顏料涂布技術新進展

1、顏顏 料料 涂涂 布布 技技 術術 新新 進進 展展 劉金剛（中國制漿造紙研究院） 前言前言n因為燃、煤、油、運以及各種化工原材料漲價，涂布紙和紙板生產廠感受到了前所未有的壓力。 n在提高或維持產品質量的前提下，降低制造成本是不得不面對的挑戰(zhàn)。 n借助新的技術手段改善目前的涂布工藝和開發(fā)新產品，將有助于降低成本和優(yōu)化產品結構，擺脫目前的困境。 涂布裝置涂布裝置 刮刀涂布刮刀涂布 n涂布紙和紙板的最主要涂布方式仍然是刮刀。 n由于低角度射流涂布裝置已經開發(fā)成功，目前傳統(tǒng)涂布方式未出現顯著的進步。 n刮刀涂布器的改良更多地體現在某些細節(jié)上。如美卓 的ValCoat，特別適合紙板涂布；Voith的

2、DynaCoat，具有最佳的涂布量分布控制等。 涂布裝置涂布裝置 MSP涂布（涂布（1） n計量施膠壓榨(MSP)的方展勢頭良好，MSP已成為低定量涂布紙(LWC)新建和改造項目的首選。 n低的投資成本和操作成本，以及可以應用低強度漿料是MSP最具優(yōu)勢的地方。n國內新建的大型新聞紙和輕量涂布紙生產線毫無例外地選擇了MSP。 涂布裝置涂布裝置 MSP涂布（涂布（2）涂布裝置涂布裝置 MSP涂布（涂布（3）nMSP為近似輪廓性涂布，涂層的覆蓋性和均勻性比刮刀更好。n由于上述原因，涂布紙表面更粗糙。例如，MSP涂布膠印紙的印刷粗糙度為1.5-1.7微米，而相應的刮刀涂布紙為1.2-1.3微米。 n綜

3、合來看，MSP涂布膠印紙和刮刀涂布膠印紙在印刷適應性和總的質量方面并沒有差異。 涂布裝置涂布裝置 MSP涂布（涂布（4）涂布裝置涂布裝置 MSP涂布（涂布（5）MSP涂布5g/m2 刮刀涂布5g/m2 涂布裝置涂布裝置 非沖擊性涂布非沖擊性涂布(1)n非沖擊性涂布對紙幅的作用力很小，可以適應強度低的原紙。n非沖擊性涂布時，涂料對紙幅的沖擊力小，有利于涂料的保留和涂層的覆蓋。n非沖擊性涂布雖然有很好的應用前景，但仍需要解決某些設備和工藝上的難題。 涂布裝置涂布裝置 非沖擊性涂布非沖擊性涂布(2) n刮刀涂布nMSP涂布n噴霧涂布n簾式涂布涂布裝置涂布裝置 噴霧涂布（噴霧涂布（1）涂布裝置涂布裝置

4、 噴霧涂布（噴霧涂布（2）涂布裝置涂布裝置 噴霧涂布（噴霧涂布（3） n涂料在高壓下被霧化并同時施涂到紙幅的兩面，而在這一過程中紙幅不與紙機的任何部分相接觸。 n美卓在德國的一家紙廠安裝了世界上第一臺在線噴霧涂布器（OptiSpray）。n與MSP相比，噴霧涂布可以進一步減小涂布對紙幅的作用力。 涂布裝置涂布裝置 噴霧涂布（噴霧涂布（4）涂布裝置涂布裝置 噴霧涂布（噴霧涂布（5）n生產效率較刮刀提高5-6%，較MSP提高2%。 n可以達到非常好的輪廓涂布效果，涂層的覆蓋性和均勻性比MSP要好。n涂層孔隙率高，平滑較差。n噴霧涂布最大的影響因素是涂料的粘度，高固含量涂布受到限制，運轉固含量大約為

5、55%。 涂布裝置涂布裝置 簾式涂布簾式涂布 （1）涂布裝置涂布裝置 簾式涂布簾式涂布 （2）n簾式涂布的發(fā)展受到了高度關注。雖然已經用于特種紙的生產，但目前還沒有商業(yè)化設備用于顏料涂布。n在外力或重力的作用下，涂料從擠出模頭中垂直流出形成幕簾，與水平通過的紙幅相接觸獲得涂布。n一個突出的特點是可以在一個涂布站內實現多層涂布。 涂布裝置涂布裝置 簾式涂布簾式涂布 （3）n與噴霧涂布一樣，簾式涂布也具有完美的輪廓涂布效果。n最新的商業(yè)化規(guī)模試驗結果顯示，簾式涂布可以在1200m/min的車速、66%的固含量和12-18g/m2涂布量下穩(wěn)定地運行。n簾式涂布最大的挑戰(zhàn)是涂料必須進行有效的除氣處理。

