加工纸与特种纸第一章.ppt

纸加工原理与技术加工纸与特种纸加工纸工艺学,内容介绍,共有五章第一章 加工纸概论第二章 颜料涂布加工纸第三章 特种涂布加工纸第四章 其他加工纸第五章 涂布白板纸,主要参考文献,制浆造纸手册.第十一分册.加工纸J.P.凯西.制浆造纸化学工艺学纸加工技术加工纸与非植物纤维纸工艺学特种纸化学原理及制造纸加工原理与技术涂布加工纸技术手册Paper and Paperboard ConvertingHandbook for Pulp&Paper TechnologistsThe Coating Processes,第一章 加工纸概论,第一节 加工纸、特种纸的定义及纸加 工的目的第二节 加工纸和特种纸的分类第三节 加工纸工业的发展,1氢键赋予纸的强度2植物纤维交织形成的纸页平滑度，光泽度3多孔性结构透气性好，吸收性好，气密性差4易吸湿易润胀，尺寸稳定性差5易老化易燃,加工处理，赋予纸特殊的性能。,第一节 加工纸、特种纸的定义及纸加工的目的,一、天然植物纤维纸的不足和缺陷,二、概念,1、加工纸根据所要求的特性对原纸做某种加工或与其他材料复合所得到的纸种。,2、特种纸除普通纸外，用于其他特殊用途的纸种。,3、功能纸经过加工处理，被赋予新的功能的纸种。机械、热、电、光等。,加工纸 由植物纤维直接抄造完成的纸。,特种纸 普通纸。包括经过特殊加工的高级文化（铜板纸，印刷涂布纸）用纸和包装用纸(高光泽玻璃卡纸),三、区别与联系,加工纸，功能纸及特种纸含义有区别，有涵盖。加工纸是从原纸的后加工处理角度命名的。功能纸是着重强调加工后的纸是否被赋予了新的功能。强调纸的功能性。特种纸是从原纸经加工后从其用途的角度命名的。强调纸的特殊用途。一般：加工纸多属于特种纸和功能纸。,微涂加工后的微涂纸、机械起皱加工后的卫生纸-属普通纸,而未经加工的电容器纸、半透明纸-属特种纸,一、加工纸分类按加工方法,涂布加工纸：采用各种涂料对原纸表面进行涂布加工所得的纸种。变性加工纸：原纸受化学药剂作用而显著改变性质的纸种。复合加工纸：经过层合和裱糊作业而使原纸与其它薄膜材料贴合起来所得的纸种。浸渍加工纸：原纸经过液体物料浸渍所得到的加工纸。机械加工纸：原纸经过轧花，磨光等机械加工所得到的纸种。,第一节 加工纸和特种纸的分类,二、特种纸分类按用途或功能,信息用纸 工业用纸 建筑用纸 20种商品化功能纸（举例）,三、区别与联系,1、纸的加工可以改善纸的内在质量和外观质量，提高纸的性能和品级。70%以上的印刷纸经过涂布加工。60%以上的白板纸是经过涂布加工的2、大多数纸种属加工纸和特种纸，应用于各个领域；航空航天、电器、农业、医药。3、使用价值高，附加值高，技术含量高。,第一节加工纸工业的发展,一、概述纸加工技术是一门跨学科的边缘科学和综合技术。加工纸工业是一个高效益产业。材料和化工材料非常广泛；加工方法日趋复杂、多样化；吸取了各工业领域的新技术。加工纸在纸的总产量中的比重上升；世界纸种约12000，半数以上要经过加工。加工纸工业的发展与社会发展同步。,二、世界加工纸工业的发展历史,简单的涂布加工纸 16世纪前 桐油涂于纸，作包装纸和纸雨衣 柿漆涂于纸，作扇子和雨伞工业规模的加工纸生产 1840年 植物羊皮纸 1850年 美国 壁纸 1890年 铜版纸 1895年 美国 钢纸快速发展期石油化工工业的迅速发展造纸工业本身、文化事业的发展商品市场的竞争,三、中国加工纸工业的发展,加工纸技术古代就有 纸寿千年 平复帖 1700年 故宫 维摩经 1600年 上海 唐代经书 1000多年工业生产起步较晚、发展较慢 1922年 铁笔蜡纸 1929年 晒图纸 