彩色激光打印紙的剖析與研制

平 清 偉， 李 海 洋， 黃 寶 鋒， 朝 苗 益 實(shí)

( 1.大連工業(yè)大學(xué) 遼寧省制漿造紙重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 遼寧 大連 116034;2.日本沖電氣工業(yè)株式會(huì)社 日本媒體實(shí)驗(yàn)室， 高崎 370-8585 )

0 引 言

激光打印紙是用于激光打印機(jī)的紙張，有出色的打印質(zhì)量，其性能高于普通復(fù)印紙，是辦公用紙最大的一部分。彩色激光打印機(jī)是低成本、高效率的優(yōu)質(zhì)彩色打印輸出設(shè)備。近年來(lái)，彩色激光打印機(jī)的市場(chǎng)需求呈現(xiàn)爆發(fā)性的增長(zhǎng)，也促使彩色激光打印紙的市場(chǎng)需求量不斷加大。目前，這種紙張的生產(chǎn)技術(shù)主要掌握在日本、美國(guó)等國(guó)家，且均用化學(xué)木漿制造，成本較高。本文對(duì)彩色激光打印紙進(jìn)行成分剖析，確定其制漿、抄紙工藝，并用針葉木漿、葦漿、紅麻全稈配比抄造出新型激光彩色打印原紙，可以降低打印機(jī)用紙成本，節(jié)約木材用量。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 原料及儀器

主要原料及藥品：彩色激光打印紙樣紙；氨水、草酸銨、鹽酸、濃硫酸、四氯化碳、乙醇為分析純?cè)噭?；沉淀碳酸鈣、陽(yáng)離子淀粉、AKD、PAE為市售工業(yè)級(jí)產(chǎn)品。

主要實(shí)驗(yàn)儀器：電子顯微鏡，XSP-11CE/XSP-11CZ，上海長(zhǎng)方光學(xué)儀器有限公司；紅外光譜分析儀，GC-9A型，日本島津制作所。

1.2 方 法

1.2.1 樣紙剖析

格拉夫C染色劑染色：分離的樣紙，格拉夫C染色劑染色后，在電子顯微鏡下觀察漿料色澤、纖維形態(tài)、測(cè)量纖維長(zhǎng)和寬度。

樣紙所含有機(jī)物添加劑分析：用有機(jī)溶劑抽提樣紙，然后對(duì)抽提物做紅外光譜分析，通過(guò)所得的特征峰推斷可能含有的基團(tuán)，從而推測(cè)紙中所含的有機(jī)物[1]。

樣紙所含無(wú)機(jī)物添加劑分析：按GB/T 2679.12—1993所規(guī)定的方法灼燒樣紙，對(duì)所得灰分進(jìn)行化學(xué)分析(如圖1)[2]和儀器分析(紅外光譜)，綜合對(duì)照，推斷出紙中所含的無(wú)機(jī)物。

圖1 灰分化學(xué)分析流程Fig.1 Chemical methods process

1.2.2 打印紙?jiān)囍?/p>

針葉木商品化學(xué)木漿、燒堿法葦漿、紅麻全稈硫酸鹽漿按一定比例并添加相應(yīng)造紙化學(xué)品配抄，并對(duì)比試制紙張與樣紙的主要性能指標(biāo)。

2 結(jié)果與討論

2.1 樣紙的纖維原料及制漿方法

2.1.1 制漿方法

格拉夫C染色劑染色樣紙纖維，呈色反應(yīng)為：深藍(lán)色到藍(lán)紫色。由此可判斷制漿方法為硫酸鹽法或燒堿法[3]，由此可初步判定樣紙所用漿料為漂白堿法漿。

2.1.2 纖維原料

(1)纖維長(zhǎng)度

數(shù)碼電子顯微鏡測(cè)量樣紙所用原料纖維的平均長(zhǎng)度是0.899 mm，平均寬度為16.5 μm。

(2)纖維形態(tài)

電子顯微鏡觀察到的纖維形態(tài)如圖2、3所示。從圖2、3 所示纖維形態(tài)可以看出，纖維尖削，相對(duì)短小，可能是禾草或闊葉木纖維。結(jié)合所測(cè)得的纖維長(zhǎng)度、寬度可以斷定樣紙是用同種纖維抄造的。進(jìn)一步觀察，發(fā)現(xiàn)漿中雜細(xì)胞含量較少，并且纖維細(xì)胞壁上布有單紋孔，由此可判定所用原料不是禾草，經(jīng)過(guò)與《中國(guó)造紙?jiān)侠w維特性及纖維圖譜》中的相關(guān)圖譜[4]對(duì)照，纖維形態(tài)和紋孔特征與楊木纖維一致。由此可斷定樣紙所用纖維為楊木纖維。參照“2.1.1”的分析結(jié)果，加之國(guó)外木漿均采用硫酸鹽法蒸煮，所以可以斷定樣紙是用楊木漂白硫酸鹽漿抄造的。

圖2 纖維形態(tài)圖(放大100倍)Fig.2 Fibre morphology (magnify 100 times)

圖3 纖維形態(tài)圖(放大400倍)Fig.3 Fibre morphology (magnify 400 times)

