，聚 7 裹面施胶工艺对蔗渣蒙肢版印蠢印刷性能的影响 乙酸乙烯醇解生成聚乙烯醇。 聚乙烯醇( p v ) 是效果极佳的表面施胶剂。经其施胶后可大大改善纸的表面强度， 涂布量为1 9 m 2 ，i g t 表面强度可达l o o m s ；但p v a 属线性大分子，涂布后易于渗透。 在p v a 中加入0 0 5 5 的磷酸酯淀粉或加2 3 的锆盐，即可防止渗透，另外， 在涂布前加入硼砂液进行预处理，再涂以p v a 使之文联，交联反应如下： 、 x i o h 有时也可以先用5 的硼砂预处理，待稍后干后再用1 3 的p v a 胶液进行表面 施胶。此时p v a 与硼砂反应形成网状交联结构的配合物，如下式所示： 十n a z b 4 0 7 l o h 2 0 一 硼砂 聚乙烯醇 交联结构配合物 p v a 具有良好的成膜性以及对于纤维与填料的良好的黏附力，可以提高纸张表面强 度，降低粗糙度，通过实验知道它又可以改善纸张油墨吸收性，因此，使用p v a 施胶的 纸张可以保证油墨的快速干燥以及具有高度光亮的色泽。 但聚乙烯醇用于表面施胶存在一些不足制约着它的应用： 1 ) 含有大量的羟基，但不能完全和纤维形成氢键结合，成膜后抗水性能差； 2 ) 在潮湿空气中容易吸水变潮，纸张表面强度降低； 3 ) 耐水、抗水性能差，在多色印刷中由于多次受到润版液的润湿作用，纤维之间、纤维 和施胶剂的结合力都会显著下降，所以容易发生拉毛或掉粉、掉毛现象。 另外，p v a 的渗透性大，易于渗透到纸层内部( 仅起到提高纸张强度的作用) ，故为 了达到所需的表面施胶效果，不免要加大用量，这些都制约着p v a 的应用啪1 。 ( 4 ) 聚丙烯酰胺( p 棚) p a m 是一种线性溶于水的有机高分子化合物，几乎不溶于苯、乙醇等一般有机溶剂， 其链分子有足够的长度，分子链上的侧基为很活泼的酰胺基和双键，能够进行多种化学 反应，而且可以与许多能形成氢键的物质有很好的亲和性，通过这些反应可以获得多种 8 卜0 【 b x y 协 u 、。，i o 限 0 b抓 表面施肢工艺对蘑洼蒙肢版印刷纸戽捌性能的影响 功能性衍生物，得到不同分子量和不同电荷密度的聚丙稀酰胺系列产品，可以使纤维与 两个或多个固体细料发生桥联，即使有较高的电位值也可相互产生絮聚，聚合物可用静 电吸引力吸附纤维和固体细料，也可以有氢键结合，它不仅有表面电荷中和，还包括有 桥联和镶嵌结合的作用。p a m 分子链与分散相通过各种机械、物理、化学等作用，将分 散相牵连一起，形成网状结构，从而起增强作用。p a m 在造纸工业中可以用作干强剂、 助留助滤剂和絮凝剂等，由于它比淀粉成膜性高，且膜的强度也高。通常在表面施胶淀 粉中配比10 9 6 2 0 9 6 而用之。对于提高表面强度特别有效，显示出浆内补强剂所不能得到 的效果。 ( 5 ) 苯乙烯一丙烯酸聚合物胶乳( s ms t y r e n ea c r i ce c i d 、s a es t y r e n ea c t l c ( 冒l l u i i s i o n s ) 苯乙烯一丙烯酸聚合物胶乳属线性高分子，分子中的羧酸根为阴离子亲水基团，而 聚苯乙烯憎水却具有优良的油墨吸收性，单个苯丙乳液线性高分子通过相邻分子上的羧 基基团与纸中的多价金属离子( 如a 1 ”离子) 络合或与纤维上的醇羟基构成氢键而形成 分子膜，牢牢固着纸页表面。因此，氧化淀粉与合成表面施胶剂配合使用，体现了经济 与质量的优势互补m 1 。 