颜料混合和压光对纸张涂料性能的影响

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1、第22卷第4期造纸化学品V01．22No．42010年8月PAPERCHEMICALSAug．2010颜料混合和压光对纸张涂料性能的影响为了解颜料混合如何影响和为何影响涂层孔隙和表面结构。以及压光对涂层孔隙和表面结构的影响，该文在胶粘剂和辅助胶粘剂用量一定的情况下，按照不同比例混合粒径分布相似的研磨碳酸钙(GCC)和陶土，制备涂料，并将该涂料涂覆在塑料膜上。然后，为了抵消纸基吸收的那部分压力，以纸作背衬，对其进行压光。涂层结构采用水银孔隙度仪、原子力显微镜、光泽度仪以及分光光度仪进行测量表征。结果表明：对于孔隙体积、孔隙尺寸以及光学分散系数，GCC和陶土混合后存在协同效应；也就是

2、说，颜料混合后的性能高于预期的简单加和结果；然而，没有观察到光泽度和平滑度协同效应；压光显著压缩了涂层，降低了颜料混合带来的孔隙体积和孔隙尺寸协同效应。对100％陶土涂层，压光造成的压缩是100％GCC涂层的2倍。虽然如此。但是在很宽的混合比例范围内，压光对GCC和陶土混合涂层压缩程度类似(以孔隙体积下降率计算)。该文从机理上对颜料混合协同效应和压光所造成的压缩作了解释。涂料涂覆在纸面上，用来改善纸张印刷性能和实验使用了2种颜料：一种为Hydrocarb90GCC光学性能。通过明智地选择颜料和相应的胶粘剂，可浆液；另一种为CapinmDG细颗粒陶土浆液。这2种以获得所需要的、具有

3、适当孔隙尺寸的涂料松厚度。颜料粒径分布相似，但具有不同的纵横比，如图1所已有的研究大多集中在颜料性能对涂层结构的示[颗粒形状原子力显微镜(AFM)自动化图像分析影响方面。例如，研究发现粒径分布窄的颜料能够产法测量]，GCC的长宽比假定接近1。)。生多孔隙的涂层和较大的孔隙尺寸．而不同粒径和形状的颜料可产生不同的涂层结构和性能。已有研究表明，适当混合颜料是一种获得具有特殊性能涂层结构的方法。GCC和陶土的混合可能会赋予涂布纸有利的性能，如较大的孔隙尺寸和孔隙体积。在20蝗世纪60年代，研究者大量研究了不同形状颜料的混Ⅲ茹合对悬浮液相对沉降容积的影响。该研究表明，通过混合陶土和立方晶

4、体GCC，控制混合比例在70：30~80：20的范围内时，可获得最大的孔隙体积。其他研究人员的计算模拟证实了上述实验结果．同时表明产生孔隙体积协同效应的混合比例主要取决于颜料的形状。这些研究表明，混合效应非常复杂，并不简单遵从加和规则。然而，之前多数研究集中在光暑泽度、平均粗糙度以及总孔隙体积上，所以对于不同i形状颜料的混合如何影响涂层的微结构．以及如何悄解释复杂的混合效应等方面的了解仍然很少。由于多数涂布纸都经过涂层来改善表面性能，所以评估压光以后的涂层结构也非常重要。尽管已对压光给予涂层结构的影响有所研究，但是压光对混合颜料涂层结构影响的基础研究有限，仍然需要图1实验用颜料粒

5、径分布(a)和颗粒形状分布(b)进一步阐明。实验使用的胶粘剂为丙烯腈．苯乙烯．丁二烯1实验胶乳RAP555，颗粒直径为0．14m，为16℃。水第4期颜料混合和压光对纸张涂料性能的影响、·67·溶性辅助胶粘剂为羧甲基纤维素(CMC)Finnfix10，以不同比例混合，然后将辅助粘合剂加入到该颜料混相对分子质量为66kg／mol，取代度为0．78。合悬浮液中，接着加入胶乳。最后，用氢氧化钠水溶液在实验室制备了涂布颜料。首先，将GCC和陶土调节pH为8。表1列出了涂料配方。表I涂料配方w1％配方123456789注：1)相对于干颜料量的质量分数。为了更加准确地区分发生在涂层的结构变化和

6、发生在纸基的结构变化，使用网纹涂棒在塑料膜Melinex上涂布(涂布量为30g／m)(塑料膜涂布技术常用于涂层结构变化的基础研究)。为了获得良好的涂层平整度．涂料固含量调整到55％，室温下在控制湿度的情况下干燥涂层。在实验室规模的软压区压光机上进行压光。该压光机包括1个硬热辊(直径为4113111，硬度为55洛氏硬度)和1个软覆面辊(直径为28cm，覆面厚度为1．6cm，硬度为92邵氏硬度)。为了抵消纸基吸收的图2未压光涂层和压光后涂层的75。光泽度那部分压力，在塑料膜下加了平滑均一的衬纸后，将与陶土含量的关系涂层和衬纸一起通过压区1次。压光条件在整个研究过程中都保持一致，即速度

7、50m／rain，压力110kN／m图2的结果如我们所料，100％陶土涂层光泽度和温度130oC。实验室压光机在最高速度50m／min比100％GCC涂层要高。然而，随着陶土加入GCC下运转，通过保持压力一致，确保停留时间一致。中试中，涂层光泽度实际上先经历了一个最低点，然后随压光机和工业规模的压光机车速高达2000m／rain。着陶土量的继续增加而线性增加。混合效应偏离简与之相比，实验室压光机的停留时间很长。为了弥补单的加法规则很有可能是陶土颜料在GCC结构中这种不足，涂层只通