张淑霞
(天津市轻工业设计院,天津,300193)
颜料涂布纸主要由原纸和涂料两部分组成,其中使用涂料的目的是为了填充、覆盖原纸凹凸不平的表面,达到较高的不透明度、高白度、高光泽度、较高的平滑度、高适印性及适度的油墨吸附性等,用以获得最优的印刷效果。在涂料中颜料占75%~90%,是关键的成分,其特性对涂料的性能起决定性作用。
颜料白度与涂布成纸的白度呈正比关系,前者白度越高,则成纸的白度就越高。
不同晶形对涂料的特性有不同的影响,对涂布印刷纸而言,片状(层状)结构的颜料配制成的涂料流动性、分散性更好,可赋予涂层较好的纤维覆盖率以及较高的平滑度。
粒径大小及其分布影响涂料的沉降稳定性、流动性、黏度及胶黏剂用量,一般涂布颜料粒度要求在0.5μm~5μm左右,并且2μm以下颗粒比例不低于80%。小粒径涂料比例越大,成纸的平滑度、白度、表面强度及适印性越高。
比表面积与粒径大小呈反比,对成纸的影响也与粒径大小相反,一般要求以9~22m2/g为优。
颜料的折射率高,则反光性能越好,故而成纸的白度及不透明度得到相应的提高。
它是有关颜料分散的一个相当重要的指标,与颜料本身及分散程度有关。颜料沉降体积低,表示:①在较高固含量时有较低的黏度,可制得高固含量涂料;②可反映颜料胶黏剂的用量。相对沉降体积低,空隙体积也降低,达到一定涂层表面强度需要的胶黏剂用量少;③颜料有较高的比表面积,体系的折射能力增强,赋予涂布纸较好的光学性质。
颜料的吸油性由其自身的化学结构决定的。吸油性越高,则油墨吸收性越好,但并非越高越好,因为吸油性会对纸张的光泽度造成影响,故应根据实际需求合理选择。
与涂料中其他成分有较好的适应性。颜料的种类和性质对涂布成纸的物理、光学及印刷性能有重大影响,因而涂料配方中颜料的选择至关重要。
常用的无机颜料主要有高岭土、碳酸钙、硫酸钡、钛白粉、滑石粉等。其主要物理指标见表1。
表1 常用的无机颜料的主要物理指标
其中高岭土(瓷土)是最常见的白色颜料,其六角形片状粒子结构更容易制作成浓度高、黏度低、流变性好的涂料。用此材料作为涂布颜料的成纸平滑度高、光泽好、印刷性能也较好。碳酸钙一般不单独作为颜料使用,主要是为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钙有利于改善成纸的不透明度和适印性,但是其光泽度差、涂料黏度大使其配用受到了限制。
滑石粉即水合硅酸镁,其理论分子式为3MgO·4SiO2·H2O。它具有层状结构,共分三层,中间是一个八面体的MgO层,上下均为四面体的硅石层;滑石粉的两个-OH基在里面,因此,其表面具有疏水性。
图1 滑石粉的层状晶体结构
滑石粉以其独特的性质——①层状结构;②柔软性;③较低的摩擦因数;④化学惰性;⑤高白度;⑥高光泽度,适合作为涂布颜料。但由于其表面具有疏水性,故需要通过润湿剂改性才能用作水性涂料。
国外有关研究表明,高质量的滑石加工品可以大比例或全部代替水选高岭土用于涂料颜料。滑石粉用作涂布颜料的主要优势为:①滑石粉可提高涂布纸白度、不透明度、平滑度和印刷光泽度,赋予纸张较高的吸墨性。②作为高形态比的涂布颜料,滑石粉具有卓越的纤维覆盖能力,及很好的印刷效果,也可改善凹版印刷质量。③与高岭土混合使用,可改变涂料流变性。④滑石粉颗粒具有质软、多层和较低摩擦系数的特性,它能改善无光泽涂布纸的油墨磨损问题,也可改善印刷机运行性能。⑤滑石粉具有特殊的润滑性,由其制成的涂布纸在压光机上可获得高整饰度,并可减少涂料中润滑剂的使用量。⑥硬度低,磨耗较小,有利于刮刀涂布。⑦对pH值变化不敏感,与其他涂料组分兼容性良好。
主要缺点:①滑石粉由于其疏水性,在制备涂料时很难润湿和分散,制成的涂料也成剪切膨胀性。②滑石粉在胶版印刷涂布纸中的应用容易引起油墨堆聚和纸张掉毛、掉粉。
滑石粉由于其表面疏水性大,在涂料制备的过程中润湿与分散较难,国外上世纪80年代初已找到合适的润湿剂及加工技术,使其作为配料生产涂布印刷纸(铜版纸),凹印LWC纸及无光泽涂布纸。在90年代初天津造纸研究所完成研究、扩试阶段后与扬州庆丰铜版纸厂合作应用滑石粉作为涂布颜料工业化生产铜版纸的项目已取得初步经验。目前,滑石粉的润湿工艺及研磨设备、工艺,涂料制备工艺均取得了一定进展。
国内优质高岭土资源短缺,能应用于涂布颜料的优质高岭土目前大部分还是从国外进口,价格较高。反观滑石粉资源在我国广泛分布,如果用于工业化生产,可节约造价。虽然滑石粉和高岭土在使用过程中有一定的差别,但是通过技术的改进两者基本上可以互替。故用滑石粉替代进口高岭土作为涂布颜料在我国有很广泛的应用前景。
目前尚需攻克的主要问题是:①改善润湿工艺,改进涂料配方,提高涂料浓度以适应刮刀涂布的要求,改善印刷过程中油墨堆积和掉粉现象。②开发高效研磨设备,降低研磨电耗,降低生产的成本。
随着滑石粉加工和改性技术的不断完善和工程应用技术的不断深入,在不久的将来,滑石粉作为涂布颜料的成分在涂布领域必将得到广泛的应用。
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