印刷涂布纸生产工艺
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284页（10446字）
印刷涂布纸的制造工艺，通常是先配制涂料混合物。首先将颜料加分散剂进行机械和化学的分散，然后和胶粘剂分别混合，并添加各种助剂，如分散剂、防霉剂、润滑剂等，就成涂料。将此涂料涂布于基纸(原纸)上，经过烘干和压光而成。
1．原纸
铜版纸原纸要求：①必须具有良好的均一性，纤维组织要均匀，纸的厚度、水分、全幅定量必须趋于一致。②既要有较好的干强度，又要有一定的湿强度。③纸质要柔软疏松，有适当的透气度和吸收性，使涂布时涂料对原纸能够适度渗透，又不致于使纸张表面纤维过分变形，以改进铜版纸的平整度，并有助于涂层强度的提高。
浆料配比：高档品种采用100%的化学浆，中档纸可适当配以GP、TMP等浆料。
一般的铜版纸原纸的典型配比为：
份数(以质量计)
阔叶木浆 80
针叶木浆 20
施胶剂 0．5
胶料 2
填料 13
荧光染料 300mg／kg
抄造条件
游离度 400mL
施胶压榨淀粉浓度 3%
压光 1～3压区
2．原材料
1)颜料
颜料的主要作用：除给予纸张一定的白度以外，还可以填充纸面的空隙和覆盖纤维，平整纸张表面，使涂布成匀整和吸收均匀的印刷表面并改进铜版纸的外观。
通常使用的涂布颜料为高岭土(瓷土)、碳酸钙、滑石粉、钛白粉、白炭黑、缎白、氢氧化铝等。近来国外亦有采用中空塑料——含苯乙烯的球状有机颜料用于铜版纸生产，以改善涂布纸的光泽、不透明度及印刷适应性。因在原材料章节中已有介绍，这里只作补充叙述。
(1)高岭土：经过精选的高岭土，由于它性质稳定，结晶形态特殊，价格低廉，已被广泛使用。
利用高岭土的六角片状结构，涂布之后进行超级压光处理，使其在纸表面上成平行取向，而能够得较高的光泽。
涂料用高岭土有两种形态，一种国外许多工厂采用的是，预先调制成70%左右的颜料浆状物贮存，需要时以泵输送至涂料制备混和器中，与其它的颜料或胶粘剂、助剂等混合，这种输送系统被广泛采用。另一种干燥了的高岭土，在以水分散时，需采用强力搅拌，并加入分散剂防止分散粒子的再凝聚。最近开发了一种Cowels Disolver的高速旋转开放型的分散器，具有设备费便宜，容易操作，能耗低的特点。
(2)碳酸钙：碳酸钙作为涂布颜料，主要是能够改善涂层白度，并且价格低廉。
目前所用的两种碳酸钙，其一，重质碳酸钙平均粒径为0．5～2．0μm，可通过风选或水选得到其中任何品级，制成的涂料粘度较低，耗用胶粘剂较少。其二，轻质碳酸钙，以天然矿石经人工合成而得，合成条件不同，其粒子形状和大小也不同，一般的0．5μm大小的粒子含量在90%左右，制成的涂料粘度较高，耗用胶粘剂较多。
轻质碳酸钙的涂布表面，具有微观多孔质地的结构，此结构起到印刷油墨载体作用，吸收油墨性好，显着地改善了印刷油墨的干燥性，碳酸钙的结晶型和粒度分布对于无光泽铜版纸有良好的适应性，且资源丰富，价格便宜，使无光纸产量渐渐增加。
(3)氢氧化铝：在涂料中用一部分氢氧化铝代替高岭土，能得到较好的光泽度、不透明度，但胶粘剂的消耗量也较大。
其最大的特点是与其它颜料混合使用时，能使涂布浆料的粘度、白度、光泽度等特性指标达到或超过最优异颜料的数值。配用氢氧化铝的印刷涂布纸特性值如表6-3所示。因目前氢氧化铝只用于少数特种加工纸中，在印刷涂布纸中已基本不使用，本表数据仅作参考。
