紙張涂層材料自滲吸研究現(xiàn)狀和進展

劉國棟 張美云 郭凌華

(1.陜西科技大學輕工與能源學院,陜西省造紙技術及特種紙品開發(fā)重點實驗室,陜西西安,710021；2.華南理工大學制漿造紙工程國家重點實驗室，廣東廣州，510640)

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·涂層材料自滲吸·

紙張涂層材料自滲吸研究現(xiàn)狀和進展

劉國棟1，2張美云1郭凌華1

(1.陜西科技大學輕工與能源學院,陜西省造紙技術及特種紙品開發(fā)重點實驗室,陜西西安,710021；2.華南理工大學制漿造紙工程國家重點實驗室，廣東廣州，510640)

油墨等流體在紙張涂層中的傳輸直接由涂層本身的滲吸性能所決定。很多印刷質(zhì)量問題(如墨斑、色彩的均勻性、洇色等)都與涂層材料的滲吸特性關系密切。本文從國內(nèi)油墨流體在紙張滲透/滲吸行為研究中容易產(chǎn)生的一些認識誤區(qū)出發(fā)，討論了涂層結構對自滲吸過程的影響、經(jīng)典滲吸模型在涂層材料滲吸表征上的應用及存在的問題。簡述了滲吸模型的修正及滲吸機制模型研究中可行技術手段,最后總結了我國在紙張涂層材料滲吸性能方面的研究與國外的差距。

紙張涂層材料；滲吸模型；滲透/滲吸

(*E-mail: liuguodong@sust.edu.cn)

印刷油墨在紙張上的呈色表現(xiàn)通過油墨與紙張的相互作用完成,這一過程常稱為油墨流體在紙張中的滲透或滲吸。從印刷圖文信息形成的本質(zhì)來分析,很多印刷質(zhì)量問題(如色彩的不均勻、呈色網(wǎng)點的物理擴大、印刷品的透印、印刷羽毛化、洇色及印刷墨斑)都與油墨在紙張中的滲吸過程有關。因此,對于油墨與紙張相互作用(即滲透或滲吸)行為的認知和理解,已經(jīng)成為了一個廣泛的研究熱點,備受國內(nèi)外研究者關注,涌現(xiàn)了大量的研究論文,得出了一些有效的結論,同時也存在著一些有待提高的認識。

1 油墨等流體與紙張相互作用認識的誤區(qū)

1.1 油墨滲透與滲吸的涵義

在研究油墨與紙張或紙張涂層的相互作用時,基本上所有的中文文獻都采用了“滲透”這個詞語來表達。但在國外的報道中,通常有兩種中文涵義上略微不同的英文表達,一個被稱為“penetration”[1],就是經(jīng)常使用的“滲透”[2],另一種被定義為“imbibition”[3],常常被翻譯為“滲吸”,這一概念更強調(diào)毛細力下的自發(fā)滲吸,常稱為自滲吸(簡稱滲吸)。相對于滲吸涵義,滲透更多的表達油墨(或類似流體)在外力或者自身重力作用下在紙張等多孔介質(zhì)中的傳輸,這種內(nèi)涵和油墨與紙張相互作用在印刷壓印區(qū)所表現(xiàn)的作用行為類似,所以在印刷階段用滲透表達是合適且科學的。但是當印刷品離開壓印區(qū)時,油墨與紙張的相互作用表現(xiàn)為毛細力學下的行為機制,在毛細力學系統(tǒng)的支配下,油墨的流相層(連結料)滲吸到紙張或者涂層中,所以該過程應該稱之為滲吸,已有的相關中文文獻將此階段仍稱為滲透或自由滲透是不太嚴謹?shù)摹?/p>

