填料类型对含高得率浆超级压光纸性能的影响

2010-11-22苏艳群王成海李智斌刘金刚

中国造纸 2010年5期

关键词：光泽度滑石粉浆料

苏艳群王成海李智斌刘金刚

(中国制浆造纸研究院,北京,100020)

填料类型对含高得率浆超级压光纸性能的影响

苏艳群王成海李智斌刘金刚

(中国制浆造纸研究院,北京,100020)

研究了研磨碳酸钙 (GCC)、沉淀碳酸钙 (PCC)、瓷土和滑石粉加填对含高得率浆超级压光纸 (SC纸)抄造的湿部性能和纸张性能的影响。结果表明,PCC加填时浆料动态留着率和滤水性能要优于另外几种填料;相对于其他几种填料,PCC加填更有利于提高 SC纸的不透明度、亮度和光泽度;PCC加填 SC纸具有较高的油墨吸收性,但纸张的透印密度低。

填料;高得率浆;超级压光纸

超级压光纸 (SC纸)是一种高加填的纸种,特别是A级 SC纸 (SC-A纸)灰分一般超过 30%[1],因此,SC纸的性能在很大程度上受到填料的影响。SC纸主要用于杂志、广告、商品目录、报纸彩色插页等,在国内这些产品的印刷方式一般都是选择胶版印刷。纸张的亮度、光泽度、印刷光泽度、不透明度以及油墨吸收性等都会对纸张的胶印效果产生重要影响。目前,北美 SC-A纸一般使用的浆料配比为:机械浆 80%～85%,漂白硫酸盐浆 15%～20%;欧洲SC-A纸一般使用的浆料配比为:机械浆 50%～70%,漂白硫酸盐浆 20～30%和脱墨浆 10～30%[2]。在国内由于对纸张的亮度有较高的要求,而机械浆的亮度一般较低,用机械浆来生产 SC纸时难以达到对纸张的高亮度要求。高得率浆是指得率在 80%～90%的化学机械浆,浆料的亮度较高,且具有机械浆高松厚度和高不透明度的特点。本实验主要讨论填料种类对含高得率浆用于胶版印刷的 SC纸抄造的湿部性能和纸张性能的影响。

1 实验

1.1 原料及仪器

原料漂白化学针叶木浆、高得率浆以及脱墨浆均取自某造纸厂,漂白化学针叶木浆打浆度 40°SR,高得率浆游离度 150 mL;脱墨浆经过疏解后的打浆度为 61°SR。阴离子垃圾捕捉剂 (ATC)取自山东某纸厂,助留助滤剂 (阳离子聚丙稀酰胺 P182和膨润土B1040)取自汽巴公司。实验用填料种类和填料性质如表1所示。

仪器 DFS-03动态滤水仪、SZP-06 Zata电位仪、SedGraph粒度分析仪、纸页成形器、35FC-200E超级压光机、YQ-Z-48A白度颜色测定仪、G M光泽度测定仪等。

表1 各种填料的性质

1.2 实验方法

1.2.1 手抄片的制备

漂白化学针叶木浆、高得率浆以及脱墨浆以20∶40∶40的比例混合,并稀释至浓度为 0.7%,然后在搅拌下依次加入填料、ATC和助留助滤剂,加料完毕后在纸张成形器中抄造,经压榨后 (压榨条件为:压力 3 MPa,时间 1 min),在成形器的真空干燥器上干燥。手抄片定量为 56 g/m2。

1.2.2 湿部性能测定

Zeta电位采用 Zeta电位仪测定,动态滤水和动态留着采用动态滤水仪测定。

1.2.3 压光

采用 35FC-200E超级压光机压光,压光条件:压光水分 8%～9%,压光速度 36 r/min,线压力14.7 MPa,4个压区。

1.2.4 手抄片性能测定

手抄片的定量、紧度、不透明度、平滑度、亮度、光泽度、印刷光泽度、印刷表面粗糙度 (PPS)和油墨吸收性 (K&N值)均按国家标准测定,透印值测定的是印刷光泽度印样背面的光密度。

2 结果与讨论

2.1 不同填料加填对湿部性能的影响

一般而言,填料的粒径分布和表面电荷都会对其留着产生重要影响[3]。根据图1所示的结果,在相同填料用量 33%的条件下,留着率最高的是 PCC加填浆料,其次是 3种 GCC和滑石粉加填浆料,而留着率最低的是瓷土加填浆料。出现这一结果的原因可能是由于 PCC填料粒子相对较大、具有相对较高的正Zeta电位,有利于机械截留和纤维表面对 PCC粒子的吸附。此外,PCC的非块状结构与块状 GCC的粒子形状差异也有可能是加填 PCC浆料的留着率高于加填 GCC浆料的原因。

