（制浆造纸工程专业论文）铸涂式薄膜转移表面施胶.pdf

摘要 传统涂毒工艺生产靛纸茭 要戆获褥毫豹必泽菠 乎游魔必须经过压毙躐怒压光处璞 僵这不掰避免的会繇嫡纸夏的其窀性能 院如纸萸盼桧厚度 抗张强度 i 斑墼吸收性等豹 破坏 本实验就是猩纸页不经过腰光处理就可获得好的光泽魔 平滑度殿熊它一些性能 具体实验方法如下 将涂布液用刮棒手工刮涂到离型效果好 裁面性能佳的材料表面上 零 实验瘸淡嚣涂毫聚露氟乙簿熬苓锈镶援 予燎一定潜蘑蓐 姆黎绥覆予涂滋上 著蕤黻 一定的压力 以便原纸和涂层有狠好的接触 然错荐干燥瓤离 本次研究的童要结果如下 1 特富龙 聚泗氟乙烯 援和表面涂有有机硅的离型纸均具有很好的掰型效果 懋 特富燕羧静表嚣燕缝俊予离鍪绥 2 聚乙烯醇和氧化淀粉均有很好盼成膜性 氧化淀粉形成的涂层较聚忍烯醇的光泽 度高 但其它性能则不如聚乙烯醇 考虑到成本及纸页的物联性能 将这两种施胶剂配比 使用 在比铡为7 3 涂毒量为5 9 费薅 纸熨光泽度为7 8 平滑度为2 4 4 s 裂断长为 毒 4 6 l 1 l l 表蟊强度为4 3 6 m s 键演墨骚波不戆满是当蘸荻敝印霜翡要求 3 施胶量 胶艨复纸前于燥时间 胶层复纸后干燥时间 压光压力 瀛度对纸页的 光泽魔 平滑度 不透明度 裂断长 表面强魔均有不同程度的影响 4 热蘧干燥 添热重震羰酸钙 二氧耽硅 玻璃纾维均硪泼善涂屡熬濑鬟吸收挂 举 过在诧阅露 纸页静备顼镌理往貔都会受笺不阏程度懿影鸭 5 胶液能在特富龙板表面形成均一的薄膜和胶液粘度有崴接的联系 涂层本身的强 度 涂层与原纸之间的结合 胶液的组成 复纸压力及板材的表面张力等崴接影响涂层的 转移效暴 纸页光浮发 平溪度受鞭纸表覆获戮影嫡较小 6 添加重质碳酸钙 1 2 0 的梯鼯在箕它稳能和j 美的5 4 低定量涂布纸性熊稆近静情 况下 较之有小的紧度 利用热聪干燥的纸页较国家规定的a 级单面胶版印刷纸有更离 的光源度 平滑度 表面强度等憔能 关键镯 涂毒褥塞建菝赛委缀聚乙爝酵氧毽淀羧 c a s tc o a t e df i l mt r a n s f e rs u r f a c es i z i n g a b s t r a c t p a p 盯p r o d u db yt r a d i d o n a lc 锄n gp r o e e s s m u s tb ee a l e n d e r e do rs u p e re a l e n d e r e dt o g e tl l i g l lg l o s s 龃ds m o o t h n e s s b u to t h e rp r o 脚i e se o d d b ca f f e e t e d f b re x a m p l e b u l k i n e s s t e n s i l es t r e n g t h i n ko b s o r 州v i t yw i l lb ed e e 麟e d s ow e 砸s ht h a tt l l ep a p e r 锄g e th i 曲g l o s s 鲫ds m o o t h n e s s b mn e e d n tb ee a l e n d e r e do rs u p e re a l e n d e r e d t h ee c p e r i m c n tp r o c e s s 勰 f o l l o w s f i r s t c o a t i n gc o l o ri sa p p l i e do n t ot h et e f l o np l a t c 埘t ht 1 1 e 印p l i c a t o rr o d a f t e r d r y i n gf b rs o m et i m e t h ep a p e r i sp u to m ot h ec o a t i n gf i l ma n dp r e s s e d t h e nd r ya n dp a r tt 1 1 锄 m a i nr e s 山t sh a v eb e e no b t a i n e da s1 o l l o w s t e f l o n t f e p l a t e 锄do r g a n o s i l l c o n 他l e 鹊ep a p e r8 r cb o t h 谢也g o o d 化l e a s ep r o p e r t i e s b u tt l l ep m p e m e so f t e f l o np l a t ei sb e t t e rt h a i lr e e a s ep a p e r p o l y v m y la l e o h o l 口v a a n do x i d i z e ds t a r c hk r eb o t hw i 也g o o df i l mf o r m i n gp r o p e n i e s o x i d i z e ds t a r c hh a sah i g h e rg l o s st l l a i lp v a b u to t l l e rp r o p e m e si sl o w e i