CN108611921B

CN108611921B - 一种纸张涂料、涂布纸及纸张涂料的制备方法

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Publication number: CN108611921B
Application number: CN201611125525.3A
Authority: CN
Inventors: 朱叶峰; 吴国泉; 孙常芳; 张菊仙; 王先清
Original assignee: Gold East Paper Jiangsu Co Ltd
Current assignee: Gold East Paper Jiangsu Co Ltd
Priority date: 2016-12-08
Filing date: 2016-12-08
Publication date: 2020-09-18
Anticipated expiration: 2036-12-08
Also published as: CN108611921A

Abstract

本发明公开了一种纸张涂料、涂布纸及纸张涂料的制备方法，所述纸张涂料包括轻质碳酸钙、高岭土、醇解度大于或等于88％的聚乙烯醇、多官能团聚合物，以及二价金属盐。所述轻质碳酸钙为60‑100质量份，所述高岭土为0‑40质量份，其中，所述轻质碳酸钙与所述高岭土的总质量为100质量份；所述聚乙烯醇为占所述总质量的3‑30质量份，所述多官能团聚合物为占所述总质量的0.1‑3质量份，所述二价金属盐为占所述总质量的5‑40质量份。通过上述方式，本发明能够提高纸张涂料的固含量，提高纸张涂料的运转性。

Description

一种纸张涂料、涂布纸及纸张涂料的制备方法

技术领域

本发明涉及造纸领域，特别是涉及一种纸张涂料、涂布纸及纸张涂料的制备方法。

背景技术

目前，基于喷墨技术的高速商用喷墨印刷机在市场上发展迅速，对可适用的喷墨印刷纸的需求量随着喷墨印刷机装机量的增加而不断增加。当前，国内对于喷墨印刷纸的涂层采用二氧化硅、硅酸镁铝等多孔性颜料作为涂层颜料已有较为成熟的技术研究，但因其成本太高，涂料运转性欠佳，没有量产。

对于采用较低原材料的碳酸钙作为涂层主颜料体系的研究也进入到一定阶段：例如，在一现有技术中，纸张涂料包括轻质碳酸钙、塑性颜料、交联剂、以及改性聚乙烯醇溶液，上述改性聚乙烯醇为硅烷改性聚乙烯醇。该涂料中使用塑性颜料及硅烷改性聚乙烯醇，物料难寻，成本昂贵且并未有实际运转性说明。再如，纸张涂料包括轻质碳酸钙、多孔性颜料、金属盐、以及改性聚乙烯醇；一方面，上述改性聚乙烯醇仍为物料难寻且价格昂贵的硅烷改性聚乙烯醇；另一方面，该涂料中采用的多孔性颜料，分散困难，工艺复杂。又如，一种纸张涂料，主体颜料体系为碳酸钙、煅烧瓷土、塑性颜料、二氧化硅；该方案使用塑性颜料，进而使得涂料成本高；另外该方案中含有纳米二氧化硅，分散困难，涂料运转行差。

上述以碳酸钙为主颜料体系的各案例中的纸张涂料，较纳米二氧化硅为主体系降低了原料成本，但与二氧化硅或硅酸镁铝体系一样，涂料存在固含低、保水差，大型高速涂布机涂布过程中易出现背流、黄线、干燥能力不够而粘张粘辊等问题，因此产量低且生产成本较高。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种纸张涂料、涂布纸及纸张涂料的制备方法，能够提高产量且降低生产成本。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种纸张涂料，所述纸张涂料包括：轻质碳酸钙、醇解度大于或等于88％的聚乙烯醇、多官能团聚合物。

其中，所述纸张涂料还包括高岭土、二价金属盐；所述二价金属盐为氯化镁、硝酸钙、硝酸镁、氯化钙、硫酸镁中的一种以上。

其中，所述聚乙烯醇的醇解度为98-99％；所述多官能团聚合物为脲蛋白胶与丙烯酸酯的共聚物。

其中，所述轻质碳酸钙为60-100质量份，所述高岭土为0-40质量份，所述轻质碳酸钙与所述高岭土的总质量为100质量份；所述聚乙烯醇为占所述总质量的3-30质量份，所述多官能团聚合物为占所述总质量的0.1-3质量份，所述二价金属盐为占所述总质量的5-40质量份。

