熱敏紙褪色原因及穩定性能改善的研究

2010-11-27 02:40:42郭勇為周金濤劉春景陸小明陳克復

中國造紙 2010年4期

王進郭勇為周金濤劉春景陸小明陳克復

(1.天津科技大學材料科學與化學工程學院,天津,300457;2.泰格林紙集團技術中心,湖南岳陽,414002;3.蘇州三威科技有限公司,江蘇蘇州,215128;4.華南理工大學制漿造紙工程國家重點實驗室,廣東廣州,510640)

熱敏紙褪色原因及穩定性能改善的研究

王進1郭勇為2周金濤2劉春景2陸小明3陳克復4

對熱敏紙的發色性能和穩定性能進行分析評價,通過對 pH值、漿料配比、原紙和涂料組分等影響因素的探討,尋求熱敏紙涂層褪色的原因,對涂布原紙和熱敏涂料配方等方面加以優化。結果表明,熱敏紙印品褪色和發色性能降低不是由 pH值引起的,而主要與原紙的漿料組成有關;優化原紙的表面施膠和調整涂料配方都是提高熱敏紙品質非常有效的途徑。

熱敏紙;保留率;穩定性;BPA

熱敏紙主要應用于電子計算機終端打印、傳真記錄、各種證券打印、醫療器械及各種測試儀器的終端記錄等[1-2]。隨著熱敏技術在打印速度、圖像分辨率和設備普及性方面的發展,以及紙產品在保存期、印刷質量和成本等方面的進步,社會對熱敏紙的需求會有更大的增長。一般來說,熱敏紙由原紙、合成紙等作為基材,由填充料、無色染料、顯色劑、膠黏劑和增感劑等組分構成的涂層組成[3],可以實現遇熱發色的熱敏記錄材料,表層有兩次涂布或三次涂布,按功能可分為普通熱敏紙和三防熱敏紙。三防熱敏紙是在熱敏發色層上再涂覆保護層,以賦予熱敏紙更好的防水、防油和防磨擦等性能,但價格昂貴,主要用于高端市場[4]。在日常使用中,以普通熱敏紙為主,普通熱敏紙廣泛用于超市、醫院、銀行和辦公等場所。

發色性能和保存性能是衡量熱敏紙性能的兩項重要指標[5-6]。發色性能反映的是熱敏記錄的靈敏度和圖像記錄清晰度;保存性能包括發色后的保存性和存放后的發色性能。前者反映了熱敏印刷品的質量,后者反映的是熱敏紙的存放期或者說保質期。本實驗主要對普通熱敏紙在使用過程中出現的產品發色性能降低的原因和解決思路進行分析探討。

1 實驗

1.1 實驗原料與儀器

熱敏原紙及熱敏紙對應編號 A、B、C、D、E;底涂涂料和面涂涂料 (蘇州三威科技);顯色劑 BPA(雙酚 A)和無色染料 (蘇州三威科技);X-Rite色密度計 (美國)。

1.2 老化實驗

發色保留率的檢測:經傳真機發色的熱敏紙,測定初始色密度 d1,于 55℃、相對濕度 65%的環境中放置約 24 h,測定色密度 d2。

老化發色保留率的檢測:將未發色的熱敏紙于55℃、相對濕度 65%的環境中放置約 24 h,再經傳真機發色,測定色密度 d3。

2 結果與討論

2.1 pH值的對比

從表1可以看出,原紙 C與原紙 B的 pH值基本相同,對應的熱敏紙的 pH值比較接近,原紙 B生產的熱敏紙應用性能穩定,沒有出現褪色問題,pH值應該不是造成原紙 C生產的熱敏紙褪色的原因。

表1 熱敏原紙及熱敏紙的 pH值

2.2 不同漿料配比與熱敏紙性能的關系

發色保留率反映的是熱敏紙發色后的保存性能,不同檔次熱敏紙印品的保存性能差別較大,從約半個月到 2～3年不等;老化發色保留率反映的是成品熱敏紙的保質期,即成品紙合適的使用期間。在初始發色密度接近的情況下,這兩項保留率越高,則熱敏紙性能越好。熱敏紙在應用過程中所出現的發色性能退化主要是由于老化發色保留率性能指標不是很理想造成的,與發色保留率指標也有一定關系。