表6-3 配用氢氧化铝的印刷涂布纸颜料配比和特性
(4)钛白粉：钛白粉的白度和折射率极高，易于分散，流变性好，化学稳定性好，遮盖力高，用于印刷涂布纸中，对于改善纸的不透明度和白度非常有利。钛白粉的两种晶型中金红石型的水分散性不太好，所以作涂布颜料时大多使用锐钛型。由于钛白粉的价格要比其它颜料高几倍，因而只有制造高档的印刷涂布纸时才考虑使用它，或与其它颜料配合少量使用以提高涂布效果。
实践表明，考虑到经济性及产品质量效益，二氧化钛与其它颜料组合的配比率，以占所用颜料量的10%左右为最佳。
(5)缎白(Satin white，3CaO·A12O3·CaSO4·32H2O)：缎白在涂布印刷纸中也使用较广，具有高的孔隙度，因此配有较高含量的缎白涂布后，表面层体积大，具多孔性，经超级压光后能提高涂布印刷纸的白度、光泽度和遮盖率；此外还具有高的油墨吸收性。过去多数是在生产涂布纸的厂内现制现用，如今也有固体商品化的缎白供应。
(6)塑料颜料(Plastic pigment)：塑料颜料如球状聚苯乙烯、聚氯乙烯、丙烯酸酯等，它们是作为具有高光泽度、高平滑度、高不透明度、高白度、轻密度的颜料而开发的。由于塑料颜料在涂层内空隙率高，则油墨接受性、耐起泡性也比较优越，相同质量的涂料可以形成体积大、表面涂布性良好的涂布层；同时因为它有热可塑性，用低压压光处理也可以得到良好的光泽度和平滑度，特别适宜于做低定量涂布纸的颜料。
用少量聚苯乙烯球加入高岭土用于涂料中，能提高纸张的白度、不透明度、光泽度和印刷适印性，并且涂布质量可以大大降低，不需重压即能得到高的光泽，因此是一种改进涂料印刷纸质量的人工合成颜料。近年来的用法，都以加入颜料总量1%～3%的居多。只要经济允许，代替部分高岭土等常规白色颜料的做法，也是有实例的。
2)胶粘剂
使用胶粘剂的目的是使颜料相互结合，将颜料牢固地粘附于原纸表面，控制印刷油墨的吸收，使印刷过程中油墨发色和油墨光泽度达到平衡；同时胶粘剂在涂料中起到胶体保护作用，使涂料具有一定的稳定性和流动性。其应具备的特性见第二章所述。
(1)两种胶粘剂对涂布纸质量的影响：通常印刷涂布纸不仅是采用单一的胶粘剂，一般都要使用二种以上的胶粘剂。因为单一胶粘剂实难满足涂料浓度、粘度等对涂布机的适应性，而使用混合胶粘剂时，必须注意胶粘剂间的相容性。
这两种胶粘剂系统对涂布纸质量有一定影响：
a．单一胶粘剂：使用单一胶粘剂(丁苯胶乳或氧化淀粉)、剥离土和润滑剂1%硬脂酸钙作了胶乳和氧化淀粉对凹版印刷性能的影响试验。结果表明，胶乳较氧化淀粉的凹版印刷性能优良(见图6-1，Heliotest印刷质量数字愈大，表示印刷质量愈好)，光泽度(见图6-2)及K和N油墨吸收值(图6-3)也好，白度(图6-4)使用丁苯胶乳与氧化淀粉差不多，不透明度(图6-5)是氧化淀粉较丁苯胶乳稍好。
图6-1 丁苯胶乳与淀粉涂布的凹版印刷质量的比较
图6-2 胶乳与淀粉对光泽度影响的比较
图6-3 胶乳与淀粉对K和N油墨吸收值影响的比较
图6-4 胶乳与淀粉对白度影响的比较
图6-5 不透明度与胶粘剂用量的关系
b．淀粉-胶乳混合胶粘剂：图6-6表示了使用不同的淀粉与胶乳比例(总的胶粘剂用量为10%)，对印刷质量、光泽度、白度、不透明度的关系。当胶乳被淀粉代替时，不透明度和白度增加而光泽度下降。同时，凹版印刷质量也大大下降，很明显，胶乳的凹版印刷质量较淀粉为优。因此，在胶乳与淀粉混合使用时，须在胶乳大比例时，印刷质量才能得到改善。
