蘇艷群 王成海 李智斌 劉金剛

(中國制漿造紙研究院,北京,100020)

填料類型對含高得率漿超級壓光紙性能的影響

蘇艷群 王成海 李智斌 劉金剛

(中國制漿造紙研究院,北京,100020)

研究了研磨碳酸鈣 (GCC)、沉淀碳酸鈣 (PCC)、瓷土和滑石粉加填對含高得率漿超級壓光紙 (SC紙)抄造的濕部性能和紙張性能的影響。結(jié)果表明,PCC加填時漿料動態(tài)留著率和濾水性能要優(yōu)于另外幾種填料;相對于其他幾種填料,PCC加填更有利于提高 SC紙的不透明度、亮度和光澤度;PCC加填 SC紙具有較高的油墨吸收性,但紙張的透印密度低。

填料;高得率漿;超級壓光紙

超級壓光紙 (SC紙)是一種高加填的紙種,特別是A級 SC紙 (SC-A紙)灰分一般超過 30%[1],因此,SC紙的性能在很大程度上受到填料的影響。SC紙主要用于雜志、廣告、商品目錄、報(bào)紙彩色插頁等,在國內(nèi)這些產(chǎn)品的印刷方式一般都是選擇膠版印刷。紙張的亮度、光澤度、印刷光澤度、不透明度以及油墨吸收性等都會對紙張的膠印效果產(chǎn)生重要影響。目前,北美 SC-A紙一般使用的漿料配比為:機(jī)械漿 80%～85%,漂白硫酸鹽漿 15%～20%;歐洲SC-A紙一般使用的漿料配比為:機(jī)械漿 50%～70%,漂白硫酸鹽漿 20～30%和脫墨漿 10～30%[2]。在國內(nèi)由于對紙張的亮度有較高的要求,而機(jī)械漿的亮度一般較低,用機(jī)械漿來生產(chǎn) SC紙時難以達(dá)到對紙張的高亮度要求。高得率漿是指得率在 80%～90%的化學(xué)機(jī)械漿,漿料的亮度較高,且具有機(jī)械漿高松厚度和高不透明度的特點(diǎn)。本實(shí)驗(yàn)主要討論填料種類對含高得率漿用于膠版印刷的 SC紙抄造的濕部性能和紙張性能的影響。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 原料及儀器

原料 漂白化學(xué)針葉木漿、高得率漿以及脫墨漿均取自某造紙廠,漂白化學(xué)針葉木漿打漿度 40°SR,高得率漿游離度 150 mL;脫墨漿經(jīng)過疏解后的打漿度為 61°SR。陰離子垃圾捕捉劑 (ATC)取自山東某紙廠,助留助濾劑 (陽離子聚丙稀酰胺 P182和膨潤土B1040)取自汽巴公司。實(shí)驗(yàn)用填料種類和填料性質(zhì)如表1所示。

儀器 DFS-03動態(tài)濾水儀、SZP-06 Zata電位儀、SedGraph粒度分析儀、紙頁成形器、35FC-200E超級壓光機(jī)、YQ-Z-48A白度顏色測定儀、G M光澤度測定儀等。

表1 各種填料的性質(zhì)

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 手抄片的制備

漂白化學(xué)針葉木漿、高得率漿以及脫墨漿以20∶40∶40的比例混合,并稀釋至濃度為 0.7%,然后在攪拌下依次加入填料、ATC和助留助濾劑,加料完畢后在紙張成形器中抄造,經(jīng)壓榨后 (壓榨條件為:壓力 3 MPa,時間 1 min),在成形器的真空干燥器上干燥。手抄片定量為 56 g/m2。

