性價(jià)比優(yōu)越的新一代功能性膠粘劑

紙張涂布用涂料中膠粘劑的主要功能性是將涂料中占絕干質(zhì)量85%以上的顏料顆粒黏結(jié)在一起。另外，膠粘劑還通過幫助吸收和干燥印刷油墨對(duì)紙張的印刷性能產(chǎn)生影響。因此，開發(fā)了能夠充分滿足具有各種表面特性和粒徑的涂料和各種印刷方法所需的涂布顏料用膠粘劑。涂布涂料大約50%的成本來(lái)自膠粘劑，因此，開發(fā)膠粘劑的主要推動(dòng)力是降低膠粘劑成本。由于淀粉的價(jià)格顯著低于膠乳，因此在涂料配方中使用更多的淀粉已經(jīng)成為常態(tài)，特別是在低檔啞光和絲光涂布紙的預(yù)涂也包括面涂涂料中使用更多的淀粉是可行的。但是太多的淀粉用作膠粘劑也有一些缺點(diǎn)，如成紙強(qiáng)度較低，對(duì)光澤度有負(fù)面影響，產(chǎn)生折痕、色斑，及導(dǎo)致涂料固含量下降，剪切黏度升高，造成低定量紙張涂布困難。新的Fennobind膠粘劑專利技術(shù)以驚人的方式打破了合成膠粘劑的常規(guī)。該文將介紹該發(fā)明的主要變化并提供如何利用該發(fā)明來(lái)開發(fā)具有成本優(yōu)勢(shì)的涂料配方一些建議，以及造紙工作者為創(chuàng)造附加值如何利用這一知識(shí)打破現(xiàn)有的條條框框。

1 序言

用于涂布涂料的膠粘劑應(yīng)該起的作用是將占配方絕干質(zhì)量80%以上的顏料黏結(jié)在一起，并且通過促進(jìn)印刷油墨的吸收和干燥，以影響紙的印刷性能。因此，近年來(lái)，開發(fā)了能夠充分滿足具有各種表面特性和粒徑的涂料和各種印刷方法所需的涂布涂料用膠粘劑。考慮到涂布涂料大約50%的成本來(lái)自膠粘劑，因此降低膠粘劑成本成了新型膠粘劑開發(fā)的主要目標(biāo)之一。

作為膠粘劑使用的淀粉遠(yuǎn)比丁苯膠乳（SBR）膠粘劑價(jià)格低廉，因而增加涂料配方中淀粉的使用量已成為常態(tài)。在通用的啞光紙和絲光紙的預(yù)涂中，進(jìn)而在面涂中，正在發(fā)生著這一變化。但是作為膠粘劑添加的淀粉用量過多的話，將會(huì)產(chǎn)生結(jié)合強(qiáng)度下降，光澤度降低以及折痕，裂痕，色斑等缺點(diǎn)，導(dǎo)致涂料固含量減少，高剪切黏度上升，造成低涂布量操作發(fā)生困難。

本文在闡明開發(fā)的Fennobind膠粘劑技術(shù)（該技術(shù)已經(jīng)取得了專利）如何給涂料性質(zhì)帶來(lái)變化的同時(shí)，還將討論對(duì)涂料涂層的流變力學(xué)、穩(wěn)定性，以及涂布紙和涂布紙板的印刷適性的影響。

2 膠粘劑新技術(shù)

根據(jù)過去30年間進(jìn)行的很多試驗(yàn)已經(jīng)非常清楚，決定SBR膠粘劑功能的主要因素是單體的組成、粒徑和粒徑的分布、碳酸鹽含有率、架橋性、表面活性劑和凝膠體含有率；次要因素是玻璃化溫度（Tg）和對(duì)涂料流變性及穩(wěn)定性的影響、多孔性、油墨吸收性和表面極性，以及光澤度和印刷光澤度等。表1顯示了膠粘物的典型性質(zhì)。

表1 膠粘劑的典型性質(zhì)