进一步，所述纸张涂料还包括占所述总质量的0.01-1质量份的消泡剂、占所述总质量的0.1-2质量份的耐水化剂、占所述总质量的0-1.5质量份的润滑剂。

其中，所述纸张涂料的固含量大于或等于40％。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是提供一种涂布纸，所述涂布纸采用如上所述的纸张涂料进行涂布而获得的，所述涂布纸的涂布量为2-12克每平方米。

为解决上述技术问题，本发明采用的又一个技术方案是提供一种纸张涂料的制备方法，包括将60-100质量份的轻质碳酸钙和0-40质量份的高岭土配制成混合溶液，其中，所述轻质碳酸钙和所述高岭土的总质量为100质量份；向所述混合溶液中依次加入占所述总质量的3-30质量份聚乙烯醇、占所述总质量的0.1-3.0质量份多官能团聚合物以及占所述总质量的5-40份二价金属盐溶液，进而得到所述印刷纸的所述涂层溶液。

进一步，上述制备方法还包括向所述混合溶液中添加占所述总质量的0.01-1质量份消泡剂、占所述总质量的0.1-2质量份耐水剂、占所述总质量的0-1.5质量份润滑剂。

本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明所提供的纸张涂料在以成本较低的轻质碳酸钙为主体颜料的基础上，引入醇解度大于或等于88％的聚乙烯醇和多官能团聚合物。聚乙烯醇作为体系的胶黏剂，其醇解度增加，粘结力增大，成膜性能增强，可以提高涂料体系的固含量，但会使涂料体系的粘度增大；引入的多官能团聚合物的能够降低涂料体系的粘度，消除高醇解度聚乙烯醇对涂料粘度的影响，同时使体系中的聚乙烯醇与颜料更好地耦合，提升聚乙烯醇粘结效果，进而进一步提高涂料的固含量。

具体实施方式

为使印刷纸具有良好的印刷性能，在生产过程中一般需要先制备纸张涂料，然后将纸张涂料涂覆在基纸上，从而获得具有涂层的印刷纸。

本发明纸张涂料一实施方式包括：轻质碳酸钙、醇解度大于或等于 88％的聚乙烯醇、多官能团聚合物。

具体地，轻质碳酸钙是纸张涂料的主颜料，价格低廉、吸油值高，用于提供疏松、高孔隙、高油墨吸收性的涂层框架结构。

在本实施例中所采用的聚乙烯醇的醇解度大于或等于88％，优选 98％-99％。聚乙烯醇的醇解度越高，其耐水性增加，粘结性越强，成膜性能越好，起泡倾向减弱。因此，选用高醇解度的聚乙烯醇可以适当增加纸张涂料的固含量。

上述引入高醇解度的聚乙烯醇可能会使涂料体系的粘度增大，这将不利于后期高速涂布制备印刷纸。因此，本实施例中所提供的纸张涂料体系中进一步引入多官能团聚合物，在本实施例中多官能图聚合物为脲蛋白胶与丙烯酸酯共聚物，其pH为6-8(2％水溶液)，粘度为 50-500mPa·s，在其他实施例中可为其他具有相同作用的物质。它能够在使涂料中作为胶黏剂的聚乙烯醇和颜料很好的耦合，提升胶黏剂粘结效果的同时，降低涂料粘度，从而进一步提高涂料的固含量。

本发明纸张涂料的又一实施方式包括：轻质碳酸钙、醇解度大于或等于88％的聚乙烯醇、多官能团聚合物、高岭土。其中轻质碳酸钙、聚乙烯醇、多官能团聚合物的作用与上述实施例中的相同，在此不再赘述。高岭土在本实施例中是作为轻质碳酸钙的辅助颜料，高岭土是一种含水的铝硅酸盐，其化学式为2SiO₂·Al₂O₃·2H₂O，高岭土中的水是以-OH的形式存在，其晶体结构是由-Si-O-四面体层和-Al-(O,OH)八面体层连接而成，层与层之间是通过弱的氢键或者范德华力连接。因此，高岭土易于沿与层面平行的方向劈开，而被加工或剥离成超细粉。在本实施例提供的颜料体系中，高岭土能够填补轻质碳酸钙针状松散框架结构中不规则的大空隙，增加涂层平整性，进而可以增加后期纸张印刷的光泽度；另一方面，由于高岭土具有氢键，能够提高涂料亲水性，进而改善了涂料的保水性能，提高了涂料涂布运转可行性。

