馬龍 羿武昌 羅鵬 恩施錦華紙業(yè)有限責(zé)任公司 湖北 恩施(445000)
顏料[1]是紙張涂料的主要成分,顏料實(shí)際占了涂料的80%~95%(質(zhì)量)。但體積百分比比質(zhì)量百分比更重要;顏料的體積百分比約為涂料固體物質(zhì)的70%左右。據(jù)估算,顏料密度約為2.5,涂料中其余固體物質(zhì)的密度約為1.0。除了固體物質(zhì)外,涂層還包括充滿空氣的空間——微孔,不同顏料涂層所形成的微孔結(jié)構(gòu)不同,同時(shí)也決定了涂布紙的印刷適應(yīng)性、亮度和光澤度等,所以顏料是影響涂布性能的最重要因素。
最理想的顏料涂布是,除了填平凹坑外,顏料還能覆蓋住原紙上突出的最高點(diǎn)纖維。在實(shí)際生產(chǎn)中,有的涂布方式能填滿凹坑,但對(duì)高出點(diǎn)則只能涂覆一個(gè)薄層或根本沒有覆蓋;而有的涂布方式則基本能涂覆均一的厚度,因而能將原紙上的最高突出點(diǎn)都涂覆住,但只能部分填滿凹坑。
當(dāng)選擇涂布用的某種或某幾種顏料時(shí),實(shí)際上是選擇涂布的某個(gè)性能或綜合性能,根據(jù)不同目的的涂布需求,從而選擇不同種類的涂布用顏料。例如,挑選高嶺土?xí)r,我們選擇能賦予光澤涂布和具有密實(shí)涂層的片狀顏料,粒子規(guī)格越小,涂布的光澤度越好。
一個(gè)完美的涂布顏料應(yīng)具備以下特質(zhì);
(1)化學(xué)穩(wěn)定,在水中是惰性的,不溶的;
(2)所有波長(zhǎng)的光都能100%反射;
(3)無雜質(zhì);
(4)合適的粒徑大小及顆粒形狀分布;
(5)具有高折射率,提升不透明度;
(6)具有低膠黏劑需求;
(7)具有良好的流變性;
(8)能在高固含量下分散;
(9)具有分別適合高光/亞光的外觀(很好的涂布光澤度和很高的印刷光澤度);
(10)具有良好的兼容性(與其他涂料組分混合時(shí));
(11)低密度;
(12)低硬度;
(13)低吸水性;
(14)低價(jià)格。
很明顯,沒有一種顏料能同時(shí)滿足這些優(yōu)點(diǎn),顏料的選擇在很多時(shí)候就成為了一種平衡。
顏料的分類有很多種方法,根據(jù)其相對(duì)用量劃分可分為:主體顏料、特種顏料、輔助顏料。主體顏料在整個(gè)涂料配方中的比例一般高于50%;特種顏料一般限制在特殊質(zhì)量的涂布中,添加量很少,根據(jù)實(shí)際情況而定;輔助顏料在整個(gè)涂料配方中的比例常常低于25%。
主體顏料一般有高嶺土[2]、研磨碳酸鈣(GCC)[3]、滑石粉[4];特種顏料有石膏(硫酸鈣);輔助顏料一般有沉淀碳酸鈣(PCC)[5]、煅燒高嶺土、塑膠顏料、三水合鋁、二氧化鈦。主體顏料首先是在原紙表面起到很好的覆蓋作用,同時(shí)優(yōu)化原紙的一些固有特性。
至于特種顏料類似于主體顏料,但其用量受到很大的限制,如石膏,因?yàn)樗昧可?,既可作為光澤漆又可以用作遮蔽顏料;硫酸鋇,由于有較高的純度,被用于照相紙;硅酸鹽,這是因?yàn)樗哂休^高的吸收能力,被用于噴墨印刷紙張。
輔助顏料的用途,常見的是改善其印刷性能。應(yīng)用這類顏料可改進(jìn)諸如光學(xué)性能(白度、不透明度)、光澤度和吸墨性等。
在涂布紙中,基本的顏料性能如下:(1)粒子規(guī)格與規(guī)格分布;(2)粒子形狀與形狀分布;(3)折射指數(shù);(4)光散射與光吸收系數(shù);(5)密度。
涂料的性能與最終涂布狀況,在很大程度上可借鑒這些因素加以解釋。增加扁平性,減小粒子規(guī)格,可以提高其光澤度;增加折射系數(shù),減小粒子規(guī)格,可以提高其不透明度;降低光吸收系數(shù),可以提高其白度;降低堆積密度,混合不同形狀的粒子,可以提高其透氣度和油墨吸收性;降低堆積密度,混合不同形狀的粒子,降低密度,可以提高其松厚度與覆蓋率;降低堆積密度,可以提高其黏度。
表1列出了若干顏料的物理性能,目的是對(duì)各種顏料的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。
表1涂布顏料的物理性能
目前涂料的顏料部分,常含有至少兩種不同類型的顏料。當(dāng)為某種產(chǎn)品選擇顏料時(shí),產(chǎn)品的技術(shù)要求與價(jià)格限制了人們的選擇。當(dāng)然不能為產(chǎn)品選擇一種經(jīng)濟(jì)上不能接受(如太貴)的顏料。產(chǎn)品必須考慮的技術(shù)要求有白度、光澤度、不透明度和吸墨性等。涂布的主要目的就是最大程度地獲得涂層對(duì)原紙表面纖維的覆蓋,因此良好的涂層覆蓋性對(duì)紙張涂布顯得尤為重要,在實(shí)際生產(chǎn)中涂料快速固化有利于良好的覆蓋率。
涂料的主要性能是運(yùn)行性能。此問題具有雙重意義,因?yàn)樯a(chǎn)效率必須是高的,產(chǎn)品質(zhì)量必須滿足技術(shù)要求與沒有缺陷。如果現(xiàn)有設(shè)備可有限地制造出無缺陷產(chǎn)品,運(yùn)行性能就是好的。在這里必須了解,涂料的流變性極大地影響到運(yùn)行性能,所以涂料應(yīng)該具有很好的剪切減薄性(sheat thinning),意思是指非牛頓流體在剪切應(yīng)力作用下的黏度降低。
顏料涂布技術(shù)就是將不同特性的顏料分散混合均勻并配成涂料施涂在原紙表面,使原紙表面的纖維得到良好的覆蓋,以此提高紙張的平滑度和減少孔隙度,從而賦予紙張優(yōu)良的印刷性能。
這種改變的程度取決于顏料各種組分的種類與用量以及涂布設(shè)備與整飾處理情況。雖然通過顏料涂布可以獲得若干有用的性能,但原紙的性能對(duì)最終產(chǎn)品的性能來說仍然是十分重要的。根據(jù)經(jīng)驗(yàn),涂布紙性能有80%取決于原紙性能,采用顏料涂布只是強(qiáng)化了原紙的缺陷,而不是將它們掩蓋了。
[1]Garey,C.L.(Ed.),Physical Chemistry of Pigments in Paper Coating,TAPPIPRESS,1977,pp.493
[2]Rice,J.C.and Hudson,E.F.,American Paper Ind.(5):49(1966)
[3]Davidson,R.R.,Paper Tech.9(3):T60(1968)
[4]Rosenberg,H.,“Die Verwendungvon Talkuminder Papierfabrikation”,40(23),LXV LXXII(1912).
[5]Kourimsky,J.,in Minerals and Rocks,W ingston,Leicester,1994,pp.126~135.