图6-6 不同淀粉／胶乳比率与涂布纸质量的关系
(2)常用胶粘剂：常用胶粘剂一般可以分为天然胶粘剂和合成胶粘剂两大类，前者像干酪素、豆酪素、淀粉、动物胶、甲壳质胶等，后者主要是有机共聚乳液如：丁苯胶乳、聚丙烯酸酯、乙烯-醋乙烯共聚乳液，丙醋乳液、苯乙烯-丙烯酸共聚物乳液、聚乙烯醇等。这些胶粘剂已分别在第二章中作了论述，这里只针对涂料印刷纸所用的作主要概述。
干酪素
干酪素粘着力很强，容易耐水化，并且比合成胶乳能赋予涂布纸以更大的刚性，涂料流动性好，曾一度是高级铜版纸生产中一种重要的天然蛋白质胶粘剂。但由于价格较高，质量不稳等因素，作为涂布胶粘剂它已逐渐由淀粉和胶乳来代替了。
目前还使用干酪素是因为：①它对颜料的胶体保护作用很大，作为颜料分散和涂料的稳定剂是非常有效的。实际生产表明，在中等固含量(38%～45%)下，干酪素胶料涂布的铜版纸有对印刷油墨吸收性能好的膜。②目前使用干酪素较多的场合是特殊纸如铸涂纸中。
豆酪素
豆酪素性能接近干酪素，是干酪素的代用品。因其资源丰富，价格便宜，并且通过各种不同的化学处理可以得到各种不同粘度的豆酪素，能用来制取高固体含量的涂料，和干酪素相比色泽较深。
淀粉(C6H10O5)n
目前淀粉被大量用于印刷涂布纸的胶粘剂。因为它价格便宜，同时非常适合于高速刮刀涂布，具有良好的流动性。作涂布胶粘剂所使用的淀粉大多是来源于玉米淀粉，未经改性的淀粉粘度高，不稳定、易老化，因而一般涂料用淀粉都是经过改性的。
作为印刷涂布纸胶粘剂用的改性淀粉主要有氧化淀粉、酯化淀粉、醚化淀粉、羟乙基淀粉等，它们或者使淀粉分子断裂降低(氢化、酶淀粉等)，或者是淀粉羧基与各种化学药剂反应(酯化、醚化等取代淀粉)，再经降解得满意的粘度，也有与化学药剂交联而成的淀粉(双醛淀粉)。虽然性质有异，但总的目的提高淀粉粘着力、成膜性和强度，使制得易溶解、流动性好的制品以适应高固含量涂料之用。如磷酸酯淀粉有高的粘着力、低的胶粘剂迁移性，容易得到抗水性，形成的膜柔韧而有弹性，它的低粘度产品适用于纸表面施胶，中粘度产品适宜于作纸和纸板涂料的胶粘剂，高粘度产品作其它特种处理用。
磷酸酯淀粉和缎白颜料并用制成的涂料，能涂布出耐水性良好、印刷适应性优越的涂布纸。
经酶降解的淀粉在某种情况下所配制的涂料与磷酸酯淀粉糊作胶粘剂的对比，酶化淀粉所配制的涂料可达67%的高固含量，而磷酸淀粉的涂料固含量最高为61．4%。
聚乙烯醇(PVA)
聚乙烯醇是一种粘结力和成膜性都很强的胶粘剂，它和各种颜料和助剂有良好的相容性，也有好的防霉性能。用它制成的涂布纸具有优良的白度，光泽度和平滑度。它除了用于制造凸版印刷纸、胶版印刷纸和涂布加工纸以外，也可以用于脱模纸和特殊包装纸。
缺点是流动性差，抗水性不良，所以制备涂料时必须加入乙二醛，或三聚氰胺甲醛树脂，尿醛树脂作为抗水剂，使形成交联作用而具有抗水性。
丁苯胶乳和羧基丁苯胶等
丁苯胶乳(SBR)的出现使乳液聚合物在印刷涂布纸生产中开始显露头角，从那时起，胶粘剂领域发生了很大变革，各种合成胶乳以其优良的性能，如有效性、稳定性、流动性，在胶粘剂市场占据优势。使用合成胶乳的主要优点在于降低涂料粘度，适当降低涂布纸的挺度，有利于进一步加工和具有更好的印刷适应性。丁苯胶乳和羧基丁苯胶是印刷涂布纸所使用胶乳中的主要品种，其它胶乳还有聚醋酸乙烯酯(PVAC)，聚丙烯酸酯(PAE)等。详见第二章。
