涂布加工法

出处：按学科分类—工业技术 中国轻工业出版社《涂布加工纸技术手册》第6页（6099字）

涂布加工技术，从狭义来讲，实际上是自古代纸的表面施胶工艺中发展起来的，可分为颜料分散性涂布，水溶性清液涂布，溶剂性清液涂布，以及热熔性涂布。归纳这几类涂布加工目的，使纸具有以下的性质：

(1)印刷适应性(油墨吸收性及干燥性，纸的平滑性，气孔性，压缩性、弹性，印刷表面强度，纸的尺寸稳定性，纸印刷面的耐久性、耐磨耗性等)；

(2)油浸透性；

(3)油墨接受性；

(4)平滑度、印刷平滑度；

(5)透气性；

(6)书写性；

(7)透湿性；

(8)强度(表面强度、耐磨性、无尘性、耐久强度……)；

(9)胶粘性(与其它纸、薄膜等的胶粘性)；

(10)抗水性；

(11)包装性(透水、透气、透湿……)；

(12)加工性(压光、检出、弹性等)；

(13)表面染色加工性；

(14)静电消除(多用于印刷纸)；

(15)导电处理(电传纸等)；

(16)冲孔性及开口性(电算机上等)；

(17)耐热、耐光性；

(18)耐细菌、耐锈、耐光性。

1．颜料分散性水性涂布⁽¹⁾

本工艺为涂布加工纸涂布法的主要部分，以水溶性类似油漆状的混合材料，涂在纸上就是本工艺的简单概括。兹以涂料印刷纸及纸板作为典型，上述的混合材料是由颜料和胶粘剂作为两大基础材料混合起来的，统称为“涂料”(除两大基材外，还有其它助剂)。

1)颜料的构成

普通使用的主要颜料有：

高岭土、二氧化钛、碳酸钙(又分为沉淀碳酸钙，研磨碳酸钙)。

除上述普通使用者外有：氢氧化铝(细质水解氧化铝)，硫酸钡，缎白，合成铝硅酸盐，滑石粉，氧化锌，硫化锌等。

2)颜料在水性涂布中被利用的特性

颜料在水性涂布中被利用的特性如表1-6。总的说来在水性颜料涂布中，颜料以使用高岭土为主，其它颜料，以与其并用的配方较多。

另外，颜料配成涂料时，各种颜料需用的胶粘剂量也不同。

表1-6 颜料对涂布纸特性的重要贡献

3)胶粘剂的组成

在纸张涂布中的胶粘剂有天然原料的，如淀粉、变性淀粉、干酪素、明胶、羧基豆酪素、玉米朊等；有机合成的，有丁苯胶及其改性衍生物、聚乙烯醋酸酯、乙烯、苯乙烯等与丙烯酸酯、甲酯、乙酯、丁酯的共聚系列的胶粘乳剂。涂布用胶粘剂要对颜料有胶粘力，即具有使颜料与颜料、纸层和颜料有粘成一体的胶粘能力，这是必须具备的重要条件。此外，胶粘剂对涂布涂料及被涂纸的性质有颇大的影响，它还必须符合涂料及涂布纸的特性。这将在第二章中叙述。

在水性颜料中用得最普通的或许要算是以丁苯胶(SBR)为基础，含有少量羧甲基纤维素作为粘度调节剂或稳定剂，还有淀粉衍生物、改性淀粉作为辅助胶料。除丁苯胶以外用聚丙烯酸酯或聚醋酸乙烯酯作为主胶的情况也是不少的。近代水性涂布中，涂料胶粘剂以改性淀粉作为辅助胶料的比比皆是，主要是利用其价廉及它和合成主胶并用的亲和性以及涂料流变适应性，关于改性淀粉的分类、性质及制造，另有章节叙述。