c o m i d e r i n g 也ec o 吼 皿dt l l ep 印e rp h y s i e a lp r o x i e s t h e s et w os i z i n ga g e ma r cn l i x c di np m 叫i o n a tt l l e 枷oo f 7 3a n dl o we o a t i n gw e i g h t 5 m 2 t h ec o a t i n gp 印e r s 百o s s c a nr e a c h 7 8 b r i g h ti s 2 4 4 s b r e a k i n gl e n g t hi s4 4 6 k m 锄dt l l ei g t s u r f a c es t r e n g t hi s4 3 6 m s b mi n ko b s o r p t i v i qi s n o ts a t i s f i e db yr e e e n tp r i n t i n g m a n yf a 默o r sc a na f f e c t t h ep a p e rg l o s s s m o o t h n e s s o p a e i q b r e a k i n gs t r e n g t ha n d s u r f a c es t r e n g t hi n c l u d i n gs i z i n ga m o u n t d r y m gt i m eo ft l l ec o a t i n gf i l m d r y m gt i m ea f t e r b i n d i n go f 也eb a s ep a p e ra l l dm e a t i n gf i l m p 他s s u r eo fc a l e n d a r i n g 卸dt e m p e r a t u r eo f t l l e c a l d e rr o l l d r y i n gd u r i n g 也ep r e s s a d d i l l ge a l e i u mc a r b o n a t e s i f i c aa i l dg l a s s f i b e rc 柚i m p r o v e 也e i n ko b s o r p 嘶b u ta tt i l es a m et i m e a l lk i n d s0 f t l l ep h y s i e a lp r o p e n i e so f t l l ep 印e rw o u l db e a f f e c t e di i ls o m ed e g r e e t h e r ea r e l a d o nb e t v e e nt l l ev i s c o s i t yo fl l l es i z i n g 龃de 啪f i l mf o r m i n go f 也es i z i n g o n 也et e f l o np l a t e s 扛e n g t ho f 也ef i l m b o n d i n gb e t w e e nt h eb a s ep a p e ra n dt h ef i l m s u r f a c et e m i o no ft l l eb o a r d c o n s t i t u t eo fs i z e 锄dp i e s s u r ea f f e c tt l l e 仃a i l s f e rr e s e t t h e p 泖e r t i e so f t h eb a s ep a p e ra f f tg l o s sa n ds m o o t l m e s s l i t t l eo f t h ep a p e r p a p e rm a d eb ya d d i n gp c c 1 2 0 h a sr e l a t i v ep r o x i e sw 也n o r t h a m e r i c a5 l w c b e s i d e sl l i g h e rd e n s i 够p 印e rm a d eb yt h em e 也o do fd r y i n gd u r i n gt h ep r c s sh a sm a n y g o o d p r o p e m e st h a n 也ec r i t e r i ao fo n e s i d eo f f s e tp a p e ri nc h i n ai n c l u d i n gg l o s s s m o o t h n e s s s u r f a c es t r e n g t h 缸ds oo n k e y w e r d s e o 砒m g t e n o np l a t e 他i e ep a p e r p v a o x i d i z e ds t a r c h 致谢 本论文是在导师周小凡教授的悉心指导和亲切关怀下完成的 导 师渊博的知识 创新的思维方式和严谨的治掌态度使掌生在研究过程 中受益匪浅 本论文的顺利完成得益于导师大量的心血 