3)涂布助剂
印刷涂布纸的涂料中，除了含有颜料和胶粘剂以外，尚含有分散剂、软化剂、消泡剂、防腐剂、防霉剂及染料等，这些化学药剂能够改善涂料或涂层的性能，以满足某些性能的要求，对涂布的作业性也给予很大的影响。这些助剂作用、特性已在第二章有述，现只将它们用于涂料纸的主要作用和种类概述如下。
分散剂
分散剂的作用，是防止颜料粒子沉降和凝聚，提高涂料的流动性和涂布适应性，提高胶粘剂与颜料的混合性，从而增加涂布纸的表面强度，使之具有适应性。
当前国际上使用较多、效果较好的分散剂是丙烯酸的均聚物或丙烯酸及其酯的共聚物。由于聚丙烯酸钠本身的化学稳定性及其具有形成保护胶体的功能，使它在对颜料的分散性和稳定性上都远远优于多聚磷酸盐类分散剂，尤其是在高速刮刀涂布机所要求的高浓涂料中，聚丙烯酸类有机分散剂的效能是无机分散剂所无法代替的。
润滑剂
在涂料中加入润滑剂的目的是增进涂料的流动性，增加涂层的平滑性、光泽度，改善印刷适应性，防止压光时涂层掉粉和粘辊并使纸面有抗挠曲性。
常用的润滑剂有硬脂酸铝、硬脂酸锌、硬脂酸钙等硬脂酸盐类，乳化蜡类、乳化聚氧化乙烯。一般涂料中使用的都是经乳化处理后的乳液制品，使用较多的是硬脂酸钙乳液。
另一些助剂如为提高涂层抗水性的耐水剂，增加纸张涂布面白度的增白剂，防止涂料成分变质发霉的防霉剂及防止和消除涂料中产生泡沫的消泡剂等参阅第二章。
3．涂料的配制
1)涂料配制主要工艺过程
决定涂料纸涂布加工质量的优劣的是原纸的物性和涂料质量。颜料在备料工序已被分散到一定的程度，然后由涂料配制工序与胶料及添加剂等充分混合，使涂料达到所要求的浓度、粘度等，在涂布使用前通过筛滤，并泵送到涂布机贮料桶(见图6-7)。
图6-7 铜版纸生产工艺流程方框图
2)涂料配比举例
下列几组涂布印刷纸配方例所用高岭土为美国高岭土(参见第二章高岭土分类)，颜料分散剂根据颜料品种的需要选择配用，其它助剂也可适当加入，如消泡剂、防腐剂等。加入水量根据固含量来计算(参见第二章配料量的计算)。
(1)表6-4和表6-5为典型的低固含量气刀涂料，都采用蛋白质胶粘剂与丁苯胶共用，也可用改性淀粉代替。
表6-4 气刀-涂布纸
表6-5 气刀-胶印涂布纸
(2)表6-6为老式(传统)刮刀涂布头用料配方，该涂布的上料和刮刀间有较长的逗留时间，而使用豆蛋白可增加逗留时的涂料保水。
表6-6 刮刀涂料(传统固含量)
(3)表6-7是一种高质量的涂料配方，使用多种颜料以满足高整饰(finish)和高亮(白)度之需，更满足较高固含量(65%～68%)要求，故使用单一的胶乳作胶粘剂。
表6-7 刮刀涂料(高固含量)
(4)表6-8配方适合于平张压力送纸胶印纸，它具有高亮(白)度、好的拉毛强度和挺度，经超压可得高的光泽。
表6-8 刮刀涂料 高整饰
(5)表6-9的无光涂布纸刮刀涂料配方，使用四种颜料和二种合成胶乳，最近有研究显示了这些颜料对涂布表面的各自贡献。
表6-9 刮刀涂料-无光涂布纸
(6)表6-10是使用特殊颜料——塑料颜料之例。该配方用于＃3、＃4(美国分类，表6-2)平张和卷筒胶印涂布纸，以部分塑料颜料代替高岭土。
表6-10 使用塑料颜料的配方
3)涂料的基本技术要求和质量标准
(1)涂料配制严格按配方进行。考虑设备条件和加工适应性，要求固含量高、粘度低，流动性好，分散均匀；涂料不堆积，不留空，涂层干燥后收缩率小，稳定性好，泡沫少等。从纸张性能和印刷适应性考虑，要求涂料粘结力好，涂层强度高，涂层白度高，光泽度高，抗水性好，不脆裂，不变黄等。