图2中给出了不同填料对浆料动态滤水性的影响。根据图2的实验结果,不同填料加填对浆料动态滤水的影响差异较大,滤水比较好的是粗 GCC(GCC-1和 GCC-2)、PCC和滑石粉加填浆料,滤水比较差的则是瓷土和粒径较细的 GCC(GCC-3)加填浆料。这一实验结果说明粒径粗大的填料更有利于改善浆料滤水性能。

2.2 不同填料加填对 SC纸性能的影响

2.2.1 不同填料加填对纸张不透明度和亮度的影响

由于定量也是影响纸张不透明度的重要因素,根据 Kubelka-Munk公式[3],将实验中纸张的不透明度校正在同一定量 (56 g/m2)下,以分析比较不同填料对纸张不透明度的影响。从图3可以看出,在纸张灰分含量相近 (约 28%)的条件下,PCC加填能明显提高纸张的不透明度,达到 91.7%,GCC-3和瓷土加填时,纸张不透明度分别为 87.6%和 87.0%,对纸张不透明度贡献最小的则是填料粗GCC1、GCC2和滑石粉,纸张不透明度在 85.3%～85.8%之间。根据 Kubelka-Munk理论,增加光散射能力能增加不透明度。实验用的几种填料中 PCC的散射系数相对较高,PCC加填纸的不透明度也最大。

图3 不同填料加填对纸张不透明度和亮度的影响

图3中还给出了不同填料加填对纸张亮度的影响。在纸张灰分含量相近 (约 28%)的条件下,使用不同种类的填料时,纸张亮度并不都是随填料亮度的增加而增加,实验中所使用的瓷土亮度明显低于 GCC-1和 GCC-2的亮度,但瓷土加填纸张的亮度却要高于 GCC-1和 GCC-2加填纸张。出现这一结果的原因可能是加填得到的纸张亮度的增加部分决定于填料的亮度,部分决定于填料的粒度及遮盖力[3],实验中使用的瓷土的亮度虽然比 GCC-1和 GCC-2的亮度低,但瓷土的粒度要比两种粗 GCC的粒度细,有利于提高纸张的亮度。此外,瓷土的遮盖力要好于 GCC,在纸张浆料的亮度明显低于填料亮度条件下,遮盖力好的填料有利于提高纸张的亮度。

2.2.2 不同填料加填对纸张 PPS的影响

在胶版印刷中,采用较平滑的纸张进行压印时,就能以最大的接触面积与橡皮布的图文接触,能比较均匀、完整地完成油墨转移,使图文清晰、饱满地再现于纸上,从而获得令人满意的复制效果[4]。SC纸中加入填料的最主要目的之一就是提高纸张平滑度,降低纸面粗糙度。一般来说,对于同一类填料,粒子越细,所加填纸张的 PPS越低。图4中给出的数据也说明了这一点,在纸张灰分含量相近 (约 28%)的条件下,在 3种不同粒径的GCC加填中,粒子最细的 GCC-3加填的纸张的 PPS为 1.82μm,粒子最粗的 GCC-1加填的纸张的 PPS最大,达到了 2.11μm。对于不同种类填料加填时,PCC填料的粒子虽然要明显比 GCC-3、瓷土和滑石粉这 3种填料的粒子大,但 PCC加填纸张的 PPS并没有明显高于这 3种填料,PPS均在 1.70～1.80μm之间。实验结果也表明,与块状粒子的GCC相比,具有片状粒子形状的瓷土和滑石粉加填可赋予纸张较低的 PPS。

图4 不同填料加填对纸张 PPS的影响

2.2.3 不同填料加填对纸张 K&N值的影响

在胶版印刷过程中,纸张 K&N值对印刷产品质量的影响很大[5],K&N值既不能太大也不能太小,太大可能降低纸张的印刷光泽同时还有增加纸张透印的可能性,太小又会影响油墨的干燥。从图5可以看出,不同种类填料加填纸张之间的 K&N值差异较大,滑石粉加填纸张 K&N值最小,而 PCC加填纸张 K&N值最大。

图5 不同填料加填对纸张 K&N值的影响

2.2.4 不同填料加填对纸张光泽度和印刷光泽度的影响

填料呈片状结构、填料粒度较细时,加填的 SC纸经过压光后有利于提高纸张的光泽度。从图6给出的结果看,加填瓷土对纸张光泽度提高最大,其次是加填 PCC和滑石粉,光泽相对较低的是加填 GCC的纸张,这是因为瓷土不仅呈片状结构且粒度较细(平均粒径为 2.35μm,远小于其他填料),从而有利于提高纸张的光泽。在同一类 GCC填料中,填料的粒径越大光泽越低。

