生物胶乳在铜版纸涂料中的应用研究

生物胶乳在铜版纸涂料中的应用研究

王　保１　张彩虹１　王　倩１　柴俊明１　龙　柱２
（１．华泰集团，山东东营市，２５７３３５；２．江南大学，江苏无锡市，２１４１２２）

近期造纸涂布所用羧基丁苯胶乳因原料价格上涨，市场售价上升较快，因为丁苯胶乳在涂布配方里所占成本约占二分之一以上，这一趋势让涂布加工纸企业的涂料成本大大提高，使得涂布纸主要产品铜版纸本来在市场上面临的残酷竞争（欧美“双反”和国内新增加产能）无疑更是雪上加霜。为此，我们对现在在市场上比较活跃的新的涂布化学品生物胶乳（与丁苯胶乳比，市场售价可降低约５０％）做了一些应用方面的研究。
生物胶乳是专门针对造纸涂布底涂、中涂开发的一种专用涂料胶粘剂，由于其具有两亲性官能团，可以在无机物与有机物之间形成界面层，界面层通过传递应力，增强了填料与树脂之间的结合强度，同时还可以防止其它介质向界面渗透，界面状态的改善增强了涂料配方中丁苯胶乳与无机填充颜料间的“分子桥”作用，从而通过提高交联程度改善涂层机械强度，通过润湿作用，改变涂布原纸表面张力，提高涂层与原纸的结合力。生物胶乳是以淀粉为主要原料，主要来源于再生资源，它们不包含挥发性有机化合物，不使用有机溶剂，是通过环境友好的挤压方法生产，生物胶乳产品是低碳生产，利用生物及化学改性而成，用于纸张的涂布以代替合成胶乳。生物胶乳，在开放式涂布中有很好的印刷性能。本论文采用了市场应用较成熟的北京某公司的产品进行了涂料制备性能实验和涂布纸相关物性和印刷适性方面的实验。

１　实验部分
１．１　涂料配方主要原料
碳酸钙：华泰铜版纸自制Ｃ６５、Ｃ９８；涂布淀粉：通用ＧＳＬ；丁苯胶乳：斯泰隆底涂胶乳；生物胶乳：某公司提供（供方提供）。
１．２　主要实验设备
Ｂｒｏｏｋｆｉｅｌｄ粘度计，ＡＣＡＶ　Ａ２超高剪切粘度计；ＡＡ－ＧＷＲ保水仪，小型高速实验室涂布机，ＤＴ实验室压光机，ＩＧＴ印刷适性仪等。
１．３　实验方法
１．３．１　涂料制备
按铜版纸涂料配方设计方案，依次将浆状重钙（ＧＣＣ６５、ＧＣＣ９８）、分散剂、涂布淀粉、羧甲基纤维素（ＣＭＣ）、涂布胶乳、生物胶乳、润滑剂、抗水剂等按顺序边搅拌边加入容器中，最后调整固含量到预定目标要求，备用。
１．３．２　涂布
小型高速实验涂布机，利用计量棒和刮刀计量控制涂布量。总涂布量控制在２２～２４ｇ／ｍ２ 左右（单面涂布）；干燥方式：热风干燥和红外线干燥。
１．３．３　压光
涂布纸在恒温恒湿室放置２４小时后，进行压光。压光两次。
１．３．４　涂布纸物性和印刷性能测试
涂布纸在恒温恒湿室放置２４小时后，检测成纸的白度、ＣＩＥ白度、粗糙度、压后光泽度、印刷光泽度、ＩＧＴ干拉毛、油墨吸收性、墨斑（发花）等。

２　结果与讨论
２．１　生物胶乳物性指标
生物胶乳物性指标见表１。

２．２　生物胶乳的涂料制备性能
为了保证铜版纸生产中产品质量，在铜版纸底涂配方中进行生物胶乳的应用实验。并且采取由低到高的比例逐步代替丁苯胶乳。实验结果如表２。

２．２．１　低剪切粘度

图１　生物胶乳用量对低剪切粘度的影响
　　由图１可以看出，随着生物胶乳用量的增多，低剪切粘度有降低的趋势。低剪切粘度的降低有利于涂料的运输，在涂布过程中便于涂料能靠重力过滤和脱水１。
２．２．２　超高剪切粘度