1.2.2 濕部性能測定

Zeta電位采用 Zeta電位儀測定,動態(tài)濾水和動態(tài)留著采用動態(tài)濾水儀測定。

1.2.3 壓光

采用 35FC-200E超級壓光機(jī)壓光,壓光條件:壓光水分 8%～9%,壓光速度 36 r/min,線壓力14.7 MPa,4個壓區(qū)。

1.2.4 手抄片性能測定

手抄片的定量、緊度、不透明度、平滑度、亮度、光澤度、印刷光澤度、印刷表面粗糙度 (PPS)和油墨吸收性 (K&N值)均按國家標(biāo)準(zhǔn)測定,透印值測定的是印刷光澤度印樣背面的光密度。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同填料加填對濕部性能的影響

一般而言,填料的粒徑分布和表面電荷都會對其留著產(chǎn)生重要影響[3]。根據(jù)圖1所示的結(jié)果,在相同填料用量 33%的條件下,留著率最高的是 PCC加填漿料,其次是 3種 GCC和滑石粉加填漿料,而留著率最低的是瓷土加填漿料。出現(xiàn)這一結(jié)果的原因可能是由于 PCC填料粒子相對較大、具有相對較高的正Zeta電位,有利于機(jī)械截留和纖維表面對 PCC粒子的吸附。此外,PCC的非塊狀結(jié)構(gòu)與塊狀 GCC的粒子形狀差異也有可能是加填 PCC漿料的留著率高于加填 GCC漿料的原因。

圖2中給出了不同填料對漿料動態(tài)濾水性的影響。根據(jù)圖2的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,不同填料加填對漿料動態(tài)濾水的影響差異較大,濾水比較好的是粗 GCC(GCC-1和 GCC-2)、PCC和滑石粉加填漿料,濾水比較差的則是瓷土和粒徑較細(xì)的 GCC(GCC-3)加填漿料。這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明粒徑粗大的填料更有利于改善漿料濾水性能。

2.2 不同填料加填對 SC紙性能的影響

2.2.1 不同填料加填對紙張不透明度和亮度的影響

由于定量也是影響紙張不透明度的重要因素,根據(jù) Kubelka-Munk公式[3],將實(shí)驗(yàn)中紙張的不透明度校正在同一定量 (56 g/m2)下,以分析比較不同填料對紙張不透明度的影響。從圖3可以看出,在紙張灰分含量相近 (約 28%)的條件下,PCC加填能明顯提高紙張的不透明度,達(dá)到 91.7%,GCC-3和瓷土加填時,紙張不透明度分別為 87.6%和 87.0%,對紙張不透明度貢獻(xiàn)最小的則是填料粗GCC1、GCC2和滑石粉,紙張不透明度在 85.3%～85.8%之間。根據(jù) Kubelka-Munk理論,增加光散射能力能增加不透明度。實(shí)驗(yàn)用的幾種填料中 PCC的散射系數(shù)相對較高,PCC加填紙的不透明度也最大。

圖3 不同填料加填對紙張不透明度和亮度的影響

圖3中還給出了不同填料加填對紙張亮度的影響。在紙張灰分含量相近 (約 28%)的條件下,使用不同種類的填料時,紙張亮度并不都是隨填料亮度的增加而增加,實(shí)驗(yàn)中所使用的瓷土亮度明顯低于 GCC-1和 GCC-2的亮度,但瓷土加填紙張的亮度卻要高于 GCC-1和 GCC-2加填紙張。出現(xiàn)這一結(jié)果的原因可能是加填得到的紙張亮度的增加部分決定于填料的亮度,部分決定于填料的粒度及遮蓋力[3],實(shí)驗(yàn)中使用的瓷土的亮度雖然比 GCC-1和 GCC-2的亮度低,但瓷土的粒度要比兩種粗 GCC的粒度細(xì),有利于提高紙張的亮度。此外,瓷土的遮蓋力要好于 GCC,在紙張漿料的亮度明顯低于填料亮度條件下,遮蓋力好的填料有利于提高紙張的亮度。