2.2 樣紙有機(jī)添加物分析

2.2.1 化學(xué)法分析

取約60 cm2樣紙，撕碎，用100 mL蒸餾水煮沸20 min后過(guò)濾，取出幾滴濾液加入幾滴0.01 mol/L碘溶液混合，立即顯藍(lán)色，說(shuō)明有淀粉存在。將濾液中加入2 mL濃鹽酸以破壞淀粉的干擾，再煮沸15 min。取幾滴水解液加入幾滴碘溶液，出現(xiàn)黃色說(shuō)明淀粉完全水解，放置一段時(shí)間后不顯藍(lán)色后，蒸濃至約25 mL，冷卻。取5 mL溶液于試管中，加入一滴碘溶液和一滴濃鹽酸放置20 min后，不顯藍(lán)色，再加入幾顆硼酸晶體，觀察仍然不顯藍(lán)色。

通過(guò)上面的分析，可斷定樣紙中含有淀粉，但不含PVA[5]。

2.2.2 紅外光譜法分析

稱取5 g樣紙，用四氯化碳溶液抽提10 h，然后將抽提液用紅外光譜儀進(jìn)行掃描，得到圖4，并與AKD和PAE的紅外光譜圖作比較，詳見圖5、6。

對(duì)照比較，抽出物在1463 和618 cm-1處的吸收峰是紙漿中PAE的特征吸收峰(與PAE標(biāo)準(zhǔn)圖譜比較吸收峰位置有偏移)。AKD與紙漿中纖維素上的羥基發(fā)生反應(yīng)，四元內(nèi)酯環(huán)打開，產(chǎn)生β-二酮結(jié)構(gòu)，而β-二酮結(jié)構(gòu)除在1 720～1 750 cm-1附近有特征峰外，還會(huì)在1 610 cm-1附近有一個(gè)伴生峰[6]，這些特征峰都體現(xiàn)在圖4中。由此可確定樣紙中添加了PAE和AKD。

圖4 樣紙四氯化碳抽出物紅外光譜圖Fig.4 IR spectrogram of CCl4 extraction of pattern paper

圖5 AKD紅外光譜圖Fig.5 IR spectrogram of AKD

圖6 PAE紅外光譜圖Fig.6 IR spectrogram of PAE

2.3 樣紙灰分分析

2.3.1 化學(xué)法分析

按圖1的方法分析灰分，經(jīng)稀鹽酸處理后全部溶解，有氣體產(chǎn)生，說(shuō)明灰分全部為酸溶灰分。濾液中加草酸銨，煮沸有白色沉淀，說(shuō)明含有鈣基，而其他步驟中現(xiàn)象不明顯，由此可推斷灰分中含有碳酸鈣。

2.3.2 紅外光譜法分析

碳酸鈣的標(biāo)準(zhǔn)紅外光譜譜圖見圖7，樣紙灰分的紅外光譜譜圖見圖8。

圖7 CaCO3紅外光譜圖Fig.7 IR spectrogram of CaCO3

圖8 樣紙灰分紅外光譜圖Fig.8 IR spectrogram of the ash

從圖7中可以看出，碳酸鈣有3個(gè)特征吸收峰，分別出現(xiàn)在1 422(強(qiáng)而寬)、875(弱而尖)和712(弱而尖)cm-1[7]處。圖8樣紙灰分紅外譜圖在1 451(強(qiáng)而寬)、873(弱而尖)和712(弱而尖)cm-1處也出現(xiàn)特征吸峰，對(duì)比圖7、8，兩者特征峰出現(xiàn)的位置與強(qiáng)度基本吻合，少許偏移是灰分中含有其他雜質(zhì)造成的。由此可斷定樣紙中添加的填料是碳酸鈣。

2.4 彩色激光打印紙的研制

2.4.1 漿料配比

以漂白硫酸鹽針葉木漿、漂白燒堿葦漿和漂白硫酸鹽紅麻全稈漿的打漿度、配比為變化因素做正交試驗(yàn)，確定最佳條件為：m[針葉木漿(21°SR)]∶m[葦漿(35°SR)]∶m[紅麻全稈(65°SR)]=20∶50∶30。

2.4.2 紙內(nèi)添加物

以CaCO3用量、淀粉用量、AKD用量、PAE用量為變化因素做正交試驗(yàn)，確定紙內(nèi)添加物最佳條件為：CaCO3用量14%、淀粉用量1%、AKD用量0.5%、PAE用量0.8%。

2.4.3 與樣紙作比較

按“2.4.2”最佳條件抄紙并與樣紙作比較，見表1。

表1 研制紙與樣紙性能比較Tab.1 The performance comparison between trial-manufacter paper and the pattern paper

由表1可見，以草漿為主研制的紙張，除裂斷長(zhǎng)偏低外，其他指標(biāo)已接近或達(dá)到樣紙要求。

3 結(jié) 論

(1)樣紙采用楊木漂白硫酸鹽漿抄造。

(2)樣紙采用碳酸鈣做填料。

(3)樣紙采用淀粉類增強(qiáng)劑、AKD中性施膠劑，并用PAE做AKD的增效劑。

(4)用m[漂白硫酸鹽針葉木漿(21°SR)] ∶m[漂白燒堿葦漿(35°SR)] ∶m[漂白硫酸鹽紅麻全稈漿(65°SR)]=20∶50∶30的配比配抄，并添加14% CaCO3做填料、1% 陽(yáng)離子淀粉作增強(qiáng)劑、0.5% AKD作施膠劑、0.8% 的PAE，所試制出的彩色激光打印紙，除裂斷長(zhǎng)偏低外，其他指標(biāo)已接近或達(dá)到樣紙要求。

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