1935年 蜡光纸 1946年 单面涂布纸 1948年 复写纸,快速发展期1958年加工纸基地80年代后期开始的高速发展北京软包装复合纸68亿个/年宁波高级涂布白纸板、金东、UPM、紫兴高级铜版纸、华众高档涂布白板纸、红塔高档涂布白卡纸、太阳高档白板纸、玖龙高档涂布白卡纸特点：起点高、部分或全部引进世界水平 涂布白板纸、涂布白卡纸、高级铜版纸等,四、加工纸生产的发展趋势,造纸发达国家的发展趋势生产上：普遍采用高温、高压、高速、高 浓、真空、激光、计算机反馈自控的新技术和机内外加工的技术。原料上：纷纷以合成材料、新型化工制品、颜料、填料、助剂以减少或替代传统的天然植物纤维。产品结构上：向增加技术加工纸比重方向发展。,第二章 颜料涂布加工纸,第一节 概述第二节 颜料涂布纸的原料第三节 涂料的制备第四节 颜料涂布方法及设备第五节 颜料涂布纸的整饰及性能,第一节 概述,一、概念；颜料涂布纸：将由高岭土，碳酸钙，硫酸钡或二氧化钛等白色颜料为主体，与不同胶粘剂及其他化学辅助剂调制成的涂料，按一定量均匀的涂布覆盖在纸或纸板表面，这类加工纸或纸板称之。颜料涂布纸：印刷涂布纸为主颜料涂布纸板：涂布白板纸、涂布白卡纸、涂布箱纸板为主。,二、颜料涂布纸的结构和组成1、结构：原纸+覆盖在原纸表面的涂料层 原纸+涂层 涂层+原纸+涂层原纸：根据涂布纸质量和加工适应性要求而特制的纸张。涂层：颜料+胶粘剂+各种化学辅助剂,填平覆盖纸面，凹凸不平的纸面,粘结颜料粒子，将颜料与原纸纤维黏结,各种化学助剂 改善涂层性质、涂布加工过程,三、颜料涂布纸的加工目的和纸特性,（一）加工目的1、改善纸张表面性能，提高纸张的印刷适性印品的印刷效果：印刷技术、油墨、纸张印刷适性2、装饰纸面，提高纸张的装饰效果和使用价值颜粒涂布墙壁纸，各色蜡光纸，对联纸，各色彩纸3：特殊涂布加工纸的预涂层。,（二）颜料涂布纸的成纸特性颜料涂布的主要目的：改善纸的印刷适性。印刷适性（PRINTABILITY）：纸张能适应油墨，印版及其他印刷操作的要求，保证印刷顺利进行，并获得优质印刷品的一种性能.特点:不能精确测量。是评价纸张对印刷机的操作效能及引出良好质量的印刷品的广泛的，综合性的专门 纸张特性。不同纸张其印刷适性不同,1、印刷涂料纸的表面结构及内部结构,涂层结构：表面形状，内部的微观与宏观组织 原纸涂层界面特性。影响因素：表面结构 表面粗度涂层内在的性质。印刷粗度一种功能性质,只有在印刷过程中显现出来。（决定转印圆筒上印刷底版与纸张的印刷接触程度，印品的逼真度和转印的难易程度。）表面粗度大，油墨膜转印困难导致网目点轮廓破坏及蹭脏等质量问题。表面粗度（印刷粗度）油墨膜厚度印品质量通常用平滑度反映表面粗度反映涂层与油墨膜接触程度。平滑度高印品文字和线条清晰细腻。富有美感和立体感,宏观平滑度：由原纸性质决定。微观平滑度：由颜料的种类、晶形及粒度分布等决定。,改善平滑度的措施：（1）采用高平滑度、压缩性良好的原纸；（2）增加颗粒细腻、晶形为六角片状的高岭土颜料的配比；（3）增加易压光的合成胶乳的配比；（4）提高涂布量；（5）适当增加压光的压力和温度,2、纸张涂层的机械性质,包括拉毛性质、可压缩性、挺度,干拉毛强度（胶、凸版印刷）,拉毛强度印刷表面强度。拉毛速度：指在印刷过程中油墨施于纸面的外向张力大于纸内聚力，造成纸面开始拉毛时的印刷速度。剥离力印刷过程中，纸张在油墨粘度、印刷压力和印刷速度等条件作用下，油墨膜在印版与纸面间分离时，产生一种力称之。印刷速度 油墨粘度 剥离力 纸面粗糙度 油墨膜厚度 剥离力,湿拉毛强度（平板印刷）,表面层的可压缩性（凹、凸版）,掉毛掉粉涂层颜料粒子间结合力或颜料粒子与纸页纤维间的结合强度小于剥离力时，涂料粒子或细小纤维就会被油墨膜粘下来，这种现象称为掉毛掉粉。