6、n簾式涂布流程的特殊性使得其在紙機內布置費用高昂。 涂布裝置涂布裝置 簾式涂布簾式涂布 （4）MSP涂布工藝改善涂布工藝改善原紙原紙 n原紙的性能對MSP涂布有重要的影響，也是成功應用該技術的一個關鍵因素。對于每一種特定的原紙應有適合的涂料配方相匹配。n原紙的孔隙率對涂料的保持性能和保水性能影響較大。n施膠度可能是控制紙頁吸收性的一個重要方面。 MSP涂布工藝改善涂布工藝改善流變性流變性nMSP對涂料流變性的要求與刮刀不同。例如MSP涂料的流平性非常重要。n但流動性太好，也可能引起涂布輥壓區(qū)出口的霧濺。通常MSP涂料的固含量低于60%，這比大部分刮刀涂料為低。nMSP 涂料的粘彈性非常重要，而

7、刮刀涂料對高剪切流變性要求很高。 MSP涂布工藝改善涂布工藝改善配方配方n可以采用100%瓷土，通常剝片土用量可能更高。n然而重鈣和輕鈣目前都有應用。通常認為碳酸鈣的用量為20或30份。但已有采用40份重鈣的例子，并且已經進行了60份碳酸鈣和40份瓷土研究工作。n膠乳和淀粉的膠粘劑組合運行性能可能要好與膠乳和CMC組合。 MSP涂布工藝改善涂布工藝改善未來發(fā)展未來發(fā)展n預期MSP涂布的發(fā)展將更加迅速，主要表現在機內表面施膠、顏料化處理和涂布以及紙和紙板的底涂。n需要解決高速、高固含量和高涂布量涂布所帶來的諸多難題。如涂布輥壓區(qū)出口的霧濺、涂布面的橘皮紋紙病和計量棒壓區(qū)的噴濺等。n為了改善紙頁白

8、度和降低原料成本，碳酸鈣的用量將會增加。 光學性能的改善光學性能的改善孔隙尺寸孔隙尺寸 n通過顏料和配方的優(yōu)化可能增加涂層的孔隙率，從而涂層光散射性能的提高，因此可以改善涂布紙的光學性能，尤其是不透明度。光學性能的改善光學性能的改善具體措施具體措施n使涂料絮凝或化學改性使其結構化；n在刮刀計量后使涂層中的粒子不規(guī)則取向；n在涂料中引入結構化顏料如煅燒土干擾片狀高嶺土的堆砌；n采用窄粒徑分布顏料（粒度分布改性顏料）；n混合不同形狀的顏料（粒子形狀改性顏料）。 光學性能的改善光學性能的改善協(xié)同效應協(xié)同效應n通過不同種類和同種顏料之間的協(xié)同作用，也可以增加涂層的孔隙尺寸。 光澤度的改進光澤度的改進

9、n涂布紙的光澤度與涂層對原紙的覆蓋性和涂布紙表面的微觀形態(tài)有關。n涂層對原紙的覆蓋性主要取決于使涂料保持在紙表面上的能力，并且涂層要足夠松厚以提供在給定涂布量下最好的覆蓋性。n改善覆蓋性的機理包括涂料通過快速的凝固或在纖維上的架橋，以及通過各種手段獲得松厚的涂層而增加涂層的厚度。另外纖維的潤濕性也是一個重要因素。 印刷適應性的改善印刷適應性的改善印刷方式印刷方式 印刷適應性的改善印刷適應性的改善膠版印刷膠版印刷n在膠版印刷紙中，如果高光澤顏料用量較大，可能會顯著降低印刷光澤度。這是由于涂層中大量有小孔隙存在。改性顏料由于去除了部分超細粒子，這種弊病不再存在。n涂布紙膠版印刷時最容易發(fā)生的斑點是

10、逆疊印斑點（BTM）。據認為，國內低質量銅版紙和進口高質量銅版紙的最大差距就是容易發(fā)生印刷斑點問題?？梢酝ㄟ^原紙、涂料和涂布工藝主要是干燥過程的改善降低這種趨勢。 印刷適應性的改善印刷適應性的改善膠版印刷膠版印刷印刷適應性的改善印刷適應性的改善凹版印刷凹版印刷n凹版印刷紙的動態(tài)平滑度是最重要的。n這要求涂層必須具備充分的可壓縮性和覆蓋性。n比較流行的配方是采用片狀、窄粒徑分布顏料如高嶺土和滑石粉，并結合煅燒土提供松厚性，以及采用膠乳或輔助膠粘劑進一步增加松厚性。 印刷適應性的改善印刷適應性的改善柔版印刷柔版印刷n在包裝行業(yè)中，當采用不帶干燥裝置的柔印時，通常用于膠印的涂布箱紙板和白卡紙會產生網

