CN111364285B - 一种高表面留存涂料、涂布纸及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种表面留存涂料、涂布纸及其制备方法，所述高表面留存涂料包括：100份的颜料、10‑15份的胶乳和0.1‑3.0份的表面留存剂，所述表面留存剂为吸水树脂。通过上述方式，本申请能够提高涂料的表面留存性能。

Description

一种高表面留存涂料、涂布纸及其制备方法
技术领域
本申请涉及造纸技术领域，特别是涉及一种高表面留存涂料、涂布纸及其制备方法。
背景技术
保水性是涂料的一项重要而基本的性能，对涂布运转性有重要影响，并且会影响到涂布纸质量。随着人们对涂料性能认识的深入，已经从通过调整保水性满足涂布要求的阶段，提升到通过控制保水性来改善涂布纸性能并兼顾涂布操作要求的层面。
涂布纸(coated paper)是在原纸上涂上一层涂料(coating color)，使纸张具有良好的光学性质及印刷性能等。其主要用途有：印刷杂志、书籍等出版用纸，或商标、包装、商品目录等印刷用纸，出版用纸与印刷用纸的比例约为1：3。涂布纸大至可分为：铜版纸、涂布纸、轻量涂布纸，或烙光涂布纸等特殊涂布纸。
涂布纸的主要原料是原纸和涂料。对原纸的要求是厚薄均匀，伸缩性小，强度较高，抗水性好。纸面不得有斑点、皱纹、孔眼等纸病。用来涂布的涂料是由优质的白色颜料、胶粘剂及辅助添加剂等组成的。目前抄造铜版卡的生产流程一般为散浆，磨浆，添加湿部化学品，上浆，脱水，前干燥，表面施胶，后干燥，卷曲成纸制成原纸，再通过涂布，干燥之后卷曲制成。
本申请的发明人在长期的研发过程中，发现在常规的涂布工艺中，从上料、计量直至干燥，保水性的影响一直存在。涂布原纸通过毛细管作用和压力过滤方式吸收涂料中的流动相，导致涂料脱水。如果脱水程度被控制在合理范围，涂布操作将不会受到影响。但如果涂料脱水过多或保水不好，涂料会因固含量的过度升高，引起涂料流变性的恶化，从而导致涂布运转性问题。
发明内容
本申请主要解决的技术问题是提供一种高表面留存涂料、涂布纸及其制备方法，能够提高涂料的表面留存性能。
为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是：提供一种高表面留存涂料，所述高表面留存涂料包括：100份的颜料、10-15份的胶乳和0.1-3.0份的表面留存剂，所述表面留存剂为吸水树脂。
其中，表面留存剂为接枝改性聚丙烯酸盐或添加剂改性聚丙烯酸盐，添加剂为吸水性材料。
其中，接枝改性聚丙烯酸盐为聚丙烯酸盐与聚乙烯醇接枝共聚形成的以聚乙烯醇为主链大分子的接枝共聚物；添加剂改性聚丙烯酸盐为聚丙烯酸盐与添加剂形成的共聚物，添加剂为淀粉、高岭土或膨润土。
其中，接枝改性聚丙烯酸盐的接枝率大于或等于50％；添加剂改性聚丙烯酸盐的分子量为30000-50000；添加剂与丙烯酸单体的比例为1:10-1:2。
其中，颜料为研磨碳酸钙、沉淀碳酸钙、滑石粉、白土、瓷土、二氧化钛、云母粉、石英粉中的一种或几种；胶乳为醋酸乙烯胶乳、苯乙烯-丁二烯胶乳、羟基丁苯胶乳、醋酸乙烯-丙烯酸酯胶乳、丙烯酸酯胶乳中的一种或几种。
其中，高表面留存涂料还包括0.01-2.0份的消泡剂，0.01-2.0份的流变剂，0.01-2.0份的分散剂，0.5-3.0份的增白剂，0.01-2.0份的杀菌剂，0.01-3.0份的pH调节剂。
其中，消泡剂为聚乙二醇、脂肪酸防沫剂、二氧化硅类消泡剂、矿物油、聚乙烯蜡、高碳脂肪醇、磷酸三丁酯、乳化甲基硅油中的一种或几种；流变剂为羧甲基纤维素钠、聚酰胺、变性酰胺共聚物、聚乙烯醇、改性丙烯酸共聚物中的一种或几种；分散剂为多磷酸盐、聚丙烯酸钠、羧酸盐中的一种或几种；增白剂为二苯乙烯、萘二甲酰亚胺、苯基吡唑啉中的一种或几种；杀菌剂为异噻唑啉酮及其衍生物、三丹油、或氮、硫环状有机化合物中的一种或几种；pH调节剂为氢氧化钠、碳酸氢三钠、磷酸氢二钠中的一种或几种。
其中，多磷酸盐为六偏磷酸钠、焦磷酸钠；涂料的pH值为8.5-9.5。
为解决上述技术问题，本申请采用的另一个技术方案是：提供一种涂布纸，所述涂布纸包括原纸层和涂料层，涂料层包括高表面留存涂料，高表面留存涂料包括100份的颜料、10-15份的胶乳和0.1-3.0份的表面留存剂，所述表面留存剂为吸水树脂。
为解决上述技术问题，本申请采用的另一个技术方案是：提供一种涂布纸的制备方法，所述方法包括提供高表面留存涂料，高表面留存涂料包括100份的颜料、10-15份的胶乳和0.1-3.0份的表面留存剂，表面留存剂为吸水树脂；提供原纸，在原纸的至少一面涂布高表面留存涂料，其中，单面的涂布量为3-10g/m2；将涂布后的纸板干燥、压光，得到涂布纸。