1.2 油墨在紙張上滲透/滲吸本質(zhì)問題的探討

對于傳統(tǒng)印刷,油墨等流體在紙上的吸收可分為兩個重要階段:壓力條件下的有壓滲透和非壓力下的自由滲吸,對于壓力條件的滲透是印刷機壓印瞬間,通過印刷壓力將涂層表面的一部分墨膜壓入較大的孔隙,即油墨在壓力作用下進入紙張涂層的孔隙中,該階段油墨的滲透量隨印刷壓力、壓印時間的變化而變化,但油墨的黏度并沒有發(fā)生變化。由于該階段油墨被整體地壓入紙張表面較大的孔,因而保留在紙面墨膜的性質(zhì)不會受到壓入量的影響。當印刷品離開印刷機的壓力區(qū)域后,油墨在印刷品中的傳輸表現(xiàn)為非壓力的自由滲吸,油墨的吸收主要依靠涂層結構的毛細動力學系統(tǒng)來完成。在這個階段,部分油墨連結料會從涂層表面覆蓋的油墨中分離出來,通過涂層材料顆粒堆積形成的網(wǎng)絡結構向材料內(nèi)部進行緩慢滲吸。對于非壓力或者微小壓力的數(shù)字印刷,油墨在涂層表面的傳輸主要體現(xiàn)在毛細動力學下的自由滲吸,而非滲透。

對比壓力條件的加壓滲透和毛細系統(tǒng)的自由滲吸,傳統(tǒng)的觀念認為在油墨滲透過程中,加壓滲透占主導地位,因此在壓力區(qū),滲透的深度受壓力影響較大。這一說法在實踐中本身沒有太大的問題,但容易造成誤解,即認為在上述過程中加壓滲透更為重要。其實不然,全面地比較這兩個階段,毛細系統(tǒng)的自由滲吸則顯得更為重要,這是因為在這一階段油墨的部分連結料要從墨層中分離出來,逐漸地增加紙面油墨硬度和黏性,改變紙面墨膜的結膜性質(zhì),使得墨層固著和干燥紙張表面,形成印刷品圖像。當油墨的連結料(流相層)離開紙面的油墨膜層時,墨層結膜的快慢取決于油墨連結料分離的快慢,同時涂層材料對油墨吸收的快慢也決定著印刷品的光澤性能,由于墨層的分離減少了紙面留著油墨的連結料,使印刷品的光澤度發(fā)生變化,如果滲吸的速度過快,大量連結料滲入紙張內(nèi)部孔隙,過多的填充了空氣與涂料孔隙的散射界面,使印刷品的光澤度降低,同時也增加了發(fā)生透印的風險。另外,對于數(shù)字印刷的自由滲吸,由于大量地采用了溶劑型水性油墨,使?jié)B吸的控制難度加大,對印刷品的影響較大,所以自由滲吸在整個油墨作用階段顯得更為重要。同時由于紙張涂層對油墨滲吸的控制主要體現(xiàn)在涂層顏料顆粒、膠黏劑等物理成分所形成的多孔網(wǎng)絡結構中,而且一旦紙張成形,涂層孔隙網(wǎng)絡的物理結構參數(shù)將無法改變。而印刷壓力作為外力因素,在印刷過程中可以進行適當?shù)恼{(diào)整及補償,來彌補不當壓力對滲透的影響,因此,在研究油墨滲透/滲吸的過程中,應該更加關注自由滲吸的行為及表現(xiàn)。與此同時,對現(xiàn)在已經(jīng)廣泛應用的數(shù)字印刷,則更應該關注和理解自由滲吸的行為、滲吸模型及滲吸機制等相關問題。