同时，由于纸张的毛细管作用及纸面的粘附作用，使苯丙乳液中的粒子扩散和渗透 于纸张的纤维与纤维、纤维与填料之间的空隙中，使原纸的空隙率减小；同时苯丙乳液 能提供大接触角，可减慢水在空隙间的移动速率，有效地减弱了对水的吸收。另外，苯 丙乳液具有成膜性能弥补了表面施胶氧化淀粉抗水性较差的缺陷，使表面施胶纸的耐水 性提高，从而降低了表面吸收重量，提高了施胶度。因此，在表面胶中加入苯丙乳液后， 可以根据施胶要求适当减少浆内施胶剂的用量。 1 4 课题的研究意义和目的 通过表面施胶改善纸的性能是提高产品质量的重要手段之一。合理使用表面施胶 剂，不仅可以提高施胶效果及纸的表面强度，而且可以减少内部施胶剂用量，并且可以 一定程度上增加非木材纤维的含量，从而降低生产成本。 印刷技术改进，高速印刷和高粘度油墨的应用，对纸张表面强度提出了更高要求， 仅仅依靠内添加剂是难以达到的。而使用表面施胶剂除了提高施胶度外，更可以改进纸 张的表面特征，包括粗糙度、书写性和印刷适性。同时由于减少了内施胶剂的用量，可 9 表面施胶工艺：建卜| 专著蘩胶j 匾印捌纸印咀性能的量；响 获得成本效益，无论中性还是酸性，表面施胶剂的重要性越来越重要，用量将大幅度提 高。 目前我国常用的表面施胶剂是氧化淀粉、磷酸酯淀粉、聚乙烯醇、石蜡、硅酮树脂、 丙烯酸酯及其共聚物、苯乙烯一顺丁烯二酸共聚物等。近几年，国外在造纸过程中，尽 可能降低内施胶剂的用量，而将施胶不足部分由表面施胶剂加以弥补的应用愈来愈普 遍。通过表面施胶，可以增加纸张施胶度、表面强度；改善纸张油墨吸收性：降低纸张 c o b b 值、透气度、粗糙度，从而改善纸张印刷性能。 通过研究不同化学品组合对蔗渣浆胶版印刷纸印刷性能的影响，摸索出适合利用蔗 渣浆抄造高质量胶版印刷纸的表面施胶工艺，并分析各种化学品对纸张作用的机理，为 生产实际提供理论支持。 l o r - 圈大掌目n b 掌仰潞支 摹面施胶工艺对囊 箍菜肢版印捌纸印曩i 性能的影响 2 1 实验材料及制备 第二章实验材料及方法 ( 1 ) 氧化淀粉( o s t ) 取自北海宏泉淀粉科技有限公司，为木薯变性淀粉。阴离子性，水分1 4 ，白度 8 8 i s o ，p h 值：6 8 ，粘度：6 浓度下，3 5 4 5 m p a s 。 糊化方法 取氧化淀粉5 0 9 ，用水溶解后倒入三口烧瓶中，加水至5 0 0 9 ，装上冷凝管，开动电 热套进行搅拌加热，当温度升至9 5 2 时，保温2 0 3 0 m i n 后停止加热，继续搅拌使 之降温到6 0 7 0 。c 即可得到浓度为1 0 的氧化淀粉胶液。根据需要稀释到不同浓度的 淀粉溶液使用，稀释时要保持溶液温度在6 0 。c 以上。 ( 2 ) 磷酸酯淀粉( p s t ) 取自江西东永淀粉化工有限公司，两性淀粉，水分1 4 ，白度 8 0 。粘度，6 浓度下，1 5 2 5m p a s 糊化方法 同氧化淀粉的糊化方法。 ( 3 ) 聚乙烯醇( p v a ) 取自广西广维化工股份有限公司，4 浓度下，粘度7 o c m p a ，纯度8 7 ，醇 解度为9 9 8 + 0 2 ，p h 值：7 9 ，水分8 ，对氧化剂( 如h = o d 敏感。 溶解方法 称取5 0 9 p v a 用蒸馏水浸泡2 个小时，然后把蒸馏水倒掉，再加蒸馏水到5 0 0 9 后装 入三口瓶中，进行搅拌加热，当温度升到1 0 0 。c 时保温1 h ，过滤得到浓度1 0 的p v a 溶液。