在胶版印刷中,印刷光泽度的大小在一定程度上可以反映 SC纸的实际印刷效果。一般来说,印刷光泽度与 SC纸的光泽度和 K&N值有关,纸张的光泽度越高、K&N值越低纸张的印刷光泽度就可能越高。图6给出的填料种类对纸张的光泽度、印刷光泽度和光泽度差值 (印刷光泽度与光泽度之差)影响结果说明:纸张的印刷光泽度并不是随纸张本身光泽度的增加而增加,PCC加填纸张光泽度较好,而印刷光泽度并非最好,这可能与 PCC的 K&N值高 (K&N值为 42.2%)有关。另一方面,由于 GCC-3和滑石粉加填纸的 K&N值较低,分别为 36.6%和 31.9%,在其纸张光泽度较低的情况下可达到比较好的印刷光泽度。瓷土加填纸的光泽度虽然最好,由于其 K&N值为 41.0%,相对较高,因而其印刷光泽度并非最好。

图6 不同填料加填对纸张光泽度、印刷光泽度和光泽度差值的影响

2.2.5 不同填料加填对纸张透印性能的影响

透印是指在印刷品反面可见印迹的现象,透印的程度取决于油墨对纸张的渗透程度和纸张本身不透明度两个方面[6]。从图7给出的结果看,PCC加填纸的透印值 (印样背面光密度值)最低,其次是 GCC-3和瓷土,透印值相对较高的则是粗 GCC和滑石粉,出现这一结果的原因可能是纸张的不透明度大小对纸张透印产生了重要影响,从图7可以发现,PCC加填纸张的不透明度最高 (达到 91.7%),其次是瓷土和GCC-3加填纸张 (分别为 87.0%和 87.6%),不透明度值相对较低的是粗 GCC和滑石粉 (只有 85.5%左右)。

图7 不同填料加填对纸张透印性能的影响

3 结论

研究了不同填料加填对含高得率浆超级压光纸(SC纸)抄造过程湿部性能和纸张性能的影响,得出如下结论:

3.1 采用 PCC加填浆料可以获得比较好的动态留着率和滤水性能。采用 PCC加填还可以提高 SC纸的不透明度、亮度、光泽度和平滑度,虽然 PCC加填 SC纸的油墨吸收性 (K&N值)较高,在一定程度上降低了成纸的印刷光泽度,但成纸仍有很好的不透印性能。

3.2 采用瓷土加填浆料的动态留着率和滤水性能明显不如 PCC、GCC和滑石粉加填。但采用瓷土加填可以提高 SC纸的光泽度、平滑度、印刷光泽度和亮度,也能降低成纸的透印。

3.3 采用滑石粉加填浆料可以获得比较好的动态留着率和滤水性能。采用滑石粉加填可以提高 SC纸的平滑度、光泽度和印刷光泽度,降低油墨吸收性能,但不利于提高 SC纸的不透明度和亮度,且滑石粉加填不利于降低 SC纸的透印。

3.4 采用 GCC加填时,GCC粒径不同对纸张性能影响差别较大。与粗粒径 GCC相比,采用细粒径 GCC加填可以提高 SC纸的亮度、平滑度、不透明度、光泽度和印刷光泽度并改善透印,但细粒径 GCC加填不利于改善浆料动态留着率和滤水性能。

[1] 李甘霖,张栋基.SC纸的特性及其生产[J].中国造纸,2003,(22)12:42.

[2] 张菊先,郭勇为,乔小丽.超级压光纸的技术发展趋势及其市场[J].中国造纸,2007,26(8):57.

[3] 凯西 JP.制浆造纸化学工艺学[M].3卷.北京:中国轻工业出版社,1988.

[4] Ian Davis.印刷纸的功能涂布[C]//2000年中国造纸学会学术报告会论文集.2000.

[5] 董明达,王城.纸张油墨的印刷适性[M].北京:印刷工业出版社,1993.

[6] 向阳,王捷先,齐晓堃.印刷材料及适性[M].北京:印刷工业出版社,2000.

Effects of Filler Types on the Properties of Supercalendered Paper Conta in ing High Y ield Pulp

SU Yan-qun WANG Cheng-hai＊L I Zhi-bin L IU Jin-gang
(China National Pulp and Paper Research Institute,Beijing,100020)

Effects of ground calcium carbonate(GCC),precipitated calcium carbonate(PCC),clay and talc on the wet end retention and properties of supercalendered paper containing high yield pulp were studied.The results showed that the dynamic retention and drainage of PCC were better than other fillers.PCC was found to provide better opacity,brightness and gloss compared with other fillers.Although the ink absorption of PCC loadingwas the highest,but the print through was the lowest.

filler;high yield pulp;supercalendered paper

TS727+.6

0254-508X(2010)05-0021-04