性价比优越的新一代功能性胶粘剂

纸张涂布用涂料中胶粘剂的主要功能性是将涂料中占绝干质量85%以上的颜料颗粒黏结在一起。另外，胶粘剂还通过帮助吸收和干燥印刷油墨对纸张的印刷性能产生影响。因此，开发了能够充分满足具有各种表面特性和粒径的涂料和各种印刷方法所需的涂布颜料用胶粘剂。涂布涂料大约50%的成本来自胶粘剂，因此，开发胶粘剂的主要推动力是降低胶粘剂成本。由于淀粉的价格显著低于胶乳，因此在涂料配方中使用更多的淀粉已经成为常态，特别是在低档哑光和丝光涂布纸的预涂也包括面涂涂料中使用更多的淀粉是可行的。但是太多的淀粉用作胶粘剂也有一些缺点，如成纸强度较低，对光泽度有负面影响，产生折痕、色斑，及导致涂料固含量下降，剪切黏度升高，造成低定量纸张涂布困难。新的Fennobind胶粘剂专利技术以惊人的方式打破了合成胶粘剂的常规。该文将介绍该发明的主要变化并提供如何利用该发明来开发具有成本优势的涂料配方一些建议，以及造纸工作者为创造附加值如何利用这一知识打破现有的条条框框。

1 序言

用于涂布涂料的胶粘剂应该起的作用是将占配方绝干质量80%以上的颜料黏结在一起，并且通过促进印刷油墨的吸收和干燥，以影响纸的印刷性能。因此，近年来，开发了能够充分满足具有各种表面特性和粒径的涂料和各种印刷方法所需的涂布涂料用胶粘剂。考虑到涂布涂料大约50%的成本来自胶粘剂，因此降低胶粘剂成本成了新型胶粘剂开发的主要目标之一。

作为胶粘剂使用的淀粉远比丁苯胶乳（SBR）胶粘剂价格低廉，因而增加涂料配方中淀粉的使用量已成为常态。在通用的哑光纸和丝光纸的预涂中，进而在面涂中，正在发生着这一变化。但是作为胶粘剂添加的淀粉用量过多的话，将会产生结合强度下降，光泽度降低以及折痕，裂痕，色斑等缺点，导致涂料固含量减少，高剪切黏度上升，造成低涂布量操作发生困难。

本文在阐明开发的Fennobind胶粘剂技术（该技术已经取得了专利）如何给涂料性质带来变化的同时，还将讨论对涂料涂层的流变力学、稳定性，以及涂布纸和涂布纸板的印刷适性的影响。

2 胶粘剂新技术

根据过去30年间进行的很多试验已经非常清楚，决定SBR胶粘剂功能的主要因素是单体的组成、粒径和粒径的分布、碳酸盐含有率、架桥性、表面活性剂和凝胶体含有率；次要因素是玻璃化温度（Tg）和对涂料流变性及稳定性的影响、多孔性、油墨吸收性和表面极性，以及光泽度和印刷光泽度等。表1显示了胶粘物的典型性质。

表1 胶粘剂的典型性质

已取得专利权的Fennobind胶粘剂技术打破了其中的部分常识，拥有令人惊讶的特征，并在阐明这些主要差异的同时充分应用了这些新知识，提出了为开发具有高性价比配方的一些想法。

3 Fennobind胶粘剂

3.1 Fennobind胶粘剂的性质

Fennobind 胶粘剂（以下简称“Fennobind”）的粒径（D）分布均匀，稳定性极高，能够制造50%浓度的分散液。就单个粒子而言，与比较照片（图1）所示的典型胶乳相比，粒径减小了大约50%～65%，由于Fennobind粒径减小，同样的体积可以获得大5倍的比表面积和多30倍的粒子数量。另外因胶体高度分散的设计作用，很好地保持了胶粘剂粒子的分散状态，因此涂布时不容易产生絮凝。结果能使涂料中的胶粘剂粒子分布状态变得非常好，在大幅度增加比表面积的同时，降低分散剂的用量，从而使涂布颜料与胶粘剂粒子的结合变得非常有效，提高了涂布层的表面强度。

图1 Fennobind和SBR的低温扫描电镜照片

3.2 Fennobind对涂料流变学和稳定性的影响

如果在涂料配方中用Fennobind部分替代SBR，胶粘剂的粒径分布显示出2相性。如果用1份Fennobind替代2份传统型胶粘剂，则降低了胶粘剂的使用总量，提高了颜料容积。此外，Fennobind粒子所带的阴离子相对较低，从而降低了涂料中颜料和胶粘剂的相互作用。这一结果使得在很多配方中的高剪切下的黏度下降，见图2（图中用“%”表示的替代比均为质量分数，下同）。

