聚丙烯酸酯在紙張涂布中的應用

吳文慧 史長偉

（1．江西省造紙協會，江西 南昌 330029；2．齊齊哈爾大學，黑龍江 齊齊哈爾 161006）

聚丙烯酸酯在紙張涂布中的應用

吳文慧11史長偉2

（1．江西省造紙協會，江西 南昌 330029；2．齊齊哈爾大學，黑龍江 齊齊哈爾 161006）

紙張涂布是通過涂布顏料粒子填充、覆蓋原紙凹凸不平的表面，提高紙的白度和不透明度，改善紙面的平滑性和光澤度，使紙頁表面具有均勻良好的油墨吸收性，從而獲得較好的適印性，得到良好的印刷效果。通過理論和試驗分析手段，對比了聚丙烯酸酯和干酪素在涂布過程中對涂布加工紙適印性的影響，定量研究了聚丙烯酸酯涂料的性能指標，并對其試驗結果進行了理論探討和分析。

聚丙烯酸酯 干酪素 固含量 涂布 拉毛強度

0 前 言

紙張通過適當的加工可以改善紙頁的質量，提高適印性及耐水、耐磨等保護性能，并改善紙頁的外觀。所以一般用途的印刷紙乃至包裝紙，也可以利用加工來提高其品級。當今的世界市場，70%以上的印刷紙都是涂布加工的。我國市場上需要的包裝用白紙板，有60%以上是涂布白紙板。可見，除了普通的包裝紙板和新聞紙外，涂布加工紙在量上就占有優勢。

顏料涂布紙是涂布加工紙類中最大、最重要的一類紙張，主要用作印刷及需要經過印刷加工的包裝用紙和紙板等。這類涂布紙是以高嶺土、碳酸鈣、硫酸鋇和二氧化鈦等白色顏料為主體，加上各種膠粘劑以及根據需要配入各種化學助劑而調制成的涂料，按一定量均勻地涂布覆蓋在紙或紙板表面上，再經整飾加工而成的。

顏料涂布紙是由原紙及覆蓋在原紙表面（單面或雙面）的涂料層所組成。在紙面的涂料層中，顏料是主要的成分，其次是膠粘劑和各種化學助劑。纖維交織和顏料排布所形成的空隙，部分被膠粘劑填充，而大部分為空氣所占據，因此顏料涂布紙是纖維-顏料-膠粘劑-空氣的復合體。顏料覆蓋紙面，填平由于纖維交織而在紙面形成的凹凸。為了使顏料粒子能相互連接，并與原紙的纖維粘結在一起而采用膠粘劑；而眾多的化學助劑各有各的作用，有的是為了改善涂層的性質，有的則是為了改善涂布加工過程的作業性。

隨著科學技術的進步和人們生活水平的提高，涂布紙的用量不斷提高，涂布紙的應用范圍及用途越來越廣泛，如包裝、掛歷、精美印刷品、商標、禮品等。這主要是由于涂布紙有著其他紙品無可比擬的優勢和特點。涂布紙的性能主要取決于涂料，涂料的主要成分是顏料和膠粘劑，由于對涂布性質的要求及涂布設備的不同，其配用比例也各不相同。這兩種成分的比例，一般顏料占75%～90%，膠粘劑占10%～25%．膠粘劑一般分兩大類：一類是天然產物，例如變性淀粉、干酪素、豆酪素、動物膠等。在天然的膠粘劑當中應用最多的是變性淀粉，具有質量穩定和價格便宜等特點。另一類是合成膠料，常用的有丁苯膠乳、羧基丁苯膠乳、聚乙烯醇、聚丙烯酸酯等。膠粘劑的性質應對顏料的黏結能力要強，否則造成白度、不透明度的降低，其次與顏料的適印性要好，并且要保證涂層具有適當的吸墨性，適當的塑性，以提高壓光效果。近l0年來合成膠乳得到了迅速發展，產量逐年增加，在造紙工業中已經引起了人們的關注，并且已獲得相當規模的應用。

1 膠黏劑的選擇

1.1 聚丙烯酸酯

聚丙烯酸酯膠乳和丁苯膠乳、聚酯酸乙烯在外觀和膠乳性質上基本相似，具有很好的剪切穩定性、黏度低、膜耐折、柔韌等。其印刷性幾乎不受涂布量的影響，并在每一涂布下都顯示優越的適印性，即提高涂布紙的表面平滑度，也改善了涂布紙的可壓縮性，使用聚丙烯酸酯膠乳可提高印刷質量、油墨吸收性，增加印刷光澤度。聚丙烯酸酯易溶于丙酮 、乙酸乙酯、二氯乙烷等溶劑，不易溶于水。由于高分子鏈的柔順性，其玻璃化溫度較低 ，并隨R的含碳量而異。此類高分子能形成光澤好的耐水薄膜，粘合牢固，不易剝落，在室溫下柔韌而有彈性。

1.2 干酪素

干酪素具有黏結力強，成膜性好，抗水性好，膠液流動度適中，色淺不影響涂料色澤以及可作為多種不穩定顏料的穩定劑等優良特性而成為理想的膠粘劑。用干酪素制備膠液涂料涂布后紙張適印性強。它的缺點是有氣味，易生泡沫影響涂層平滑度，也較易腐敗而使黏度降低并削弱黏結力。