,表现开始，印品表面有斑点 印版逐渐被颜料粒子和细小纤维堵塞而无法正常印刷 糊版。可压缩性（松厚度）纸页接受印刷压印时的可压缩程度，决定印版与纸面均匀接触程度。影响机械性质的因素：颜料及胶粘剂的空间分布及颜料胶粘剂的界面性质。,3、印刷涂料纸的光学性质,光泽度：纸张表面镜面反射的性质。印刷光泽度：指纸面经油墨印刷后印刷面所呈现油墨膜光泽度的大小印刷不透明度：指样经黑色油墨印刷后，印区反面与未印区反面的反射率之比。刘骅等.谈涂布纸和纸板光泽度.纸和造纸.2001年7月第4期 影响因素颜料性质，胶粘剂种类和用量。压光条件颜料性质：粒度（最佳光散射）、形成最佳尺寸的孔隙，且均匀分布最大的光学效果。,4、印刷涂料纸的油墨吸收性最重要的印刷适性。,（决定图文再现性的主要因素，取决于涂层的油墨转移和吸收性。油墨的吸收性涂层对油墨的吸收能力或油墨对涂料层的渗透能力涂料中胶粘剂均匀分布且适当迁移颜料体积浓度、颜料种类影响油墨保留或油墨吸收。（印刷适性最重要的性质）。涂料层疏松、颜料体积浓度小、油墨的吸收性提高、油墨大部分被吸入涂层印刷光泽度降低。反之则相反，油墨干燥速度慢“粘脏”现象，中性或微酸性涂布层干燥较慢，微碱性则干燥较快。改善油墨吸收性的措施：（l）增加涂料中整饰性好的合成胶乳的配比；（2）增加涂料中亲油性好的碳酸钙颜料的配比；（3）涂层应具有较高的PH值（碱性范围），以利于油墨干燥；（4）在干燥阶段干燥温度应逐步提高，过强干燥会引起胶粘剂过多地向涂层表面迁移，使KN减小，墨吸收性恶化；（5）选择适宜的压光压力和温度，过高的压力和温度使涂层孔隙度减小，相应降低油墨吸收性。,（三）颜料涂布纸的基本生产流程,备料涂料液制备涂布机涂布干燥压光等表面整饰完成作业入库 涂布过程 纸多孔性片状基材，表面凹凸不平（涂布）润湿原纸涂料浸入原纸表层，与纤维交织形成交织固着层填充纤维空间牢固的粘附 影响因素原纸质量，颜料品质，白度，分散度，化学辅助剂及胶粘剂的选用，涂布技术，干燥条件。,（四）颜料涂布纸的发展概况,1850年，颜料涂布纸出现，（高岭土）手工刷涂，压光。单面涂 1890年，第一台刷式涂布机出现，“挂杆”式干燥系统 20世纪30年代 辊式涂布代替刷式涂布，强制热风干燥。两面涂 1931年 出现机内涂布 烘缸干燥，适应四色套印。1936年 气刀涂布机专利 毛刷1945年 拖刀涂布专利 上料方式辊式，涌泉式，喷射式 辊涂车速 300min 8001000min 900min 302 气刀 挂杆式干燥 拖刀 强制热风干燥 刮刀比尔 烘缸干燥 硬 软 棒 短停留 气浮式热风干燥 远红外干燥,高速喷气热风烘缸干燥 高频干燥,第二节 颜料涂布纸的原料,一、原纸,（一）基本要求,“低质量的原纸很难获得高质量的涂布纸”。,适当的物理强度；,使涂料在原纸表面能形成均匀的涂层,获得良好的性能(匀度)；,最少的涂料,获得合乎要求的,最均匀的涂布纸；,最少的胶粘剂,获得良好的纸页与涂层间的结合；,（二）涂布原纸的浆料配比,1、涂布纸的种类、质量要求和涂布加工条件,原纸的浆料配比,原纸的强度,吸收性能,KP木浆、机木浆、TMP、棉浆、脱墨浆、草苇浆,2、常见的浆料配比,（1）针叶木-阔叶木,(30%)(70%),强度 匀度,平滑,阔叶木多,导管交织力差,浮于纸面,涂层易于脱落-掉毛,掉粉！,（2）草浆,杂细胞多；,半纤维含量高 影响强度,吸收性,胶粘剂向纸内迁移,印刷表面强度低。配比30%,问：怎么办？,（3）棉浆:提高耐折度,（三）生产的方法和技术要求,1、打浆,（1）影响原纸强度、原纸印刷表面强度、紧度、吸收性。