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1、几种涂布白板纸的主要生产工艺及欧美的有关技术发布时间：2012-7-10 作者：郑州复兴纸业有限公司白板纸车间几种涂布白板纸的主要生产工艺及欧美的有关技术谈永年 (中国制浆造纸工业研究所,北京, 100020)摘 要 概述了 CRB、CUK 和涂布 SBS 纸板的生产工艺、质量要求及其影响因素,同时列举了欧美这 3种涂布白板纸的有关技术。关键词 白板纸 再生浆 牛卡白板纸 未漂硫酸盐浆 漂白硫酸盐浆 多长网 多次涂布涂布白板纸的主要产地北美和西欧,近年来发表的年报和年会资料中常使用 CRB、CUK 和涂布 SBS等名词,如 1996 年公布的北美涂布白板纸产量 1060 万 t 中,涂布 SB
2、S 占 54%,CRB 占 27%, CUK 占 18%,铸涂纸板为 1%;1996 年公布的西欧涂布白板纸产量 580 万 t 中,CRB 占 36%,涂布 SBS 占 7%, CUK 占 3%,铸涂纸板为 2%,而 CRB 和涂布 SBS 用于折叠卡纸的又共占 34%, CUK 和涂布 SBS 用于液体包装纸的共占 18%。上述名词中 CRB (CoatingRecycled Paperboard)即涂布再生浆纸板,在西欧它还包括涂布挂面再生浆纸板(CoatingWhite Lined Chipboard); CUK (Coating Un-bleached KraftBoard)即涂布未
3、漂硫酸盐浆纸板;涂布 SBS (Coated Solid Bleached Sulfate Board)表示涂布全漂白硫酸盐浆纸板。实际上北美的CUK 和涂布 SBS 有时为改善抄造性能和降低成本常掺用部分再生浆。北美和西欧地区国家按纸板的浆料组成对涂布白板纸进行这样的等级分类是很有意义的。首先它包容了绝大多数的涂布白板纸品种,更主要的是同时将迄今流行的,成熟有效的涂布白板纸生产工艺、技术装备进行了相应的归类。正因为如此,上述这些名词现正渐渐被业内人士熟识和认同。文中概述了 CRB、CUK 和涂布 SBS 的主要生产工艺,同时比较了北美和西欧有关的技术特点。1 CRB再生浆纸板主要由短纤维、游
4、离填料、含污点的纤维和低亮度衬浆组成。面层浆配比、成形和表面处理是生产的关键。此外涂料组成、涂布方式和辅助设施对 CRB 产品的质量也有重要影响。多次涂布和背涂的运用能进一步提高产品质量,为 CRB 产品开拓新的市场。1?1 表面处理CRB 原纸板宏观平滑度差,纸机湿部成形的缺陷,涂布难以完全遮盖,涂料不可能光填充宏观呈现的孔隙,因此原纸板必须进行表面处理以提高涂布效能。适度施胶或在纸板表面进行成膜加工是有利的。施胶后,短纤维、污染物及面衬和底衬浆层中的松散填料能被牢牢固着,防止涂布时掉粉掉毛。表面施胶也能阻止涂布时水和胶粘剂向纸页的迁移,减少胶粘剂用量。但过量的施胶会削弱涂层与纸页的结合,会
5、因胶粘剂不能适量渗入纸页皆富集在涂布纸面而降低油墨吸收。内施胶可与上述纸机干部的施胶联用以改善涂料的保留性。淀粉、羧甲基纤维素(CMC)和聚乙烯醇(PVA)是常用的表面施胶剂。再生浆纸板常用的表面施胶设备是带水槽的多辊压光机。水槽的位置,水槽中施胶液的种类,温度和粘度均能影响施胶效果。水槽设置越高施胶整饰度亦高,表面更平滑;水槽设置较低,施胶表面孔隙较大,涂布时需提高涂布量。选用高位水槽的压光机施胶能改进微观平滑度,但不利于纸页紧度的降低。施胶后涂布前的纸页水分和温度是重要控制参数。水分含量过高易产生条纹和亮斑;水分含量过低纸板外观黯淡少亮泽,涂布时水分和胶粘剂会过多渗入纸页使涂布表面的胶粘剂
