張淑霞
(天津市輕工業(yè)設(shè)計院,天津,300193)
顏料涂布紙主要由原紙和涂料兩部分組成,其中使用涂料的目的是為了填充、覆蓋原紙凹凸不平的表面,達(dá)到較高的不透明度、高白度、高光澤度、較高的平滑度、高適印性及適度的油墨吸附性等,用以獲得最優(yōu)的印刷效果。在涂料中顏料占75%~90%,是關(guān)鍵的成分,其特性對涂料的性能起決定性作用。
顏料白度與涂布成紙的白度呈正比關(guān)系,前者白度越高,則成紙的白度就越高。
不同晶形對涂料的特性有不同的影響,對涂布印刷紙而言,片狀(層狀)結(jié)構(gòu)的顏料配制成的涂料流動性、分散性更好,可賦予涂層較好的纖維覆蓋率以及較高的平滑度。
粒徑大小及其分布影響涂料的沉降穩(wěn)定性、流動性、黏度及膠黏劑用量,一般涂布顏料粒度要求在0.5μm~5μm左右,并且2μm以下顆粒比例不低于80%。小粒徑涂料比例越大,成紙的平滑度、白度、表面強度及適印性越高。
比表面積與粒徑大小呈反比,對成紙的影響也與粒徑大小相反,一般要求以9~22m2/g為優(yōu)。
顏料的折射率高,則反光性能越好,故而成紙的白度及不透明度得到相應(yīng)的提高。
它是有關(guān)顏料分散的一個相當(dāng)重要的指標(biāo),與顏料本身及分散程度有關(guān)。顏料沉降體積低,表示:①在較高固含量時有較低的黏度,可制得高固含量涂料;②可反映顏料膠黏劑的用量。相對沉降體積低,空隙體積也降低,達(dá)到一定涂層表面強度需要的膠黏劑用量少;③顏料有較高的比表面積,體系的折射能力增強,賦予涂布紙較好的光學(xué)性質(zhì)。
顏料的吸油性由其自身的化學(xué)結(jié)構(gòu)決定的。吸油性越高,則油墨吸收性越好,但并非越高越好,因為吸油性會對紙張的光澤度造成影響,故應(yīng)根據(jù)實際需求合理選擇。
與涂料中其他成分有較好的適應(yīng)性。顏料的種類和性質(zhì)對涂布成紙的物理、光學(xué)及印刷性能有重大影響,因而涂料配方中顏料的選擇至關(guān)重要。
常用的無機(jī)顏料主要有高嶺土、碳酸鈣、硫酸鋇、鈦白粉、滑石粉等。其主要物理指標(biāo)見表1。
表1 常用的無機(jī)顏料的主要物理指標(biāo)
其中高嶺土(瓷土)是最常見的白色顏料,其六角形片狀粒子結(jié)構(gòu)更容易制作成濃度高、黏度低、流變性好的涂料。用此材料作為涂布顏料的成紙平滑度高、光澤好、印刷性能也較好。碳酸鈣一般不單獨作為顏料使用,主要是為了降低成本而按一定比例添加,一般配用5%~20%,添加一定比例的碳酸鈣有利于改善成紙的不透明度和適印性,但是其光澤度差、涂料黏度大使其配用受到了限制。
滑石粉即水合硅酸鎂,其理論分子式為3MgO·4SiO2·H2O。它具有層狀結(jié)構(gòu),共分三層,中間是一個八面體的MgO層,上下均為四面體的硅石層;滑石粉的兩個-OH基在里面,因此,其表面具有疏水性。
圖1 滑石粉的層狀晶體結(jié)構(gòu)
滑石粉以其獨特的性質(zhì)——①層狀結(jié)構(gòu);②柔軟性;③較低的摩擦因數(shù);④化學(xué)惰性;⑤高白度;⑥高光澤度,適合作為涂布顏料。但由于其表面具有疏水性,故需要通過潤濕劑改性才能用作水性涂料。
國外有關(guān)研究表明,高質(zhì)量的滑石加工品可以大比例或全部代替水選高嶺土用于涂料顏料?;塾米魍坎碱伭系闹饕獌?yōu)勢為:①滑石粉可提高涂布紙白度、不透明度、平滑度和印刷光澤度,賦予紙張較高的吸墨性。②作為高形態(tài)比的涂布顏料,滑石粉具有卓越的纖維覆蓋能力,及很好的印刷效果,也可改善凹版印刷質(zhì)量。③與高嶺土混合使用,可改變涂料流變性。④滑石粉顆粒具有質(zhì)軟、多層和較低摩擦系數(shù)的特性,它能改善無光澤涂布紙的油墨磨損問題,也可改善印刷機(jī)運行性能。⑤滑石粉具有特殊的潤滑性,由其制成的涂布紙在壓光機(jī)上可獲得高整飾度,并可減少涂料中潤滑劑的使用量。⑥硬度低,磨耗較小,有利于刮刀涂布。⑦對pH值變化不敏感,與其他涂料組分兼容性良好。
主要缺點:①滑石粉由于其疏水性,在制備涂料時很難潤濕和分散,制成的涂料也成剪切膨脹性。②滑石粉在膠版印刷涂布紙中的應(yīng)用容易引起油墨堆聚和紙張掉毛、掉粉。
滑石粉由于其表面疏水性大,在涂料制備的過程中潤濕與分散較難,國外上世紀(jì)80年代初已找到合適的潤濕劑及加工技術(shù),使其作為配料生產(chǎn)涂布印刷紙(銅版紙),凹印LWC紙及無光澤涂布紙。在90年代初天津造紙研究所完成研究、擴(kuò)試階段后與揚州慶豐銅版紙廠合作應(yīng)用滑石粉作為涂布顏料工業(yè)化生產(chǎn)銅版紙的項目已取得初步經(jīng)驗。目前,滑石粉的潤濕工藝及研磨設(shè)備、工藝,涂料制備工藝均取得了一定進(jìn)展。
國內(nèi)優(yōu)質(zhì)高嶺土資源短缺,能應(yīng)用于涂布顏料的優(yōu)質(zhì)高嶺土目前大部分還是從國外進(jìn)口,價格較高。反觀滑石粉資源在我國廣泛分布,如果用于工業(yè)化生產(chǎn),可節(jié)約造價。雖然滑石粉和高嶺土在使用過程中有一定的差別,但是通過技術(shù)的改進(jìn)兩者基本上可以互替。故用滑石粉替代進(jìn)口高嶺土作為涂布顏料在我國有很廣泛的應(yīng)用前景。
目前尚需攻克的主要問題是:①改善潤濕工藝,改進(jìn)涂料配方,提高涂料濃度以適應(yīng)刮刀涂布的要求,改善印刷過程中油墨堆積和掉粉現(xiàn)象。②開發(fā)高效研磨設(shè)備,降低研磨電耗,降低生產(chǎn)的成本。
隨著滑石粉加工和改性技術(shù)的不斷完善和工程應(yīng)用技術(shù)的不斷深入,在不久的將來,滑石粉作為涂布顏料的成分在涂布領(lǐng)域必將得到廣泛的應(yīng)用。
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