4)涂料中其它助剂

(1)分散剂 涂料在配制以前，要将颜料分散，分散过程是机械分散和化学分散联合进行的，也就是利用各式分散机将片状、粒子状串联或集聚的颜料在浆状条件下打散成颜料粒子固有的单体大小尺寸，同时利用颜料片状、粒状表面电离层异性相斥的原理，加入表面具有阴离子电荷层的分散剂，进行化学分散。关于分散剂种类及适用范围在第二章叙述。

(2)耐水剂(硬化剂，Hardening Agent) 涂料中的胶粘剂及辅助胶料如丁苯胶，或其它合成胶料、PVA、改性淀粉等，虽有一定程度的耐水性，但为了确保成品的湿磨性能，有必要在涂料中加入一定量的耐水剂，用得比较普通的是氨基树脂类的耐水剂。在控制涂料pH的条件下，加入一定量的树脂固化剂，在生产时还得注意要达到氨基树脂的固化温度。

(3)消泡剂 水性颜料涂布的涂料，内含胶乳、PVA、干酪素等都是容易使涂料产生大量泡沫的根源，所以在生产流程中或涂料内有必要加入消泡剂。消泡剂有松节油、硅油，如丁醇、辛醇、三癸基醇(Tri decyl alcohol)类的高级醇，石油类油，三丁基醋酸，三丁基磷酸，脱脂乳(Skim milk)。新型的消泡剂还有硅氧烷与乙撑双硬脂酸酰胺以不同配比组成的商品。

(4)润滑剂 添加的目的是改良涂料粘度和可塑性，增加涂布成品光泽度及油墨接受性。润滑剂有皂类，磺化蓖麻油，蜡乳液，胺化物等，一般添加1%～2%(对涂料固含量)。加入润滑剂，对辊式涂布用的淀粉系列的涂料，缺其不可；对刮刀涂布及铸涂，可以减少条痕印，还可大大减少上料辊给料时与纸产生的张力；在超级压光时，得到低压光光泽的结果，特别能防止超压辊粘辊现象。润滑剂可以防止淀粉系涂布时的污染(Dusting)现象。淀粉污染的原因：①是涂布层内胶粘剂不够；②是原纸内胶粘剂渗透过头；③是颜料分散不良产生絮凝，造成涂布层不均一等。这种场合润滑剂应选用硬脂酸钙。

(5)粘度改良剂 实际是为了达到没有涂布痕迹及涂布层厚度均一而改良涂料物性的添加剂，大致分为减粘剂和增粘剂。

减粘剂有：尿素，双氰胺(Dicyanamide)，脂肪酸酯，胺类等。

增粘剂有：CMC，海藻酸钠，甲基纤维素，羟乙基纤维素，明胶，干酪素，聚丙烯酸钠等。

(6)防腐剂 涂料中含有淀粉、干酪素及其它有机物，经温度、pH等的变化，时间长了产生臭味，腐败或发霉。所以在涂料内往往加入防腐防霉剂，例如：有机硫磺化合物，有机卤素族化合物，酚化合物，含氮环状化合物，有机酯盐类，季胺盐，有机汞化物，有机锡化合物等。

5)颜料水溶性涂布的生产流程

2．水性清液涂布(非颜料型)⁽²⁾

与上述颜料分散性水性涂布不同，清液涂布是涂液中不含颜料，如高岭土等固体分散体的涂布。狭义而言，此种涂布是为增强纸张笔记性及表面强度，所谓的表面施胶即为其代表，被广泛而用；广义而言，凡是在纸表面用非颜料涂液的任何形式涂布的都叫清液涂布。加工纸中多半是用各种方式施以这类表面加工的。

1)清液涂布的涂布工艺

如表1-7所列的清液涂布剂，既有单一用的，也有复合用的。涂液的配方成分如表1-8所示，应用实例如表1-9(a)、(b)、(c)所示。表1-9内(a)为涂重氮盐感光层时的底涂法前处理，只需以重氮层均一涂布为目的，因此改性目的单纯，其自体处理法从略。而表1-9(b)为极高档的复写感光层处理之例，涂布处理客观上尚要具备一定条件，以改性目的及效果为主来考虑配方组成。

