聚丙烯酸酯在纸张涂布中的应用

吴文慧 史长伟

（1．江西省造纸协会，江西 南昌 330029；2．齐齐哈尔大学，黑龙江 齐齐哈尔 161006）

聚丙烯酸酯在纸张涂布中的应用

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（1．江西省造纸协会，江西 南昌 330029；2．齐齐哈尔大学，黑龙江 齐齐哈尔 161006）

纸张涂布是通过涂布颜料粒子填充、覆盖原纸凹凸不平的表面，提高纸的白度和不透明度，改善纸面的平滑性和光泽度，使纸页表面具有均匀良好的油墨吸收性，从而获得较好的适印性，得到良好的印刷效果。通过理论和试验分析手段，对比了聚丙烯酸酯和干酪素在涂布过程中对涂布加工纸适印性的影响，定量研究了聚丙烯酸酯涂料的性能指标，并对其试验结果进行了理论探讨和分析。

聚丙烯酸酯 干酪素 固含量 涂布 拉毛强度

0 前 言

纸张通过适当的加工可以改善纸页的质量，提高适印性及耐水、耐磨等保护性能，并改善纸页的外观。所以一般用途的印刷纸乃至包装纸，也可以利用加工来提高其品级。当今的世界市场，70%以上的印刷纸都是涂布加工的。我国市场上需要的包装用白纸板，有60%以上是涂布白纸板。可见，除了普通的包装纸板和新闻纸外，涂布加工纸在量上就占有优势。

颜料涂布纸是涂布加工纸类中最大、最重要的一类纸张，主要用作印刷及需要经过印刷加工的包装用纸和纸板等。这类涂布纸是以高岭土、碳酸钙、硫酸钡和二氧化钛等白色颜料为主体，加上各种胶粘剂以及根据需要配入各种化学助剂而调制成的涂料，按一定量均匀地涂布覆盖在纸或纸板表面上，再经整饰加工而成的。

颜料涂布纸是由原纸及覆盖在原纸表面（单面或双面）的涂料层所组成。在纸面的涂料层中，颜料是主要的成分，其次是胶粘剂和各种化学助剂。纤维交织和颜料排布所形成的空隙，部分被胶粘剂填充，而大部分为空气所占据，因此颜料涂布纸是纤维-颜料-胶粘剂-空气的复合体。颜料覆盖纸面，填平由于纤维交织而在纸面形成的凹凸。为了使颜料粒子能相互连接，并与原纸的纤维粘结在一起而采用胶粘剂；而众多的化学助剂各有各的作用，有的是为了改善涂层的性质，有的则是为了改善涂布加工过程的作业性。

随着科学技术的进步和人们生活水平的提高，涂布纸的用量不断提高，涂布纸的应用范围及用途越来越广泛，如包装、挂历、精美印刷品、商标、礼品等。这主要是由于涂布纸有着其他纸品无可比拟的优势和特点。涂布纸的性能主要取决于涂料，涂料的主要成分是颜料和胶粘剂，由于对涂布性质的要求及涂布设备的不同，其配用比例也各不相同。这两种成分的比例，一般颜料占75%～90%，胶粘剂占10%～25%．胶粘剂一般分两大类：一类是天然产物，例如变性淀粉、干酪素、豆酪素、动物胶等。在天然的胶粘剂当中应用最多的是变性淀粉，具有质量稳定和价格便宜等特点。另一类是合成胶料，常用的有丁苯胶乳、羧基丁苯胶乳、聚乙烯醇、聚丙烯酸酯等。胶粘剂的性质应对颜料的黏结能力要强，否则造成白度、不透明度的降低，其次与颜料的适印性要好，并且要保证涂层具有适当的吸墨性，适当的塑性，以提高压光效果。近l0年来合成胶乳得到了迅速发展，产量逐年增加，在造纸工业中已经引起了人们的关注，并且已获得相当规模的应用。

1 胶黏剂的选择

1.1 聚丙烯酸酯

聚丙烯酸酯胶乳和丁苯胶乳、聚酯酸乙烯在外观和胶乳性质上基本相似，具有很好的剪切稳定性、黏度低、膜耐折、柔韧等。其印刷性几乎不受涂布量的影响，并在每一涂布下都显示优越的适印性，即提高涂布纸的表面平滑度，也改善了涂布纸的可压缩性，使用聚丙烯酸酯胶乳可提高印刷质量、油墨吸收性，增加印刷光泽度。聚丙烯酸酯易溶于丙酮 、乙酸乙酯、二氯乙烷等溶剂，不易溶于水。由于高分子链的柔顺性，其玻璃化温度较低 ，并随R的含碳量而异。此类高分子能形成光泽好的耐水薄膜，粘合牢固，不易剥落，在室温下柔韧而有弹性。

1.2 干酪素

干酪素具有黏结力强，成膜性好，抗水性好，胶液流动度适中，色浅不影响涂料色泽以及可作为多种不稳定颜料的稳定剂等优良特性而成为理想的胶粘剂。用干酪素制备胶液涂料涂布后纸张适印性强。它的缺点是有气味，易生泡沫影响涂层平滑度，也较易腐败而使黏度降低并削弱黏结力。