本发明纸张涂料的又一实施方式包括轻质碳酸钙、醇解度大于或等于88％的聚乙烯醇、多官能团聚合物、高岭土、二价金属盐。在本实施例中轻质碳酸钙、醇解度大于或等于88％的聚乙烯醇、多官能团聚合物、高岭土与上述实施例相同，在此不再赘述。另外，多官能团聚合物在本实施例中的另一个作用是给二价金属盐的添加提供是个适宜的环境体系，避免添加剂与涂料发生絮凝。本实施例中二价金属盐为氯化镁、硝酸钙、硝酸镁、氯化钙、硫酸镁中的一种或多种的组合，通常是水溶性的，在水中可电离成阴阳两种离子，在喷墨印刷中起到固色剂的作用。

具体地，在本实施例中轻质碳酸钙为60-100质量份，例如60、70、 80、90、100质量份等；高岭土为0-40质量份，例如0、10、20、30、 40质量份等，其中，轻质碳酸钙与高岭土的总质量为100质量份；聚乙烯醇为占上述总质量的3-30质量份，例如3、10、20、30质量份等，其醇解度大于等于88％，例如88％、95％、98％、99％等；多官能团聚合物为占上述总质量的0.1-3质量份，例如0.1、1.0、2.0、3.0质量份等；二价金属盐为占上述占总质量的5-40质量份，例如5、10、20、30、40 质量份等。在其他实施例中，还可根据实际需求添加一些常规助剂，如添加占上述总质量的0.01-1.0质量份消泡剂，例如0.01、0.1、0.5、1.0 质量份等；添加占上述总质量的0.1-2.0质量份耐水化剂，例如0.1、0.5、 1.5、2.0质量份等；添加占上述总质量的0-1.5质量份润滑剂，例如0、 0.5、1.0、1.5质量份等。

纸张涂料的固含量是指液态涂料溶剂挥发后，真正留在基纸表面成为涂膜的涂料中的非挥发份，它既是涂料生产这种正常的质量控制项目，也是涂料施工必不可缺的工艺控制参数，具有经济价值和实用意义。经测算，本发明上述所有实施例中纸张涂料体系的固含量大于或等于 40％。

在一个应用场景中，本发明上述纸张涂料的制备方法如下：将60-100 质量份的轻质碳酸钙和0-40质量份的高岭土配制成混合溶液，其中，轻质碳酸钙和高岭土的总质量为100质量份；向混合溶液中依次加入占总质量的3-30质量份聚乙烯醇、占总质量的0.1-3.0质量份多官能团聚合物以及占总质量的5-40份二价金属盐溶液，进而得到印刷纸的涂层溶液。在其他实施例中，为了满足实际需要，还可在上述混合溶液中添加占总质量的0.01-1质量份消泡剂、占总质量的0.1-2质量份耐水剂、占总质量的0-1.5质量份润滑剂等其他助剂。

基于上述纸张涂料，本发明提供了一种涂布纸，其制备过程如下：

第一步，制备纸张涂料：按照上述实施例中制备纸张涂料的方法进行制备，其各个组分的种类及质量占比可根据实际生产情况进行变动。

第二步，将纸张涂料涂布与基纸表面：该基纸可为非涂布纸或含预涂层的涂布纸；该过程可采用绕线棒和/或刮刀、气刀的涂布方式涂布，涂布纸的涂布量为2-12g/m²,例如2g/m²、8g/m²、12g/m²等；涂布机最高车速为300-1100m/min，例如300m/min、500m/min、800m/min、1100m/min 等，根据实际情况进行调整。

第三步，对涂布后的基纸进行干燥：可利用红外和/或热风的干燥方式，干燥时间和干燥参数可根据实际情况进行变动。

第四步，对经干燥后的所述基纸进行压光整饰进而获得具有涂层的印刷纸。

下面将通过9组具体试验对本发明作进一步说明。为方便说明，下面9组试验中制备纸张涂料时所有原料单位以g计算，在其他实施例中可根据实际情况根据质量份比例进行放大或者缩小。在测量涂料物性和涂布纸印刷效果时是基于相同的测量条件和评价标准。