在此之际 谨向导师周小凡教授表示最真挚的谢意 在论文开题时 翟华敏教授 戴红旗教授 童国林副教授 曹云峰 副教授 金永灿副教授给我提出了 i t 多建设性的意见 在论文开展过 程中 得到了制浆造纸学科组刘掌斌高级工程师的大力支持和帮助 感谢三年来给予瑟无私关怀和帮助的制浆造纸掌科组的皮成忠工程师 和自动化教研组的陈朝霞讲师 感谢我的师兄彭锐 师姐曾丽萍 师 弟马玉勤 罗崇来 陶新锋 师妹袁美琴在实验过程中的帮助和生活 中的关 乜 为此作者谨向以上各位老师和同学的关心帮助 再次表示诚挚的谢 意 最后 我还要特别感谢家人对我的理解与大力支痔 使我能顺利完 成掌业和论文 作者 顾典荣 2 0 0 6 年6 月 第一章绪论 1 1 表面施胶的概述 随着纸张用途的发展 印刷机速度的提高和印刷油墨粘度的增大 纸页在印刷过程中 掉毛现象随之严重 因而 对纸张适应性的要求也随之提高 纸页的表面施胶就显得非常 重要 表面施胶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 3 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 使 纸页表面的纤维固着于纸张的表面 借而提高了纸页的书写性能和印刷适应性能 因此 在书写纸 印刷纸 包装纸类的表面施胶同浆内施胶比较 要重要得多 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 以提高纸张的质量吲 有些纸种更需要表面施胶 例如高 级卷烟纸常加入廉价的碳酸钙填料 有的高达3 0 对于含填料高的纸页表面施胶尤为重 要 新闻纸为了防止纸页低定量化所引起的透印 需要添加白碳 这样纸页的表面施胶就 变成了必须 一些特殊用途的涂布原纸 要通过施胶压榨施加补强剂和旄胶荆 这也是一 种表面施胶 目前表面施胶的工艺和设备存在的不足及以后的发展 a 节能降耗 节能 是一个必须研究的重要环节 施胶压榨是在纸页接近干燥时 水分5 1 0 才涂布以胶液 涂布以后的纸页 其水分为2 8 3 0 再进行干燥 一 般前后烘缸之比为2 l 也说明施胶压榨要求二次干燥 当然也多消耗了蒸汽 如果胶液 浓度2 则涂l o o k g 胶乳 涂在纸上的胶是2k g 水则为9 8 k g 而胶液浓度达1 2 则 涂l o o k g 胶乳 涂在纸上的胶是1 2 k g 水则为8 8k g 因此从节能角度来看 胶液浓度应 该以高些为好 如果达到5 0 6 0 当然更好 为此 我们应该研究如何提高胶液浓度 降低纸页水分 减少蒸汽消耗的措篪 b 涂布设备 涂布设备上也可以考虑胶液浓度提高以后 能涂布得更为均匀 又如 何使胶料不至于沉淀 可以考虑类似门辊式涂布机或刮刀涂布之类得设备或性能更先进的 设备用于纸机 c 与浆内旌胶有关 如用表面施胶能获得所希望的旖胶度 就可不需要浆内施胶 在使用中当内部特性不太重要的情况 可以只用表面施胶剂 但是 当前浆内添加和纸张 表面外加的并用是主流 如果用表面施胶剂也能控制内部的渗透性 那么 最终就可能不 需要浆内施胶处理 d 纸机车速 由于目前多采用施胶压榨 这样施胶液浓度较低一般为2 5 这 样随着纸机速度的提高 会出现断纸及起皱等现象 为了提高生产效率 必然要提高施胶 液浓度 进而可以提高纸机车速 1 1 1 1 表面旌胶的作用 纸页的表面施胶与浆内施胶不同 它能使涂布的药品基本上全部留着 胶料留着率几 乎为1 0 0 t 3 o 表面施胶可以提高纸纸页的以下性能0 1 1 改善纸页的表面特性 例如减 少甚至可以消除印刷时的掉毛掉粉现象 2 改善纸页对油墨渗透的效果 如果纸页表面 施胶效果差 印刷时的油墨吸收量过多 会产生透印称为单调印刷 如果表面施胶度大 印刷后油墨干燥迟缓 会产生印刷斑点 适当的表面施胶度能改善纸页对油墨渗透的效果 3 改善纸页书写性能 纸张经过表面施胶 对印刷油墨的接触角变大 纸页平滑性 增加 空隙率减少 因此提高了书写性能 4 提高纸页的物理性能 表面施胶赋予纸页 抗水性 增加了纸页纤维之间的结合力 因而提高了纸页的耐破度 抗张强度 耐折度等 物理指标 1 1 2 表面旌胶的方法 1 随着造纸和印刷技术的发展 造纸工艺设计师们在工程设计中 对纸页的表面施胶给 以了充分的重视 现将常用的表面施胶设计方法简述如下 3 1 a 施胶压榨 施胶压榨是将施胶液涂布到纸页的两面 通过压辊使施胶液浸透到纸 中 同时把多余的施胶液从表面去除的一种方法 此种方法施胶液和纸的接触时间短 吸 液量少 压辊的结构 状态 纸页进入压榨的方法 干燥条件等对施胶液的吸收量 涂 布的均匀性都有较大影响 b 预计量施胶压榨 预计量施胶压榨优于传统的施胶压榨 主要表现在 它是先将胶 涂料预计量成膜 然后再转移到纸面 纸页在施胶压榨处断头减少 有利于提高胶涂料的 固含量 减轻后干燥的负荷 且有利于提高纸机车速洲 如s y m 施胶机 它的适用范围是 胶液浓度4 1 2 速度可超过1 0 0 0 m m i n c 施胶槽施胶 此法就是使抄造的纸幅渗溃在放有施胶液的槽中的方法 本法具有 延长接触时间的优点 但除了需要涂布量大的涂布纸外 设计中一般不常用此法 d 机外施胶 机外施胶就是施胶槽和干燥器是分开的 它只用于浸渍纸和湿润包装 纸等特殊用途的纸 其过程是 