热敏纸褪色原因及稳定性能改善的研究

2010-11-27郭勇为周金涛刘春景陆小明陈克复

中国造纸 2010年4期

王进郭勇为周金涛刘春景陆小明陈克复

(1.天津科技大学材料科学与化学工程学院,天津,300457;2.泰格林纸集团技术中心,湖南岳阳,414002;3.苏州三威科技有限公司,江苏苏州,215128;4.华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室,广东广州,510640)

热敏纸褪色原因及稳定性能改善的研究

王进1郭勇为2周金涛2刘春景2陆小明3陈克复4

对热敏纸的发色性能和稳定性能进行分析评价,通过对 pH值、浆料配比、原纸和涂料组分等影响因素的探讨,寻求热敏纸涂层褪色的原因,对涂布原纸和热敏涂料配方等方面加以优化。结果表明,热敏纸印品褪色和发色性能降低不是由 pH值引起的,而主要与原纸的浆料组成有关;优化原纸的表面施胶和调整涂料配方都是提高热敏纸品质非常有效的途径。

热敏纸;保留率;稳定性;BPA

热敏纸主要应用于电子计算机终端打印、传真记录、各种证券打印、医疗器械及各种测试仪器的终端记录等[1-2]。随着热敏技术在打印速度、图像分辨率和设备普及性方面的发展,以及纸产品在保存期、印刷质量和成本等方面的进步,社会对热敏纸的需求会有更大的增长。一般来说,热敏纸由原纸、合成纸等作为基材,由填充料、无色染料、显色剂、胶黏剂和增感剂等组分构成的涂层组成[3],可以实现遇热发色的热敏记录材料,表层有两次涂布或三次涂布,按功能可分为普通热敏纸和三防热敏纸。三防热敏纸是在热敏发色层上再涂覆保护层,以赋予热敏纸更好的防水、防油和防磨擦等性能,但价格昂贵,主要用于高端市场[4]。在日常使用中,以普通热敏纸为主,普通热敏纸广泛用于超市、医院、银行和办公等场所。

发色性能和保存性能是衡量热敏纸性能的两项重要指标[5-6]。发色性能反映的是热敏记录的灵敏度和图像记录清晰度;保存性能包括发色后的保存性和存放后的发色性能。前者反映了热敏印刷品的质量,后者反映的是热敏纸的存放期或者说保质期。本实验主要对普通热敏纸在使用过程中出现的产品发色性能降低的原因和解决思路进行分析探讨。

1 实验

1.1 实验原料与仪器

热敏原纸及热敏纸对应编号 A、B、C、D、E;底涂涂料和面涂涂料 (苏州三威科技);显色剂 BPA(双酚 A)和无色染料 (苏州三威科技);X-Rite色密度计 (美国)。

1.2 老化实验

发色保留率的检测:经传真机发色的热敏纸,测定初始色密度 d1,于 55℃、相对湿度 65%的环境中放置约 24 h,测定色密度 d2。

老化发色保留率的检测:将未发色的热敏纸于55℃、相对湿度 65%的环境中放置约 24 h,再经传真机发色,测定色密度 d3。

2 结果与讨论

2.1 pH值的对比

从表1可以看出,原纸 C与原纸 B的 pH值基本相同,对应的热敏纸的 pH值比较接近,原纸 B生产的热敏纸应用性能稳定,没有出现褪色问题,pH值应该不是造成原纸 C生产的热敏纸褪色的原因。

表1 热敏原纸及热敏纸的 pH值

2.2 不同浆料配比与热敏纸性能的关系

发色保留率反映的是热敏纸发色后的保存性能,不同档次热敏纸印品的保存性能差别较大,从约半个月到 2～3年不等;老化发色保留率反映的是成品热敏纸的保质期,即成品纸合适的使用期间。在初始发色密度接近的情况下,这两项保留率越高,则热敏纸性能越好。热敏纸在应用过程中所出现的发色性能退化主要是由于老化发色保留率性能指标不是很理想造成的,与发色保留率指标也有一定关系。

从表2可以看出,在所采用的浆料组成中,全化学木浆和配用一定比例化学苇浆的原纸能够获得很好的热敏纸性能,初始发色密度高,且发色保留率和老化后发色保留率都比较好,这很好地解释了全化学木浆生产的热敏原纸 A和 B比多种浆料配比的热敏原纸 C使用性能好的原因;配用一定比例的 D IP浆或者APMP浆,都会降低热敏纸的性能,同时配用APMP浆和 D IP浆的原纸对热敏纸性能是影响最大的。相比而言,APMP浆对热敏纸发色性能带来的不利影响略明显一些,这可能与 APMP浆木素含量高、浆料的电荷密度高及含有较多金属离子等有关。结果表明,对于热敏原纸生产而言,全化学木浆和化学木浆配加化学苇浆都是比较好的浆料组成,可获得良好使用性能的热敏原纸。若配加 AP MP浆和 D IP浆,有助于降低原纸的抄造成本,但对热敏原纸的使用性能有不利影响,故 D IP浆和 AP MP浆的配比不宜过高,且浆的质量指标需要尽可能稳定控制,减少生产波动。