從表2可以看出,在所采用的漿料組成中,全化學木漿和配用一定比例化學葦漿的原紙能夠獲得很好的熱敏紙性能,初始發色密度高,且發色保留率和老化后發色保留率都比較好,這很好地解釋了全化學木漿生產的熱敏原紙 A和 B比多種漿料配比的熱敏原紙 C使用性能好的原因;配用一定比例的 D IP漿或者APMP漿,都會降低熱敏紙的性能,同時配用APMP漿和 D IP漿的原紙對熱敏紙性能是影響最大的。相比而言,APMP漿對熱敏紙發色性能帶來的不利影響略明顯一些,這可能與 APMP漿木素含量高、漿料的電荷密度高及含有較多金屬離子等有關。結果表明,對于熱敏原紙生產而言,全化學木漿和化學木漿配加化學葦漿都是比較好的漿料組成,可獲得良好使用性能的熱敏原紙。若配加 AP MP漿和 D IP漿,有助于降低原紙的抄造成本,但對熱敏原紙的使用性能有不利影響,故 D IP漿和 AP MP漿的配比不宜過高,且漿的質量指標需要盡可能穩定控制,減少生產波動。

表2 漿料配比對熱敏紙性能的影響

2.3 原紙與熱敏紙性能的關系

為保證普通熱敏紙具有良好的發色清晰度,一般要求成紙的初始發色密度在 0.90以上,不超過 1.1,如再提高發色密度會帶來企業生產成本的增加。

表3 不同原紙對熱敏紙性能的影響

從表3可以看出,3種熱敏原紙生產的熱敏紙的初始發色密度都能達到 0.90以上,色密度的微小波動很可能是由于涂料性能 (pH值、固含量、黏度)和涂布工藝的控制偏差有關。熱敏原紙 A所生產的熱敏紙發色保留率最高,為 42.8%,其次是熱敏原紙 B,為 31.9%,而熱敏原紙 C最差,僅為 28.9%,這與原紙 C所生產熱敏紙印品的保存時間最短是相吻合的。對于老化后的發色保留率而言,這是關系到成品熱敏紙使用有效期的重要評價指標,熱敏原紙B所生產熱敏紙的老化發色保留率最高,為 90.2%;其次是熱敏原紙 A,為 77.5%;熱敏原紙 C最低,為 40.3%,比熱敏原紙 B的低 50個百分點。表3的數據進一步說明不同熱敏原紙的性能差異很大,這是在選擇涂布原紙時需要重點考慮的,也說明熱敏原紙C的品質需要大幅度改善。

2.4 不同批次的原紙性能

表面施膠是在原紙兩面施涂表面施膠劑,一般是淀粉和合成表面施膠劑配用,在纖維表面形成一層比較連續的膜,可提高紙張的平滑度、細膩程度和封閉程度。從表4中可以看出,原紙 D和原紙 E的發色保留率基本相同,經優化表面施膠的原紙 E賦予熱敏原紙更好的老化發色保留率。雖比表3中的熱敏原紙A和B低一些,但性能已有較大程度改善。這應該是由于表面施膠劑在原紙表面形成的膠膜對原紙有一定程度的隔離作用,可減緩原紙中的有害組分對熱敏涂層的作用。

表4 表面施膠對熱敏原紙性能的影響

2.5 涂料配方的優化

從表5中可以看出,在配方 1～3中,隨著面涂中BPA份額的增加,熱敏紙初始發色密度逐漸降低,老化發色保留率逐漸提高。初始發色密度降低應該是由于只增加BPA份額會使得熱敏層中增感劑所占的比例減少,帶來熱敏層的發色熔點提高,對發色效果有不利影響。配方 4～配方 6的發色保留率和老化后保留率都逐漸升高,配方 4和配方 5比較理想,熱敏紙老化后的色密度保留率分別達到 73.9%和76.4%。更換顯色劑后,配方 7的發色保留率為59.7%,老化發色保留率為 76.3%,熱敏紙性能得到改善,這說明采用的顯色劑的穩定性能要優于BPA。