对比样1

制备纸张涂料，包括轻质碳酸钙80g，氧化铝20g，硅烷改性聚乙烯醇15g，二价金属盐20g，消泡剂0.1g，耐水化剂0.1g，润滑剂0.1g；在基重为100g/m²的基纸上采用刮刀的方式涂布纸张涂料，涂布量为 8g/m²，涂布机最高车速为300m/min。在室温下，测量纸张涂料的固含量为31.6％、静态保水率为805g/m²；在室温下，测量涂布纸的光泽度为 16％、油墨吸收性优异、印刷效果好。

实施例1

制备纸张涂料，包括轻质碳酸钙80g，高岭土20g，醇解度99％的聚乙烯醇15g，多官能团聚合物0.1g，二价金属盐20g，消泡剂0.1g，耐水化剂0.1g，润滑剂0.1g；在基重为100g/m²的基纸上采用刮刀的方式涂布纸张涂料，涂布量为8g/m²，涂布机最高车速为1100m/min。在室温下，测量纸张涂料的固含量为50.6％、静态保水率为200g/m²；在室温下，测量涂布纸的光泽度为26％、油墨吸收性优异、印刷效果优异。

实施例2

制备纸张涂料，包括轻质碳酸钙80g，高岭土20g，醇解度99％的聚乙烯醇15g，二价金属盐15g，消泡剂0.1g，耐水化剂0.1g，润滑剂 0.1g；在基重为100g/m²的基纸上采用刮刀的方式涂布纸张涂料，涂布量为8g/m²，涂布机最高车速为400m/min。在室温下，测量纸张涂料的固含量为43.6％、静态保水率为500g/m²；在室温下，测量涂布纸的光泽度为26％、油墨吸收性好、印刷效果一般。

实施例3

制备纸张涂料，包括轻质碳酸钙60g，高岭土40g，醇解度99％的聚乙烯醇5g，多官能团聚合物0.5g，二价金属盐20g，消泡剂0.5g，耐水化剂0.5g，润滑剂0.1g；在基重为100g/m²的基纸上采用刮刀的方式涂布纸张涂料，涂布量为8g/m²，涂布机最高车速为1100m/min。在室温下，测量纸张涂料的固含量为51.2％、静态保水率为188.75g/m²；在室温下，测量涂布纸的光泽度为36％、油墨吸收性好、印刷效果优异。

实施例4

制备纸张涂料，包括轻质碳酸钙100g，醇解度99％的聚乙烯醇18g，多官能团聚合物3.5g，二价金属盐15g，消泡剂0.2g，耐水化剂1.0g，润滑剂0.5g；在基重为100g/m²的基纸上采用刮刀的方式涂布纸张涂料，涂布量为8g/m²，涂布机最高车速为800m/min。在室温下，测量纸张涂料的固含量为41.2％、静态保水率为307.5g/m²；在室温下，测量涂布纸的光泽度为20％、油墨吸收性好、印刷效果一般。

实施例5

制备纸张涂料，包括轻质碳酸钙90g，高岭土10g，醇解度99％的聚乙烯醇10g，多官能团聚合物1.0g，二价金属盐40g，消泡剂0.2g，耐水化剂1.5g；在基重为100g/m²的基纸上采用绕线棒的方式涂布纸张涂料，涂布量为10g/m²，涂布机最高车速为500m/min。在室温下，测量纸张涂料的固含量为45.6％、静态保水率为602g/m²；在室温下，测量涂布纸的光泽度为23.5％、油墨吸收性好、印刷效果好。

实施例6

制备纸张涂料，包括轻质碳酸钙70g，高岭土30g，醇解度98％的聚乙烯醇20g，多官能团聚合物1.5g，二价金属盐35g，消泡剂0.1g，耐水化剂1.0g，润滑剂0.5g；在基重为100g/m²的基纸上采用刮刀的方式涂布纸张涂料，涂布量为10g/m²，涂布机最高车速为1100m/min。在室温下，测量纸张涂料的固含量为50.0％、静态保水率为181.25g/m²；在室温下，测量涂布纸的光泽度为32％、油墨吸收性优异、印刷效果好。

实施例7

制备纸张涂料，包括轻质碳酸钙90g，高岭土10g，醇解度99％的聚乙烯醇10g，多官能团聚合物3.0g，二价金属盐10g，消泡剂0.1g，耐水化剂0.5g，润滑剂1.0g；在基重为100g/m²的基纸上采用绕线棒的方式涂布纸张涂料，涂布量为8g/m²，涂布机最高车速为1100m/min。在室温下，测量纸张涂料的固含量为50.2％、静态保水率为187.5g/m²；在室温下，测量涂布纸的光泽度为24％、油墨吸收性优异、印刷效果优异。

