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涂料相关知识学习
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第一部分造纸涂料的组成及其指标
一.涂料的组成部分
1.白色颜料2、胶黏剂3、助剂4、水
二.涂料的指标及相关性能
1.固含量:
涂料中固形物的含量,以百分比为单位。
即涂料的绝干量/涂料的总湿量*100%。
高的涂料固含量干燥速度快,保水性好,具有高的光泽度。
2.粘度:
涂料流动的难易程度,用cps或mpas表示。
低剪切粘度(检测仪器:
NDJ-1型旋转型粘度计或数显粘度计)反映涂料的流变性性能,高剪切粘度反映涂料抗剪切的性能。
3.PH值:
涂料酸碱度的一种表示方法,涂料在碱性条件下控制其流动性好,系统稳定。
成纸表面PH值控制在9.0-9.5范围内油墨的干燥速度快(油墨吸收性好)。
4.涂料的温度:
涂料的温度恒定,涂料的粘度稳定性好,利于涂布操作。
5.涂料的保水性:
保持涂料中的水分不被原纸吸收的能力。
保水性好的涂料,可以减少涂料中胶黏剂的迁移,改善涂布适性,胶黏剂向原纸内部迁移少,还有利于提高涂布成纸的表面强度等。
注:
⑴.涂料检测的几大指标有粘度、固含量、PH值、温度、保水性。
检测仪器:
粘度:
NDJ-1型旋转型粘度计或数显粘度计,单位:
用cps或mpas表示,成品涂料粘度指标:
一般为1000-1300mpas(25℃)。
其粘度指标根据不同的造纸车速、不同的涂布方式(刮刀涂布、气刀涂布、计量棒涂布)有较大的差别。
PH值:
数显酸度计或试纸
固含量:
涂料的总绝干量/涂料总湿量×100%,所用仪器为:
干燥圆瓷皿、干燥箱、电子称。
方法:
将圆瓷皿烘干至恒重,称其重量,并作好记录;取适量湿涂料均匀地放在圆瓷皿内,并称其总重量,算出湿涂料的重量,并做好记录(湿涂料的质量一般为1-2g);将盛有湿涂料的圆瓷皿放入干燥箱内烘干至恒重,用钳子将圆瓷皿取出,迅速称其重量,计算出涂料的绝干量。
注:
干燥箱的温度一般设置在105℃.烘干每种化工时间有所区别。
杭州部分厂家在做涂料的固含量时,有些不规范,他们不使用圆瓷皿,而为了方便或节约成本使用人工叠成的小纸盒,因为圆瓷皿是易损件而且不容易清洗,使用一次性纸盒可以比较方便,但其检测结果相对不同的化工其准确度较差。
温度:
常规的温度计。
保水性:
简易方法可使用试纸,将PH值试纸平铺在涂料液的表面(必须除去表面的气泡),并计时,待试纸完全变色后,所用总时间即为该涂料的保水值,以S计算;渗透法检测:
使用渗透仪。
⑵.现在涂料的发展趋势为低粘度高固含量。
第二部分涂布颜料
一.涂布的目的
1.改善纸或纸板的印刷性能
2.赋予纸张良好的光学性能(白度、光泽度、不透明度等)。
3.提高产品的附加值。
二.颜料的种类:
高岭土、重质碳酸钙、轻钙、有机颜料、钛白粉、缎白、滑石粉、氢氧化铝、硫酸钡等。
三.白色颜料的作用及其性能
1.白色颜料的作用:
填充纸幅空隙和覆盖纤维,平整纸张表面,使之变成匀整和吸收均匀的印刷表面,并改进纸板的外观。
2.高岭土的结构及性能
高岭土:
俗称白土,也叫瓷土。