6、用量不足,降低表面强度。原纸板的温度对涂料和纸板表面的相互作用有影响,为防止胶粘剂迁移,涂布时纸板的温度不应超过 60。1?2 涂布方式CRB 不论采用一次涂布或两次涂布均应考虑产品印刷和后加工性能的要求。一次涂布时常用的是气刀涂布机。气刀涂布是仿形涂布,涂布量均匀,覆盖性好,能较有效地遮盖低亮度衬浆、残余墨迹和污斑。单面两次涂布较流行的是采用先刮棒后气刀的组合涂布方式。两次涂布可获得表面平滑度更好的适于轮转凹印的较优产品。两次涂布有时也采用两次刮棒涂布甚至再用刮刀进行面涂的组合涂布方式。1?3 涂料组成涂料组成对 CRB 的外观和印刷性能有重要影响。涂布颜料的选用因涂布方式而异。一次涂布应选
7、用覆盖均匀、不透明性好的细粒级颜料,使涂布表面的油墨吸收,光泽度,整饰性和印刷适性一步到位。两次涂布是由刮棒涂底获得平整的底涂层,选用的颜料可以是 No?2 瓷土和煅烧土使底涂层有较开放的结构。气刀用于面层涂布,高折射率的 TiO2 常用作面涂颜料。涂布白板纸选用的胶粘剂应有足够的胶粘强度和柔韧性。CRB 常用的胶粘剂是丁苯胶乳(SBR),丙烯酸乙烯酯胶乳,聚醋酸乙烯酯胶乳(PVAC)和酪素胶。涂料组成中的助剂各有特殊功能,它们的主要作用是保证涂布作业的运转适性。CRB 生产时由于组成浆料亮度低,涂料配方中常添加微量色料调节产品色相。1?4 辅助设施再生浆板由抄造、表面处理至涂布作业污染源较多
8、。衬浆中不能筛除的污染物最后会带入涂料系统并随刮棒、气刀刮下的涂料回流到涂料贮存槽,涂布头因高温、干结的涂料作为新污染物也会进入涂料系统,累计污染严重,要求涂料筛选系统有很高过滤效率,各道筛选应有定期排渣自动清洗的能力。多次涂布和背涂在 CRB 生产中的运用是今后的方向。有效地选用不同功能的底涂料和面涂料配方,适量提高涂布量能更好地遮盖原纸板亮度低等缺陷,可放宽对面衬浆的亮度要求。背涂可封闭纸板背面的污斑,阻止它们转移至面层,同时使背层的短纤维更好地固着。北美和西欧 CRB 的生产工艺技术见表 1、表 2。2 CUK纸板比纸厚,所以涂料对纸板横截面的界面作用要小得多,最后涂层所能呈现的整饰效果
9、比涂布纸也小得多。因此纸板的成形和表面性能对涂布产品质量的影响更大。CUK 原纸板宏观和微观表面都很粗糙,通过增加阔叶木浆用量,掺用少量再生浆可部分改善表面粗糙度,选择多层成形器、选用多舱式流浆箱的湿部成形是保证原纸板质量的关键。一般而言,芯层或底层可含强度高的针叶木浆,面层则用高组分的阔叶木浆。上述浆料组成的原纸板撕裂度、抗张强度好,厚度适宜,挺度好,可压缩性好,孔隙度和表面处理后的平滑度均适于印刷作业。2?1 表面处理CUK 原纸板亮度低,经表面处理可提高涂布效果。表面处理通常在湿部或施胶压榨或湿压光时实施。湿部处理包括在面层浆中加瓷土填料以改善原纸的亮度和色相;还包括控制面层浆的内施胶量
10、以利于施胶压榨或湿压光时施胶剂的留着和涂布时涂料的保持。施胶即是施胶剂的表面成膜加工,利于控制涂料留着,减少表面沾污。表面处理时选用颜料化的施胶液能进一步改善表面亮度,减少表面斑纹的显露,起预涂布作用。2?2 涂布方式表面处理后的 CUK 原纸板与漂白浆的原纸板相比,在亮度和粗糙度方面仍有明显不足,可以考虑采用多次涂布方式使最后产品的光学性能和印刷质量达到较高水平。多次涂布皆涂于原纸板的一面,有时虽用湿对湿的涂布方式但通常每层涂布后都需干燥。现以单面两次涂布举例说明。底涂目的是打底,填充表面孔隙及低凹区以形成平整的、色调均匀的底涂面。要求底涂料必须是高固含量,有较高的粘度,很快能形成不流动涂层
11、,既能填平孔隙又能固着定位而不沉陷,达到宏观平整的目的。CUK 原纸板亮度低、表面粗糙,而刮棒涂底首先考虑的是涂平,所以实际上涂层厚度是不均一的,低凹处涂料多,凸起处涂料少,底涂后仍会显露深浅不同斑纹。当底涂料与原纸板亮度色泽反差大时,上述斑纹更显而易见。因此底涂料应选用低亮度颜料,并控制色调和谐。面涂料的选择应首先考虑与底涂层的牢固结合,必须有高的亮度和不透明度以进一步改善涂面的平滑度。面涂方式因产品用途而异,刮刀、刮棒和气刀都可选用。采用三次涂布方式时第二次涂层可参照上述面涂料组成,第三次涂布的涂料应侧重亮度和光泽度的改进。CUK 生产中常采用的有 3 种涂布方式。第 1 种是刮刀涂布机,