2.2.2 不同填料加填對紙張 PPS的影響

在膠版印刷中,采用較平滑的紙張進(jìn)行壓印時,就能以最大的接觸面積與橡皮布的圖文接觸,能比較均勻、完整地完成油墨轉(zhuǎn)移,使圖文清晰、飽滿地再現(xiàn)于紙上,從而獲得令人滿意的復(fù)制效果[4]。SC紙中加入填料的最主要目的之一就是提高紙張平滑度,降低紙面粗糙度。一般來說,對于同一類填料,粒子越細(xì),所加填紙張的 PPS越低。圖4中給出的數(shù)據(jù)也說明了這一點(diǎn),在紙張灰分含量相近 (約 28%)的條件下,在 3種不同粒徑的GCC加填中,粒子最細(xì)的 GCC-3加填的紙張的 PPS為 1.82μm,粒子最粗的 GCC-1加填的紙張的 PPS最大,達(dá)到了 2.11μm。對于不同種類填料加填時,PCC填料的粒子雖然要明顯比 GCC-3、瓷土和滑石粉這 3種填料的粒子大,但 PCC加填紙張的 PPS并沒有明顯高于這 3種填料,PPS均在 1.70～1.80μm之間。實(shí)驗(yàn)結(jié)果也表明,與塊狀粒子的GCC相比,具有片狀粒子形狀的瓷土和滑石粉加填可賦予紙張較低的 PPS。

圖4 不同填料加填對紙張 PPS的影響

2.2.3 不同填料加填對紙張 K&N值的影響

在膠版印刷過程中,紙張 K&N值對印刷產(chǎn)品質(zhì)量的影響很大[5],K&N值既不能太大也不能太小,太大可能降低紙張的印刷光澤同時還有增加紙張透印的可能性,太小又會影響油墨的干燥。從圖5可以看出,不同種類填料加填紙張之間的 K&N值差異較大,滑石粉加填紙張 K&N值最小,而 PCC加填紙張 K&N值最大。

圖5 不同填料加填對紙張 K&N值的影響

2.2.4 不同填料加填對紙張光澤度和印刷光澤度的影響

填料呈片狀結(jié)構(gòu)、填料粒度較細(xì)時,加填的 SC紙經(jīng)過壓光后有利于提高紙張的光澤度。從圖6給出的結(jié)果看,加填瓷土對紙張光澤度提高最大,其次是加填 PCC和滑石粉,光澤相對較低的是加填 GCC的紙張,這是因?yàn)榇赏敛粌H呈片狀結(jié)構(gòu)且粒度較細(xì)(平均粒徑為 2.35μm,遠(yuǎn)小于其他填料),從而有利于提高紙張的光澤。在同一類 GCC填料中,填料的粒徑越大光澤越低。

在膠版印刷中,印刷光澤度的大小在一定程度上可以反映 SC紙的實(shí)際印刷效果。一般來說,印刷光澤度與 SC紙的光澤度和 K&N值有關(guān),紙張的光澤度越高、K&N值越低紙張的印刷光澤度就可能越高。圖6給出的填料種類對紙張的光澤度、印刷光澤度和光澤度差值 (印刷光澤度與光澤度之差)影響結(jié)果說明:紙張的印刷光澤度并不是隨紙張本身光澤度的增加而增加,PCC加填紙張光澤度較好,而印刷光澤度并非最好,這可能與 PCC的 K&N值高 (K&N值為 42.2%)有關(guān)。另一方面,由于 GCC-3和滑石粉加填紙的 K&N值較低,分別為 36.6%和 31.9%,在其紙張光澤度較低的情況下可達(dá)到比較好的印刷光澤度。瓷土加填紙的光澤度雖然最好,由于其 K&N值為 41.0%,相對較高,因而其印刷光澤度并非最好。

圖6 不同填料加填對紙張光澤度、印刷光澤度和光澤度差值的影響

2.2.5 不同填料加填對紙張透印性能的影響

透印是指在印刷品反面可見印跡的現(xiàn)象,透印的程度取決于油墨對紙張的滲透程度和紙張本身不透明度兩個方面[6]。從圖7給出的結(jié)果看,PCC加填紙的透印值 (印樣背面光密度值)最低,其次是 GCC-3和瓷土,透印值相對較高的則是粗 GCC和滑石粉,出現(xiàn)這一結(jié)果的原因可能是紙張的不透明度大小對紙張透印產(chǎn)生了重要影響,從圖7可以發(fā)現(xiàn),PCC加填紙張的不透明度最高 (達(dá)到 91.7%),其次是瓷土和GCC-3加填紙張 (分別為 87.0%和 87.6%),不透明度值相對較低的是粗 GCC和滑石粉 (只有 85.5%左右)。