在施胶槽中 使施胶液均匀地同纸幅接触 均匀地渗透 渗透均匀的纸幅再从施胶槽引出 进入干燥器进行干燥 e 喷雾施胶 喷雾施胶是在纸机流浆箱屠板和网上水线之间或湿部压榨后 进行喷 雾添加施胶剂 此种方法有单面喷涂的 也有双面喷涂的 多用于多层抄造的瓦楞纸 f 平滑压榨表面施胶 此种方法多用于淀粉液为施胶剂的表面旌胶 其淀粉可完全 浸透到纸页的内部 国外也有先把起泡的淀粉溶液添加到湿纸的面层 然后再把淀粉溶液 添加到纸层的底层 以达到完全浸透的施胶效果 g 门辊式压榨表面施胶 此法是采用成对的门辊 由上料辊转移施胶液膜层 纸页 不通过施胶液层而通过压区与上料辊上的施胶液薄层接触 再转移到纸页表面 施胶液是 通过门辊之间的压区供给的 此法的优点是纸页两面可以涂布不同种类的表面施胶剂 并 能大量地 高精度地涂布高粘度淀粉施胶液 使纸机车速有大幅度的提高 一 h 特殊表面施胶装置 有些涂布机被用作机内或机外施胶 譬如比刮刀涂布机和双 刮刀涂布机等 i 压光机表面施胶 定量高的纸板 可采用压光机表面施胶 用压光机进行表面施 胶 可利用进入压光机组的纸板含有的潜热 不需再用附加干燥 压光机施胶也可以说是 纸板制造的最后i 序 是控制纸板表面特性的最后机会 这对纸板的上蜡加工贴合印刷等 工艺过程中纸页的性能 起着重要的作用 1 1 3 表面施胶剂的特点 表面施胶剂是采用施胶辊或压光机涂布予纸张之上的 它具有以下特点 a 与内施胶剂并用 可降低施胶的综合成本 b 通过施胶辊涂液的调节 控制施胶度 c 可经过表 背两面施胶 获得高品质的纸种 如印刷纸 书写纸等 d 不受抄纸水质和水温的影响 可获得稳定的施胶度 e 通过选择表面施胶剂的种类 提高纸张的表面强度 f 减少内施胶剂的用量 降低生产成本 并减少机械沾污等障碍 g 只有单靠内施胶剂进行重施胶或高灰分纸 可通过表面施胶加以提高 h 对有些增加内施胶剂而易变劣的纸品 可用表面施胶剂来减轻这一缺陷 因为表面施胶剂具有这些优良特点 因此 纸面处理需用施胶剂 近几年施胶剂的迅 速发展是不言而喻的 1 1 4 常用的表面旌胶剂 表面施胶剂种类繁多 其中包括表面补强剂和外加旄胶剂嘲 虽然 往往是两者混合 使用 但是前者有的赋予相当程度的抗水性 相反 后者有的赋予表面强度 两者的界限 并不完全分得清 一 1 1 4 1 表面补强剂 1 a 氧化淀粉等淀粉类 天然的未改性淀粉情况 因为溶液粘度过高 所以采用降低 粘度的改性淀粉 譬如化学改性淀粉 酶改性淀粉和加热改性淀粉等 氧化淀粉分子之间 的凝聚能量小 因而 粘度低 成膜性不太好 但因渗透性好 所以渗透到纸中 具有提 高耐破度和包括内部施胶度在内的内部性质 b 聚丙烯酰胺 p a m 它比淀粉成膜性高 且膜的强度也高 通常在淀粉中配比2 0 3 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 c 聚乙烯醇 p v a 与上述两种比较 p v a 的膜强度更高 其溶解度和成膜性取决于 醋酸盐基被羟基所置换的程度 用作造纸表面施胶剂的p v a 一般为聚合度1 7 0 0 完全醇 解的牌号 聚乙烯醇可以单独使用 也可以和氧化淀粉配合使用 p v a 与氧化淀粉相比流 动性较差 与氧化淀粉配合使用 可以减少氧化淀粉像纸页内部的渗透 1 另外 p v a 还可以与戊二醛一起使用 这样不仅可以改善纸页的湿强度 对纸页的干强度 如抗张强 度 耐折度都有很大的提高 主要是通过与纤维素产生交联作用 形成纤维素一戊二醛一 聚乙烯醇一戊二醛一纤维素键进而提高纤维与纤维之间结合的强度 3 d 动物胶 这是兽骨的蛋白质 兽皮 肌键的蛋白质 成胶质 尤其用于高级纸的 表面施胶 为了调节粘度和防腐 有时添加明矾 e 其它 上述之外 还用c m c 甲基纤维素 藻阮酸盐等成膜性好 水分散性好的 物质 然而 一般来说 成膜性好的表面施胶剂价格较高 为了抑制向纸中渗透 以高粘 度溶液进行涂布 1 1 4 2 外加施胶剂 目前 在整个施胶剂中 就量而言 外加施胶剂占7 8 就金额而言 占1 5 年年递增 外加施胶剂与上述的表面补强剂混合用于表面施胶 采用外加施胶剂的理由首 先与湿部的浆内施胶剂比较 添加工艺简便 留着率为1 0 0 因此 成本带来的益处是 大的 考虑到最近的高速纸机 随着纸机速度提高 往往会产生正反两面差 但是用外加 旌胶剂可以调整 近几年来 从酸性造纸系统转向中性造纸系统是很显著的 一般认为 外加旖胶法特别适合中性造纸法 另外 采用外加施胶剂处理情况 可以减少浆内施胶剂 和明矾 因此 能够提高纸张的p h 这对中性造纸法也是合适的 再者 不仅能赋予抗 水性 而且 还可赋予适合高速胶版印刷的表面强度 作为外加旋胶剂的必要条件 对于 稀释液的热量和酸 以及机械剪切力具有稳定性 必须是不会发生起泡和胶水溢出 g u m u p 的情况捌 外加施胶荆一般包括以下种类 a 阴离予高分子 苯乙烯 顺丁烯酸系共聚物 及其烷基金属盐 铵盐 丙烯酸和 丙烯酸衍生物的共聚物的碱金属盐 b 阴离子低分子 松香或妥尔油及邻苯二甲酸的醇酸树脂皂化物 石油树脂和松香 的皂化物 c 阳离子苯乙烯系高分子 阳离子丙烯酸单体和苯乙烯的共聚物 苯乙烯系聚合物 和石油树脂蜡的混合物 d 阳离子异氰酸酯系高分子 聚异氰酸酯和双羟脂肪族化合物及含双羟的3 级氮化 合物 