1.3 涂布浆料的特殊性

（1）固含量。涂料的固体物含量是以质量分数来表示的涂料浆料的质量性能指标，或称为涂料的总固体物含量、含固量或固体量，他直接关系到可用胶料的黏度、涂布的流动性、结合力和涂布量。含固量可用公式表示：

（2）拉毛强度。拉毛强度，就是印刷表面强度。纸张在印刷过程受到油墨黏度、印刷压力和印刷速度等条件的影响，使油墨层在印版与纸面间分离时，产生一种力叫剥离力。该剥离力与印刷速度和油墨黏度成正比，而与纸面的粗糙度和油墨膜的厚度成反比。当颜料涂布纸的涂层强度低，即涂层颜料粒子间的结合强度和涂层与纸面间的结合强度低，在上述剥离力的作用下，使颜料和细小纤维被从纸面上拉起的现象，其表现为印刷品上留下无数的斑点。当印刷继续进行时，印版会逐渐被涂料粒子和细小纤维堵塞而无法正常印刷。

2 试验部分

2.1 化学药品与用量及仪器

（1）化学药品与用量，见表1。

表1 化学药品与用量

（2）仪器。水浴；搅拌仪；电子天平；

YZ-2300涂布机：瑞士生产；印刷适应性测定仪：J-IGT350，测量范围(20～350) cm/s，四川长江造纸仪器有限公司。

2.2 试验步骤

（1）干酪素胶液的制备。先用10mL冷水泡浸20～25min，开动搅拌器让干酪素浸软，颗粒润胀；温热片刻，干酪素要充分搅拌分散；在48℃左右加入所需NaOH溶液（此溶液为NaOH固体和10mL水配置而成）；在56～60℃（温度不要超过70℃）下保温10～15min。待溶液里无颗粒存在，停止搅拌，过滤，即可使用。pH 8．0～9．0

（2）涂料的制备。把制备好的干酪素胶液和各种聚丙烯酸酯试样放在40℃左右水浴中温热1min左右，开动搅拌器搅拌，加入对应的碳酸钙，充分搅拌30 min左右即可。

（3）涂布。把刚制备好的涂料立即对B5复印纸进行涂布，涂完后在阴凉处晾干。

（4）纸张表面性能的测定（拉毛强度的测定）。把干燥好的涂布纸页裁切成宽为25 mm的长条，在中性拉毛油（个别试样使用低黏度拉毛油）、弹簧摆、压力686 N、B档（个别试样使用M档）位对各样品进行拉毛强度测试，测试方法按国家标准要求进行。

2.3 试验结果及讨论

试验干酪素和不同固含量聚丙烯酸酯涂布纸的拉毛速度的结果，见表2。

表2 不同胶粘剂涂布纸拉毛速度

通过测量涂布纸页的拉毛速度来表征表面强度。表面强度是指印刷过程中纸张抗掉毛、掉粉的能力，是一项重要的适印性指标。对于涂布纸来说，要求涂层粒子之间必须有强有力的黏合力，涂层与纸基胶粘必须牢固，纸基纤维间应有足够的结合强度，否则当纸张在相应的印刷压力下，以相当快的速度与油墨辊相接触时，墨膜会揭下涂料粒子及细小纤维，产生掉毛、掉粉现象，结果导致糊版和印刷失败。

图1为两者拉毛速度的对比图。可以看出，加入聚丙烯酸酯后涂布纸张的拉毛速度先增大后有所下降，个别固含量拉毛效果非常好（如2号、3号试样），但也有纸样的掉粉现象严重（如9号）。这是因为聚丙烯酸酯胶粘剂具有特殊功能“分子桥”作用，其一端可与填料发生化学反应，形成强有力的化学键合，阳离子一端可与纤维表面的负电荷形成静电黏合及产生某种化学键(氢键)，从而将两种性质差异很大的材料（纤维与填料）牢固地结合起来，因此拉毛速度有所增加。如果涂料成膜性不好、黏度低、亲水性强，则易于向纸页内部迁移，造成表面胶粘剂不足，过多暴露填料离子，出现掉粉现象。

图1 拉毛强度的对比

由此可见，聚丙烯酸酯胶粘剂作为涂料的主剂，其固含量是重要质量指标之一。

用固含量为12．80%、13．57%、15．40%的聚丙烯酸酯为胶黏剂的涂布纸比用干酪素的拉毛强度强，也说明它们的适印性比干酪素的好。其中固含量为12．80%的5号样最佳。

涂布过程改善纸张的表面性能，提高纸张的适印性和平滑度，装饰纸面，提高了纸张的装饰效果和使用价值，同时，可作为特殊涂布加工纸的预涂层。可见，聚丙烯酸脂胶粘剂用作涂布的成效和价值是非常可观的。

3 结束语

（1）试验表明，相对于天然胶粘剂干酪素，聚丙烯酸酯粒子涂层与纸基更牢固，纸张涂布效果明显更好。

（2）聚丙烯酸酯胶粘剂在涂布过程中能显著地改善纸张表面强度，提高纸张适印性。涂布过程中，聚丙烯酸酯固含量为12．8%时效果最佳。

（3）聚丙烯酸酯能形成光泽好而耐水的膜,黏合牢固,不易剥落，在室温下柔韧而有弹性，耐候性好，可做高级涂料。由于现代高科技市场的需求，加上新的原材料及新的加工技术作保证，聚丙烯酸酯在纸张涂布过程中应用必将更加广泛。