根据需要稀释到不同浓度，稀释时要保持溶液温度在6 0 以上。 ( 4 ) 聚丙稀酰胺( p a m ) 广西大学砸士掌位论文表面施肢工艺对蔗洼策胶版印捌纸单捌佳艇的影响 韩国n e o l e x 公司生产，固含量1 5 ，淡黄色液体，p h 值为5 7 ，粘度2 0 0 0 7 0 0 0 c p s ，密度1 0 4 5 - - + 0 ，0 0 5 9 m l ，水溶性。 ( 5 ) 苯乙烯一丙烯酸酯( s a e ) 韩国n e o l e x 公司生产，固含量2 6 ，褐色，p h 值为3 5 ，粘度 1 0 0 c p s ，密度为 1 0 5 0 0 2 9 m l 。 ( 6 ) 抗水剂( m ) 广西南宁博士科工贸有限公司生产，固含量3 3 ，阳离子性粘度 2 2 5m p a s 。 ( 7 ) 试验用纸 试验用原纸为广西贵糖集团造纸厂提供的未表面施胶的书写纸，定量6 0 9 m 2 。 2 2 主要仪器和设备 涂布机，型号：k 3 0 3 ，英国r k 公司 白度仪，型号：y q _ z - 4 8 b ，杭州轻通仪器开发公司 施胶度测定仪，型号：e s t ，德国 纸张表面强度测定仪，型号：k r k2 2 6 0 ，熊谷理机工业( 日本) 纸张油墨吸收性测定仪，型号：y m 一2 0 ，长春市纸张试验机厂 肖伯尔式透气度测定仪，型号：x s t q d i o ，四川省长江造纸仪器厂 扫描电镜仪：日立s - 5 7 0 型电子显微镜 2 3 表面施胶工艺条件及纸张处理方法 实验前，将纸样放入恒温恒湿实验室进行恒温恒湿处理，处理时间不少于一周。处 理条件为：温度2 3 1 0 c ，湿度5 0 2 。 纸张进行表面施胶时，把纸张裁成a 4 大小纸张，在k 3 0 3 涂布机上进行表面施胶。 施胶工艺条件为：胶料浓度1 0 ，施胶温度6 0 。c ，施胶速度为l o m m i n ，施胶后纸张在 自动电热上光机进行一次性干燥，干燥温度为9 5 。c ，干燥时间为2 m i n 。旌胶时，采用 l 、2 、3 、4 号计量棒施胶，得到不同涂布量的纸样。 襄面施肢工艺对 洼蒙肢版耳，曩i 纸印捌性能的影响 2 4 印刷性能分析方法 本实验所要分析的印刷性能指标主要有以下方面 1 、表面强度的测定按g b 3 3 3 1 8 2 测定。使用中粘度拉毛油，进行加速印刷，表面 强度范围为0 5 3 m s 。 2 、纸张油墨吸收性能的测定按g b l l 2 9 1 1 1 9 9 1 测定。 3 、纸张施胶度测定使用德国产e s t 施胶度测定仪。 测试用液体 蒸馏水：3 5 0 m l e s t 工作原理 借助双面胶带将物体样品固定在样品支架上。利用测量装置将样品架浸入装有实验 液的测试容器里。测试容器里，在接收器的对面安装了一个超声波发射器。当试样接触 实验液时，发射器立即发射穿过试样的超声波信号。在液体渗透过程中，信号被反射、 散射及吸收。最后信号变化记录在接收器里，经集成处理器计算试样的吸收性能。 e s t 测定时在液体渗透试样物体里产生一典型的渗透曲线。从曲线里，e s t 自动推 导出可以显示的特性参数。“m a x ”值是润湿特征参数，用来描述表面旅胶度。此参数的 影响因素有施胶剂、淀粉浓度及表面施涂量。信号强度达到最高时的时间以秒计，表示 试样被水完全润湿。其值越高，说明纸面涂层被水完全润湿的时间越长，纸面疏水性越 强，反之纸面亲水性越强。 