2 紙張涂層結構對滲吸過程的影響

對于油墨在涂層中的滲吸行為,其本質(zhì)是流體在涂層多孔結構中的毛細滲吸。滲吸過程中一般不會傳輸?shù)皆埳蟍4],除非是一些質(zhì)量非常差的輕涂紙,由于涂層對原紙基覆蓋的程度問題,會有部分油墨的流相層滲吸到原紙上。在正常的情況下,油墨的流相層只在涂層中滲吸。因此,涂層復雜隨機的多孔結構、孔徑大小、孔徑分布及材料內(nèi)部的形貌等因素都會對油墨在涂層中的滲吸行為影響較大。有研究指出[5],可以通過提高涂層的總孔隙體積來提高涂層的油墨滲吸性能。如在孔隙數(shù)量一定時,孔徑越大則油墨吸收性越好,油墨固化越快。而在孔隙體積一定的情況下,孔徑越小,毛細管對液體的滲吸力越強,油墨滲入得越深,在相同的時間內(nèi)滲吸的油墨量越多,油墨在涂布紙表面凝固的越快。也有人指出[6],涂層的滲吸不僅與孔徑的大小有關,還與孔隙的形狀有關,孔隙的取向也能影響油墨與涂層的相互作用,孔隙直徑和孔隙取向的比值一定程度上能夠預測涂層對油墨的吸收性。同時,Lepoutre[7]在研究涂層材料對液體滲吸及其多孔結構時發(fā)現(xiàn)：滲吸率隨膠乳含量的增加呈指數(shù)關系下降,因此他認為這是涂層材料中小孔減少的緣故,小孔的減少大大降低了流體的滲吸率。文獻[8]也報道了隨著膠乳加入量的增大,涂層材料孔徑減小的觀點。這是因為膠乳對小孔的填平作用,填充了材料中部分小孔的面積和體積,如圖1所示。

3 涂層材料等多孔介質(zhì)自滲吸行為機制研究的經(jīng)典滲吸模型

關于流體(油墨)與紙張涂層材料的滲吸行為及機制,國內(nèi)并沒有做過比較深入的科學研究,還停留在傳統(tǒng)經(jīng)典毛細管模型的定性描述和基本滲吸理論的初步認識中,也許是實驗測量上的困難,沒有將滲吸基本模型與滲吸實驗的對應關系完全建立起來。

圖1 涂層膠乳對涂層孔結構的填平作用示意圖

3.1 經(jīng)典滲吸模型

3.1.1 純慣性力支配的滲吸模型

多孔材料的滲吸特性研究,通常將材料等價為具有等效半徑的毛細管結構。當毛細管接觸流體瞬間,即初始階段,由于滲吸流體質(zhì)量很小,對應的自身重力和黏性阻力也很小,故可忽略不計,起主要支配作用的是毛細力和慣性力。針對此種物理情形,Quere[16]提出了忽略流體自身重力和黏性力的模型，見公式(1)。

(1)

通過求解非線性微分方程,可得毛細上升高度的表達式，見公式(2)。

(2)

式中，θ為接觸角,γ為流體表面張力,R為毛細管等效半徑。在純慣性力階段,滲吸時間與滲吸上升的高度(或滲吸深度)是線性的關系,一般主要表現(xiàn)在滲吸初期。

3.1.2 慣性力、毛細力、黏性力支配的Bosanquet滲吸模型

隨著滲吸流體的進一步上升,吸收量不斷增加,與之對應的自身重力和黏性力也變得越來越明顯,不能再被忽略,與毛細驅(qū)動力和慣性力一起共同作用滲吸過程。考慮到在該階段初期的自身重力仍較小,可以忽略不計。因此Bosanquet提出了忽略流體重力因素的滲吸模型(η為流體黏度)。Bosanquet方程見公式(3)。

(3)

將公式(3)求解可得公式(4)。

(4)

3.1.3 毛細力、黏性拖動力支配的Lucas-Washburn滲吸模型

隨著黏性阻力的增大,與毛細驅(qū)動壓力的相互抵消作用也越來越明顯,凈驅(qū)動力越來越小，因此,流體流動的慣性力也越來越小。針對這種情況,Lucas和Washburn等人提出了忽略流體自身重力和慣性效應的滲吸模型,這就是經(jīng)典的LW方程，見公式(5)。

(5)