已取得專利權(quán)的Fennobind膠粘劑技術(shù)打破了其中的部分常識(shí)，擁有令人驚訝的特征，并在闡明這些主要差異的同時(shí)充分應(yīng)用了這些新知識(shí)，提出了為開發(fā)具有高性價(jià)比配方的一些想法。

3 Fennobind膠粘劑

3.1 Fennobind膠粘劑的性質(zhì)

Fennobind 膠粘劑（以下簡(jiǎn)稱“Fennobind”）的粒徑（D）分布均勻，穩(wěn)定性極高，能夠制造50%濃度的分散液。就單個(gè)粒子而言，與比較照片（圖1）所示的典型膠乳相比，粒徑減小了大約50%～65%，由于Fennobind粒徑減小，同樣的體積可以獲得大5倍的比表面積和多30倍的粒子數(shù)量。另外因膠體高度分散的設(shè)計(jì)作用，很好地保持了膠粘劑粒子的分散狀態(tài)，因此涂布時(shí)不容易產(chǎn)生絮凝。結(jié)果能使涂料中的膠粘劑粒子分布狀態(tài)變得非常好，在大幅度增加比表面積的同時(shí)，降低分散劑的用量，從而使涂布顏料與膠粘劑粒子的結(jié)合變得非常有效，提高了涂布層的表面強(qiáng)度。

圖1 Fennobind和SBR的低溫掃描電鏡照片

3.2 Fennobind對(duì)涂料流變學(xué)和穩(wěn)定性的影響

如果在涂料配方中用Fennobind部分替代SBR，膠粘劑的粒徑分布顯示出2相性。如果用1份Fennobind替代2份傳統(tǒng)型膠粘劑，則降低了膠粘劑的使用總量，提高了顏料容積。此外，F(xiàn)ennobind粒子所帶的陰離子相對(duì)較低，從而降低了涂料中顏料和膠粘劑的相互作用。這一結(jié)果使得在很多配方中的高剪切下的黏度下降，見圖2（圖中用“%”表示的替代比均為質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）。

圖2 用一定比例的Fennobind K5S和K6S替代SBR后的剪切/黏度曲線

如果用不同Tg的產(chǎn)品[Fennobind K5S（以下簡(jiǎn)稱“K5S”）Tg為 48 ℃；Fennobind K6S（以下簡(jiǎn)稱“K6S”）]Tg為20℃采用相同的替代比，由于黏度/剪切曲線中的流動(dòng)屬性也完全相同，這里值得關(guān)注的是穩(wěn)定性在流動(dòng)曲線中所發(fā)揮的作用。同時(shí)在用Fennobind替代的情況下，低剪切黏度多少有些上升，可以在一定程度上減少膠粘劑的用量。

通常，如果在涂料配方中引入Fennobind，涂層薄膜的保水性變化不大，但能以較高固含量的涂料進(jìn)行涂布，因此一般都能提高保水性。由于Fennobind的穩(wěn)定性非常好，因此無(wú)論固含量和膠粘劑含量高低，均能適用于所有的顏料組成和涂布方法，不容易受溫度、可溶性鈣離子、pH和剪切力的變化影響。

3.3 Fennobind對(duì)涂布層的影響

用具有較高比表面積和較強(qiáng)接合力的Fennobind以3∶1的質(zhì)量比替代常規(guī)SBR，提高了顏料的體積濃度。就是說能減少了膠粘劑的用量，增加了顏料體積。隨之，紙頁(yè)的多孔性提高，見圖3。

圖3 用Fennobind替代SBR膠乳后涂膜的多孔性和顏料體積濃度（PVC）

膠粘劑用量減少的結(jié)果提高了壓光處理后的光澤度，提高了涂布覆蓋率，并提高了白度，見圖4。

圖4 用不同比例的Fennobind替代SBR膠乳的涂料涂布的紙的白度和光澤度的關(guān)系

另外，在相同光澤度時(shí)，不透明度也提高。由于涂布層的微多孔性變高，油墨固化速度也變得更快。因?yàn)樵谕坎及准埌?、絲光紙和啞光紙的許多情況下，為了減少色斑和模糊現(xiàn)象，提高多色凹版印刷后的印刷品加工速度，要求加快油墨的固化。