e 蜡乳液 它与上述的不同 不溶解于水 赋予纸张防水性和抗水性 但是这种情 况并不形成连续的膜 而是由于纤维被蜡的微小颗粒所覆盖 对水的接触角变大 f 其它 其它的物质虽没有成膜性 但是与纤维进行化学性反应 赋予防水性 譬 如硬脂酸盐化铬络合体 铬一氟化合物 乙烯酮二聚体及硅树脂等 4 1 1 5 影响表面施胶的因素 为了均匀地将施胶液涂布在纸的表面 需要很好地控制纸页本身的性质和施胶液的特 性 施胶压榨 压光机等纸机条件也会影响表面施胶 影响表面施胶的因素如下 3 2 a 纸页的性质 纸是纤维在平面上交错排列的薄页物 纸的多孔性是纸的最基本性 质之一 从不同种类纸的毛细管半径的分布来看 一般是在0 0 5 4 微米之间 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 例如 使用相同的表面施胶剂 溶 液状态的和乳液状态的其施胶效果有很大差异 b 纸页的水分 对于施胶剂的吸液量来说 有一个进入施胶压榨的纸张最佳水分值 但是 这个最佳水分值在见解上有分歧 范围很大 为4 8 经施胶压榨的纸页含水 量为3 0 3 5 在以后的干燥工序中大约需要排出2 5 的水分 因此可以说 表面施胶 工序是耗费成本的 为了均匀地施胶处理 需要自动地调整纸页进人趋胶压榨的水分 e 浆内施胶 浆内施胶对表面施胶过程中施胶液的吸液量带来很大的影响 两者的 比率因所抄造的纸张种类而不同 胶版纸情况 当将施胶液留着于纸张表面 则同时会增 加纤维之间的结合 因此 使其浸透到内部是关键 d 纸页定量 表面施胶情况 施胶液的吸液量和对纸页内部的浸透与纸页的定量无 关 1 但也有文献显示定量提高 施胶液吸收增多 1 厚纸情况 施胶与纤维的比率小 纸张强度性质提高程度降低 e 纸页密度与平滑度 密度高 则空隙率低 因此 吸液量减少 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 再者 表面施胶前的纸 尽可能要平滑而 不起毛 f 施胶液的性质 用作施胶液的溶液性质 关键是表面张力 湿润性质和粘度 另 外 与纸的接触时间 含固体物浓度也影响很大 粘度虽取决于浓度和温度 但尤其对渗 透关系很大 渗透与粘度的平方根成正比 譬如 施胶淀粉情况 当粘度发生时效变化 两侧吸液量变化时 纸张会发生卷曲 如果浓度高 表面施胶效果则提高 但是 如果过 量 旅胶压榨后水分则增加 纸张难以干燥 所以 并非理想 成膜性与分子的凝聚能量 关系很大 因此 分子结构起着很大影响 g 干燥和压光 施胶压榨的型式 运转速度也同干燥条件一样 大大影响到完成 如果干燥条件不恰当 则表面的膜会起毛或发生斑点状剥离 如果急剧干燥 则表面的膜 会出现裂纹和格子纹 如果过分压光 则表面的膜会断裂 不连续地渗入纸中 再者 表 面施胶剂有时会脱落 1 2 涂布用颜料 涂布颜料的作用是为了填充 覆盖原纸凹凸不平的表面 提高纸的白度和不透明度 改善纸面的平滑性和光泽度 使纸页具有均匀良好的油墨吸收性 最后获得良好的印刷效 果 由于印刷涂料纸是高级印刷用纸 故所用的颜料的物理和化学性能要求较高 即它的 基本性质除要符合涂布要求外 还要能够与其它颜料 胶粘剂和化学辅助剂均匀混合 制 各出符合涂布作业的涂料液在涂布机上进行涂布 再经整饰后能明显改善纸张的印刷性能 打 抽 o 1 2 1 涂布中颜料应具各的条件 a 颜料的白度高且不透明性 遮光性 要好 具有较强的覆盖遮避能力 涂布后能提 高涂布纸的白度和不透明度 b 颜料的粒子形状要符合要求 粒度要适当 不同颜料的粒子形状各不相同 它们会 使制得的涂料性质和涂布纸的表面特性各不相同 例如 似六角形片状的高岭土涂料可使 涂布纸得到白度高 平滑度和光泽度高的涂布面 六角形片状和球状颜料制得的涂料流动 性较好 而针状体颜料会使流动性不好 球形和菱柱状体相互连锁的颜料粒子易形成多孔 性的涂层 使吸油墨性能良好 一般说来 小粒度的颜料可以提高白度 改善涂层的平滑性和光泽度 但太小的粒度 也不好 它除使纸层涂料面经超压后易发黑外 还会使涂料粘度增大 流动性变差 颜料 粒度适当 胶粘剂的用量也少 c 颜料的分散性要好 即要容易分散于水中 所需的化学分散剂要少 以便能制得固 含量高 粘度低 流动性和稳定性好的颜料 d 颜料的化学稳定性和相容性好 应属非活性的 并且在涂料中和其它成分的相容性 要好 这样才能制得稳定好用的涂料液 e 颜料资源丰富 价格低廉 1 2 2 涂布用颜料 通常用在涂料的颜料主要有高岭土 其次是碳酸钙 硫酸钡 缎白 二氧化钛 氢氧 化铝 滑石粉 氧化锌 锌钡白 硫酸钙 亚硫酸钙 硅藻 等 还有合成树脂颜料 如 聚苯乙烯和尿素树腊等 和人造颜料 如硅铝酸钠 硅铝酸钙 硅酸钙和氢氧化镁等 a 碳酸钙 3 蚓 碳酸钙 化学分子式是c a c o 是常用得一种白色涂布颜料 碳酸钙产品根据加工方法 和比重的不同 分为重质碳酸钙 研磨碳酸钙 g c c 和轻质碳酸钙 沉淀碳酸钙 p c c 根据颗粒表面是否处理 分为普通碳酸钙和活性碳酸钙 轻质碳酸钙根据粒度的不同又分 为5 个等级 微粒 5 胁 微粉 1 5 p m 微细 0 1 1 p i l l 超细 2 0 l o o n m 超微 细 2 0 n m 按产品晶型不同 可分为纺锤形 立方形 连锁形 片状 菱形 玫瑰形 等 