圖7 不同填料加填對紙張透印性能的影響

3 結(jié) 論

研究了不同填料加填對含高得率漿超級壓光紙(SC紙)抄造過程濕部性能和紙張性能的影響,得出如下結(jié)論:

3.1 采用 PCC加填漿料可以獲得比較好的動態(tài)留著率和濾水性能。采用 PCC加填還可以提高 SC紙的不透明度、亮度、光澤度和平滑度,雖然 PCC加填 SC紙的油墨吸收性 (K&N值)較高,在一定程度上降低了成紙的印刷光澤度,但成紙仍有很好的不透印性能。

3.2 采用瓷土加填漿料的動態(tài)留著率和濾水性能明顯不如 PCC、GCC和滑石粉加填。但采用瓷土加填可以提高 SC紙的光澤度、平滑度、印刷光澤度和亮度,也能降低成紙的透印。

3.3 采用滑石粉加填漿料可以獲得比較好的動態(tài)留著率和濾水性能。采用滑石粉加填可以提高 SC紙的平滑度、光澤度和印刷光澤度,降低油墨吸收性能,但不利于提高 SC紙的不透明度和亮度,且滑石粉加填不利于降低 SC紙的透印。

3.4 采用 GCC加填時,GCC粒徑不同對紙張性能影響差別較大。與粗粒徑 GCC相比,采用細(xì)粒徑 GCC加填可以提高 SC紙的亮度、平滑度、不透明度、光澤度和印刷光澤度并改善透印,但細(xì)粒徑 GCC加填不利于改善漿料動態(tài)留著率和濾水性能。

[1] 李甘霖,張棟基.SC紙的特性及其生產(chǎn)[J].中國造紙,2003,(22)12:42.

[2] 張菊先,郭勇為,喬小麗.超級壓光紙的技術(shù)發(fā)展趨勢及其市場[J].中國造紙,2007,26(8):57.

[3] 凱西 JP.制漿造紙化學(xué)工藝學(xué)[M].3卷.北京:中國輕工業(yè)出版社,1988.

[4] Ian Davis.印刷紙的功能涂布[C]//2000年中國造紙學(xué)會學(xué)術(shù)報(bào)告會論文集.2000.

[5] 董明達(dá),王 城.紙張油墨的印刷適性[M].北京:印刷工業(yè)出版社,1993.

[6] 向 陽,王捷先,齊曉堃.印刷材料及適性[M].北京:印刷工業(yè)出版社,2000.

Effects of Filler Types on the Properties of Supercalendered Paper Conta in ing High Y ield Pulp

SU Yan-qun WANG Cheng-hai＊L I Zhi-bin L IU Jin-gang
(China National Pulp and Paper Research Institute,Beijing,100020)

Effects of ground calcium carbonate(GCC),precipitated calcium carbonate(PCC),clay and talc on the wet end retention and properties of supercalendered paper containing high yield pulp were studied.The results showed that the dynamic retention and drainage of PCC were better than other fillers.PCC was found to provide better opacity,brightness and gloss compared with other fillers.Although the ink absorption of PCC loadingwas the highest,but the print through was the lowest.

filler;high yield pulp;supercalendered paper

TS727+.6

A

0254-508X(2010)05-0021-04

蘇艷群女士,工程師;主要研究方向:紙張涂布與加工工藝。

2009-12-09(修改稿)

本課題為國家“十一五”科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目課題 (速生材高得率漿的高效利用技術(shù)的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用示范,2006BAD32B05)資助項(xiàng)目。

(責(zé)任編輯:郭彩云)