11、點增大、污點和金屬擦痕（metal mark）問題。n對于前兩個問題，需要調整配方以增大孔隙率，加快吸收速度。n限制使用磨耗大的顏料如碳酸鈣、煅燒土和鈦白粉，以及多使用磨耗低的顏料如高白度、特別改性的天然氟石，可以降低產生金屬擦痕的趨勢。 印刷適應性的改善印刷適應性的改善噴墨打印噴墨打印n高質量噴墨打印紙既要求油墨染料與涂層反映以使油墨保持在紙面上，又需要涂層有適當的孔隙結構來控制洇色，同時具備大量吸收油墨中水的能力來加速油墨干燥。n采用形狀和分布改性的顏料控制涂層結構并結合反應型助劑是改進噴墨打印紙品質的一個重要方向。 涂布原料涂布原料 顏料顏料 涂布原料涂布原料 顏料顏料涂布原料涂布原料

12、顏料顏料傳統(tǒng)顏料傳統(tǒng)顏料n為順應降低涂布紙原料成本和改善白度的普遍需求，重鈣的份額在不斷增加，高嶺土的份額在降低。nPCC作為涂布顏料僅占很小的市場份額，只是作為對常規(guī)顏料的補充，主要是改進涂布紙的油墨接受性、平滑度和白度。PCC之所以未在涂料中獲得廣泛應用，其主要原因是涂布紙光澤度的降低和涂料的高粘度容易引起操作障礙和刮痕 。 涂布原料涂布原料 顏料顏料傳統(tǒng)顏料傳統(tǒng)顏料涂布原料涂布原料 顏料顏料改性顏料改性顏料 n通過改變常規(guī)顏料的粒度分布和/或粒子形狀分布得到改性顏料（Engineered Pigments），包括瓷土和重鈣。通常改性顏料因為去除了部分超細粒子，使得其粒度分布變窄，所以可以

13、狹義地理解為窄分布顏料。涂布原料涂布原料 顏料顏料改性顏料改性顏料n改性顏料的優(yōu)異特性不僅體現在光散射性和光澤度上，它還可以顯著改善凹版和膠版印刷紙的印刷適應性。 n例如可以部分替代涂料中的高檔顏料；在多次涂布的預涂中應用，明顯改進成紙的涂層覆蓋性和光學性能；在低定量和超低定量涂布紙中，可以獲得比剝片土更好的綜合性能；可以明顯改進熱固輪轉膠印的耐起泡性；可以顯著改進含高光澤顏料配方的印刷光澤度等。 涂布原料涂布原料 顏料顏料改性顏料改性顏料n改性顏料最大劣勢是它的流變性較差，限制了它在某些紙種如銅板紙中的應用。n因為改性顏料成本更高，合理的涂料配方設計非常必要。改性瓷土和改性重鈣混合使用可以充

14、分地發(fā)揮改性顏料的優(yōu)勢。n改性顏料具有顯著的綜合性能優(yōu)勢。涂布原料涂布原料 顏料顏料硫酸鈣硫酸鈣 性能 硫酸鈣高嶺土碳酸鈣比重ISO白度 %黃度%磨耗 AT-1000 %pH值水中溶解性g/l 2.3 92-9413穩(wěn)定2.1 2.6 85-903-53-5穩(wěn)定沒有 2.7 92-95210-12pH 7少許 涂布原料涂布原料 顏料顏料硫酸鈣硫酸鈣涂布原料涂布原料 顏料顏料合成碳酸合成碳酸鈣鈣 n這種新產品生產工藝包括從工業(yè)廢棄物中有選擇性地溶解鈣，并隨后用二氧化碳從溶液中沉淀而制成純碳酸鈣。 n顯著的光澤改善；膠粘劑的用量較低；可以完全替代煅燒土；可以改善涂層的覆蓋性；提高耐起泡溫度；具有優(yōu)異的低、中、高剪切流變性；可以改進印刷適應性，降低油墨用量。 涂布原料涂布原料 流變性和保水性流變性和保水性改性劑改性劑 （WRRM）nWRRM雖然只占涂料組份很小的份額，但對涂料流變性和保水性的控制有重要的作用，可以在一定程度上改變涂料的凝固行為和涂層結構。n WRRM的主要品種有CMC、聚丙烯酸酯類、PVA和海藻酸鈉等。涂布原料涂布原料 流變性和保水性流