图2 用一定比例的Fennobind K5S和K6S替代SBR后的剪切/黏度曲线

如果用不同Tg的产品[Fennobind K5S（以下简称“K5S”）Tg为 48 ℃；Fennobind K6S（以下简称“K6S”）]Tg为20℃采用相同的替代比，由于黏度/剪切曲线中的流动属性也完全相同，这里值得关注的是稳定性在流动曲线中所发挥的作用。同时在用Fennobind替代的情况下，低剪切黏度多少有些上升，可以在一定程度上减少胶粘剂的用量。

通常，如果在涂料配方中引入Fennobind，涂层薄膜的保水性变化不大，但能以较高固含量的涂料进行涂布，因此一般都能提高保水性。由于Fennobind的稳定性非常好，因此无论固含量和胶粘剂含量高低，均能适用于所有的颜料组成和涂布方法，不容易受温度、可溶性钙离子、pH和剪切力的变化影响。

3.3 Fennobind对涂布层的影响

用具有较高比表面积和较强接合力的Fennobind以3∶1的质量比替代常规SBR，提高了颜料的体积浓度。就是说能减少了胶粘剂的用量，增加了颜料体积。随之，纸页的多孔性提高，见图3。

图3 用Fennobind替代SBR胶乳后涂膜的多孔性和颜料体积浓度（PVC）

胶粘剂用量减少的结果提高了压光处理后的光泽度，提高了涂布覆盖率，并提高了白度，见图4。

图4 用不同比例的Fennobind替代SBR胶乳的涂料涂布的纸的白度和光泽度的关系

另外，在相同光泽度时，不透明度也提高。由于涂布层的微多孔性变高，油墨固化速度也变得更快。因为在涂布白纸板、丝光纸和哑光纸的许多情况下，为了减少色斑和模糊现象，提高多色凹版印刷后的印刷品加工速度，要求加快油墨的固化。

4 印刷实验实施案例

可以知道，与使用大量淀粉的涂料配方对照，使用Fennobind后，提高了压光处理后的纸张光泽度。因此在提高相同水平的光泽度和印刷光泽度的同时，可以用粒径较大的颜料替代部分微粒子颜料，降低成本。表2显示了提高Fennobind替代SBR比例，改变颜料组成，用压光处理达到相同光泽度和印刷光泽度的实施案例；评价了Fennobind的Tg对涂布适应性、表面强度以及印刷时适应性的影响，直接比较了在WFC纸光泽涂布的涂料配方中使用K6S和K5S（分别进行了30%和50%2种质量分数的胶粘剂替代）；通过改变固体含量和颜料组合，调整配方来获得相同黏度水平和相同光泽度（75%～76%）/印刷光泽度（90±1）之比。

表2 分别采用K6S和K5S为胶粘剂的涂料的涂布性能比较

结果，所有纸样的表面强度值都非常接近。并且，印刷时的拉毛在所有的印刷试验中都显示了同样良好的结果。在使用这一新型胶粘剂技术的印刷试验中，提高了平滑度和涂布覆盖率，最终，在完成全套印刷测试后，未发现拉毛和掉粉，也未产生干湿印刷色斑和back trap印刷色斑。

表3显示了使用Fennobind作为胶粘剂的涂料配方的特点及其优点。

表3 使用Fennobind作为胶粘剂的涂料配方的特点及其优点

5 总结

引入Fennobind胶粘剂专利技术能够取得更高的结合力，提高了颜料流变性和涂料覆盖率，改善了涂布操作性。压光处理后的纸张光泽度提高，油墨固化速度变快。总的合成类胶粘剂用量下降，降低了来自生成物的二氧化碳排放量（表3）。

涂料配方，涂布工艺，印刷工艺等各方面均得到改善，不仅可以改善涂布方面的光泽度和平滑度，而且还由于油墨固着性、起泡性等的改善，提高了印刷适应性。通过在现行配方中应用Fennobind，可以期待用较廉价的原材料替代高价的涂布原料。

6 Fennobind的应用前景

新开发的具有划时代的高稳定性、低阴离子电荷的功能性Fennobind胶粘剂在涂布纸和纸板的生产中可以进一步提高产品的附加值。

在折叠纸箱用纸板（Folding boxboard）生产中，运用Fennobind的高光泽性，可以大幅度减少或停用黏土。

由于使用Fennobind，提高了涂膜的涂布遮盖率，可以以废纸为原料的板纸的涂布量，提高挺度，降低总成本。

使用Fennobind加快了油墨的固化速度，帮助丝光纸和哑光纸的油墨干燥，减少了污斑，最终能缩短从印刷到印刷加工的印刷机操作时间。

因Fennobind具有离子稳定性以及与数字印刷纸/包装材料用的阳离子添加剂的相容性，所以可以开发新的喷墨涂布纸。