不同顏料對輕量涂布紙性能影響研究

李 丹 周金濤 譚桂香 樂名菊 銀 輝

（岳陽林紙股份有限公司，湖南岳陽，414002）

輕量涂布紙是指用25%及更多機械漿或化學機械漿制造的雙面涂布印刷紙，單面涂布量一般不超過10 g/m2，總定量一般不超過70 g/m2，是一種印刷效果介于未涂布紙與銅版紙之間的中檔涂布紙，通常采用機內涂布和機內壓光的方法生產。與未涂布紙相比，輕量涂布紙的紙張光澤度和印刷適性較好，適用于輪轉膠版印刷、輪轉凸版印刷以及輪轉凹版印刷，可廣泛用于各種書籍、雜志、中小學生課本、廣告、傳單、商標、產品、說明書及報紙插頁等[1-2]。

本研究考察了巴西IMERYS 公司高嶺土CENTURY （以下簡稱“巴西高嶺土CENTURY”）、美國THIELE 公司高嶺土KAOFINE（以下簡稱“美國高嶺土KAOFINE”）、岳陽華泰公司涂布重鈣C95（以下簡稱“華泰重鈣C95”）3 種顏料的粒度、亮度、pH值、水分、固含量和325 篩余物等基本性能，以及3種顏料對輕量涂布紙光澤度、油墨吸收性、表面強度等性能的影響，考察了3種顏料在輕量涂布紙上的應用效果，旨在為輕量涂布紙產品質量優化及涂料配方調整提供依據。

1 實 驗

1.1 測試方法

按照國家標準GB/T 10335.2—2018《涂布紙和紙板輕量涂布紙》規定的方法測定紙張物理性能。

1.2 主要儀器設備

顏料性能測定及輕量涂布紙整飾所需的主要儀器及設備如表1所示。

表1 實驗儀器及設備Table 1 Experimental equipments

1.3 實驗內容

1.3.1 顏料基本性能檢測

依據相關標準分別檢測巴西高嶺土CENTURY、美國高嶺土KAOFINE、華泰重鈣C95 的粒度、白度、325篩余物、pH值和固含量。

1.3.2 高嶺土、GCC在涂料中的應用

將顏料等按表2 中的6 種配比，并添加10%膠乳、3%淀粉（均相對于顏料總絕干質量）及適量的其他助劑，復配成1#～6#涂料，分別測試其低剪切黏度、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 高嶺土、GCC在輕量涂布紙中的應用

將上述1#～6#涂料用計量棒涂布在55 g/m2的原紙上，涂布量約10 g/m2；原紙為岳陽林紙股份有限公司1#紙機生產的未經表面施膠處理的膠印書刊紙。壓光條件為線壓4000 kPa（40 bar），溫度60℃。壓光的紙樣經恒溫恒濕處理后得到輕量涂布紙，分別記為1#'～6#'，并測定各項性能指標。

2 結果與討論

2.1 顏料基本性能

用于制備涂料的高嶺土通常具有易分散、黏度低、pH 值適當、粒徑分布適宜等特性。因此，粒徑是評價高嶺土的主要技術指標，決定了涂布紙的不透明度、白度、油墨吸收性和膠黏劑用量等，還影響涂布紙的壓光性能，通常用粒徑小于2 μm 顆粒占比來評價，粒徑小于2 μm 顆粒占比越大，涂布紙的平滑度、白度、光澤度和不透明度越好；但當小粒徑顆粒含量過高，如粒徑小于0.1 μm 的超細顆粒大量存在時，涂布紙的不透明度和白度會大大降低。高嶺土的最佳形狀為六角片狀，晶體結構規則的高嶺土可用于制備濃度高、黏度低、流變性好的涂料，將其涂布于紙面，顆粒易平行排列，從而得到平滑度高、光澤度好的涂布紙。

巴西高嶺土CENTURY、美國高嶺土KAOFINE和華泰重鈣C95 3種顏料的基本性能如表3所示。從表3可以看出，美國高嶺土KAOFINE 粒徑較??；巴西高嶺土CENTURY 為片狀高嶺土，其粒徑較大，有利于提高輕量涂布紙的涂層覆蓋性，尤其是涂布量較低的輕量涂布紙；華泰重鈣C95粒徑最小，說明其采用的GCC 研磨技術成熟，質量穩定，具有較好的流變性，分散劑用量低，與高嶺土可配制成固含量為65%～68%的涂料，適用于高速涂布并提高涂布紙的白度等[3-4]。不同顏料有不同的保水性[5-6]，從表3 的水分和固含量可以看出，美國高嶺土KAOFINE 最好，巴西高嶺土CENTURY次之，華泰重鈣C95最差。

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

2.2 涂料性能

輕量涂布紙涂料的性能如表4 所示。從表4 可以看出，6 種涂料性能由于顏料種類與配比的不同顯示出較大的差異。從涂料的低剪切黏度看，由100%美國高嶺土KAOFINE 制備的2#涂料黏度高，流變性能差，主要原因是美國高嶺土KAOFINE 粒徑較小，使涂料黏度增大，膠黏劑需求量增大；巴西高嶺土CENTURY 為片狀高嶺土，制得的涂料（1#和4#）流動性好，易形成平滑度與光澤度高的涂層；由于華泰重鈣C95 的分散性好，易分散于水中，分散劑用量少，因此其易制成高固含量低黏度、流動性和穩定性好的涂料（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離水不逸去的能力，反映涂布后涂料中游離水分向原紙遷移的傾向。施涂時，涂料的保水性決定了涂料與原紙的結合狀態和脫水速率，直接影響涂布質量。涂料的保水值越低，保水性越好。從表4 可以看出，1#和2#涂料固含量和pH 值均較低，但1#涂料流動性較差；2#涂料保水性較好，流動性較強；3#涂料保水性最差；4#～6#涂料具有較低的低剪切黏度，又有較好的保水性和涂料流變性，適合于現代高速紙機生產輕量涂布紙使用。

