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涂布工艺技术

  涂布工艺技术_材料科学_工程科技_专业资料。涂布工艺配方是涂布工艺的核心。一种配方工艺的好坏优劣跟很多因素有关:产品的定位,客户的需求,设备的条件,原料的选择等等。因此去评价一组配方,需要从具体实践出发,作出客观的分析。

  涂布工艺配方技术 一、 涂布工艺配方 1.1 涂布工艺配方是涂布工艺的核心。一种配方工艺的好坏优劣跟很 多因素有关:产品的定位,客户的需求,设备的条件,原料的选择等 等。因此去评价一组配方,需要从具体实践出发,作出客观的分析。 1.1 欲设计一个合适的涂料配方式,必须考虑下列几个因素: 涂布原纸的特性; 涂布纸成品的最终使用需求; 涂布厨房配制设备的能力; 涂布机的型式与涂布方式。 1.3 涂料配方种类繁多, 不同的纸厂有各自独特的秘方。 其配方随涂 布纸性质要求、原纸性质以及涂布设备之不同而各有所异,表现在 原料的选择、配比、涂布量以及涂料的固含量、粘度等等方面。 二、 涂料的组成 2.1 涂料是由颜料、胶粘剂、辅助添加剂和水四大要素所组成的。颜 料是主体,在涂布中扮演的功能是提供填充,遮盖力,并左右着涂布 纸的光泽、白度及油墨吸收性;胶粘剂将颜料粒子相互粘结并将其牢 固于纸面,形成平滑的涂布层;辅助胶粘剂、添加剂则促使涂料配臵 与涂布操作顺利,并改善涂料性能,使其具有良好的流动性,渗透性, 协助涂料均匀地分布于纸面。 2.2 涂布颜料,常用的有: 品种 重质碳酸钙 轻质碳酸钙 瓷土 煅烧瓷土 TiO2 缎白 塑性颜料 优点 缺点 白度、流动性胶粘剂需量低 光泽低,遮盖力差 白度、油墨吸收、不透明度 流动性差, 胶粘剂需量高 光泽、平滑 流动性较差 白度、不透明度 流动性差、价格高 白度、不透明度 价格昂贵, 胶粘剂需量高 光泽、平滑、不透明度 流动性差、 胶粘剂需量高 光泽、松紧度 价格贵 2.3 胶粘剂:常用的胶粘剂主要有羧基丁苯胶乳,聚醋酸乙烯,丙烯 酸酯等合成胶乳,根据纸张性质及用途的不同,包装及印刷用的涂布 纸板均使用羧基丁苯胶乳(即 SBR)作为涂布用胶粘剂。由于合成胶乳 不能提供良好的保水性,所以在涂料配方中除以合成胶乳作为粘结剂 的主体之外,还必须添加其它的辅助胶粘剂,如 CMC,淀粉酪素与 大豆蛋白,PVA 等等。 2.4 辅助添加剂 分散剂:聚丙烯酸钠盐、聚磷酸盐; 消泡剂:醇类或醚酯类; 润滑剂:硬脂酸钙乳液; 抗水剂:三聚氰氨甲醛树酯,尿醛树酯等; 增白剂:二氨基二磺酸衍生物等。 三、 涂布配方的设计 3.1 事实上,每一个涂料配方都有着其设计的独特性与均衡性,我们 可以从多方面去分析,比较。 3.2 涂布配方中所使用的颜料 3.2.1 如前所述, 我们列举了七种常用的涂布颜料, 每种颜料均有其优 劣性。设计配方时要从涂布颜料的功能、应用技术及经济效益三方面 去考虑,另外来源供应方面也应考虑在内。 3.2.2 瓷土与碳酸钙是目前使用最为普遍的涂布颜料: (1)瓷土,其矿藏是由花岗岩或凝灰岩经常年累月风化沉积而形 成的,主要成分式硅酸盐化铝(Al2O3〃2SiO2〃2H2O)。造纸工业用的 瓷土主要产自美国的乔治亚州,英国的康威尔区及巴西的北部地区; 我国的茂名地区也盛产瓷土,但由于矿藏是残余矿(一次瓷土),含沙 粒、云母、管状岩洛石、明矾石等杂质较多,仅适用于烧制瓷器,而 用作涂布颜料,则存在着流动性差、杂质含量高、生产工艺水平低、 涂布效果差等缺陷,目前还无法替代进口瓷土。 (2)涂布白板纸所使用的瓷土必须是很精细的产品,瓷土粒子的 大小、形状、粒径分布、表明性能影响着涂料的流动性、保水性、分 散性以及涂层的平滑度、光泽度、油墨受理性、遮盖能力等。我们在 设计涂料配方时,可把性能较差的茂名瓷土用于底涂作为填充打底, 而将优质的进口瓷土用于面涂,使瓷土既能提供良好的印刷适性,又 体现出经济效益。 (3)碳酸钙是一种来源广泛,价格低廉的原料,由于其白度高, 流动性好,适宜配制高固含量的涂料,胶粘剂的需求量低,能改善涂 层的油墨吸收性而广泛应用于造纸涂布上。目前欧洲从节省干燥能源 与经济的角度出发,典型的底涂涂料配方中已 100%使用碳酸钙;只 有在面涂涂布中,为提高涂布纸的光泽度于平滑度,才配加一定比例 的瓷土。 (4)碳酸钙本身是一种低廉优质的颜料,但是由于国内碳酸钙 行业发展缓慢,生产厂家的技术水平不高,产量低,目前大多停留在 5 万吨的规模以下,无法形成规模效益,自身无法对碳酸钙的生产应 用深入地研究开发,导致产品上不了档次,生产成本高,质量不稳定, 从而限制了碳酸钙在国内涂布纸上的应用。 (5)两年多来,我们先后对国内十余家碳酸钙厂家造纸涂布用 刮刀级碳酸钙产品进行了分析比较,结果发现大多存在这样或那样的 问题,如:(1)筛余物太高,流动性差:浙江、湖南;(2)贮存困难, 运输成本高;ECC 芜湖工厂、恩平广平化工;(3)成本高,干燥中存 在“假絮聚”现象:上海大恒、唐山天盈;(4)产品质量低劣,上不了 档次:四川宝兴、湛江泰和等。 (6) 造纸涂布工艺对 CaCO3 的需求是: 质优——满足使用要求; 价廉——降低涂布成本;稳定可靠——确保涂布纸的质量;快捷方便 的供应——保障生产的连续性。为满足这些要求,唯有采取现代大规 模工业化生产的概念,为涂料生产配属碳酸钙研磨车间,免去干燥、 包装、运输、再分散等诸多环节,节省能源、人力、物力的浪费,以 取得良好的经济效益和综合效益。据悉,目前在宁波、镇江、常州, 由印尼金光、金鹰集团投资兴建的大规模纸厂均已着手筹备碳酸钙的 附属加工厂,采取合资合作的方式,为涂布纸的生产作配套。 3.2.3 特殊颜料:煅烧瓷土、轻质碳酸钙、塑性颜料等。 (1) 瓷土与碳酸钙是涂料配方中一种固定的标准成分,但是,随着 涂布纸品质要求的不断提高, 对特殊颜料的研究应用已成为当今 潮流。由于特殊颜料能够良好的遮盖性、可塑性、油墨受理性、 高光泽与平整性,弥补了瓷土、碳酸钙的许多不足之处,因而越 来越受青睐。但是特殊颜料价格昂贵,来源有限,一般只是配合 瓷土、碳酸钙使用,添加范围在 5-25%以内。 (2) 采用煅烧的办法生产多孔的结构瓷土,能提高颜料对光的散射 系数,因而煅烧瓷土有较高的不透明度,白度,良好的油墨吸收 性能, 可作为 TiO2 的代替品。 但由于价格高(是普通瓷土的两倍) 以及流动性差, 所以添加量一般在 5-10%之间。 目前煅烧瓷土已 被广泛使用于涂布纸上。 (3) 轻质碳酸钙又称之为沉淀碳酸钙,是通过煅烧石灰石,采用化 学沉淀的方法而生成的碳酸钙,其均一的粒子形状与粒径分布, 高白度与优良的吸收油墨性能而使涂布纸体现出良好的印刷适 应性。据了解,在日本涂布纸板业内,涂料中添加一定比例的轻 质碳酸钙已成为一种固定的模式, 是必不可少的涂布颜料。 如同 煅烧瓷土一样,价格高与流动性差也限制着轻质碳酸钙的使用 量。 (4) 塑性颜料完全是一种有机聚合物,主要成分聚苯乙烯,由于其 比重小,具有热可塑性,涂层内部填充有机塑性颜料时,粒子间 会产生均一空隙, 因而获得蓬松的涂层与良好的压光效果, 同时 能改善真空包装性、 油墨受理性, 赋予高的印刷光泽度及平整性 等能等等。 