表2 浆料配比对热敏纸性能的影响

2.3 原纸与热敏纸性能的关系

为保证普通热敏纸具有良好的发色清晰度,一般要求成纸的初始发色密度在 0.90以上,不超过 1.1,如再提高发色密度会带来企业生产成本的增加。

表3 不同原纸对热敏纸性能的影响

从表3可以看出,3种热敏原纸生产的热敏纸的初始发色密度都能达到 0.90以上,色密度的微小波动很可能是由于涂料性能 (pH值、固含量、黏度)和涂布工艺的控制偏差有关。热敏原纸 A所生产的热敏纸发色保留率最高,为 42.8%,其次是热敏原纸 B,为 31.9%,而热敏原纸 C最差,仅为 28.9%,这与原纸 C所生产热敏纸印品的保存时间最短是相吻合的。对于老化后的发色保留率而言,这是关系到成品热敏纸使用有效期的重要评价指标,热敏原纸B所生产热敏纸的老化发色保留率最高,为 90.2%;其次是热敏原纸 A,为 77.5%;热敏原纸 C最低,为 40.3%,比热敏原纸 B的低 50个百分点。表3的数据进一步说明不同热敏原纸的性能差异很大,这是在选择涂布原纸时需要重点考虑的,也说明热敏原纸C的品质需要大幅度改善。

2.4 不同批次的原纸性能

表面施胶是在原纸两面施涂表面施胶剂,一般是淀粉和合成表面施胶剂配用,在纤维表面形成一层比较连续的膜,可提高纸张的平滑度、细腻程度和封闭程度。从表4中可以看出,原纸 D和原纸 E的发色保留率基本相同,经优化表面施胶的原纸 E赋予热敏原纸更好的老化发色保留率。虽比表3中的热敏原纸A和B低一些,但性能已有较大程度改善。这应该是由于表面施胶剂在原纸表面形成的胶膜对原纸有一定程度的隔离作用,可减缓原纸中的有害组分对热敏涂层的作用。

表4 表面施胶对热敏原纸性能的影响

2.5 涂料配方的优化

从表5中可以看出,在配方 1～3中,随着面涂中BPA份额的增加,热敏纸初始发色密度逐渐降低,老化发色保留率逐渐提高。初始发色密度降低应该是由于只增加BPA份额会使得热敏层中增感剂所占的比例减少,带来热敏层的发色熔点提高,对发色效果有不利影响。配方 4～配方 6的发色保留率和老化后保留率都逐渐升高,配方 4和配方 5比较理想,热敏纸老化后的色密度保留率分别达到 73.9%和76.4%。更换显色剂后,配方 7的发色保留率为59.7%,老化发色保留率为 76.3%,热敏纸性能得到改善,这说明采用的显色剂的稳定性能要优于BPA。

表5 涂料配方对热敏纸性能的影响

采用同时增加底涂和面涂中的 BPA用量是比较好的调整途径,底涂中的 BPA对原纸中有害成分能够起到很好的隔离作用和消耗作用,面涂增加的BPA量能够尽可能降低热敏纸背面对热敏层的不利影响,此外,可考虑稍微增加面涂中增感剂的用量或者采用性能更好的增感剂,以避免增加的 BPA导致热敏层发色熔点的提高。相对调整 BPA用量来说,更换显色剂类型更简便易行。

3 结论

3.1 pH值不是热敏原纸 C所生产的热敏纸发色性能降低和印品褪色的原因。热敏原纸 C的某些组分会消耗热敏层中的显色剂 BPA,使 BPA失去与无色染料作用而发色的性能。

3.2 全化学木浆或配用化学苇浆的原纸能够获得很好的热敏纸性能,初始发色密度高,且发色保留率和老化发色保留率都比较好;配用一定比例的D IP浆或APMP浆,对生产成本的控制有利,但都会降低热敏纸的性能,APMP浆带来的不利影响略明显一些。

3.3 热敏原纸 A和 B所生产的热敏纸的发色保留率和老化发色保留率都要优于原纸 C,做好原纸的选择对于保证热敏纸的质量是非常重要的。

3.4 适当优化表面施胶和调整涂料配方可改善热敏原纸的使用性能,比较好地解决原纸使热敏层褪色的问题。若优化涂料配方,在底涂和面涂中同时增加显色剂BPA用量和更换显色剂类型均能够取得好的效果。

[1] 王际德,李臻,刘志浩.无碳复写纸及热敏纸的高速涂布中试报告[J].中国造纸,2004,23(10):29.

[2] 曹丽云.热敏纸发展近况及近期工艺要点[J].中华纸业,2001,22(4):26.

[3] 祁争健,周芩楠,韩航,等.新型热敏纸增感剂研究[J].造纸化学品,1999(3):2.

[4] 陈胜恩.热敏记录材料的应用及技术动向[J].信息记录材料,2000(3):40.

[5] 陈港,梁二东,刘映尧.胶粘剂对热敏纸发色和防水性能的影响[J].中华纸业,2007,28(9):59.

[6] 陈敬浩,陈港,刘政丰.抗氧剂 TBM对彩票纸防褪色性能的影响[J].中华纸业,2007,28(4):59.

Factors I nfluencing Color Fad ing and Stability I mprovement of Color Development of Thermal Paper

WANG Jin1,＊GUO Yong-wei2ZHOU Jin-tao2L IU Chun-jing2LU Xiao-ming3CHEN Ke-fu4
(1.College of M aterial Science and Chem ical Engineering,Tianjin University of Science&Technology,Tianjin,300457;2.Technology Center of Tiger Forest&Paper Group Co.,L td.,Yueyang,Hu'nan Province,414002;3.Sunway Paper Technology Co.,Ltd.,Suzhou,Jiangsu Province,215128;4.State Key Lab of Pulp&Paper Engineering,South China University of Technology,Guangzhou,Guangdong Province,510640)

Properties of color display and density stability of ther mal paper were analyzed and evaluated.Factors including pH value,furnish,base paper and coating componentswere discussed.Opt imization of base paper and coating formulawas carried out.The results showed that pH value is not the reason causing color fading of the ther mal paper,instead the furnish is mainly responsible for the paper property.Optimization of surface sizing process and coating formula is an effective method to improve the quality of thermal paper.

ther mal paper;retention rate;stability;BPA

TS761

0254-508X(2010)04-0045-03