2.3 輕量涂布紙性能

1#～6#涂料涂布后得到的輕量涂布紙性能如表5所示。

輕量涂布紙的白度和不透明度取決于其圖層；涂層的白度和不透明度等光學性能由顏料性質決定，包括顏料的白度、折射度、光散射系數、晶粒形狀、大小和粒徑分布、密度等；涂料組成、膠黏劑的用量及涂布條件對其影響較小。從表5 可以看出，6 種輕量涂布紙的不透明度相近；采用添加了華泰重鈣C95的涂料（3#、5#和6#）涂布的輕量涂布紙白度略高于添加了高嶺土的涂料（1#、2#和4#）涂布的輕量涂布紙；巴西高嶺土CENTURY、美國高嶺土KAOFINE（1#和2#）涂布的輕量涂布紙光澤度明顯高于華泰重鈣C95涂布的輕量涂布紙。

從表面性能看，添加了高嶺土的涂料（1#、2#和4#）涂布的輕量涂布紙印刷表面粗糙度均低于添加了華泰重鈣C95 的涂料（3#、5#和6#）涂布的輕量涂布紙，平滑度均高于添加了華泰重鈣C95 的涂料（3#、5#和6#）涂布的輕量涂布紙。這可能是因為2 種高嶺土粒徑較細，輕量涂布紙表面更為平滑；此外，平滑度還取決于原紙和涂層的可壓縮性，充分的涂層覆蓋、足夠的涂布量和壓光至均一的厚度均有利于提高平滑度。

從印刷性能看，添加了高嶺土的涂料（1#、2#和4#）涂布的輕量涂布紙的印刷光澤度均高于添加了華泰重鈣C95 的涂料（3#、5#和6#）涂布的輕量涂布紙，且涂布了粒徑更小的美國高嶺土KAOFINE 的紙張光澤度和印刷光澤度更高。這是由于光澤度受顏料的粒徑、形狀、顆粒的定向作用、膠黏劑種類和用量、涂布量、涂料覆蓋率和壓光條件等因素的影響；粒徑小的顏料有利于提高紙張光澤度、平滑度，降低紙面粗糙度；高涂布量及涂料覆蓋率同樣有利于光澤度的提高。

油墨吸收、油墨保持和抗掉毛掉粉等性能會對紙張的印刷適性造成一定影響，紙張的印刷適性可通過改變顏料和膠黏劑的用量進行調節。添加了華泰重鈣C95 的涂料（3#、5#和6#）涂布的輕量涂布紙油墨吸收性高于添加了高嶺土的涂料（1#、2#和4#）涂布的輕量涂布紙，因為GCC 具有較高的印刷油墨性。含美國高嶺土KAOFINE 的輕量涂布紙表面強度最差，這主要是因為美國高嶺土KAOFINE 粒徑較小，膠黏劑耗需求量較大。

高嶺土比GCC 更有利于提高紙張光澤度，而GCC 具有更高的白度和吸墨性能。高嶺土與GCC 混合使用有利于提高涂料固含量，提高輕量涂布紙白度、拉毛強度和印刷適性。從表5 可以看出，與5#涂料涂布紙相比，以美國高嶺土KAOFINE 部分替代巴西高嶺土CENTURY 后，6#涂料涂布紙的光澤度由42%提高到45%，并具有較好的印刷光澤度、表面強度，因此，6#涂料是一種綜合性能較優的輕量涂布紙涂料。

表5 輕量涂布紙的性能Table 5 Performance of lightweight coated paper

3 結 論

本研究檢測了巴西IMERYS 公司高嶺土CENTURY、美國THIELE 公司高嶺土KAOFINE 和岳陽華泰公司涂布重鈣C95 3 種顏料的基本性能及應用于輕量涂布紙的效果。

3.1 美國高嶺土KAOFINE 制備的涂料黏度和保水性高，流變性能差；巴西高嶺土CENTURY 制備的涂料流動性好，易形成平滑度與光澤度高的涂層；華泰重鈣C95的分散性好，易制成高固含量低黏度、流動性和穩定性好的涂料，但保水性最差。

3.2 6 種涂料涂布后的輕量涂布紙不透明度相近；采用添加了華泰重鈣C95的涂料涂布的輕量涂布紙白度略高于添加了高嶺土的涂料涂布的輕量涂布紙；巴西高嶺土CENTURY、美國高嶺土KAOFINE涂布的輕量涂布紙光澤度、印刷光澤度和平滑度均高于華泰重鈣C95 涂布的輕量涂布紙，且美國高嶺土KAOFINE涂布的輕量涂布紙光澤度、印刷光澤度更高；巴西高嶺土CENTURY、美國高嶺土KAOFINE涂布的輕量涂布紙表面粗糙度和油墨吸收性均低于華泰重鈣C95涂布的輕量涂布紙，美國高嶺土KAOFINE 涂布的輕量涂布紙表面強度最差。