表1-7 水性清液涂布用涂布加工剂

表1-8 水性清液涂布涂液的配料成分

表1-9 处理方法例

2)水性清液涂布应用举例

表1-10所示仅为极小一部分例子。表1-11、表1-12说明多数纸使用本加工法，其中一部分是“基础涂布”，是原纸多层涂布层之最前道，也有的是“最终涂布”，涂后即成成品。总的涂布目的，是加强纸对溶液渗透性和涂施时的粘着性等。

表1-10 水性清液涂布种类(例)

表1-11 水性清液涂布例——偏氯乙烯乳涂涂布纸⁽³⁾

表1-12 水性清液涂布——PVA施胶

表1-13 水性清液涂布着色纸例

3)水性清液涂布纸纸病原因分析

表1-14 水性清液涂布纸纸病原因分析

3．溶剂性清液涂布

合成树脂、半合成物(硝酸纤维素、醋酸纤维素等)的开发、上市与其技术发达，比起水系清液涂布的历史及其技术要浅。但其一经开发，发展显着，迅速形成特殊加工纸种类并扩大使用范围。我国油纸类干性油(桐油、马尼拉麻油)的涂布开发甚早，属含浸纸技术门类。欧美以硝化纤维腊克为主体发展装饰加工纸等建材用类型，近年的主涂剂更用上种种合成树脂。自从合成树脂涂料开发后，发展迅速，但由于溶剂成本，经济性、操作保护，作业环境等因素，在涂布行业产量及其组成来讲还是少数。

溶剂性清液涂布有很多优点，如涂膜的耐水性、蒸汽耐水性、通气性、光泽度等，但自从复合涂布开发后，由于它也有上述的优点，故今后的溶剂清液涂布将在涂布工业中被灵活应用，即根据产品需要，非用它不可时才用。

1)溶剂性清液涂料主要成分

a)硝酸纤维素

b)醋酸纤维素

c)酪酸、醋酸纤维素

d)丙酸纤维素

e)乙基纤维素

f)苄基纤维素

g)聚醋酸乙烯

h)聚氯乙烯

i)氯乙烯醋酸乙烯共聚体

j)聚乙烯醇缩丁醛

k)氯乙烯偏二氯乙烯共聚体

l)偏二氯乙烯、丙烯腈共聚体

m)聚乙烯

n)氯化橡胶

o)环化橡胶

p)玉米蛋白

2)涂布剂

上述合成物、半合成物可用单一或复合混合剂作为涂料主体，加入增塑剂、紫外线稳定剂、硬化剂、干燥剂等做成涂料使用，此等各种成分，要求有其相溶性，溶剂蒸发时，成分不会分离，不起白浊现象(Blushing)，无增稠、流动性恶化等问题，还有溶剂的毒性、发火点、增塑剂的毒性等都要作传统的考虑。表1-15，表1-16为可能组合的溶剂、增塑剂例。

表1-15 硝酸纤维素涂料(例)

表1-16 苯基醋酸涂料(例)

3)溶剂性清液涂布纸种例

表1-17 溶剂清液涂布纸例

4)涂布、干燥及障碍分析

溶剂性清液涂布与水性清液涂布的最大不同点是干燥速度(溶剂蒸散速度)的不同。涂布头上经常会多出现涂料的固体物。通常选用经常供给涂布液的涂布头。一般用的是浮游刀刃涂布机(Floating Knife Coater)或幕式淋涂机(Curtain Coating Coater)。用多辊涂布机时，从剥离引纸辊到上料辊间，涂布液的移动过程、溶剂蒸散、辊筒横侧面固体物的附着，是造成生产障碍的原因。其它如干燥温度，温度曲线，加热方式都是重大因素。如加温过头，急速的溶剂蒸发和原纸内水分的蒸发相遇，涂膜面将全面出现泡沫。故涂布液的溶剂沸点是否相遇，干燥温度的设定都是要确定的工艺方法。具体见表1-18所示。

表1-18 一般溶剂清液涂布纸病分析