吸收性( a ) 参数“a ”代表液体渗透速度，其数值与内施胶度有关，内施胶度用于较长( 3 0 s 或6 0 s ) 吸水性。e s t 有着独一无二的特点，除可以测量时间长的吸水性外，也可以测 量0 5 一加s 的短时间范围内的吸液性，并且时间误差小，测量精确；然而传统的施胶 测试不能测量如此快的渗透时问。并且在6 0 s 时，“a ”值与c o b b 值有着良好的相关性。 所以当测试纸张c o b b 值时吸收时间量程采用6 0 s 。 4 、纸张透气度测定采用6 8 4 5 8 - - 8 9 测定，测试压力采用1 0 0 0 o i k p a 。 广西大掌硕士掌位论文 襄面施肢工艺对蘑渣蒙肢版印捌纸印捌佳艇的影响 第三章表面施胶淀粉对蔗渣浆胶版纸印刷性能的影晌 淀粉作为最主要的表面施胶化学品能有效增加表面纤维、填料之间的结合力，减少 纸张掉粉、掉毛。在我国用于表面施胶的淀粉种类很多，其中，氧化淀粉由于其色白， 糊液稳定性好，粘度低，凝沉性弱，粘合力强，成膜性好，价格便宜且渗透性好，能提 高耐破度和包括内部施胶度在内的内部性质嘲，这些优点使其受到众多造纸厂家的青 睐。另外，两性磷酸酯淀粉由于在淀粉分子中既接上阳离子取代基，又接上阴离子取代 基，可提高其对纸张纤维、填料包括阳性化学物质的亲合性能，可明显增加纸张表面强 度，并且粘度低、淀粉留着率高、操作简便，受到生产企业的好评。 本章通过氧化淀粉和两性磷酸酯淀粉对纸张进行表面施胶，研究其对蔗渣浆胶版纸 印刷性能的影响。 3 1 表面施胶淀粉对蔗渣浆胶版印刷纸印刷性能的影响 3 1 1 氧化淀粉和磷酸酯淀粉分别对印刷性能的影响 本实验的目的是研究淀粉单独施胶对纸张印刷性能的影响，实验方法采用1 0 浓度 的氧化淀粉和磷酸酯淀粉进行表面施胶，施胶速度为1 0 m m i n ，通过改变计量棒来改变 涂布量，来探讨磷酸酯淀粉对纸张印刷性能的影响，实验结果如表3 1 ，3 z 。 表3 1 使用氧化淀粉施胶的效果 t a b l e3 - 1t h ee f f e c to f s i z i n gw i t ho s t 1 4 表面施肢工艺对囊 渣蒙胶版印刷纸印刷憎灌的影响 表3 2使用磷酸酯淀粉施胶的效果 t a b l e3 - 2 廿l ee f f e c to f s i z i n gw i t hp s t d o s a g eo fs i z i n gc h e m i c a l s ，g ，m 2 图3 1 不同施胶剂施胶后纸张的施胶度 f i g 3 1t h es i z i n g d e g r e e o f p a p e rs i z e d w i t h d i f f e r e n tc h e m i c a l s 图3 一l 表明，使用氧化淀粉施胶，在涂布量小于l g m 2 时，可在一定程度上提高 纸张旌胶度，但随着涂布量的增加，施胶度迅速降低，其原因为氧化淀粉表面含有大量 的羧基、羟基等亲水基团，为亲水性物质。同时涂布量升高，大量淀粉滞留在纸张表面 形成一层不跟纤维结合的淀粉膜，使纸张表面容易被水润湿，施胶度降低。磷酸酯淀粉 单独施胶的时候，施胶度虽然和氧化淀粉单独施胶时有相似的变化规律，在涂布量为o o 8 9 m 2 时，使用磷酸酯淀粉的纸张施胶度较高，在涂布量为0 8 1 o g m 2 时，磷酸酯淀 粉施胶的纸张施胶度低于氧化淀粉单独施胶的纸张。其原因可能为涂布量增加后，使用 磷酸酯淀粉施胶的纸张由于磷酸酯淀粉的亲水性，易吸