聚丙烯酸酯在紙張涂布中的應(yīng)用

吳文慧 史長(zhǎng)偉

（1．江西省造紙協(xié)會(huì)，江西 南昌 330029；2．齊齊哈爾大學(xué)，黑龍江 齊齊哈爾 161006）

聚丙烯酸酯在紙張涂布中的應(yīng)用

吳文慧11史長(zhǎng)偉2

（1．江西省造紙協(xié)會(huì)，江西 南昌 330029；2．齊齊哈爾大學(xué)，黑龍江 齊齊哈爾 161006）

紙張涂布是通過涂布顏料粒子填充、覆蓋原紙凹凸不平的表面，提高紙的白度和不透明度，改善紙面的平滑性和光澤度，使紙頁表面具有均勻良好的油墨吸收性，從而獲得較好的適印性，得到良好的印刷效果。通過理論和試驗(yàn)分析手段，對(duì)比了聚丙烯酸酯和干酪素在涂布過程中對(duì)涂布加工紙適印性的影響，定量研究了聚丙烯酸酯涂料的性能指標(biāo)，并對(duì)其試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了理論探討和分析。

聚丙烯酸酯 干酪素 固含量 涂布 拉毛強(qiáng)度

0 前 言

紙張通過適當(dāng)?shù)募庸た梢愿纳萍堩摰馁|(zhì)量，提高適印性及耐水、耐磨等保護(hù)性能，并改善紙頁的外觀。所以一般用途的印刷紙乃至包裝紙，也可以利用加工來提高其品級(jí)。當(dāng)今的世界市場(chǎng)，70%以上的印刷紙都是涂布加工的。我國市場(chǎng)上需要的包裝用白紙板，有60%以上是涂布白紙板?？梢?，除了普通的包裝紙板和新聞紙外，涂布加工紙?jiān)诹可暇驼加袃?yōu)勢(shì)。

顏料涂布紙是涂布加工紙類中最大、最重要的一類紙張，主要用作印刷及需要經(jīng)過印刷加工的包裝用紙和紙板等。這類涂布紙是以高嶺土、碳酸鈣、硫酸鋇和二氧化鈦等白色顏料為主體，加上各種膠粘劑以及根據(jù)需要配入各種化學(xué)助劑而調(diào)制成的涂料，按一定量均勻地涂布覆蓋在紙或紙板表面上，再經(jīng)整飾加工而成的。

顏料涂布紙是由原紙及覆蓋在原紙表面（單面或雙面）的涂料層所組成。在紙面的涂料層中，顏料是主要的成分，其次是膠粘劑和各種化學(xué)助劑。纖維交織和顏料排布所形成的空隙，部分被膠粘劑填充，而大部分為空氣所占據(jù)，因此顏料涂布紙是纖維-顏料-膠粘劑-空氣的復(fù)合體。顏料覆蓋紙面，填平由于纖維交織而在紙面形成的凹凸。為了使顏料粒子能相互連接，并與原紙的纖維粘結(jié)在一起而采用膠粘劑；而眾多的化學(xué)助劑各有各的作用，有的是為了改善涂層的性質(zhì)，有的則是為了改善涂布加工過程的作業(yè)性。

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和人們生活水平的提高，涂布紙的用量不斷提高，涂布紙的應(yīng)用范圍及用途越來越廣泛，如包裝、掛歷、精美印刷品、商標(biāo)、禮品等。這主要是由于涂布紙有著其他紙品無可比擬的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)。涂布紙的性能主要取決于涂料，涂料的主要成分是顏料和膠粘劑，由于對(duì)涂布性質(zhì)的要求及涂布設(shè)備的不同，其配用比例也各不相同。這兩種成分的比例，一般顏料占75%～90%，膠粘劑占10%～25%．膠粘劑一般分兩大類：一類是天然產(chǎn)物，例如變性淀粉、干酪素、豆酪素、動(dòng)物膠等。在天然的膠粘劑當(dāng)中應(yīng)用最多的是變性淀粉，具有質(zhì)量穩(wěn)定和價(jià)格便宜等特點(diǎn)。另一類是合成膠料，常用的有丁苯膠乳、羧基丁苯膠乳、聚乙烯醇、聚丙烯酸酯等。膠粘劑的性質(zhì)應(yīng)對(duì)顏料的黏結(jié)能力要強(qiáng)，否則造成白度、不透明度的降低，其次與顏料的適印性要好，并且要保證涂層具有適當(dāng)?shù)奈?，適當(dāng)?shù)乃苄?，以提高壓光效果。近l0年來合成膠乳得到了迅速發(fā)展，產(chǎn)量逐年增加，在造紙工業(yè)中已經(jīng)引起了人們的關(guān)注，并且已獲得相當(dāng)規(guī)模的應(yīng)用。