按用途不同 可分为造纸专用 汽车专用等 用于造纸涂布方面 由于纳米碳酸钙具有比表面积大 表面活性高 强度和硬度高等 6 特点 所以有助于提高涂布纸的质量 纳米碳酸钙用作涂布加工纸的原料 特别是用于高级 板纸 可代替部分陶土 有效地提高纸的白度和不透明性 改进纸的平滑度 柔软度 改善纸 张的吸收性能 提高保留率 纳米碳酸钙的工业化生产工艺主要有 间歇鼓泡碳化法 连续喷雾碳化法 超重力反 应结晶法 b 二氧化硅 蚓 二氧化硅是各行各业广泛应用的硅化合物 纳米二氧化硅能够赋予纸页优良的平滑 度 油墨吸收性和色密度 在吸墨涂层中应用的二氧化硅 主要有四类哺1 a 烟法二氧化硅 一般是用气相法制备的 高温下形成的二氧化硅以细小的微粒分 散在空气中 里烟状 再冷却收集而成的 含水极少 质量较纯 平均原生粒径约为7 4 0 r m 比表面积5 0 3 8 0 v g 譬如 四卤化硅气相水解法 硅蒸发氧化法 硅酸酯高温 氧化水解法 b 沉淀二氧化硅 一般在水介质中用盐类或其它凝聚剂沉淀而成 c 胶体二氧化硅 属无定型二氧化硅微粒在水中的分散液 一般含二氧化硅1 5 5 0 微粒直径3 3 0 0 纳米 由少量阴离子稳定剂使胶体保持稳定 d 硅胶 5 0 3 0 0 纳米的二氧化硅微粒聚结成立体状的网络结构 内含大量的水 把这些内部的水蒸发后 由于表面张力的影响 体积大大缩小 形成所谓的干凝胶 若以 乙醇置换这些水 并在压力下加热至液体的临界温度以上 则由于液体蒸汽界面的消失 即形成体积庞大而蓬松的二氧化硅气凝胶 气凝胶不同于气溶胶 后者为极细小的固体或 液体微粒分散在空气中的胶体体系 c 瓷士 瓷土是制备涂料最常用的白色颜料 它是一种无色的含水硅酸铝 又名高岭土 它的 化学组成为a 1 s i0 3 2 s i o 2 h 0 因产地不同 其组成和性质也不同 由于瓷土化学性质 稳定 价格低廉 因此被广泛应用 瓷土表面存在着游离的酸根和盐基 具有电化学性质 因此可吸附水分子而形成水化 膜 这使瓷土在水中容易分散 并改善涂料的流动性和保水能力 涂料用瓷土有特殊的要 求 白度高 光泽度高 易分散 粘度低 p h 适当 粒径分布适宜 粒径是评价瓷土的 重要指标 通常小于2 胁粒径所占百分比来评价 瓷土的粒径大小 形态及分布影响瓷土 的许多物理性质 如光学性质 流变性 平滑度等 这对于涂布加工纸是很重要的 一般 6 0 0 氧化淀粉 8 21 0 04 2 08 9 02 5 0 施胶量为1 0 9 m 4 单面表面施胶 从表2 2 可以看出 聚乙烯醇和氧化淀粉所做样品的不透明度相差不大 氧化淀粉所 做样品的光泽度较聚乙烯醇的要大 但其它各项性能均不如聚乙烯醇 2 2 2 3 氧化淀粉和聚乙烯醇的配比 考虑到氧化淀粉和聚乙烯醇都有很好的成膜性 虽然聚乙烯醇所制样品大部分性能都 优于氧化淀粉 但氧化淀粉却有价格上的优势 所以考虑将两种表面施胶剂配比使用 在 配比使用中又发现 各种配比都有一个最低可以全部转移的施胶量 也就是说低于这个施 胶量 胶膜会残留一部分在板子上 而不能全部转移 实验结果见图2 1 1 4 02 04 06 08 01 0 0 p v a 的用量 图2 i 不同p v a 用量所对应的可转移的最低施胶量 从图2 i 可以看出随着p v a 用量的增加 胶膜可以在更低的定量下全部均匀的转移 从而在原纸上形成均一的涂层 在p v a 用量为7 0 之前 可以转移的施胶量基本呈直线 下降趋势 在这之后趋于平坦 本实验一个重要的思路就是 要在尽可能低的施胶量下获 得好的表面性能 另外考虑到干燥的负荷问题 在今后的实验中选择p v a 用量为7 0 的 配方 此时可以全部转移的施胶量为3 9 m 左右 p v a 用量为占整个胶粘剂的比例 2 2 3 其它一些条件的确定 2 2 3 1p v a 与氧化淀粉不同配比所对应的最低成膜粘度 由于本课题所研究的表面施胶方式与传统的表面施胶方式存在很大的不同 要想本实 验可行 那就首先需要胶液能够在板材上很好的成膜 考虑到施胶剂一定的条件下 胶液 成膜性与胶液的粘度和施胶量 涂层厚度 有关 那就有必要进行相关方面的研究 在实 验中发现 施胶量的作用要比起粘度要小的多 所以就只考虑与胶液粘度的关系 实验结 果见图2 2 4 05 06 07 08 09 01 0 0 p v a 的用量 图2 2 不同p v a 用量所对应的最低成膜粘度 1 5 2 0 8 6 4 2 0 一l 一捌娶堰谗辛 ta日 舳 蚰加 o s 山 趟撂肇堪昱銎键 日餐甾 从图2 2 可以看出 随着p v a 用量的增加 实验所要求的胶液粘度也在下降 值得 说明的是单独使用氧化淀粉时 所要求的粘度为8 2 5 0m p a s 比添加一定的p v a 后的粘 度大出很多 这样的粘度在实际使用中也缺乏可行性 p v a 用量为7 0 时在特富龙板上可 以成膜对应的浓度为1 0 另外在实验中发现 离型纸对粘度的要求要高一些 这是因 为对于表面张力不同的材料来说 可以成膜的最低粘度是不一样的 离型纸和特富龙板表 面物质不一样 表面张力存在差异 所以可以成膜的最低粘度也就不同 粘度测定是在 3 0 下测得的 因为实验室涂布操作温度为3 0 2 2 3 2p v a 与氧化淀粉不同配比所对应的可以复合的最高胶层干度 在本实验中 先将胶液刮涂到特富龙板上 