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1，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(guò)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(yè)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。該文通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析、對(duì)比了膠粘劑聚丙烯酸酯和干酪素在涂布過(guò)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；拉毛速度；涂布

紙張通過(guò)適當(dāng)?shù)暮筇幚砑庸た梢愿纳萍堩?yè)的質(zhì)量，提高印刷適性及耐水、耐磨等保護(hù)性能，并改善紙頁(yè)的外觀。所以，一般用途的印刷紙乃至包裝紙也可以利用后處理加工來(lái)提高其品質(zhì)。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(guó)市場(chǎng)上需要的包裝用白紙板，有60%以上是涂布白紙板?？梢?jiàn)，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(lèi)中最大、最重要的一類(lèi)紙張，主要用作印刷及需要經(jīng)過(guò)印刷加工的包裝用紙和紙板等。這類(lèi)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，并與原紙的纖維黏結(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(guò)程的作業(yè)性[1]。

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(lái)越廣泛，如包裝、掛歷、精美印刷品、商標(biāo)和禮品等。這主要是由于涂布紙具有其他紙品無(wú)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2種成分的比例，顏料一般占75%～90%，膠粘劑一般占10%～25%。

膠粘劑一般分二大類(lèi)：一類(lèi)是天然產(chǎn)物，例如變性淀粉、干酪素、豆酪素和動(dòng)物膠等；其中，變性淀粉應(yīng)用最多，它具有質(zhì)量穩(wěn)定和價(jià)格便宜的特點(diǎn)；另一類(lèi)是合成膠料，常用的有丁苯膠乳、羧基丁苯膠乳、聚乙烯醇和聚丙烯酸酯等。膠粘劑應(yīng)具有對(duì)顏料黏結(jié)能力強(qiáng)的性質(zhì)，否則會(huì)造成白度、不透明度的降低，其次膠粘劑與顏料的適印性要好，并且要保證涂層具有適當(dāng)?shù)奈院瓦m當(dāng)?shù)乃苄?，以提高壓光效果。近l0年來(lái)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。

天然膠粘劑干酪素，其具有黏結(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。

合成膠粘劑聚丙烯酸酯，其與丁苯膠乳、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、膜耐折和柔韌等。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)越的印刷性，既提高了涂布紙的表面平滑度，又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、乙酸乙酯和二氯乙烷等溶劑，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(lèi)高分子能形成光澤好的耐水薄膜，黏合牢固，不易剝落，在室溫下柔韌而有彈性。

本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析、對(duì)比了聚丙烯酸酯和干酪素這2種膠粘劑在涂布過(guò)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。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 化學(xué)品與儀器

1.1.1 化學(xué)品及其用量

化學(xué)品：干酪素，用量為1.500 g；NaOH，用量為0.005 g；固含量不同的聚丙烯酸酯，用量為20 mL；蒸餾水，用量為20 mL；拉毛油（中黏度，儀器自帶），適量；輕質(zhì)碳酸鈣，上海大恒有限公司提供，其對(duì)應(yīng)用量=干酪素膠液和各聚丙烯酸酯的固含量×膠液總質(zhì)量×7/3。

1.1.2 儀器

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

1.2 實(shí)驗(yàn)步驟

1.2.1 干酪素膠液的制備

先用10 mL冷水泡浸干酪素20～25 min，開(kāi)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ⅲ辉?8℃左右加入所需NaOH溶液（此溶液為固體NaOH和10 mL水配置而成）；在56～60℃（溫度不要超過(guò)70℃）下保溫10～15 min。待溶液里無(wú)顆粒存在，停止攪拌，過(guò)濾，即可使用；pH=8.0～9.0。

1.2.2 涂料的制備

把制備好的干酪素膠液和固含量不同的聚丙烯酸酯試樣分別放在40℃左右水浴中溫?zé)? min左右，開(kāi)動(dòng)攪拌器攪拌，加入對(duì)應(yīng)用量的輕質(zhì)碳酸鈣，充分?jǐn)嚢?0 min左右即可。

1.2.3 涂布

把剛制備好的涂料立即對(duì)B 5復(fù)印紙進(jìn)行涂布，涂完后在陰涼處晾干。

1.2.4 紙張表面性能的測(cè)定（拉毛速度的測(cè)定）

把干燥好的涂布紙頁(yè)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686N、B檔（個(gè)別試樣使用M檔）位對(duì)各樣品進(jìn)行拉毛速度測(cè)試，測(cè)試方法按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論