其结构为水合硅酸铝,化学结构式为:
AL2O3.2SiO2.2H2O。
六面体片状结构
分类:
A.非含水土—煅烧土
B.含水土:
a、标准土
b.剥片土
物化性质:
外观为白色或微黄色,粉末状或膏状。
白度在85%以上,白度的影响因素为铁的含量。
比重2.58g/cm3左右,折射率1.57左右。
3.高岭土的使用原则
(1)、常规土:
获得光泽度、遮盖率及平滑度;
(2)、剥片土:
优异的光泽度及良好的遮盖性;
(3)、煅烧土:
优异的遮盖性及良好的油墨接受性。
各种高岭土其流变性能比较:
标准土>剥片土>煅烧土
4.煅烧土的分类
煅烧瓷土是由片状瓷土高温煅烧而成。
可分为
(1)、部分煅烧土,650—800℃脱除结晶水,形成小孔。
(2)、完全煅烧土,1000—1050℃。
高温煅烧后,结晶水脱除,形成许多不透的小孔,增加表面积,故对油墨接受性好。
5.煅烧瓷土的作用
a.在较低的涂料固含量时,可提高涂料的不流动性,一般涂料涂布后渗入纤维夹层,干燥后形成凹坑,而煅烧土干燥后不会收缩,可避免形成凹坑。
b.可改变印刷适性。
c.油墨的吸收性好,印刷网点失落少。
6纸张对油墨吸收性的影响因素
a涂料胶粘剂的种类和用量
b.颜料的种类,具有高的颜料容积的涂布颜料,会具有高的K&N值。
c.定向性好和填充密度高的颜料会降低油墨吸收性。
7.碳酸钙的分类及其使用特点
碳酸钙可分为轻钙(PCC)和重钙(GCC).其优点为:
(1)、白度高,晶形好,粒径细,--2um能达到95%,
(2)、有利于提高固含量(一般为70%左右)。
(3)、油墨的吸收性好。
(4)、胶黏剂的用量少,涂布拉毛强度高。
(5)、对涂布纸光泽度影响较大,-2um比例<30%光泽度明显下降,-2um>95%时对光泽度没有影响。
碳酸钙容易沉淀,但-2um粒径比例>95%时,不易沉淀。
8.碳酸钙的作用
(1)、提高白度(白度高于高岭土)
(2)、提高不透明度(即遮盖性)。
(3)、稳定纸面的PH值。
(4)、改善印刷干燥性。
(5)、相对较高的拉毛强度,但粒径粗时会影响光泽度。
9.重质碳酸钙与轻钙的区别:
种类
性能
重质碳酸钙
轻质碳酸钙
流变性
低的粘度,流动性好
流变性较差
保水性
低
高
PH值
稳定
稳定
光学性能
提高白度,降低不透明度
提高白度,提高不透明度
胶黏剂用量
低
稍高
10.有机颜料(亦称塑性颜料):
乳白色泛绿光液体,其主要成分为聚苯乙烯、苯乙烯、丙烯酸酯共聚物,其主要优点为具有优质的光泽度、印刷适性好。
缺点为固含量低,而且价格比较昂贵,使用成本高。
目前生产塑性颜料的厂家和型号有:
陶氏DPP-756;台湾SG-88;罗门哈斯HP-438(空心球)。
11.缎白:
其是一种现用现制备的白色颜料,具有高的光泽度、高的白度。
缎白的制备过程对配制专用设备、反应时间、温度及配比有严格的要求。
(1)、缎白的制备过程
a.无铁AL2(SO4)3的溶解
b.Ca(OH)2的分散
c.混合反应
d.分散
(2).物理性质
外观:
白色浆液结构形状:
针状(反应过程成菜花状)
白度:
94%以上粒径:
-2um,平均粒径0.5um左右
横截面:
0.1-0.2umPH值:
11-13.5
比表面积:
18-30m2/g.