,（2）打浆方式:轻度或中等程度打浆(适当切短,适当细纤维化),打浆度太低,打浆度太高,原纸强度差,松厚度太大,吸收性太大,水分和胶粘剂过多过快的迁移渗透入。,涂层强度小掉毛掉粉（压光、印刷时），部分胶粘剂的迁移也会使印刷涂料纸和纸板在印刷时造成印刷障碍。,2、原纸的施胶,（1）施胶-调节原纸的吸收性质,施胶度过大-吸收性下降,涂料对纸页的渗透(吸附)下降-涂布时,两面湿度差增大-卷曲、褶子。,（2）刮刀涂布:(固含量高.胶粘剂迁移少)原纸-轻施胶,（3）气刀涂布:(固含量低.胶粘剂迁移量大)原纸-中度施胶,（4）表面施胶-表面强度、减少胶粘剂的迁移,改性淀粉为主，聚乙烯醇为辅。,3、原纸的加填,（1）提高白度，不透明度；,（2）原纸强度，表面强度下降，(加填量越大)掉毛掉粉；,（3）515的加填量；,（4）填料要求:白度高.粒度细而均匀，(较大颗粒易脱落)。,4、原纸的均一性和整饰度,（1）均一性-横幅定量、匀度、厚度、水分、纤维组织等的均一程度。,（2）原纸的整饰度-纸页的平整性和合适表面粗糙度。,（3）原纸的整饰度-纸页的平整性和合适表面粗糙度。,过于粗糙,过于平滑,涂层和原纸结合差,刮刀涂布易造成涂布量不足,胶粘剂过多的迁移,涂料分布不匀,印刷粗度大,印品质量差。,注意：在生产时要加强湿部整饰，不要求干部有过高的整饰。,（四）原纸的强度,1、涂布时、超级压光,软压光 要求原纸有较高的机械强度。印刷时否则易产生断头(裂口)。,2、表面强度-原纸表面纤维与内部纤维的结合程度,高剪切力将拉出表面层的细小纤维和填料-掉毛掉粉；,停留积聚在刮刀刀刃上造成涂布条痕；,高:能适应高速印刷、高压力及油墨高粘度的要求，则涂布纸印刷性能好。,随刮落的涂料回流到涂料工作站，影响涂料质量。,（五）原纸的白度和不透明度,1、白度 影响油墨颜色的色相、亮度和纯度,即上墨部分和不上墨部分的反差。,2、不透明度 决定印刷时是否透印(对双面印刷、LWC)重要,经验:白度低，涂上高白度的涂料，超压后,涂层白度低于涂料白度。原纸的白度尽量接近或超过涂料的白度。,（六）原纸的透气度,1、影响原纸的吸收性和涂料的渗透性；,2、影响涂布后纸的干燥速度和涂布纸质量；,3、影响油墨的吸收能力。,（七）原纸的湿含量,510-增加纤维的任性，有助于防止原纸在涂布过程终断裂，防止原纸纤维因摩擦而折断掉落，混入涂料中。,(八)原纸的其他缺陷和纸病,1、孔眼：涂料透过原纸粘在背辊上-涂布量发生变化-断纸。,2、硬杂质：损伤刮刀斑点、刮刀痕迹。,二、颜料,（一）颜料的作用和要求,1、作用,（1）填充、覆盖原纸凸凹不平的表面，改善平滑度和光泽度。,（2）提高纸的白度和不透明度。,（4）使印刷获得良好的印刷效果。,（3）使纸页表面具有均匀良好的油墨吸收性。,2、要求,（1）白度高且不透明性要好，具有较强的覆盖能力，涂布后能提高涂布纸的白度和不透明度。,（2）颜料粒子形状要符合涂布要求，粒度要适当。,六角片状的高岭土涂料易形成白度、平滑度、光泽度高的涂层；,六角片状和球状颜料制得的涂料流动性好；,球形和菱柱状体互相连锁的颜料粒子易形成多孔性涂层，油墨吸收性良好。,针状体颜料制得的涂料流动性不好;,粒径不同，制得的涂料性质及涂布纸表面特性各不相同：,粒径小的颜料能提高白度、平滑度和光泽度；,粒径过小涂层在超压后易发黑；涂料粘度增大，流动性差;,粒度小胶粘剂用量也会增大。,（3）颜料的分散性要好（易分散于水中，分散剂用量少，易制成高固低粘、流动性和稳定性好的涂料）。,（4）化学稳定性和相容性要好。,（6）资源丰富，价格低廉。