不同颜料对轻量涂布纸性能影响研究

李 丹 周金涛 谭桂香 乐名菊 银 辉

（岳阳林纸股份有限公司，湖南岳阳，414002）

轻量涂布纸是指用25%及更多机械浆或化学机械浆制造的双面涂布印刷纸，单面涂布量一般不超过10 g/m2，总定量一般不超过70 g/m2，是一种印刷效果介于未涂布纸与铜版纸之间的中档涂布纸，通常采用机内涂布和机内压光的方法生产。与未涂布纸相比，轻量涂布纸的纸张光泽度和印刷适性较好，适用于轮转胶版印刷、轮转凸版印刷以及轮转凹版印刷，可广泛用于各种书籍、杂志、中小学生课本、广告、传单、商标、产品、说明书及报纸插页等[1-2]。

本研究考察了巴西IMERYS 公司高岭土CENTURY （以下简称“巴西高岭土CENTURY”）、美国THIELE 公司高岭土KAOFINE（以下简称“美国高岭土KAOFINE”）、岳阳华泰公司涂布重钙C95（以下简称“华泰重钙C95”）3 种颜料的粒度、亮度、pH值、水分、固含量和325 筛余物等基本性能，以及3种颜料对轻量涂布纸光泽度、油墨吸收性、表面强度等性能的影响，考察了3种颜料在轻量涂布纸上的应用效果，旨在为轻量涂布纸产品质量优化及涂料配方调整提供依据。

1 实 验

1.1 测试方法

按照国家标准GB/T 10335.2—2018《涂布纸和纸板轻量涂布纸》规定的方法测定纸张物理性能。

1.2 主要仪器设备

颜料性能测定及轻量涂布纸整饰所需的主要仪器及设备如表1所示。

表1 实验仪器及设备Table 1 Experimental equipments

1.3 实验内容

1.3.1 颜料基本性能检测

依据相关标准分别检测巴西高岭土CENTURY、美国高岭土KAOFINE、华泰重钙C95 的粒度、白度、325筛余物、pH值和固含量。

1.3.2 高岭土、GCC在涂料中的应用

将颜料等按表2 中的6 种配比，并添加10%胶乳、3%淀粉（均相对于颜料总绝干质量）及适量的其他助剂，复配成1#～6#涂料，分别测试其低剪切黏度、保水值、pH值和固含量等性能。

表2 涂料配比Table 2 Coating formula %

1.3.3 高岭土、GCC在轻量涂布纸中的应用

将上述1#～6#涂料用计量棒涂布在55 g/m2的原纸上，涂布量约10 g/m2；原纸为岳阳林纸股份有限公司1#纸机生产的未经表面施胶处理的胶印书刊纸。压光条件为线压4000 kPa（40 bar），温度60℃。压光的纸样经恒温恒湿处理后得到轻量涂布纸，分别记为1#'～6#'，并测定各项性能指标。

2 结果与讨论

2.1 颜料基本性能

用于制备涂料的高岭土通常具有易分散、黏度低、pH 值适当、粒径分布适宜等特性。因此，粒径是评价高岭土的主要技术指标，决定了涂布纸的不透明度、白度、油墨吸收性和胶黏剂用量等，还影响涂布纸的压光性能，通常用粒径小于2 μm 颗粒占比来评价，粒径小于2 μm 颗粒占比越大，涂布纸的平滑度、白度、光泽度和不透明度越好；但当小粒径颗粒含量过高，如粒径小于0.1 μm 的超细颗粒大量存在时，涂布纸的不透明度和白度会大大降低。高岭土的最佳形状为六角片状，晶体结构规则的高岭土可用于制备浓度高、黏度低、流变性好的涂料，将其涂布于纸面，颗粒易平行排列，从而得到平滑度高、光泽度好的涂布纸。

巴西高岭土CENTURY、美国高岭土KAOFINE和华泰重钙C95 3种颜料的基本性能如表3所示。从表3可以看出，美国高岭土KAOFINE 粒径较小；巴西高岭土CENTURY 为片状高岭土，其粒径较大，有利于提高轻量涂布纸的涂层覆盖性，尤其是涂布量较低的轻量涂布纸；华泰重钙C95粒径最小，说明其采用的GCC 研磨技术成熟，质量稳定，具有较好的流变性，分散剂用量低，与高岭土可配制成固含量为65%～68%的涂料，适用于高速涂布并提高涂布纸的白度等[3-4]。不同颜料有不同的保水性[5-6]，从表3 的水分和固含量可以看出，美国高岭土KAOFINE 最好，巴西高岭土CENTURY次之，华泰重钙C95最差。

表3 颜料基本性能Table 3 Basic properties of pigments

2.2 涂料性能

轻量涂布纸涂料的性能如表4 所示。从表4 可以看出，6 种涂料性能由于颜料种类与配比的不同显示出较大的差异。从涂料的低剪切黏度看，由100%美国高岭土KAOFINE 制备的2#涂料黏度高，流变性能差，主要原因是美国高岭土KAOFINE 粒径较小，使涂料黏度增大，胶黏剂需求量增大；巴西高岭土CENTURY 为片状高岭土，制得的涂料（1#和4#）流动性好，易形成平滑度与光泽度高的涂层；由于华泰重钙C95 的分散性好，易分散于水中，分散剂用量少，因此其易制成高固含量低黏度、流动性和稳定性好的涂料（3#、5#和6#）。