3.1.4 考慮重力因素的滲吸模型

當滲吸高度高于某個高度時,重力因素在力學系統(tǒng)中的作用就不能被忽略。當滲吸高度h大于0.1heq時(其中heq為毛細壓力和靜水壓力相等時的等效高度)就應該考慮黏性力和重力的影響。在此基礎上考慮自身重力和黏性力因素,結合滲吸的初始條件h(0)=0,給出了毛細上升高度(h)的隱性解[17],見公式(6)。

(6)

根據(jù)公式(6),當液體達到平衡高度時,滲吸的數(shù)值會發(fā)生一定的偏差。因此Zhmud等人[18]根據(jù)h(t)的函數(shù)關系進一步推演了滲吸機制的顯性解，見公式(7)。

(7)

為了獲得更加準確的解析式,對公式(7)進行了一系列的變形,并利用Lambert函數(shù)W(x),推導了考慮重力、毛細力滲吸過程的顯性解為：

(8)

式中，W(x)為LambertW函數(shù),是x=W(x)eW(x)方程中的W(x)。

圖2 涂層材料三維網(wǎng)絡結構的模擬[23]

基于上述經(jīng)典的滲吸,研究人員試圖建立綜合考慮慣性力、毛細力、黏性力、重力共同支配的滲吸力學系統(tǒng)通用模型。但遺憾的是,這種物理情形下滲吸力學系統(tǒng)很難給出數(shù)學上的解析解[17]。因此,目前的研究都是在特定假設前提下,忽略重力或慣性力的情況下提出的。對于重力因素的考量仍持有不同的觀點,有些研究認為應該考慮重力因素的影響[19],當滲吸到達一定程度時,流體重量因素的影響越來越明顯,但是也有研究在特定條件下,忽略了重力因素的影響。事實上,重力因素的考慮,依賴于重力和毛細管力的比值,對于紙張涂層材料的復雜多孔結構,滲吸質(zhì)量及滲吸高度與等效毛細管尺寸相比有很大差距,并不在同一個數(shù)量級。所以重力作用在涂層材料的滲吸中可以被忽略[20],這為紙張涂層材料力學系統(tǒng)簡化提供了重要的理論依據(jù)。

3.2 經(jīng)典模型在紙張涂層材料滲吸研究中的應用

在上述模型實際的應用中,相比于經(jīng)典的LW方程,Bosanquet方程并沒有被廣泛的接受。部分原因是慣性力的作用時間問題,同時Bosanquet本人也承認慣性力效應因作用時間太短,而變得微不足道。對于單個毛細管和某些高黏度的流體,在研究長時間機制下的滲吸過程,慣性力是可以忽略的,但在錯綜復雜的網(wǎng)絡結構中,滲吸初期慣性力所引起的累積效應仍值得考慮。

國際上現(xiàn)有的涂層材料的滲吸研究,大部分研究試圖利用經(jīng)典的LW方程來解釋實驗現(xiàn)象,但是該模型在描述材料滲吸行為機制時,往往出現(xiàn)與實驗不符的結果。Schoelkopf等人[21]研究以研磨碳酸鈣(GCC)為主體的涂層材料滲吸時,也發(fā)現(xiàn)了LW方程描述滲吸與實驗觀察的偏差。同時指出了可能由于流體慣性力的影響導致了模型與實驗結果的偏差,并探討分析了流體慣性力對涂層材料滲吸過程中的影響。Quere[22]通過實驗觀察證實了流體在毛細管中的慣性流動,并給出了考慮慣性力的滲吸模型。Ridgway等人[23]在研究改性研磨碳酸鈣(GCC)的滲吸特性時,發(fā)現(xiàn)不能用LW方程解釋的實驗現(xiàn)象,即在小孔和大孔并存的低孔隙率結構中,小孔滲吸率要大于大孔結構的滲吸,因此也提出了可能是由于經(jīng)典的LW方程忽略慣性力的觀點,同時根據(jù)滲吸實驗結果,闡述了可能在滲吸過程中存在兩個不同階段的滲吸機制。在隨后的研究中,他們考慮了復雜涂層材料的多孔結構,并考察了慣性力在多孔結構中的累積效應,通過孔隙結構的網(wǎng)絡模型、孔喉的尺寸、孔的連通性、孔的形狀等因素表征了涂層材料的三維立體結構,如圖2所示,并進行了滲吸結果匹配,一定程度上得到了與實驗比較一致的效果,這些涂層材料的三維多孔網(wǎng)絡結構模型,被英國普利茅斯大學開發(fā)成一系列的商業(yè)軟件(如Pore-core、Pore-expert),已在國外造紙涂層界獲得了一定程度的應用和推廣。