塑性颜料作为目前最先进的涂布技术之一, 在宁波中 华,珠海红塔等纸机上已有应用实例。 3.3 羧基丁苯胶乳是纸张涂布用的主要胶粘剂: 3.3.1 涂布对胶乳的品质要求: (1) 使用方便,配制时与涂料其它组分相溶性好; (2) 性能安定,低起泡性,胶料不会析出; (3) 配制涂料时具有良好的分散性,流动性,保水性; (4) 涂布时有良好的耐水性,能减少胶粘剂迁移,不会造成压光辊 背辊污染,具有防脱尘性与耐粘封性; (5) 优良的接着强度(干、湿拉毛强度); (6) 涂布纸体现出良好的印刷适应性:光泽度、平滑性、油墨干燥 性,吸墨性、耐溶剂性; (7) 上光适应性、耐光性、真空包装性、食品医包装安全性等 。 3.3.2 由于胶乳对涂布纸板的性能影响十分广泛,因而胶乳的选型 与配比必将成为涂布工艺配方研究的重点。目前在国内供应市场 上主要有台湾久联、南帝、上海巴斯夫、DOW 氏、法国罗拉普朗 克,韩国 Hansol 等几家,这些胶乳供应商出产的几十种品牌不同 性能的胶乳在纸张涂布应用上各有千秋,如何选择,关键还在于 胶乳的应用技术上。 3.3.3 涂布原纸的性质、涂布设备的特点,以及对成品纸性能的要 求,体现出在某一特定条件下的特殊性与客观性;因此,如何去 适应具体的环境条件,满足各种特殊的要求,就成为衡量胶乳性 能的标尺,而这种好坏只是特定的、相对的: 品种 久联 TA-617 TA-618 南帝 NX-267A Hansol S-104A DOW DL951 DL639 特性 性能均衡,粘结力强 改善油墨受理性,提高强度 粘结强度高 价廉, 粘结力 性能均衡 高光泽 油墨吸收性差, 光泽低 性能不均衡, 印刷适应性差 粘结强度低,油墨吸收性差 油墨吸收性差 粘结强度低, 用量高 弱点 油墨吸收性较低 上海 BASF SD-615 高光泽,价廉 3.4 辅助胶粘剂对涂布性能的影响: 研究表明:CMC 是目前最适宜的保水剂,其操作简单,性能稳 定,较好地满足了涂布要求。淀粉价格低廉,能替代一部分胶乳, 但是由于目前国内还没有合乎要求的涂布淀粉,基本上仍依赖进 口;另外使用淀粉时需要复杂的蒸煮设备,防护也成问题。至于 PVA、酪素丙烯酸共聚物、大豆蛋白等辅助胶粘剂由于供应、来 源等方面的问题,在此不一一敷述。 3.5 抗水剂(耐水化剂)添加的目的是:当涂布纸在平板印刷时,涂 层多次与水接触,由于部分接着剂在水中是可溶的,因此造成出 现所谓的湿拉毛现象,抗水剂又称之为交联净化剂,添加的目的 是使涂层内可溶的接着剂交联固化而取得抗溶性。抗水剂的种类 有: (1) 二醇:PH 范围适应性差,易发生变黄; (2) 三聚氰氨甲醛树酯 MF:会有甲醛析出; (3) 尿素甲醛树酯 UF:活性强,对涂料的粘度有影响; (4) 锆盐 ZrO-:初期耐水性佳,但涂料极不安定。 3.6 润滑剂能促使涂料的流动性,增进涂料的平滑,减少压光时脱 层、剥裂以及裁切时的掉毛、掉粉,目前常用的润滑剂为硬脂酸 钙乳液。 3.7 光学增白剂与染色剂: (1) 增白剂的作用原理是吸收紫外光,激发团的双键而反射为可见 蓝白光,达到增白的效果。由于增白剂的用量不能太高(太高会 发绿),在满足白度要求的前提下,尽可能降低用量。 (2) 染色剂的主要作用是调节色相, 提高人的视角白度(而并非是上 一种颜色)。 (3) 增白剂与染色剂相互配合,对于提高涂布纸的白度,改善外观 具有重要作用。 3.8 在涂料中,辅助添加剂就象药一样不可过量但需按时服用,体 现出少而精的特点。


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