通過(guò)測(cè)量涂布紙頁(yè)的拉毛速度來(lái)表征表面強(qiáng)度。表面強(qiáng)度是指印刷過(guò)程中紙張抗掉毛、掉粉的能力，是一項(xiàng)重要的印刷適性指標(biāo)。對(duì)于涂布紙來(lái)說(shuō)，要求涂層粒子之間必須有強(qiáng)有力的結(jié)合力，涂層與紙基膠黏必須牢固，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。表1所示為分別以干酪素和不同固含量的聚丙烯酸酯為膠粘劑的涂布紙拉毛速度的檢測(cè)結(jié)果。

由表1可知，聚丙烯酸酯膠粘劑作為涂料的主劑，其固含量是主要質(zhì)量指標(biāo)之一。

圖1為分別以干酪素和不同固含量的聚丙烯酸酯為膠粘劑的涂布紙拉毛速度的對(duì)比圖（圖中序號(hào)所代表的膠粘劑同表1）。

圖1 拉毛速度的對(duì)比

從圖1可以看出，加入聚丙烯酸酯后涂布紙的拉毛速度先增大、后有所下降，個(gè)別固含量拉毛效果非常好（如2號(hào)和3號(hào)試樣），但也有紙樣的掉粉現(xiàn)象嚴(yán)重（如9號(hào)試樣）。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(yáng)離子一端可與纖維表面的負(fù)電荷形成靜電結(jié)合及產(chǎn)生某種化學(xué)鍵（氫鍵），從而將2種性質(zhì)差異很大的材料（纖維與填料）牢固地結(jié)合起來(lái)，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(yè)內(nèi)部遷移，造成表面膠粘劑不足，過(guò)多暴露填料離子，出現(xiàn)掉粉現(xiàn)象。

綜觀表1和圖1可知，以固含量分別為12.80%、13.57%和15.40%的聚丙烯酸酯為膠粘劑的涂布紙比干酪素的拉毛速度強(qiáng)，也說(shuō)明它們的印刷適印性比干酪素的好。其中，以固含量為12.80%的聚丙烯酸酯為膠粘劑的5號(hào)涂布紙樣最佳。

涂布過(guò)程改善了紙張的表面性能，提高了紙張的印刷適性和平滑度，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(jiàn)，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(yǔ)

（1）試驗(yàn)表明，相較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(guò)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(guò)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，可用作高級(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)的保證，聚丙烯酸酯在紙張涂布過(guò)程中應(yīng)用必將更加廣泛。

［1］張運(yùn)展.加工紙與特種紙［M］.北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社，2005.

本文文獻(xiàn)格式：吳文慧，史長(zhǎng)偉.聚丙烯酸酯在紙張涂布中的應(yīng)用[J].造紙化學(xué)品，2014，26（1）：25-27.

2013年江蘇省淘汰造紙落后產(chǎn)能13.8萬(wàn)t

據(jù)來(lái)自江蘇省經(jīng)信委信息，2013年江蘇省淘汰落后產(chǎn)能任務(wù)涉及14個(gè)行業(yè)90家企業(yè)。90家企業(yè)共淘汰落后產(chǎn)能或相對(duì)低端產(chǎn)能；其中，淘汰落后造紙產(chǎn)能13.8萬(wàn)t，并已全部通過(guò)省、市二級(jí)組織的考核驗(yàn)收。

（文心）

Application of Polyacrylate in Paper Coating

WU Wen-hui1，SHI Chang-wei2

Paper coating is a process which uses coating pigment particle to fill and cover uneven surface of base paper，increase the whiteness and opacity of paper，improve the smoothness and gloss of paper，make ink absorption of sheet surface uniform and good，thus to gain a better printability and printing effect.In this paper，effects of polyacrylate binder and casein binder on printing properties of coating process paper in the coating process were analyzed and compared by experiments，and performance of polyacrylate coating was studied quantitatively，and the test results were discussed and analyzed theoretically.

polyacrylate；casein；picking speed；paper coating

TS727+.3

A

1007-2225（2014）01-0025-03

吳文慧女士（1988-），江西省造紙協(xié)會(huì)；研究方向：造紙暨造紙化學(xué)品研究及開(kāi)發(fā)工作；電話：0791-8833389；E-mail：819581968@qq.com。

2013-11-06