1.3 涂布漿料的特殊性

（1）固含量。涂料的固體物含量是以質量分數來表示的涂料漿料的質量性能指標，或稱為涂料的總固體物含量、含固量或固體量，他直接關系到可用膠料的黏度、涂布的流動性、結合力和涂布量。含固量可用公式表示：

（2）拉毛強度。拉毛強度，就是印刷表面強度。紙張在印刷過程受到油墨黏度、印刷壓力和印刷速度等條件的影響，使油墨層在印版與紙面間分離時，產生一種力叫剝離力。該剝離力與印刷速度和油墨黏度成正比，而與紙面的粗糙度和油墨膜的厚度成反比。當顏料涂布紙的涂層強度低，即涂層顏料粒子間的結合強度和涂層與紙面間的結合強度低，在上述剝離力的作用下，使顏料和細小纖維被從紙面上拉起的現象，其表現為印刷品上留下無數的斑點。當印刷繼續進行時，印版會逐漸被涂料粒子和細小纖維堵塞而無法正常印刷。

2 試驗部分

2.1 化學藥品與用量及儀器

（1）化學藥品與用量，見表1。

表1 化學藥品與用量

（2）儀器。水浴；攪拌儀；電子天平；

YZ-2300涂布機：瑞士生產；印刷適應性測定儀：J-IGT350，測量范圍(20～350) cm/s，四川長江造紙儀器有限公司。

2.2 試驗步驟

（1）干酪素膠液的制備。先用10mL冷水泡浸20～25min，開動攪拌器讓干酪素浸軟，顆粒潤脹；溫熱片刻，干酪素要充分攪拌分散；在48℃左右加入所需NaOH溶液（此溶液為NaOH固體和10mL水配置而成）；在56～60℃（溫度不要超過70℃）下保溫10～15min。待溶液里無顆粒存在，停止攪拌，過濾，即可使用。pH 8．0～9．0

（2）涂料的制備。把制備好的干酪素膠液和各種聚丙烯酸酯試樣放在40℃左右水浴中溫熱1min左右，開動攪拌器攪拌，加入對應的碳酸鈣，充分攪拌30 min左右即可。

（3）涂布。把剛制備好的涂料立即對B5復印紙進行涂布，涂完后在陰涼處晾干。

（4）紙張表面性能的測定（拉毛強度的測定）。把干燥好的涂布紙頁裁切成寬為25 mm的長條，在中性拉毛油（個別試樣使用低黏度拉毛油）、彈簧擺、壓力686 N、B檔（個別試樣使用M檔）位對各樣品進行拉毛強度測試，測試方法按國家標準要求進行。

2.3 試驗結果及討論

試驗干酪素和不同固含量聚丙烯酸酯涂布紙的拉毛速度的結果，見表2。

表2 不同膠粘劑涂布紙拉毛速度

通過測量涂布紙頁的拉毛速度來表征表面強度。表面強度是指印刷過程中紙張抗掉毛、掉粉的能力，是一項重要的適印性指標。對于涂布紙來說，要求涂層粒子之間必須有強有力的黏合力，涂層與紙基膠粘必須牢固，紙基纖維間應有足夠的結合強度，否則當紙張在相應的印刷壓力下，以相當快的速度與油墨輥相接觸時，墨膜會揭下涂料粒子及細小纖維，產生掉毛、掉粉現象，結果導致糊版和印刷失敗。

圖1為兩者拉毛速度的對比圖。可以看出，加入聚丙烯酸酯后涂布紙張的拉毛速度先增大后有所下降，個別固含量拉毛效果非常好（如2號、3號試樣），但也有紙樣的掉粉現象嚴重（如9號）。這是因為聚丙烯酸酯膠粘劑具有特殊功能“分子橋”作用，其一端可與填料發生化學反應，形成強有力的化學鍵合，陽離子一端可與纖維表面的負電荷形成靜電黏合及產生某種化學鍵(氫鍵)，從而將兩種性質差異很大的材料（纖維與填料）牢固地結合起來，因此拉毛速度有所增加。如果涂料成膜性不好、黏度低、親水性強，則易于向紙頁內部遷移，造成表面膠粘劑不足，過多暴露填料離子，出現掉粉現象。

圖1 拉毛強度的對比

由此可見，聚丙烯酸酯膠粘劑作為涂料的主劑，其固含量是重要質量指標之一。

用固含量為12．80%、13．57%、15．40%的聚丙烯酸酯為膠黏劑的涂布紙比用干酪素的拉毛強度強，也說明它們的適印性比干酪素的好。其中固含量為12．80%的5號樣最佳。

涂布過程改善紙張的表面性能，提高紙張的適印性和平滑度，裝飾紙面，提高了紙張的裝飾效果和使用價值，同時，可作為特殊涂布加工紙的預涂層。可見，聚丙烯酸脂膠粘劑用作涂布的成效和價值是非常可觀的。

3 結束語

（1）試驗表明，相對于天然膠粘劑干酪素，聚丙烯酸酯粒子涂層與紙基更牢固，紙張涂布效果明顯更好。

（2）聚丙烯酸酯膠粘劑在涂布過程中能顯著地改善紙張表面強度，提高紙張適印性。涂布過程中，聚丙烯酸酯固含量為12．8%時效果最佳。

（3）聚丙烯酸酯能形成光澤好而耐水的膜,黏合牢固,不易剝落，在室溫下柔韌而有彈性，耐候性好，可做高級涂料。由于現代高科技市場的需求，加上新的原材料及新的加工技術作保證，聚丙烯酸酯在紙張涂布過程中應用必將更加廣泛。