表4 涂料性能Table 4 Coating performance

涂料的保水性是指涂料本身保持游离水不逸去的能力，反映涂布后涂料中游离水分向原纸迁移的倾向。施涂时，涂料的保水性决定了涂料与原纸的结合状态和脱水速率，直接影响涂布质量。涂料的保水值越低，保水性越好。从表4 可以看出，1#和2#涂料固含量和pH 值均较低，但1#涂料流动性较差；2#涂料保水性较好，流动性较强；3#涂料保水性最差；4#～6#涂料具有较低的低剪切黏度，又有较好的保水性和涂料流变性，适合于现代高速纸机生产轻量涂布纸使用。

2.3 轻量涂布纸性能

1#～6#涂料涂布后得到的轻量涂布纸性能如表5所示。

轻量涂布纸的白度和不透明度取决于其图层；涂层的白度和不透明度等光学性能由颜料性质决定，包括颜料的白度、折射度、光散射系数、晶粒形状、大小和粒径分布、密度等；涂料组成、胶黏剂的用量及涂布条件对其影响较小。从表5 可以看出，6 种轻量涂布纸的不透明度相近；采用添加了华泰重钙C95的涂料（3#、5#和6#）涂布的轻量涂布纸白度略高于添加了高岭土的涂料（1#、2#和4#）涂布的轻量涂布纸；巴西高岭土CENTURY、美国高岭土KAOFINE（1#和2#）涂布的轻量涂布纸光泽度明显高于华泰重钙C95涂布的轻量涂布纸。

从表面性能看，添加了高岭土的涂料（1#、2#和4#）涂布的轻量涂布纸印刷表面粗糙度均低于添加了华泰重钙C95 的涂料（3#、5#和6#）涂布的轻量涂布纸，平滑度均高于添加了华泰重钙C95 的涂料（3#、5#和6#）涂布的轻量涂布纸。这可能是因为2 种高岭土粒径较细，轻量涂布纸表面更为平滑；此外，平滑度还取决于原纸和涂层的可压缩性，充分的涂层覆盖、足够的涂布量和压光至均一的厚度均有利于提高平滑度。

从印刷性能看，添加了高岭土的涂料（1#、2#和4#）涂布的轻量涂布纸的印刷光泽度均高于添加了华泰重钙C95 的涂料（3#、5#和6#）涂布的轻量涂布纸，且涂布了粒径更小的美国高岭土KAOFINE 的纸张光泽度和印刷光泽度更高。这是由于光泽度受颜料的粒径、形状、颗粒的定向作用、胶黏剂种类和用量、涂布量、涂料覆盖率和压光条件等因素的影响；粒径小的颜料有利于提高纸张光泽度、平滑度，降低纸面粗糙度；高涂布量及涂料覆盖率同样有利于光泽度的提高。

油墨吸收、油墨保持和抗掉毛掉粉等性能会对纸张的印刷适性造成一定影响，纸张的印刷适性可通过改变颜料和胶黏剂的用量进行调节。添加了华泰重钙C95 的涂料（3#、5#和6#）涂布的轻量涂布纸油墨吸收性高于添加了高岭土的涂料（1#、2#和4#）涂布的轻量涂布纸，因为GCC 具有较高的印刷油墨性。含美国高岭土KAOFINE 的轻量涂布纸表面强度最差，这主要是因为美国高岭土KAOFINE 粒径较小，胶黏剂耗需求量较大。

高岭土比GCC 更有利于提高纸张光泽度，而GCC 具有更高的白度和吸墨性能。高岭土与GCC 混合使用有利于提高涂料固含量，提高轻量涂布纸白度、拉毛强度和印刷适性。从表5 可以看出，与5#涂料涂布纸相比，以美国高岭土KAOFINE 部分替代巴西高岭土CENTURY 后，6#涂料涂布纸的光泽度由42%提高到45%，并具有较好的印刷光泽度、表面强度，因此，6#涂料是一种综合性能较优的轻量涂布纸涂料。

表5 轻量涂布纸的性能Table 5 Performance of lightweight coated paper

3 结 论

本研究检测了巴西IMERYS 公司高岭土CENTURY、美国THIELE 公司高岭土KAOFINE 和岳阳华泰公司涂布重钙C95 3 种颜料的基本性能及应用于轻量涂布纸的效果。

3.1 美国高岭土KAOFINE 制备的涂料黏度和保水性高，流变性能差；巴西高岭土CENTURY 制备的涂料流动性好，易形成平滑度与光泽度高的涂层；华泰重钙C95的分散性好，易制成高固含量低黏度、流动性和稳定性好的涂料，但保水性最差。

3.2 6 种涂料涂布后的轻量涂布纸不透明度相近；采用添加了华泰重钙C95的涂料涂布的轻量涂布纸白度略高于添加了高岭土的涂料涂布的轻量涂布纸；巴西高岭土CENTURY、美国高岭土KAOFINE涂布的轻量涂布纸光泽度、印刷光泽度和平滑度均高于华泰重钙C95 涂布的轻量涂布纸，且美国高岭土KAOFINE涂布的轻量涂布纸光泽度、印刷光泽度更高；巴西高岭土CENTURY、美国高岭土KAOFINE涂布的轻量涂布纸表面粗糙度和油墨吸收性均低于华泰重钙C95涂布的轻量涂布纸，美国高岭土KAOFINE 涂布的轻量涂布纸表面强度最差。