1 膠黏劑的選擇

1.1 聚丙烯酸酯

聚丙烯酸酯膠乳和丁苯膠乳、聚酯酸乙烯在外觀和膠乳性質(zhì)上基本相似，具有很好的剪切穩(wěn)定性、黏度低、膜耐折、柔韌等。其印刷性幾乎不受涂布量的影響，并在每一涂布下都顯示優(yōu)越的適印性，即提高涂布紙的表面平滑度，也改善了涂布紙的可壓縮性，使用聚丙烯酸酯膠乳可提高印刷質(zhì)量、油墨吸收性，增加印刷光澤度。聚丙烯酸酯易溶于丙酮 、乙酸乙酯、二氯乙烷等溶劑，不易溶于水。由于高分子鏈的柔順性，其玻璃化溫度較低 ，并隨R的含碳量而異。此類高分子能形成光澤好的耐水薄膜，粘合牢固，不易剝落，在室溫下柔韌而有彈性。

1.2 干酪素

干酪素具有黏結(jié)力強(qiáng)，成膜性好，抗水性好，膠液流動(dòng)度適中，色淺不影響涂料色澤以及可作為多種不穩(wěn)定顏料的穩(wěn)定劑等優(yōu)良特性而成為理想的膠粘劑。用干酪素制備膠液涂料涂布后紙張適印性強(qiáng)。它的缺點(diǎn)是有氣味，易生泡沫影響涂層平滑度，也較易腐敗而使黏度降低并削弱黏結(jié)力。

1.3 涂布漿料的特殊性

（1）固含量。涂料的固體物含量是以質(zhì)量分?jǐn)?shù)來表示的涂料漿料的質(zhì)量性能指標(biāo)，或稱為涂料的總固體物含量、含固量或固體量，他直接關(guān)系到可用膠料的黏度、涂布的流動(dòng)性、結(jié)合力和涂布量。含固量可用公式表示：

（2）拉毛強(qiáng)度。拉毛強(qiáng)度，就是印刷表面強(qiáng)度。紙張?jiān)谟∷⑦^程受到油墨黏度、印刷壓力和印刷速度等條件的影響，使油墨層在印版與紙面間分離時(shí)，產(chǎn)生一種力叫剝離力。該剝離力與印刷速度和油墨黏度成正比，而與紙面的粗糙度和油墨膜的厚度成反比。當(dāng)顏料涂布紙的涂層強(qiáng)度低，即涂層顏料粒子間的結(jié)合強(qiáng)度和涂層與紙面間的結(jié)合強(qiáng)度低，在上述剝離力的作用下，使顏料和細(xì)小纖維被從紙面上拉起的現(xiàn)象，其表現(xiàn)為印刷品上留下無數(shù)的斑點(diǎn)。當(dāng)印刷繼續(xù)進(jìn)行時(shí)，印版會(huì)逐漸被涂料粒子和細(xì)小纖維堵塞而無法正常印刷。

2 試驗(yàn)部分

2.1 化學(xué)藥品與用量及儀器

（1）化學(xué)藥品與用量，見表1。

表1 化學(xué)藥品與用量

（2）儀器。水浴；攪拌儀；電子天平；

YZ-2300涂布機(jī)：瑞士生產(chǎn)；印刷適應(yīng)性測(cè)定儀：J-IGT350，測(cè)量范圍(20～350) cm/s，四川長(zhǎng)江造紙儀器有限公司。

2.2 試驗(yàn)步驟

（1）干酪素膠液的制備。先用10mL冷水泡浸20～25min，開動(dòng)攪拌器讓干酪素浸軟，顆粒潤(rùn)脹；溫?zé)崞?，干酪素要充分?jǐn)嚢璺稚?；?8℃左右加入所需NaOH溶液（此溶液為NaOH固體和10mL水配置而成）；在56～60℃（溫度不要超過70℃）下保溫10～15min。待溶液里無顆粒存在，停止攪拌，過濾，即可使用。pH 8．0～9．0

（2）涂料的制備。把制備好的干酪素膠液和各種聚丙烯酸酯試樣放在40℃左右水浴中溫?zé)?min左右，開動(dòng)攪拌器攪拌，加入對(duì)應(yīng)的碳酸鈣，充分?jǐn)嚢?0 min左右即可。