(2)工艺技术质量标准及检验
涂料纸涂料的质量标准因品种及涂布方法而异，这里列举气刀涂布一般铜版纸的涂料质量标准。测定方法见第二章。
固含量35%～40%(气刀)
流动度(＃4杯)不大于25s，色泽基本一致，pH＞9，涂层不掉粉。
高固含量涂料需测高剪切性能及粘度。
4．涂布设备及工艺
纸张的涂布过程乃是采用各种型号的涂布机，将涂料均匀地涂于纸或纸板的表面，制成均匀和平滑的纸面，使具有良好的印刷性能。涂布机的形式很多，一般常用的形式为气刀涂布机、辊式涂布机和刮刀涂布机三种，表6-11表示了各种涂布头的特征，关于各种涂布设备参阅第四章。
表6-11 各种涂布方式的特征
5．印刷涂布纸的质量标准及检验
1)印刷涂布纸的质量标准
(1)涂布量及成纸水分控制范围，见表6-12。
表6-12 涂布量及成纸水分控制范围
(2)涂布面要均匀细致，无粉尘脱落，不允许产生无涂料、直条、横格印、气泡点、浆块、油污、扭筋等外观纸病。
(3)涂层要不掉粉，正反面基本一致。
(4)复卷纸边要光洁、整齐，不许有毛边及复边条带入纸卷；纸卷要整齐，不许有横条、扭筋及连续机械条痕；接头必须接牢，接头宽度不超过4cm，接头胶水必须涂刷均匀，接头的两端必须裁平，不留尾巴，并做好明显标志。
2)涂布质量检验方法
(1)涂布定量测定方法，按GB431．2—89，分别测定涂布前后及涂布量的定量。
(2)涂布水分测定方法，参照GB462—89。
(3)涂层强度测定方法，参照GB10341—89。
(4)涂层白度测定方法，参照GB7974—87。
6．整饰设备及工艺
印刷涂布纸经过超级压光后获得较高的表面平滑度和高的光泽度，能适合特殊的用途。超级压光机一般采用10辊，12辊或14辊结构的超级压光机。
1)超级压光机设备结构(见整饰设备有关章节)
2)超压工艺技术条件
(1)涂布产品压光时应先压低定量产品，再压高定量产品，否则应空运转2～4h才能重新进行压光。
(2)通蒸汽的铜辊，其辊面温度须达60～70℃才能开始压光。
(3)引纸时必须将所有辊筒穿足，不得任意跳辊。在压光过程中必须进行双面喷汽，一般后面喷汽应比前面大，喷汽要均匀，严防水滴出现。
(4)压力、车速要根据产品要求及设备性能决定。
(5)涂布半成品一般至少应存放24h才能进行压光。
(6)较低定量80～150g／m2的产品引纸时应减慢车速和减压通过；150g／m2以上品种，接头要停车，压断后重新引纸，以保护纸辊。
(7)压光过程中要经常清除辊面的垃圾、油污，保证辊面清洁。
3)涂布纸的压光质量标准及检验方法
(1)压光后的铜版纸平滑度工艺标准按国标或部标的规定，技术要求再加上30%范围作为工艺标准。
(2)平滑度测定方法 参照GB456—89。
【参考文献】：
(1) 纸パ技协誌5(12)15(1962)
(2) 纸パ技协誌11(4)34(1983)
(3) 化学と工业33．(2)123(1980)
(4) 原崎勇次コッテング方式P．7～9(慎书店昭和54年)
(5) 山户升画像电子学会志，Vol．4．no．4(1975)
(6) 桥本诚一日经1982(305)125′147
(7) 纸パ技协誌(98)，35(11)，1～6
(8) 纸パ技协誌1991年临时增刊
(9) USP3，387，993；3，442，654；3，634，253