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1、超 轻 涂 与 辊 式 涂 布 理论与实践曹振雷 徐浩文(中国制浆造纸工业研究所, 北京,100020)摘 要 从理论上对辊式涂布的流体力学进行了分析, 介绍了影响其操作稳定性的主要问题和辊式涂布的限制条件。 明确提出了采用长网多缸纸机的表面施胶装置进行超轻涂表面处理的技术; 对它在双面胶版纸、 新闻纸和涂布原纸的生产中的应用效果进行了讨论。 结果表明, 该技术不仅能够改进产品质量, 还能降低生产成本。关键词 辊式涂布 超轻涂 表面处理 流体力学超轻涂有两层意义,一是来源于 ULWC(U ltra L ightW eight Coated Paper), 相当于超低定量的涂布纸。 这种产品总定
2、量很低,但是其涂层的涂布量不能太低。 目前国际上的 UL-WC 定量一般在 50g /m2左右,其中涂布量为7g /m2面。另一种意义的超轻涂, 是指在纸面上涂以微量的涂料, 但纸的定量并不一定很低, 低的只是涂布量。 国际上目前流行的用于预处理或表面处理的超轻涂涂布量多在 2g /m2面。本文中所介绍的辊式涂布理论是通用的, 但是实验部分所指的超轻涂指的是后一种意义上的超轻涂。本文介绍了辊式涂布的理论研究, 并通过对理论的理解, 对超轻涂方面的应用进行分析讨论。1 辊式涂布的流体力学理论辊式涂布机自 30年代问世以来, 经过了60年代的门辊和 80年代的凹印辊两次大的技术革命之后,90年代的
3、今天又被造纸工作者重新重视起来。在 1996年 5月的 T appi加工纸年会上专门组织了有关施胶压榨的理论与实践研讨会。在过去 60年的发展中, 辊式涂布的应用范围发生了很大的变化, 但是对其理论的研究多注重其稳定性方面,对于该涂布方式对成纸性能的影响缺乏研究。辊式涂布方式的成纸表面不象气刀涂布那样为等厚度涂布, 也不完全象刮刀涂布那样为平面涂布, 而是介于两者之间的一种表面较平整的厚度差别不太大的涂布方式。 向两者偏移 的程度取决于辊子的几何尺寸和操作条件。 对辊式涂布的流体力学方面的研究指出,在涂施过程中存在着两种涂布的不稳定性, 这两种不 稳定性都是与膜分离有关。 第一种不稳定性是涂布
4、条纹, 见图 1 。当涂布的车速高到一定程度时 (这里所说的高速度与辊子的直径有关 ), 由于流体 (涂料 ) 所受的离心力和膜分离作用使 得涂层产生横向条纹, 这种条纹沿纸机运行方向连续出现1。 在涂布应用中是应当避免的。G reener等人的研究还指出,是否产生条纹还与涂料的流变性有关, 对于粘弹性流体, 产生 条纹的机会更大。 另一种运行不稳定性的产生是在涂层表面上形成麻点。 形成的机理与涂料和原纸的性能有较大关系。 当涂层从辊子上分 离下来后, 由于膜分离时涂层表面的流体受到从表面向外垂直于纸面的拉力, 这个拉力将在涂层的表面形成一些麻点。 涂料从涂布头出来后,会向原纸失水,同时表面上
5、的麻点也会产 生应力松弛,即流平作用。 如果涂料的流平性能好, 涂层表面是平整的, 但是如果涂料的流平性能差或在流平之前已经固化,那么涂层表 面的麻点不能流平,会严重影响涂布质量。在辊式涂布过程中,上述两种流体力学上收稿日期:1997-03-14 (修改稿 ) 131997年 7月 China Pulp 另一方面, 要 控制好上粉量, 同时解决好上粉量与涂料流平性之间的矛盾, 使处理后的纸面平滑细腻。福建省永安造纸厂自 1995年 3月开始采用此项技术,生产涂布原纸和双面胶版纸。 产 品的质量稳定, 同时降低了消耗。在 1995年浆价居高不下时效益十分显著。 该厂采用此项技术后, 由于表面处理
6、使纸面白度得到改善,在 保证成纸的白度不变的情况下可以降低对自制浆白度的要求; 降低浆耗,60g /m2的双面胶版纸浆耗降低了近 5 %,取而代之的是成本为1000元左右的涂料。仅此一项, 这台 1575的长 网多缸造纸机 1995年就多取得了 100多万元的经济效益。 此项技术对纸机的基本要求是长网多缸纸机带有机内水平式或倾斜式双辊表面 施胶机。 可应用于各种白色文化用纸的生产。3 结 论研究发现辊式涂布从流体力学的角度看, 过程中存在着多种不稳定性,在两辊的下游出口处存在着多个驻点, 从而会影响涂层的质量。超轻涂表面处理不仅可用来对多种胶印纸进行 表面处理, 而且也可以用来作为涂布加工的预
7、涂处理, 两种应用都能明显地改善成纸的性能。致谢: 本专题理论研究部分多谢 D r . M. N. Esm ail的帮助; 试验部分受到永安造纸厂陈志寨同志的协助。超轻涂胶印纸专题得到中国轻工总会 1995年度科技发展基金的支持。 在此表示感谢。参考文献1 J . G reener and S. M iddlem an. Reverse Ro llCoating o fV is-cous and V iscoelastic L iquidsInd. Eng. Chem. F undam.1981 , 20 : 632 Coy le, D. J . , C. W. M aco sko, and
8、L. E. Scriven, F il m-Split-ting F low s of Shear-T hinning L iquids in F orw ard Ro llCoating A IChE J . 1987 , 33( 5)3 G reener , J . and S. M iddlem an. T heoretical and Experi men-ta lS tudies o f the F luidDy nam ics of Tw o- Ro llCoater . Ind .Eng. Chem. Fundam. 1979 , 18( 1)16中国造纸 第 4期U ltra-
9、LightW eight Coating and Roll-Coatings Theory and PracticesCao Zhenlei Xu H aow en (Pulp & Paper IndustrialResearch Institute of China, Beijing, 100020)ABSTRACT T he hydrodynam ics of roll-coating processes are introduced.T he li m itations of roll-coating due tohydrodyna m ic instability are presen
10、ted. T he pressure and strea m line distributions in two-roll coating processes arediscussed . U ltra-lightw eight coating technique for o ff-set printing paper , ne w sprint and basepaper for art- coatedpapers are presented.T he results show i mproved qualities and reduced production costs.KEYW ORDS ro ll-coating, ultra lightw eight coating(U LW C), pigment surface treatment , coating hydrodyna m ics171997年 7月 China Pulp& Paper