,（5）耐磨性要低，减小对涂布设备和印刷版的磨损。,（二）常用颜料及其特性,常用颜料：高岭土、碳酸钙、硫酸钡、缎白、二氧化钛、氢氧化铝、滑石粉、氧化锌、锌钡白、硫酸钙、亚硫酸钙、硅藻土合成树脂颜料：聚苯乙烯树脂、尿素树脂颜料性质：表21,1、高岭土:瓷土“中国黏土”（1）高岭土的成分、结构形态和性质江西景德镇“高岭土”“含水硅酸盐”产地、地质及风化程度不同，组成和性质不同Al2O3和SiO2 的比例接近1：2，高岭土悬浮液pH值5.09.0，酸性高岭土使干酪素、豆酪素等蛋白质胶粘剂增稠而降低流动性。苏州高岭土、巴西、英国、美国高岭土,（2）高岭土粒度对涂层质量的影响 涂布用高岭土的粒度：0.130m，其中小于2m，占7090；10m占5。粒子大小：决定不透明度、白度、油墨吸收性、胶粘剂用量等，还影响压光性能。0.25m，压光时易被压黑，光泽度增加，但白度下降。0.10.5m，遮盖能力最大。较粗的粒子油墨吸收性好，较细的粒子制备成的涂料粘度高，胶粘剂用量大。,2、碳酸钙,重质碳酸钙（天然碳酸钙）轻质碳酸钙（沉淀碳酸钙）重钙：石灰石-锤式粉碎机超细研磨机风选或水选表面改性处理超细研磨碳酸钙 0.52m，2m，95（干法）99（湿法）超细研磨技术成熟，碳酸钙质量稳定，应用广泛。特点：（1）分散剂用量低，聚丙烯酸钠最佳用量0.2（2）与高岭土可配制成固含量为6568的涂料，适用高速刮刀涂布。配用量20以上时，胶粘剂用量并不增加。（3）涂料保水值，涂层光泽度和油墨光泽度降低。水 CO2轻钙：石灰石生石灰石灰乳碳酸钙（沉淀）粒、针、纺锤、无定形 0.11.0m。特点：白度高，油墨吸收性好；与高岭土混合，改善涂布纸的不透明度和印刷效果 胶粘剂耗用量大，光泽度差，粘度大，很少独用。,3.硫酸钡（固定白）,膏状 5m以下，大于95 粉状 HCl Na2SO4 碳酸钡矿石BaCl2-Na2SO4(白色膏状沉淀)特点：（1）（与高岭土比较）白度高、涂层整饰度高（平滑度、柔软、光亮）（2）耐酸、耐碱、稳定 与其它颜料适应性好，易分散（六偏磷酸钠）（3）胶粘剂用量小。（4）收能力差（5）固含量低（6）遮盖力差（不适用于低定量涂布）（7）很少独用，配用量2030。（8）只做分散即可使用,4、缎白：针状白色颜料,特点：白度高，涂层光泽度和平滑度特别好；增强涂布纸和适印性，增加干酪素的耐水性 不透明度性能超过高岭土，与碳酸钙相差不多。涂层比容积大，疏松多孔，油墨吸收性好，印刷性能好（结晶水在超级压光时能游离出来，产生润湿作用，提高原纸及涂层的塑性）胶粘剂用量较大，3550（表面强度相同，高岭土：1015）结晶水含量大，不易干燥，需要较高的干燥温度，可能损伤涂布纸强度。难分散，通常用聚丙烯酸钠作分散剂，涂料粘度大，固含量低，适用于气刀涂布与高岭土、碳酸钙配用540，易沉淀，需加入干酪素作为稳定剂（保护胶体）。,5、钛白粉金红石锐钛矿钛白粉造纸多选用制备：将钛铁矿粉碎加酸生成硫酸铁与硫酸钛的混合物用水稀释，除去不纯物质和铁净化、浓缩、水解，沉淀将沉淀物放入焙（bei）烧炉中灼烧而得二氧化钛白色颜。特点：表面粗糙，呈球形 白度高，遮盖力强，9799 一般配用量1020，适用于低定量涂布纸（价格高）水分散性好，易制成高浓涂料。,6、氢氧化铝六角片状0.55m，分散性好，胶粘剂用量与瓷土相当。可改善涂布纸的白度、不透明度、光泽度、平滑度以及油墨吸收性。必须控制好pH值，PH值在3.510.5之间稳定。7、合成树脂聚苯乙烯颜料：热塑性可提高压光后的光泽度增水性改善了油墨吸收性低磨耗性可延长刮刀等涂布设备的寿命。8、其他颜料滑石粉、氧化锌、锌钡白、钙镁白、硫酸钙等,