(3).缎白的优点:
a.SW具有大量的空隙体积,可提高涂层的遮盖,改善印刷适性。
b.具有高的白度及光泽度,与瓷土配合使用可获得较好的光泽度与遮盖、平滑度及白度。
c.与大多数涂料组份的相容性好。
(4).缎白的缺点:
a.固含量低,一般配比为10-20%,不易多用,不适应高速涂布。
b.因其比表面积相对其他颜料较大,固其需要消耗较多数量的胶黏剂,是高岭土用量的3倍。
四.影响颜料分散效果的因素:
1.分散强度:
高速分散机的转速,叶片类型及直径大小。
分散强度不足时,难以用延长时间来弥补。
2.分散时间和温度,分散强度足够时,若要达到良好的分散目的,必须保证足够的分散时间,通常用分散液的温度来衡量。
3.分散液的浓度,分散液必须具有适当的浓度,太高浓度或太低浓度都不易分散,不能达到良好的分散。
浓度太高时,设备运转困难,容易损伤设备。
浓度太低时,颜料颗粒间的碰撞几率小,受到设备的剪切力小,分散效果差,不能满足分散的要求。
4.分散剂的种类及其用量
5.颜料的种类及其在涂料分散液中的配比。
6.分散液的PH值的大小,一般为8.5-9.5分散效果最佳。
第三部分胶黏剂
一.胶黏剂的作用
1.粘结颜料粒子与粒子之间,颜料粒子与原纸之间,提供涂层足够的强度。
2.作为颜料的载体。
3.控制印刷油墨的吸收性。
二.涂料对胶黏剂的要求
理想的胶黏剂,其应具备如下特征
⑴良好的粘结能力;
⑵良好的保水性能;
⑶易溶于水;
⑷与涂料中其它组份有良好的兼容性;
⑸易于装卸;
⑹对涂料的粘度有较小或所希望的影响;
⑺机械稳定性和化学稳定性好;
⑻良好的光学性能;
⑼良好的物理性能;
⑽无毒性气味性小,且无害于人体健康;
⑾起泡性小;
⑿抗细菌能力强;
⒀价格较便宜,容易获得。
三.胶黏剂的分类
涂料胶黏剂可分为天然胶黏剂(淀粉、大豆蛋白、干酪素等)与合成胶黏剂(PVA、胶乳、辅助胶黏剂CMC、液体保水剂等)。
1.淀粉:
(1)、原淀粉—喷雾淀粉
(2)、变性淀粉:
A.阳离子淀粉
B.两性淀粉
C.多元淀粉
D.阴离子淀粉:
a.氧化淀粉(加氧化剂)
b.磷酸酯淀粉
c.羧甲基淀粉CMS
2.丁苯胶乳:
该产品为丁二烯与苯乙烯的聚合物。
丁二烯为软单体,粘结强度高;苯乙烯为硬单体,清澈透明刚性好,具有较好的光泽。
一般厂家生产的丁苯胶乳的机械稳定性和化学稳定性较差,必须进行羧基化。
一般软硬单体的配比为1:
1.25,经过羧基化的胶乳,其稳定性好,亲水性强。
平均粒径:
0.13-0.20um,特征:
泛蓝光色,粒径偏小;泛红黄色,其粒径偏大。
丁苯胶乳检验标准及结果
检验项目
技术标准
检验结果
外观
乳白色带蓝光液体
固含量
50±2%
粘度
≤300mps
PH值
6.5-8.5
机械稳定性
≤0.03%
化学稳定性
≤0.003%
以上为丁苯胶乳的检测项目及技术标准,以供参考。
目前大型的生产厂家与型号有:
上海巴斯夫胶乳3708、516等;陶氏胶乳DL-930;宁波LG胶乳LG-783,LG-780等。
第四部分涂料助剂
涂料助剂是涂料中非常重要的组成部分,优质的涂料助剂与合理的应用工艺能大大改善涂料的流变性、抗剪切性能、涂布适应性、涂布成品纸的印刷适性等。
按其功能其可分为分散剂、润滑剂、抗水剂(耐水化剂)、保水剂、流变改进剂、增白剂、消泡剂、杀菌剂、调色剂等。
1.分散剂:
(1)、分散剂的种类:
分散剂可分为无机分散剂和有机分散剂。
无机分散剂有焦磷酸钠、偏磷酸钠等,其具有瞬间分散效果好,但分散液经较长时间的储存后其粘度的稳定性不好,容易增稠或分层,不利于涂布质量的稳定性;