由图２可以看出，随着生物胶乳用量的增多，超高剪切粘度有提高的趋势。一般说来，涂料在纸机上表现出来的运转性能（有无刮刀痕、刮刀背流等）与涂料的高剪切粘度存在重要的联系，涂料的高剪切粘度如果太高，在纸机运转过程中产生问题的可能性也很大。因而涂料的高剪切粘度存在一个优化的区间（剪切率一百万对应的粘度在３０－６０ｍＰａＳ之间为宜）。所以高比例应用生物胶乳对涂布机的高速运转性有负面的影响。
２．２．３　涂料保水值

图３可见，生物胶乳用量的增减，保水值变化不大，但随着生物胶乳的提高用量，涂料的保水值有提高的趋势，即保水效果有降低的趋势。生物胶乳对底涂涂料的保水效果的影响不是很大（底涂配方的保水值一般应在５０～８０ｇ／ｍ２ 范围之内）。所以在生产应用中可以忽略。
２．３　生物胶乳对铜版纸相关物性和印刷适性的影响
经涂布和压光后，根据标准测试铜版纸相关物性和印刷适性的结果如表３。

２．３．１　铜版纸白度

图４　生物胶乳用量对铜板纸白度的影响
　　从白度和ＣＩＥ白度结果来看，随着生物胶乳用量的提高，白度与ＣＩＥ白度有小幅上升的趋势，但并不明显。
２．３．２　铜版纸粗糙度

图５　生物胶乳用量对铜板纸粗糙度影响
从粗糙度结果来看，随着生物胶乳用量的提高，粗糙度有提高的趋势。
２．３．４　铜版纸透气度

图６　生物胶乳用量对铜板纸透气度影响
　　从透气度结果来看，随着生物胶乳用量的提高，透气度越来越大。
２．３．５　铜版纸光泽度和印刷光泽度

图７　生物胶乳用量对铜板纸光泽度和印刷光泽度影响
从光泽度和印刷光泽度结果来看，随着生物胶乳用量的提高，铜版纸光泽度和印刷光泽度没有明显变化。
２．３．６　铜版纸ＩＧＴ干拉毛速度

图８　生物胶乳用量对铜板纸ＩＧＴ干拉毛速度影响
由图８可看出，随着生物胶乳用量的提高，ＩＧＴ的干拉毛速度越来越小。说明生物胶乳用量较小时，可以代替部分（１０～２０％）丁苯胶乳，其粘结力还可以，但如果用量提高，铜版纸的ＩＧＴ干拉毛速度将降低，粘结力不如丁苯胶乳，或会造成印刷掉粉或糊版。
２．３．７　铜版纸的油墨吸收性和墨斑

图９　生物胶乳用量对铜板纸油墨吸收性和墨斑影响
由图９可以得出，从油墨吸收性结果、印刷墨斑（发花）效果看，随着生物胶乳用量的提高，油墨吸收性、墨斑没有明显的变化。
３　结论
通过五种配比用量的生物胶乳的应用实验，生物胶乳对铜版纸涂料配方及铜版纸的物性、印刷性能的影响总结如下几点：
３．１　底涂涂料中，随着生物胶乳用量的提高，低剪切粘度有降低的趋势，超高剪切粘度有提高的趋势，保水效果没有明显的变化。
３．２　经涂布和压光后，涂布纸的光泽度、油墨吸收性、墨斑（发花）都没有明显变化，但白度和ＣＩＥ白度、粗糙度、透气度有提高的趋势，ＩＧＴ拉毛强度有下降的趋势。
４　使用建议
生物胶乳可以生产出与合成胶乳有类似的光泽度、油墨吸收性、印刷墨斑等涂布纸，生物胶乳与涂料颜料、助剂相容好，生物胶乳在较小用量（１０％）的情况下，具有较强的粘合力，用量较高时，ＩＧＴ干拉毛速度不如合成胶乳。所以建议使用时生物胶乳用量从低至高进行试用。轮转胶印的涂布纸使用热固性油墨，它的粘性比用于平版胶印的、干得慢的氧化型油墨要明显低，同时轮转胶印时用水量也比平版胶印时显著的减少，因此，轮转胶印的铜版纸不需要象平版胶印铜版纸那样高的抗拉毛和抗湿耐磨强度［２］，此时涂料配方中胶粘剂胶乳的用量一般偏低，可用生物胶乳代替尽可能多的合成丁苯胶乳。
５　问题追踪
因为生物胶乳主要成份是淀粉衍生物，所以淀粉含量对涂布纸物性和印刷适性有一定的影响，如抗爆裂（开裂）性、返黄程度、挺度、抗水性等，其影响程度如何，如何克服这些障碍，还有待于进一步研究。