對紙張涂層滲吸特性的研究,盡管存在上述諸多的經(jīng)典滲吸模型。但迄今為止,對此方面的研究仍局限于特定條件對材料滲吸行為及模型的劃分和表征，與實驗結果仍存在一定差異。另外普遍意義上的材料物理滲吸中具體的力學行為,滲吸過程及滲吸機制的精確描述,仍沒有完全弄清楚,相關研究成果及所得結論,還沒有一種能夠完全適用于現(xiàn)代紙張涂層材料滲吸的表征,尤其對于國際研究熱點的具有大容量、快速滲吸的涂層材料。但石油、土壤科學及巖石等學科,對多孔介質(zhì)滲吸模型進行了比較深入廣泛的研究,出現(xiàn)了很多滲吸模型[24](如Terzaghi模型、Handy模型、自吸的無因次時間標度模型、自吸數(shù)值模擬模型和滲吸分形模型等),這些模型可以為紙張涂層材料滲吸的研究提供新的途徑和方向。

4 基于經(jīng)典理論的紙張涂層材料滲吸模型的修正

由于各種經(jīng)典的滲吸理論模型,與實驗結果存在著一定差異,因此對經(jīng)典理論的修正和補償研究一直是滲吸領域研究的熱點問題。

4.1 滲吸模型結構參數(shù)的修正

在研究紙張涂層滲吸模型的過程中,研究人員更偏向使用LW方程來表征滲吸的行為,也許是由于此方程表達簡單可行的緣故。大量文獻報導了對LW方程進行的各種修正,來進一步彌補與實驗的差距。Leskinen[25]在LW方程的基礎上,考慮了滲吸涂層材料等效毛細管的彎曲因子修正了LW方程。在此基礎上,Poulin等人[26]考慮了涂層材料孔墻和流體前進面動態(tài)接觸角變化的經(jīng)驗公式進一步修正了LW方程,縮小了模型預測值與滲吸實驗結果的差距。Leventis等人[27]分別考慮材料的微觀結構參數(shù),也對LW方程進行了修正,但是修正結果仍然存在與實驗數(shù)據(jù)的偏差,造成這些偏差的原因可能與材料的內(nèi)部結構參數(shù)有關,如等效毛細管彎曲的分形線形和彎曲特性、孔隙形狀、材料內(nèi)表面潤濕角的動態(tài)變化、孔道迂回度、孔墻的粗糙度、比表面積等微觀結構因素。由于上述因素決定著材料內(nèi)部表面和孔道的結構特性,因此在流體與涂層材料滲吸的過程中,必將影響流體滲吸力學和滲吸行為的變化。從本質(zhì)上講,這些因素都可歸因于材料內(nèi)部粗糙表面形態(tài)來影響滲吸和滲流過程,不僅影響著滲吸的力學行為,而且也影響潤濕角的動態(tài)變化。

