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

吴文慧1，史长伟2

（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。该文通过实验分析、对比了胶粘剂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；拉毛速度；涂布

纸张通过适当的后处理加工可以改善纸页的质量，提高印刷适性及耐水、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后处理加工来提高其品质。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，并与原纸的纤维黏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[1]。

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、商标和礼品等。这主要是由于涂布纸具有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2种成分的比例，颜料一般占75%～90%，胶粘剂一般占10%～25%。

胶粘剂一般分二大类：一类是天然产物，例如变性淀粉、干酪素、豆酪素和动物胶等；其中，变性淀粉应用最多，它具有质量稳定和价格便宜的特点；另一类是合成胶料，常用的有丁苯胶乳、羧基丁苯胶乳、聚乙烯醇和聚丙烯酸酯等。胶粘剂应具有对颜料黏结能力强的性质，否则会造成白度、不透明度的降低，其次胶粘剂与颜料的适印性要好，并且要保证涂层具有适当的吸墨性和适当的塑性，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。

天然胶粘剂干酪素，其具有黏结力强、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。

合成胶粘剂聚丙烯酸酯，其与丁苯胶乳、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、膜耐折和柔韧等。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印刷性，既提高了涂布纸的表面平滑度，又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、乙酸乙酯和二氯乙烷等溶剂，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，黏合牢固，不易剥落，在室温下柔韧而有弹性。

本文通过实验分析、对比了聚丙烯酸酯和干酪素这2种胶粘剂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。

1 实验部分

1.1 化学品与仪器

1.1.1 化学品及其用量

化学品：干酪素，用量为1.500 g；NaOH，用量为0.005 g；固含量不同的聚丙烯酸酯，用量为20 mL；蒸馏水，用量为20 mL；拉毛油（中黏度，仪器自带），适量；轻质碳酸钙，上海大恒有限公司提供，其对应用量=干酪素胶液和各聚丙烯酸酯的固含量×胶液总质量×7/3。

1.1.2 仪器

仪器：水浴锅；搅拌仪；电子天平；YZ-2300涂布机，瑞士生产；J-IGT 350印刷适应性测定仪，测量范围为20～350 cm/s，四川长江造纸仪器有限公司生产。

1.2 实验步骤

1.2.1 干酪素胶液的制备

先用10 mL冷水泡浸干酪素20～25 min，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（此溶液为固体NaOH和10 mL水配置而成）；在56～60℃（温度不要超过70℃）下保温10～15 min。待溶液里无颗粒存在，停止搅拌，过滤，即可使用；pH=8.0～9.0。

1.2.2 涂料的制备

把制备好的干酪素胶液和固含量不同的聚丙烯酸酯试样分别放在40℃左右水浴中温热1 min左右，开动搅拌器搅拌，加入对应用量的轻质碳酸钙，充分搅拌30 min左右即可。

1.2.3 涂布

把刚制备好的涂料立即对B 5复印纸进行涂布，涂完后在阴凉处晾干。

1.2.4 纸张表面性能的测定（拉毛速度的测定）

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686N、B档（个别试样使用M档）位对各样品进行拉毛速度测试，测试方法按国家标准要求进行。

2 实验结果及讨论

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，是一项重要的印刷适性指标。对于涂布纸来说，要求涂层粒子之间必须有强有力的结合力，涂层与纸基胶黏必须牢固，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。表1所示为分别以干酪素和不同固含量的聚丙烯酸酯为胶粘剂的涂布纸拉毛速度的检测结果。

由表1可知，聚丙烯酸酯胶粘剂作为涂料的主剂，其固含量是主要质量指标之一。

图1为分别以干酪素和不同固含量的聚丙烯酸酯为胶粘剂的涂布纸拉毛速度的对比图（图中序号所代表的胶粘剂同表1）。

图1 拉毛速度的对比

从图1可以看出，加入聚丙烯酸酯后涂布纸的拉毛速度先增大、后有所下降，个别固含量拉毛效果非常好（如2号和3号试样），但也有纸样的掉粉现象严重（如9号试样）。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结合及产生某种化学键（氢键），从而将2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。

综观表1和图1可知，以固含量分别为12.80%、13.57%和15.40%的聚丙烯酸酯为胶粘剂的涂布纸比干酪素的拉毛速度强，也说明它们的印刷适印性比干酪素的好。其中，以固含量为12.80%的聚丙烯酸酯为胶粘剂的5号涂布纸样最佳。

涂布过程改善了纸张的表面性能，提高了纸张的印刷适性和平滑度，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，相较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，可用作高级涂料。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的保证，聚丙烯酸酯在纸张涂布过程中应用必将更加广泛。

［1］张运展.加工纸与特种纸［M］.北京：中国轻工业出版社，2005.

本文文献格式：吴文慧，史长伟.聚丙烯酸酯在纸张涂布中的应用[J].造纸化学品，2014，26（1）：25-27.

2013年江苏省淘汰造纸落后产能13.8万t

据来自江苏省经信委信息，2013年江苏省淘汰落后产能任务涉及14个行业90家企业。90家企业共淘汰落后产能或相对低端产能；其中，淘汰落后造纸产能13.8万t，并已全部通过省、市二级组织的考核验收。

（文心）

Application of Polyacrylate in Paper Coating

WU Wen-hui1，SHI Chang-wei2

Paper coating is a process which uses coating pigment particle to fill and cover uneven surface of base paper，increase the whiteness and opacity of paper，improve the smoothness and gloss of paper，make ink absorption of sheet surface uniform and good，thus to gain a better printability and printing effect.In this paper，effects of polyacrylate binder and casein binder on printing properties of coating process paper in the coating process were analyzed and compared by experiments，and performance of polyacrylate coating was studied quantitatively，and the test results were discussed and analyzed theoretically.

polyacrylate；casein；picking speed；paper coating

TS727+.3

A

1007-2225（2014）01-0025-03

吴文慧女士（1988-），江西省造纸协会；研究方向：造纸暨造纸化学品研究及开发工作；电话：0791-8833389；E-mail：819581968@qq.com。

2013-11-06