涂布用顏料概述

馬龍 羿武昌 羅鵬 恩施錦華紙業(yè)有限責(zé)任公司 湖北 恩施（445000）

1 涂層中顏料的功用

顏料[1]是紙張涂料的主要成分，顏料實(shí)際占了涂料的80%～95%（質(zhì)量）。但體積百分比比質(zhì)量百分比更重要；顏料的體積百分比約為涂料固體物質(zhì)的70%左右。據(jù)估算，顏料密度約為2.5，涂料中其余固體物質(zhì)的密度約為1.0。除了固體物質(zhì)外，涂層還包括充滿空氣的空間——微孔，不同顏料涂層所形成的微孔結(jié)構(gòu)不同，同時(shí)也決定了涂布紙的印刷適應(yīng)性、亮度和光澤度等，所以顏料是影響涂布性能的最重要因素。

最理想的顏料涂布是，除了填平凹坑外，顏料還能覆蓋住原紙上突出的最高點(diǎn)纖維。在實(shí)際生產(chǎn)中，有的涂布方式能填滿凹坑，但對高出點(diǎn)則只能涂覆一個(gè)薄層或根本沒有覆蓋；而有的涂布方式則基本能涂覆均一的厚度，因而能將原紙上的最高突出點(diǎn)都涂覆住，但只能部分填滿凹坑。

當(dāng)選擇涂布用的某種或某幾種顏料時(shí)，實(shí)際上是選擇涂布的某個(gè)性能或綜合性能，根據(jù)不同目的的涂布需求，從而選擇不同種類的涂布用顏料。例如，挑選高嶺土?xí)r，我們選擇能賦予光澤涂布和具有密實(shí)涂層的片狀顏料，粒子規(guī)格越小，涂布的光澤度越好。

2 何為理想的顏料

一個(gè)完美的涂布顏料應(yīng)具備以下特質(zhì)；

（1）化學(xué)穩(wěn)定，在水中是惰性的，不溶的；

（2）所有波長的光都能100%反射；

（3）無雜質(zhì)；

（4）合適的粒徑大小及顆粒形狀分布；

（5）具有高折射率，提升不透明度；

（6）具有低膠黏劑需求；

（7）具有良好的流變性；

（8）能在高固含量下分散；

（9）具有分別適合高光/亞光的外觀（很好的涂布光澤度和很高的印刷光澤度）；

（10）具有良好的兼容性（與其他涂料組分混合時(shí)）；

（11）低密度；

（12）低硬度；

（13）低吸水性；

（14）低價(jià)格。

很明顯，沒有一種顏料能同時(shí)滿足這些優(yōu)點(diǎn)，顏料的選擇在很多時(shí)候就成為了一種平衡。

3 顏料的分類

顏料的分類有很多種方法，根據(jù)其相對用量劃分可分為：主體顏料、特種顏料、輔助顏料。主體顏料在整個(gè)涂料配方中的比例一般高于50%；特種顏料一般限制在特殊質(zhì)量的涂布中，添加量很少，根據(jù)實(shí)際情況而定；輔助顏料在整個(gè)涂料配方中的比例常常低于25%。

主體顏料一般有高嶺土[2]、研磨碳酸鈣（GCC）[3]、滑石粉[4]；特種顏料有石膏（硫酸鈣）；輔助顏料一般有沉淀碳酸鈣（PCC）[5]、煅燒高嶺土、塑膠顏料、三水合鋁、二氧化鈦。主體顏料首先是在原紙表面起到很好的覆蓋作用，同時(shí)優(yōu)化原紙的一些固有特性。

至于特種顏料類似于主體顏料，但其用量受到很大的限制，如石膏，因?yàn)樗昧可?，既可作為光澤漆又可以用作遮蔽顏料；硫酸鋇，由于有較高的純度，被用于照相紙；硅酸鹽，這是因?yàn)樗哂休^高的吸收能力，被用于噴墨印刷紙張。

輔助顏料的用途，常見的是改善其印刷性能。應(yīng)用這類顏料可改進(jìn)諸如光學(xué)性能（白度、不透明度）、光澤度和吸墨性等。

4 顏料的基本性能

在涂布紙中，基本的顏料性能如下：（1）粒子規(guī)格與規(guī)格分布；（2）粒子形狀與形狀分布；（3）折射指數(shù)；（4）光散射與光吸收系數(shù)；（5）密度。

涂料的性能與最終涂布狀況，在很大程度上可借鑒這些因素加以解釋。增加扁平性，減小粒子規(guī)格，可以提高其光澤度；增加折射系數(shù)，減小粒子規(guī)格，可以提高其不透明度；降低光吸收系數(shù)，可以提高其白度；降低堆積密度，混合不同形狀的粒子，可以提高其透氣度和油墨吸收性；降低堆積密度，混合不同形狀的粒子，降低密度，可以提高其松厚度與覆蓋率；降低堆積密度，可以提高其黏度。

表1列出了若干顏料的物理性能，目的是對各種顏料的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。

表1涂布顏料的物理性能

5 選擇顏料的依據(jù)

目前涂料的顏料部分，常含有至少兩種不同類型的顏料。當(dāng)為某種產(chǎn)品選擇顏料時(shí)，產(chǎn)品的技術(shù)要求與價(jià)格限制了人們的選擇。當(dāng)然不能為產(chǎn)品選擇一種經(jīng)濟(jì)上不能接受（如太貴）的顏料。產(chǎn)品必須考慮的技術(shù)要求有白度、光澤度、不透明度和吸墨性等。涂布的主要目的就是最大程度地獲得涂層對原紙表面纖維的覆蓋，因此良好的涂層覆蓋性對紙張涂布顯得尤為重要，在實(shí)際生產(chǎn)中涂料快速固化有利于良好的覆蓋率。

涂料的主要性能是運(yùn)行性能。此問題具有雙重意義，因?yàn)樯a(chǎn)效率必須是高的，產(chǎn)品質(zhì)量必須滿足技術(shù)要求與沒有缺陷。如果現(xiàn)有設(shè)備可有限地制造出無缺陷產(chǎn)品，運(yùn)行性能就是好的。在這里必須了解，涂料的流變性極大地影響到運(yùn)行性能，所以涂料應(yīng)該具有很好的剪切減薄性（sheat thinning），意思是指非牛頓流體在剪切應(yīng)力作用下的黏度降低。

6 顏料涂布如何影響紙的性能

顏料涂布技術(shù)就是將不同特性的顏料分散混合均勻并配成涂料施涂在原紙表面，使原紙表面的纖維得到良好的覆蓋，以此提高紙張的平滑度和減少孔隙度，從而賦予紙張優(yōu)良的印刷性能。

這種改變的程度取決于顏料各種組分的種類與用量以及涂布設(shè)備與整飾處理情況。雖然通過顏料涂布可以獲得若干有用的性能，但原紙的性能對最終產(chǎn)品的性能來說仍然是十分重要的。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，涂布紙性能有80%取決于原紙性能，采用顏料涂布只是強(qiáng)化了原紙的缺陷，而不是將它們掩蓋了。

[1]Garey,C.L.(Ed.),Physical Chemistry of Pigments in Paper Coating,TAPPIPRESS,1977,pp.493

[2]Rice,J.C.and Hudson,E.F.,American Paper Ind.(5):49(1966)

[3]Davidson,R.R.,Paper Tech.9(3):T60(1968)

[4]Rosenberg,H.,“Die Verwendungvon Talkuminder Papierfabrikation”,40(23),LXV LXXII(1912).

[5]Kourimsky,J.,in Minerals and Rocks,W ingston,Leicester,1994,pp.126~135.