另外,一些高水平的科學報道證明,考慮多孔材料內(nèi)部粗糙度及孔墻的粗糙性,通過分子動力學模型理論和修正的LW方程滲吸對實驗結果進行了仿真模擬,得到與實驗比較一致的結果。根據(jù)以上說法,材料內(nèi)部粗糙度被認為是影響滲吸的最大因素,如Rabinovich等人[28]通過實驗證實了納米范圍粗糙度引起的毛細潤濕力的波動,Stukan等人[29]考慮了不同粗糙度的毛細管表面形貌,利用分子動力學仿真匹配了LW方程。Dimitrov等人[30]也給出了具有粗糙表面納米管滲吸的分子動力學證據(jù),并通過滑移系數(shù),修正了LW方程,得到了比較良好的仿真結果。因此,孔墻的粗糙度或者材料內(nèi)部粗糙度是影響滲吸行為機制的重要因素,應該在滲吸過程中值得考慮[55]。Liu等人[20]考慮了紙張涂層材料介孔和納米級孔墻的粗糙度,利用粗糙表面引起潤濕接觸線長度的變化,對LW方程進行了修正,得到了與實驗滲吸一致的結果,揭示了紙張涂層材料實驗滲吸分區(qū)的本質(zhì)原因。

4.2 涂層材料滲吸量與滲吸時間標度之間函數(shù)關系的修正

涂層材料滲吸行為及規(guī)律的測量,大部分通過高精密的天平實驗測量系統(tǒng)來完成,通常以滲吸量(或者滲吸體積)和滲吸時間標度來進行實驗描述。A.Bru等人[31]通過實驗確定了與紙張涂層類似材料的滲吸量與時間標度之間的函數(shù)關系是時間指數(shù)的0.4～0.49左右,并以此為依據(jù)指出了經(jīng)典LW方程不能很好的描述實驗現(xiàn)象,是由于時間標度的0.5關系,但也有很多研究人員[32]從分子動力學角度,支持了經(jīng)典LW方程滲吸時間標度的0.5函數(shù)關系,Liu等人[20]在紙張涂層的滲吸實驗中,給出了在LW方程中,紙張多孔材料滲吸量和滲吸時間標度為0.5函數(shù)關系的實驗證據(jù)。

5 紙張涂層材料滲吸行為機制研究及建模的可行技術手段

涂層材料滲吸性能與材料結構有直接關系,因此建立兩者之間的關系對高性能滲吸涂層材料的開發(fā)和結構設計有著重要的科學意義。但涂層材料(如同多孔介質(zhì))是一種復雜無序的網(wǎng)絡結構,根本無法用傳統(tǒng)的歐式幾何去描述和表征,但是已有大量的研究表明,自然界中大部分多孔材料的隨機無序結構,在一定尺寸范圍上滿足分形特征,可以用非歐式幾何的分形理論來加以精確描述。Liu等人[33]給出了以研磨碳酸鈣(GCC)為主體的涂層材料所具有分形特征的實驗證據(jù),并通過考慮涂層材料多孔網(wǎng)絡的慣性累積效應,建立滲吸分形結構模型,匹配了Bosanquet方程中的實驗滲吸。除此,已有相關報道[34]類似紙張涂層材料等多孔介質(zhì)在滲吸過程中相關物理參數(shù),如流體滲吸的毛細力、毛細管的彎曲特性、粗糙表面的潤濕角等因素也都具有分形特征。我國科技人員在多孔介質(zhì)的分形結構表征中做了大量的研究工作,已經(jīng)得到國際上的廣泛認可[24]。這些理論成果將為涂層材料分形結構描述與滲吸特性關系研究提供科學可靠的研究方法。