然后进行干燥 这时就牵涉到一个问题 在胶层干度达到一定程度下 纸就不能和胶层均匀的复合了 原因是当胶层达到某个干度 后 胶层流动性变差 粘性降低 与纸复合困难 那就会直接影响成品的性能 实验结果 见图2 3 隶 世 牛 噬 馨 p v a 的用量 图2 3 不同p v a 用量所对应的最高复合干度 从图2 3 可以看出 随着p v a 用量的增加 胶层可以复纸的最高干度逐渐减小 减 小趋势趋向平缓 在p v a 用量为7 0 时 胶层可以复纸的最高干度为3 4 2 2 3 3 施胶液浓度与施胶量的关系 施胶量与施胶液浓度及刮涂时的压力有关 因为在实验室条件下 用的是手工刮涂 而利用刮涂时压力的变化来控制施胶量存在困难 所以实验时基本保持压力不变 利用施 胶液浓度的变化来改变施胶量的大小 实验结果见图2 4 1 6 051 01 52 02 53 03 5 施胶液浓度 图2 4 不同施胶液浓度所对应的施胶量 从图2 4 可以看出 在一定的压力条件下 随着施胶液浓度的提高 旌胶量逐渐增大 当然压力的改变也会影响施胶量的多少 上面的数值 是实验室条件下 手工刮涂时 所 能达到的最低簏胶量 施胶液浓度为1 5 时 施胶量最低可达3 9 m 2 2 瞻 2 3 本章结论 1 从施胶液在各个板材上的成型 剥离效果及所制样品的性能来看 特富龙板比其 它的板材更适合于本实验方法 2 从羧甲基纤维素 原淀粉 阳离子淀粉 氧化淀粉 聚乙烯醇的成膜效果来看 氧化淀粉 聚乙烯醇比较适合本实验方法 3 考虑到成本及氧化淀粉 聚乙烯醇各自的特点 可以将这两种表面施胶剂配合使 用 4 施胶液是否可以在特富龙板上成膜与施胶液的粘度和施胶量有关 对于具体的某 种施胶剂 这种关系是确定的 在施胶量增大时 施胶液粘度可以相对变小 但 影响不是很大 5 p v a 在胶液中所占比例不同 复纸时胶膜的最高干度也不一样 在p v a 与氧化淀 粉比例为7 3 时 可以复合的胶膜最高干度为3 4 左右 6 在本实验中 施胶量与施胶液固含量和旄胶时的压力有关 在实验室条件下 通 过改变施胶液浓度的大小来改变施胶量更合适 4 2 0 8 6 4 2 0 一i 麓一哪釜援 第三章铸涂式薄膜转移表面施胶实验参数的选择 在上一章的基础上 即实验板材及施胶剂都已确定的情况下 在本章将就一些具体 的实验参数进行探讨 3 1 实验部分 3 1 1 主要原料及主要实验仪器 3 1 1 1 主要原料及化学试剂 1 双胶纸原纸 7 0g m 2 特富龙板 3 聚乙烯醇 4 木薯氧化淀粉 5 k n 油墨 3 1 1 2 主要仪器 仪器名称 1 光泽度仪 2 平滑度仪 3 自度仪 4 抗张强度仪 5 压光机 6 i g t 表面强度仪 7 烘箱 3 1 2 实验方法 镇江金河纸业提供 无锡大塘复合材料有限公司提供 国药集团化学试剂有限公司 1 7 5 0 5 0 常熟芬欧汇川纸业提供 中粘度 型号 g m z w m 卜1 0 y q z 一2 5 w z l 一3 0 0 n e g 3 0 0 a j c 2 5 d g g 9 0 7 0 a 3 1 2 1 胶层复纸前干度的计算 将胶液涂于特富龙板上 干燥一段时间 此时复纸 复纸前胶膜的干度 m 竺二 二盟 b c 其中 m 一复纸前胶层干燥一定时间后的干度 口一复纸后纸页绝干重 g b 一复纸后纸页的湿重 g c 一原纸的重量 g i o 一原纸的水分 3 1 2 2 胶层复纸后干燥一段时间后干度的计算 胶层复纸后 干燥一段时间后将纸与特富龙板分离 此时胶层的干度 假设原纸在干 燥过程中水分不变 y 一2 其中 n 一复纸后干燥一定时间后的胶层干度 x 一复纸后纸页绝干重 g r 复纸后纸页的湿重 g z 一原纸的重量 g k 一原纸的水分 3 2 实验结果与讨论 3 2 1 表面施胶量对样品各项物理性能的影响 3 2 1 1 表面施胶量对样品光泽度 平滑度的影响 x 型 蜒 米 表面施胶量 g r e 圈3 1 表面施胶量对样品光泽度的影响 前 憾 瘿 牛 2 0123456789 表面施胶量 g m t 图3 2 表面施胶量对样品平滑度的影响 从图3 1 图3 2 可以看出 随着表面籀胶量的增大 样品的光泽度先增大 然后减 小并趋于平缓 最后又有所回升 但提高幅度不大 平滑度则随着表面施胶量的增大而增 大 由于表面施胶量的增大 纸表面的凹凸不平逐渐被覆盖 这样样品平滑度就会获得提 高 光泽度在表面施胶量为l g m 左右前 有个突变的过程 增加很大 这是因为在施胶 量很低时 涂层和纸某些地方结合不好 从而导致样品表面有很多亮点 这些亮点有很高 的光泽度 这将在第五章讨论 因此光泽度增加很快 在这之后随着表面施胶量的增大 胶层与纸结合越来越好 亮点逐渐减少 因而光泽度会有所下降 当表面施胶量超过5 9 1 9 啪伽渤枷娜瑚m m m i 左右后 光泽度不再下降 并有上升的趋势 这是因为在这点以后样品表面已基本无亮 点存在 又光泽度和平滑度有正数对应关系 平滑度增大光泽度也会有所提高 但到达一 定程度后平滑度对光泽度影响就不明显了 所以光泽度有一定程度的提高锄1 3 2 1 2 表面旖胶量对样品不透明度的影响 1 0 0 0 9 0 0 美8 0 0 嘲 7 0 0 6 0 0 0l234567 89 表面施胶量 g l 图3 3 