有机分散剂有聚丙烯酸类、聚羧酸类等,该分散剂也称长效分散剂,分散液的粘度稳定性好,涂布适性好,而且用量小,使用成本低等特点。
(2)、分散剂的作用与功能:
化学分散剂用于增湿颜料粒子,调节颜料粒子表面的电荷,使颜料颗粒表面带相同的电荷,达到颗粒间的排斥作用,防止颜料颗粒的絮凝,降低粘度,有利于颜料液的分散。
(3)、分散剂的分散原理:
a.分散剂是一种高分子电解质,在溶液中电离成正负离子。
b.其阴离子强烈地吸附在颜料粒子的表面,使颜料溶液中存有过量的阳离子,形成双电层。
2.保水剂:
(C6H10O5)n型号有-5G,-10,-20等。
保水剂的作用与功能:
(1)、减少胶黏剂向原纸及涂层表面的迁移;
(2)、改善涂料的流变性;
(3)、纯胶乳配方中增白剂的载体。
目前的生产厂家和型号有:
江阴CMC-10;苏州CMC-10;湖北达雅CMC;张家港CMC-5G,-10,-20;弘博化工CMC-10,-20;江门CMC-10;九洲化工
:
液体保水剂NCC-HASE1022等。
3.抗水剂(也称耐水化剂)
(1)、抗水剂的种类
a.三聚氰胺甲醛树脂(MF)
b.脲醛树脂(UF)
c.乙二醛
d.碳酸锆盐类(熟化速度快)
e.聚酰胺聚脲树脂(PAPU)
(2)、抗水剂的主要作用
减少颜料、胶黏剂干燥成膜后对水的敏感性,改善印刷适性,提高涂布纸的抗湿摩擦性能,提高拉毛强度,在胶版印刷中的压力迁引或再湿水作用下,防止涂层掉毛掉粉。
无甲醛抗水剂:
固化迅速,不需要熟化期,涂布成纸下机后就具有抗湿摩擦效果,其使用效果是氨基树脂抗水剂的两倍。
4.润滑剂
润滑剂的作用:
(1)、提高涂料的流变性,改善涂布适性;
(2)、使颜料颗粒相对有序一致性地排列,相应提高涂布纸的平滑度;
(3)、延长涂布刮刀的使用寿命,节约涂布成本。
(4)、提高涂布纸在印刷时的抗粉尘现象,改善印刷适性,减少掉毛掉粉。
(5)、防止涂布纸在超级压光、施水压榨处的粘辊现象。
润滑剂的种类:
(1)、硬脂酸钙乳液—粒径不均匀时易沉淀,产生涂布条痕;
(2)、石蜡乳液—不常用
(3)、改性硅酮高分子类—新型润滑剂,性价比合理,相对用量小,使用效果好。
5.增白剂:
使具有相当白度的涂布纸提高白度。
原理:
能将紫外光转变为紫色的或蓝色的可见光反射出来,产生光学的增白作用。
VBL:
胺基氏黄酸FBP-L:
胺基二苯乙烯类
6.杀菌剂(防腐剂)
功能:
防止或阻止因微生物细菌引起的涂料变质现象。
种类:
异噻唑啉酮类;三氟化氰类;CIT/MIT、BNP复合物。
7.消泡剂(泡沫控制剂)
泡沫:
分散在液体中的气体(指空气)。
(1).泡沫形成的原因:
A、涂料成分中很多组分易形成气泡,如淀粉、胶乳、硬脂酸钙润滑剂等。
B、快速强烈搅拌,易将表面气泡带到涂料液体内,尤其在涂料振动筛处。
C、在液相、气相界面的表面活性剂,倾向于较低的表面张力,促使形成气泡。
(2).消泡的过程
a.消泡剂与泡沫表面接触接触
b.消泡剂在泡沫表面扩散扩散
c.进入泡沫层进入或置换
d.泡沫表面张力被破坏消泡
(3)、消泡剂的种类:
乳化硅油类(双元:
消泡、抑泡);聚醚型脂肪酸酯类等。
8.染料(亦称调色增白剂)
(1)、染料的作用:
调整纸张的视觉白度(色相),实际上并不提高白度。
同样白度的涂布成纸,从视觉上会感到兰白比黄白更显白。
(2)、种类:
颜料级:
无机金属颜料,耐晒,不易反黄,如青莲、卡士龙、显白剂。
染料级:
有机合成,如兰浆。
技术工程师:
韩玉
2011-10-11
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