（3）涂布。把剛制備好的涂料立即對(duì)B5復(fù)印紙進(jìn)行涂布，涂完后在陰涼處晾干。

（4）紙張表面性能的測(cè)定（拉毛強(qiáng)度的測(cè)定）。把干燥好的涂布紙頁裁切成寬為25 mm的長(zhǎng)條，在中性拉毛油（個(gè)別試樣使用低黏度拉毛油）、彈簧擺、壓力686 N、B檔（個(gè)別試樣使用M檔）位對(duì)各樣品進(jìn)行拉毛強(qiáng)度測(cè)試，測(cè)試方法按國家標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行。

2.3 試驗(yàn)結(jié)果及討論

試驗(yàn)干酪素和不同固含量聚丙烯酸酯涂布紙的拉毛速度的結(jié)果，見表2。

表2 不同膠粘劑涂布紙拉毛速度

通過測(cè)量涂布紙頁的拉毛速度來表征表面強(qiáng)度。表面強(qiáng)度是指印刷過程中紙張抗掉毛、掉粉的能力，是一項(xiàng)重要的適印性指標(biāo)。對(duì)于涂布紙來說，要求涂層粒子之間必須有強(qiáng)有力的黏合力，涂層與紙基膠粘必須牢固，紙基纖維間應(yīng)有足夠的結(jié)合強(qiáng)度，否則當(dāng)紙張?jiān)谙鄳?yīng)的印刷壓力下，以相當(dāng)快的速度與油墨輥相接觸時(shí)，墨膜會(huì)揭下涂料粒子及細(xì)小纖維，產(chǎn)生掉毛、掉粉現(xiàn)象，結(jié)果導(dǎo)致糊版和印刷失敗。

圖1為兩者拉毛速度的對(duì)比圖?？梢钥闯?，加入聚丙烯酸酯后涂布紙張的拉毛速度先增大后有所下降，個(gè)別固含量拉毛效果非常好（如2號(hào)、3號(hào)試樣），但也有紙樣的掉粉現(xiàn)象嚴(yán)重（如9號(hào)）。這是因?yàn)榫郾┧狨ツz粘劑具有特殊功能“分子橋”作用，其一端可與填料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成強(qiáng)有力的化學(xué)鍵合，陽離子一端可與纖維表面的負(fù)電荷形成靜電黏合及產(chǎn)生某種化學(xué)鍵(氫鍵)，從而將兩種性質(zhì)差異很大的材料（纖維與填料）牢固地結(jié)合起來，因此拉毛速度有所增加。如果涂料成膜性不好、黏度低、親水性強(qiáng)，則易于向紙頁內(nèi)部遷移，造成表面膠粘劑不足，過多暴露填料離子，出現(xiàn)掉粉現(xiàn)象。

圖1 拉毛強(qiáng)度的對(duì)比

由此可見，聚丙烯酸酯膠粘劑作為涂料的主劑，其固含量是重要質(zhì)量指標(biāo)之一。

用固含量為12．80%、13．57%、15．40%的聚丙烯酸酯為膠黏劑的涂布紙比用干酪素的拉毛強(qiáng)度強(qiáng)，也說明它們的適印性比干酪素的好。其中固含量為12．80%的5號(hào)樣最佳。

涂布過程改善紙張的表面性能，提高紙張的適印性和平滑度，裝飾紙面，提高了紙張的裝飾效果和使用價(jià)值，同時(shí)，可作為特殊涂布加工紙的預(yù)涂層。可見，聚丙烯酸脂膠粘劑用作涂布的成效和價(jià)值是非?？捎^的。

3 結(jié)束語

（1）試驗(yàn)表明，相對(duì)于天然膠粘劑干酪素，聚丙烯酸酯粒子涂層與紙基更牢固，紙張涂布效果明顯更好。

（2）聚丙烯酸酯膠粘劑在涂布過程中能顯著地改善紙張表面強(qiáng)度，提高紙張適印性。涂布過程中，聚丙烯酸酯固含量為12．8%時(shí)效果最佳。

（3）聚丙烯酸酯能形成光澤好而耐水的膜,黏合牢固,不易剝落，在室溫下柔韌而有彈性，耐候性好，可做高級(jí)涂料。由于現(xiàn)代高科技市場(chǎng)的需求，加上新的原材料及新的加工技術(shù)作保證，聚丙烯酸酯在紙張涂布過程中應(yīng)用必將更加廣泛。