实施例8

制备纸张涂料，包括轻质碳酸钙90g，高岭土10g，醇解度88％的聚乙烯醇15g，多官能团聚合物2.0g，二价金属盐10g，消泡剂0.1g，耐水化剂0.5g，润滑剂1.0g；在基重为100g/m²的基纸上采用刮刀的方式涂布纸张涂料，涂布量为8g/m²，涂布机最高车速为1100m/min。在室温下，测量纸张涂料的固含量为50.6％、静态保水率为600g/m²；在室温下，测量涂布纸的光泽度为25％、油墨吸收性好、印刷效果一般。

下表1为上述9组试验各纸张涂料的原料配比，纸张涂料固含量及静态保水率的检测结果，涂布纸光泽度、油墨吸收性和印刷效果检测结果。

表1

对比样的纸张涂料体系是以轻质碳酸钙为主，搭配氧化铝和硅烷改性聚乙烯醇。其中，由于氧化铝具有较高的比表面积，因此对油墨具有优异的吸收性，但其光泽度较低。体系中采用硅烷改性聚乙烯醇作为胶黏剂，其原料难寻，成本较高。

实施例1-实施例8中纸张涂料体系是以成本较低的轻质碳酸钙为主，搭配高岭土、醇解度大于88％的聚乙烯醇和多官能团聚合物。实施例1-实施例8中多官能图聚合物优选为脲蛋白胶与丙烯酸酯的共聚物。

涂料固含量方面，实施例1-实施例8的固含量均优于对比样，这是由于一方面本发明中引入高醇解度聚乙烯醇，其成膜性能好，粘结性强，可提高涂料的固含量。另一方面本发明中引入多官能团聚合物，它能够降低涂料的粘度，消除高醇解度聚乙烯醇对涂料粘度的影响，进而进一步提高涂料的固含量。

纸张印刷光泽度方面，实施例1-实施例8的印刷制品光泽度均优于对比样，这是由于本发明的纸张涂料体系中引入高岭土，高岭土在混合过程中能够填补轻质碳酸钙颜料框架结构中的空隙。虽然实施例4中未使用高岭土，但由于未加入氧化铝，因此其光泽度也优于对比样，但差于其余实施例。

实际涂布方面，实施例1-实施例8的涂布的最高车速均优于对比样，这进一步证明本发明所采用的纸张颜料体系可在大型、高速涂布机正常运转，涂布机最高车速可达1100m/min，且背流、粘辊等问题减少，实际生产成本降低。

总体而言，区别于现有技术的情况，本发明所提供的纸张涂料在以轻质碳酸钙为主体颜料的基础上，引入醇解度大于或等于88％的聚乙烯醇和多官能团聚合物。聚乙烯醇作为体系的胶黏剂，其醇解度增加，粘结力增大，成膜性能增强，可以提高涂料体系的固含量，但会使涂料体系的粘度增大；引入的多官能团聚合物能够使体系中的聚乙烯醇与颜料更好地耦合，在提升聚乙烯醇粘结效果的同时，降低涂料体系的粘度，消除高醇解度聚乙烯醇对涂料粘度的影响，进而进一步提高涂料的固含量。

以上仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

1.一种纸张涂料的制备方法，其特征在于，包括，

将60-100质量份的轻质碳酸钙和0-40质量份的高岭土配制成混合溶液，其中，所述轻质碳酸钙和所述高岭土的总质量为100质量份；向所述混合溶液中依次加入占所述总质量的3-30质量份聚乙烯醇、占所述总质量的0.1-3.0质量份多官能团聚合物以及占所述总质量的5-40份二价金属盐溶液，进而得到印刷纸的所述纸张涂料；

所述多官能团聚合物为脲蛋白胶与丙烯酸酯的共聚物；所述多官能团聚合物的pH值为6-8，粘度为50-500mPa·s。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括，

向所述混合溶液中添加占所述总质量的0.01-1质量份消泡剂、占所述总质量的0.1-2质量份耐水剂、占所述总质量的0-1.5质量份润滑剂。