6 我國紙張涂層材料在滲吸研究和開發(fā)方面與國外的差距

我國造紙行業(yè)經(jīng)過多年的發(fā)展，紙張生產(chǎn)技術已經(jīng)達到世界先進水平，尤其是涂布紙研發(fā)及加工技術,在造紙工業(yè)“十一五”、“十二五”規(guī)劃的支持下,部分大型企業(yè)生產(chǎn)的涂布紙質(zhì)量達到了世界一流水平,這主要得益于全球涂布紙技術及理論研究的不斷發(fā)展,得益于國內(nèi)相關企業(yè)積極引進和消化國外的材料生產(chǎn)的先進技術、加工技術及不斷的自主研發(fā)?，F(xiàn)今,我國造紙企業(yè)在研發(fā)高品質(zhì)的涂布紙時,更多是通過涂層涂料配方的升級、改進和配方組分的精細調(diào)整來實現(xiàn)高質(zhì)量的印刷紙張[35]。這些配方和組分的調(diào)整最終的效果無疑是極大地改善了油墨流體與紙張涂層的相互作用關系,即提供了紙張涂層優(yōu)越的滲吸性能。但是,在實施這些配方研發(fā)和組分調(diào)整的過程中,并沒有任何的相關報道及研究是以滲吸特性為依據(jù)的,這可能由于國內(nèi)在涂層材料的開發(fā)設計中,缺乏對涂層材料滲吸基礎理論的認識和研究,對涂層中滲吸行為、滲吸機制都尚不清楚,因此在實際生產(chǎn)及研究中,對配方的具體研究和組分的精細調(diào)整將是一個系統(tǒng)、復雜、漫長和不斷摸索的過程。

相比之下,國外(如芬蘭、德國、英國、瑞典、加拿大等)已經(jīng)在涂層滲吸方面進行了較為深入的研究,涂層材料結構的設計和開發(fā)大都是以材料滲吸特性為基礎之一,同時也在積極開展涂層材料復雜網(wǎng)絡結構滲吸性能的定性描述。所以當紙張涂層與流體(如印刷油墨)發(fā)生作用并進行鋪展?jié)B吸時,紙張涂層就會表現(xiàn)出優(yōu)越或者預期的滲吸特性,達到高質(zhì)量的印刷品質(zhì)。因此以材料滲吸特性為基礎依據(jù)的紙張涂層材料研究和開發(fā)將是一條少走彎路的捷徑。另外,隨著環(huán)保型水基油墨和數(shù)字印刷的大量應用,更要求紙張涂層具有很好的滲吸控制能力。為此,國際上也在積極研究大容量、快速滲吸涂層材料,以適應印刷工業(yè)的新形式、新要求。

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(責任編輯：董鳳霞)

Advances in Studies of Spontaneous Imbibitions of Paper Coating Materials

LIU Guo-dong1,2,*ZHANG Mei-yun1GUO Ling-hua1

(1.CollegeofLightIndustryandEnergy,ShaanxiUniversityofScienceandTechnology;ShaanxiProvinceKeyLabofPapermakingTechnologyandSpecialtyPaper,Xi’an,ShaanxiProvince, 710021;2.StateKeyLabofPulpandPaperEngineering,SouthChinaUniversityofTechnology,Guangzhou,GuangdongProvince, 510640)

The transport of fluid like printing ink in coating layer of paper is directly dependent on the spontaneous imbibitions performance of coating materials.Many printing quality problems such as print mottle, uneven and bleeding color are commonly caused by the bad imbibitions characteristics of the coating materials.In this review, firstly the easily confusing process of penetration and imbibitions of printing ink in paper or coating materials was elucidated .Then the impact factors of coating layer structure on imbibitions behaviors, the application and limitation of some classical imbibitions models in the imbibitions characteristics of coating materials were discussed and analyzed.Besides, the modification imbibitions models and some feasible technical proposals for further research were also addressed.And the gap on research of coating material imbibitions between China and other countries was illuminated and summarized finally.

paper coating materials; imbibitions model; penetration/imbibition

劉國棟先生,博士,副教授；研究方向：造紙多孔材料滲吸特性、流體與紙張的作用關系。

2015-05-11(修改稿)

國家自然科學基金資助項目 (51402180)；陜西教育廳科研計劃項目(14JK1108)；陜西省留學人員科技活動項目([2014]1059)；陜西科技大學科研啟動基金項目( BJ15-11)；制漿造紙工程國家重點實驗室開放基金資助項目(201507)。

TS727+.3

A

10.11980/j.issn.0254-508X.2015.11.013