表5 涂料配方對熱敏紙性能的影響

采用同時增加底涂和面涂中的 BPA用量是比較好的調整途徑,底涂中的 BPA對原紙中有害成分能夠起到很好的隔離作用和消耗作用,面涂增加的BPA量能夠盡可能降低熱敏紙背面對熱敏層的不利影響,此外,可考慮稍微增加面涂中增感劑的用量或者采用性能更好的增感劑,以避免增加的 BPA導致熱敏層發色熔點的提高。相對調整 BPA用量來說,更換顯色劑類型更簡便易行。

3 結論

3.1 pH值不是熱敏原紙 C所生產的熱敏紙發色性能降低和印品褪色的原因。熱敏原紙 C的某些組分會消耗熱敏層中的顯色劑 BPA,使 BPA失去與無色染料作用而發色的性能。

3.2 全化學木漿或配用化學葦漿的原紙能夠獲得很好的熱敏紙性能,初始發色密度高,且發色保留率和老化發色保留率都比較好;配用一定比例的D IP漿或APMP漿,對生產成本的控制有利,但都會降低熱敏紙的性能,APMP漿帶來的不利影響略明顯一些。

3.3 熱敏原紙 A和 B所生產的熱敏紙的發色保留率和老化發色保留率都要優于原紙 C,做好原紙的選擇對于保證熱敏紙的質量是非常重要的。

3.4 適當優化表面施膠和調整涂料配方可改善熱敏原紙的使用性能,比較好地解決原紙使熱敏層褪色的問題。若優化涂料配方,在底涂和面涂中同時增加顯色劑BPA用量和更換顯色劑類型均能夠取得好的效果。

[1] 王際德,李臻,劉志浩.無碳復寫紙及熱敏紙的高速涂布中試報告[J].中國造紙,2004,23(10):29.

[2] 曹麗云.熱敏紙發展近況及近期工藝要點[J].中華紙業,2001,22(4):26.

[3] 祁爭健,周芩楠,韓航,等.新型熱敏紙增感劑研究[J].造紙化學品,1999(3):2.

[4] 陳勝恩.熱敏記錄材料的應用及技術動向[J].信息記錄材料,2000(3):40.

[5] 陳港,梁二東,劉映堯.膠粘劑對熱敏紙發色和防水性能的影響[J].中華紙業,2007,28(9):59.

[6] 陳敬浩,陳港,劉政豐.抗氧劑 TBM對彩票紙防褪色性能的影響[J].中華紙業,2007,28(4):59.

Factors I nfluencing Color Fad ing and Stability I mprovement of Color Development of Thermal Paper

WANG Jin1,＊GUO Yong-wei2ZHOU Jin-tao2L IU Chun-jing2LU Xiao-ming3CHEN Ke-fu4
(1.College of M aterial Science and Chem ical Engineering,Tianjin University of Science&Technology,Tianjin,300457;2.Technology Center of Tiger Forest&Paper Group Co.,L td.,Yueyang,Hu'nan Province,414002;3.Sunway Paper Technology Co.,Ltd.,Suzhou,Jiangsu Province,215128;4.State Key Lab of Pulp&Paper Engineering,South China University of Technology,Guangzhou,Guangdong Province,510640)

Properties of color display and density stability of ther mal paper were analyzed and evaluated.Factors including pH value,furnish,base paper and coating componentswere discussed.Opt imization of base paper and coating formulawas carried out.The results showed that pH value is not the reason causing color fading of the ther mal paper,instead the furnish is mainly responsible for the paper property.Optimization of surface sizing process and coating formula is an effective method to improve the quality of thermal paper.

ther mal paper;retention rate;stability;BPA

TS761

0254-508X(2010)04-0045-03