12、辊式上料或短驻留上料系统结合硬刮刀或弯刮刀计量元件;第 2 种是刮棒涂布装置,选用平滑的光棒或呈凹纹的钢丝刮棒为计量元件;第 3 种是气刀涂布机,藉高速线性气流吹刮出仿形涂层。刮刀和刮棒常用于底涂。刮刀涂底平整性好,但底层深浅斑纹也最明显,涂面易出现条痕和刮伤,硬刮刀更甚。刮棒涂布,条痕少斑痕也较不明显,但涂层平整性较刮刀逊色。气刀涂布的优点如前述厚度均一、覆盖好,印刷效果好,缺点是涂料固含量较低,涂布速度受制约,一般低于 450m/min。多次涂布时面涂采用气刀和刮棒的仍占多数。2?3 涂料组成底涂料的颜料常由 12 种颜料组成。面涂料的颜料组成较复杂,一般都使用 TiO2 和类似的高白度颜
13、料,如高白度瓷土、煅烧土或合成颜料。CUK 常用的胶粘剂是粘结力强的合成胶乳或胶乳和酪素胶、CMC 的复合体系。CUK 选用的助剂和其它涂布产品的涂料助剂相似。2?4 辅助设施涂布机的干燥系统一般不用于原纸板的干燥。IR (红外)干燥常用于涂层初始阶段的预热,以高的热流通量使涂层很快达到高温,去除大量水分主要由热风干燥器完成。热风干燥或单独使用或与烘缸并用,其优点是与纸页不接触避免表面沾污。CUK 的表面整饰采用光泽压光或刷光的方法。光泽压光是两辊单压区,与涂面接触的是高度抛光的热辊,与背面接触的是表面由塑胶包覆的,作业时能产生适度形变的辊子。线压负荷为 80700kN/m,热辊温度范围是 9
14、3315,塑胶包覆辊表面硬度为 530P与之相反,西欧国家较多用多长网成形,相同之处是他们都考虑选用了上网以改善湿纸页成形,同时增加脱水速率。3?1 表面施胶SBS 的表面施胶旨在提高表面强度以适应日趋高速的胶版印刷,另外的作用是改善挺度减少掉毛。常用的表面施胶剂是淀粉溶液及 PVA、CMC 等。胶乳和碳氟化合物有时也用作表面施胶,以满足某种特殊性能如抗油脂性的要求。施胶液中有时还常掺用适量颜料,目的是充填表面孔隙、改进平滑度提高干燥效率,起到类似预涂的作用。带水槽的施胶压榨是美国较常用的施胶方法,已使用了多年。但这种常规的湿压或湿整饰被广泛采用时发现诸多因素影响其生产效率的提高。如表面存在空
15、洞和碎屑时,易导致湿断裂;热能效率较低、干燥负荷较高以及易发生沾辊和湿压后表面掉毛。目前,在美国计量施胶压榨的使用越来越普遍。它节省热能,此外当水分含量高的 SBS 通过计量施胶压榨时,出现湿斑的可能性小。西欧广泛采用软压和硬压结合的压光施胶方法,克服了湿压带来的运转适性差的缺点。3?2 涂布方式50 年代后期刮刀涂布机开始用于涂布 SBS 生产。刮刀/刮刀的组合涂布方式使用日益广泛。刮刀涂布促进了当代涂布技术的不断改进和完善,促使人们对涂布工艺有了较深刻的认识,包括:更加突出了涂布基材的重要性;强化了对高固含量涂料的认识,对涂料流变特性和对涂料保水性及亲水胶体的认识;促进了涂料筛选系统的完善
16、和高效自动清洗筛选技术的进步;推动了废涂料回收再用技术和工艺的开发研制。刮刀涂布不能容忍成形和表面性能差的涂布基材,刮刀涂布作业中条痕和刮斑至今仍是较难解决的问题。尽管如此,在生产高质量的涂布 SBS 产品中,刮刀涂布仍发挥着十分重要的作用。涂布 SBS 产品于 60 年代初增长速率最快,每年超过 10%,至 1996 年北美、西欧的年增长率保持在 2?0%2?5%。如此高的增长可归功于涂布 SBS 产品质量的不断提高及刮刀涂布技术的不断完善和其本身的优势。3?3 涂料组成设计涂布 SBS 底涂料组成时,选用的颜料应赋予涂层一定的微观粗糙度,颜料粒径及瓷土和 CaCO3 的比例是重要参数,平均粒径 1?42?0m 的粗 CaCO3 和 No?2 瓷土是底涂颜料的适宜选择;颜料的亮度应与原纸板的相适应;颜料与胶粘剂结合一起时能形成不至密较开放的结构;使底涂层有适宜的孔隙;胶粘剂的胶粘强度、胶乳粒径及稳定性是选择的重要依据;亲水胶体能赋予涂料良好的流变性和保水性,保证刮刀涂布的运转适性。推荐的底涂料配方是: 2040 份粗 C