表面施胶量对样品不透明度的影响 从图3 3 可以看出 表面施胶后的不透明度较原纸稍有下降 随着表面施胶量的增加 不透明度几乎不变 并会有稍许的提高 先下降是因为胶液对纸页的渗透 减少了纤维与 空气的接触面积 增加了纤维间的光学接触面积 降低了分散光线 由于本实验胶液对原 纸渗透很少 所以不透明度下降并不大 1 后面又有所增大 可能是因为薄膜厚度的增加 对光线的反射及散射产生了一定的影响 不过氧化淀粉和聚乙烯醇对光线基本没抵制能 力 所以不透明度变化不大 由于对纸页不透明度影响不大 所以在后面的实验中不作特 别说明 对不透明度不作讨论 3 2 1 3 表面施胶量对样品裂断长 表面强度的影响 t7 0 4 喜 篡 誊们 蒜t2 0 t 1 0 也 0l234 5678 9 施胶最 g 时 图3 4 表面施胶量对样品裂断长的影响 施胶量 g i n 图3 5 表面施胶量对样品表面强度的影响 从图3 4 可以看出 随着表面施胶量的增加 样品的裂断长开始增大幅度较大 后 2 0 面就较平缓 由此结果可知 与原纸相比 抗张强度的增加主要是由于胶液对纸页的渗透 增加了纤维之间的结合强度 薄膜本身的强度对纸页裂断长也有所帮助 但增大幅度相对 较小 从图3 5 可以看出 随着施胶量的增大 样品表面强度基本呈上升趋势 对涂布纸 来说 表面强度主要受到涂层的强度及涂层和纸页的结合强度这两个因素的影响 从图 2 1 可知 在p v a 氧化淀粉为7 3 时 最低可全部转移的施胶量为3 9 开 所以在这之 前根本就不能全部转移 样品表面亮点较多 而这些点即是和原纸结合不好的点 因此表 面强度较差 有时甚至出现低于原纸的表面强度的情况 在施胶量为3 9 r e 后 表面强度 呈上升趋势 因为表面施胶量增大 胶层和纸的结合增强 涂层本身的强度也随之增大 因此表面强度会呈上升趋势 从这两个图我们可以看出 纸页表面强度和裂断长基本呈正数对应关系 我们也不 难理解 因为表面强度 裂断长都和胶液渗透和胶膜本身强度有关 3 2 1 4 表面施胶量对油墨吸收性的影响 图3 6 表面施胶量对样品油墨吸收性的影响 从图3 6 可以看出 较原纸相比 施胶后纸页油墨吸收性下降很大 油墨吸收性值都 在1 0 以下 根本不能满足当前印刷的要求 原纸经施胶后 原纸表面被一层致密的薄 膜所覆盖 孔隙率很低 油墨根本无法渗透 因此油墨吸收性很低 在第四章将对油墨吸 收性的改善进行试验研究 从3 2 i 得出的结论 我们在今后的实验中表面施胶量定为5 9 r e 左右 因为此施胶 量可以与纸有很好的结合 而且各项物理性能都较好 而施胶量在5 9 r e 左右时对应的胶 液浓度为1 5 左右 所以以后不作特殊说明 胶液浓度均为1 5 在p v a 氧化淀粉为7 3 施胶量为5 9 r e 时 纸页光泽度为7 8 平滑度为2 4 4 s 不透明度为8 8 8 裂断长 为4 4 6 k m 表面强度为4 3 6 m s 3 2 2 胶层干度对样品各项物理性能的影响 胶层干度包括胶层复纸前干度和复纸后纸页与特富龙板分离时的胶层干度两个部分 实验操作条件 乱室温下手工进行涂布操作 胶液 特富龙板均为室温 b 1 0 5 烘箱中干 燥 由于操作条件和实际生产中相差太远 所以复纸前胶层干燥时间和胶层复纸后于燥时 间均不能代表实际生产的操作时间 但这些时间所对应的胶层干度对实际生产却有一定的 指导意义 3 2 2 1 复纸前胶层干度对样品各项物理性能的影响 3 2 2 i 1 复纸前胶层干燥时间与胶层千度的关系 从图2 3 可以看出 在所用的配比条件下 薄膜干度在3 4 之后就不能和纸很好的复 合 那么我们就想知道在这干度之前的某个干度与纸复合 所做样品能有最好的物理性能 当然我们希望是干度越高越好 因为与纸复合前干度越大 则水分蒸发越容易 后续干燥 负荷也就越小 那我们先看看胶层干燥时间与干度的关系 实验结果见图3 7 胶层复纸前干燥时间 s 图3 7 胶层千燥时间与千度的关系 从图3 7 可以看出 随着干燥时间的延长 胶层干度逐渐提高 0 2 0 s 之间干度提 高速度小于2 0 4 0 s 之间的速度 这是因为胶层置于烘箱中干燥时先有个升温的过程 但 总体上呈上升趋势 在干燥时间为2 0 s 时 此时对应的胶层干度为2 4 左右 3 2 2 1 2 复纸前胶层干度对样品光泽度 平滑度的影响 1 52 02 53 03 5 胶层干度 图3 8 胶层干度对光泽度的影响 名 趟 察 谱 1 52 02 53 03 s 胶层干度 图3 9 胶层干度对平滑度的影响 从图3 8 可以看出 光泽度开始有所增大 但幅度很小 后来有个突然增大的过程 大概增大了6 个百分点 此时的胶层干度为3 2 左右 由2 2 2 3 知 在干度为3 4 左 右时原纸和胶层复合不好 从这可知此时胶层和原纸复合不好导致亮点增多是光泽度增大 的原因 从图3 9 可以看出 平滑度呈上升的趋势 原因是胶层干度增大 胶液对原纸内 部的渗透减少 纸表面的胶层就越厚 对纸的覆盖越好 所以平滑度增大 又平滑度和光 泽度虽有正数对应关系 但平滑度增大到一定程度后 对光泽度影响就会很小所以光泽度 变化不大 在胶层干度为2 4 左右时 光泽度为7 8 左右 平滑度3 0 0 s 左右 3 2 2 1 3 复纸前胶层干度对样品裂断长 表面强度的影响 占 毯 醴 隐 群 图3 1