4 印刷實(shí)驗(yàn)實(shí)施案例

可以知道，與使用大量淀粉的涂料配方對(duì)照，使用Fennobind后，提高了壓光處理后的紙張光澤度。因此在提高相同水平的光澤度和印刷光澤度的同時(shí)，可以用粒徑較大的顏料替代部分微粒子顏料，降低成本。表2顯示了提高Fennobind替代SBR比例，改變顏料組成，用壓光處理達(dá)到相同光澤度和印刷光澤度的實(shí)施案例；評(píng)價(jià)了Fennobind的Tg對(duì)涂布適應(yīng)性、表面強(qiáng)度以及印刷時(shí)適應(yīng)性的影響，直接比較了在WFC紙光澤涂布的涂料配方中使用K6S和K5S（分別進(jìn)行了30%和50%2種質(zhì)量分?jǐn)?shù)的膠粘劑替代）；通過改變固體含量和顏料組合，調(diào)整配方來(lái)獲得相同黏度水平和相同光澤度（75%～76%）/印刷光澤度（90±1）之比。

表2 分別采用K6S和K5S為膠粘劑的涂料的涂布性能比較

結(jié)果，所有紙樣的表面強(qiáng)度值都非常接近。并且，印刷時(shí)的拉毛在所有的印刷試驗(yàn)中都顯示了同樣良好的結(jié)果。在使用這一新型膠粘劑技術(shù)的印刷試驗(yàn)中，提高了平滑度和涂布覆蓋率，最終，在完成全套印刷測(cè)試后，未發(fā)現(xiàn)拉毛和掉粉，也未產(chǎn)生干濕印刷色斑和back trap印刷色斑。

表3顯示了使用Fennobind作為膠粘劑的涂料配方的特點(diǎn)及其優(yōu)點(diǎn)。

表3 使用Fennobind作為膠粘劑的涂料配方的特點(diǎn)及其優(yōu)點(diǎn)

5 總結(jié)

引入Fennobind膠粘劑專利技術(shù)能夠取得更高的結(jié)合力，提高了顏料流變性和涂料覆蓋率，改善了涂布操作性。壓光處理后的紙張光澤度提高，油墨固化速度變快。總的合成類膠粘劑用量下降，降低了來(lái)自生成物的二氧化碳排放量（表3）。

涂料配方，涂布工藝，印刷工藝等各方面均得到改善，不僅可以改善涂布方面的光澤度和平滑度，而且還由于油墨固著性、起泡性等的改善，提高了印刷適應(yīng)性。通過在現(xiàn)行配方中應(yīng)用Fennobind，可以期待用較廉價(jià)的原材料替代高價(jià)的涂布原料。

6 Fennobind的應(yīng)用前景

新開發(fā)的具有劃時(shí)代的高穩(wěn)定性、低陰離子電荷的功能性Fennobind膠粘劑在涂布紙和紙板的生產(chǎn)中可以進(jìn)一步提高產(chǎn)品的附加值。

在折疊紙箱用紙板（Folding boxboard）生產(chǎn)中，運(yùn)用Fennobind的高光澤性，可以大幅度減少或停用黏土。

由于使用Fennobind，提高了涂膜的涂布遮蓋率，可以以廢紙為原料的板紙的涂布量，提高挺度，降低總成本。

使用Fennobind加快了油墨的固化速度，幫助絲光紙和啞光紙的油墨干燥，減少了污斑，最終能縮短從印刷到印刷加工的印刷機(jī)操作時(shí)間。

因Fennobind具有離子穩(wěn)定性以及與數(shù)字印刷紙/包裝材料用的陽(yáng)離子添加劑的相容性，所以可以開發(fā)新的噴墨涂布紙。