本申请的有益效果是：区别于现有技术的情况，本申请提供一种高表面留存涂料，该涂料中添加了高吸水树脂，增加了涂料中的氢键，使涂料即使在较低的固含量、粘度情况下依旧保留涂料对水的作用力，从而能够提升涂料的表面留存性能。
进一步地，该涂料更适合高速刮刀涂布机的低定量涂布，使涂布成纸表面涂层不易迁移至原纸层，在表面留着更多，并且涂层更均匀。能够使涂布纸表面的印刷效果更好，纸面效率更高。
附图说明
图1是本申请涂布纸的第一实施方式的结构示意图；
图2是本申请涂布纸制备方法第一实施方式的流程示意图；
图3是本申请实施例1中涂布纸的表面留存图像示意图；
图4是本申请实施例2中涂布纸的表面留存图像示意图；
图5是本申请实对比例中涂布纸的表面留存图像示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本申请进一步详细说明。
本申请提供一种高表面留存涂料，至少应用于造纸行业，涂覆于纸张表面，使涂布成纸表面涂层不易迁移至原纸层，在表面留着更多，并且涂层更均匀。能够使涂布纸表面的印刷效果更好，纸面效率更高。
在一实施方式中，高表面留存涂料包括100份的颜料、10-15份的胶乳和0.1-3.0份的表面留存剂。该高表面留存涂料中，除了主要的颜料和乳胶成分外，还添加了表面留存剂，表面留存剂为高吸水树脂。吸水树脂(Super Absorbent Polymer，SAP)是一种带有大量亲水基团的功能性高分子材料。它具有吸收比自身重几百到几千倍水的高吸水功能，并且保水性能优良，一旦吸水膨胀成为水凝胶时，即使加压也很难把水分离出来。利用吸水树脂的高吸水性和高保水性，能够在不增加涂料固含量的基础上增加涂料的保水性，提升涂料的表面留存性能。其中，表面留存剂的添加量为0.1-3.0份，例如0.1份、0.5份、1.0份、1.5份、2.0份、2.5份、3.0份等。表面留存剂添加的量越多，保水性能越高，但是过多的加入会影响涂料的固含量及后续涂布纸的干燥，因此，表面留存剂的添加量应控制在一定范围内。
其中，在一实施方式中，表面留存剂为接枝改性聚丙烯酸盐。具体地，将聚丙烯酸盐与其他带有亲水基团(如羟基)的聚合物进行共混，接枝共聚合得到接枝共聚物；或在合成聚丙烯酸盐的过程中，向反应体系中加入其他带有亲水基团(如羟基)的聚合物进行共混，接枝共聚合得到接枝共聚物。通过接枝改性，能够在聚丙烯酸盐中引入较多的亲水基团，提高聚合物的保水性，其中，接枝率在50％以上能达到较大的保水效果，接枝率越高保水效果越好。例如，接枝改性聚丙烯酸盐为聚丙烯酸盐与聚乙烯醇(Polyvinyl Alcohol，PVA)接枝共聚形成的以聚乙烯醇为主链大分子的接枝共聚物，即在合成聚丙烯酸盐的过程中加入PVA进行共混，将PVA作为吸水树脂的主链大分子进行接枝共聚合，得到接枝改性聚丙烯酸盐。
其中，在一实施方式中，表面留存剂为添加剂改性聚丙烯酸盐，具体地，在合成聚丙烯酸盐的过程中，向聚合体系中加入一定量的具有吸水性的添加剂，来改善聚丙烯酸盐的吸水性和保水性。添加剂为淀粉、高岭土或膨润土等。其中，添加剂与丙烯酸单体的比例为1:10-1:2，例如，1:10、1:8、1:6、1:5、1:3、1:2等，该添加比例能够有效提升聚合物的保水性，同时控制所得淀粉改性聚丙烯酸盐的分子量为30000-50000，使聚合物具有较好的溶解性，以增强其与涂料的相容性。所加入的添加剂具有一定的吸水性，能够提高聚合物的保水性。
其中，除了添加特定的表面留存剂外，涂料涂层的其他性能也会影响其保水性，如涂层的孔隙大小会影响涂层对水汽的阻隔性，进而影响保水性。同时，涂料的主体成分会影响涂料涂层的性能，如涂层的孔隙受所用的颜料、胶乳及相关助剂的配比影响较大，其中颜料需有较好的分布及排列，从而具有较致密的颜料层；胶乳作为填充颜料空隙的成膜物，需填充覆盖颜料空隙以使涂层具有较好的水汽阻隔性，防止水分流失，提高保水性。
可选地，颜料为研磨碳酸钙、沉淀碳酸钙、滑石粉、白土、瓷土、二氧化钛、云母粉、石英粉中的一种或几种；胶乳为醋酸乙烯胶乳、苯乙烯-丁二烯胶乳、羟基丁苯胶乳、醋酸乙烯-丙烯酸酯胶乳、丙烯酸酯胶乳中的一种或几种。
选择颜料时，颜料粒子的径厚比对其阻隔性能有一定的影响，其径厚比较高的颜料具有较好的阻隔性能。例如可以选择形态特征为高径厚比的片状土，且当片状土中小于2um的粒径占比为75-90％时，阻隔性能更好。选择胶乳时，胶乳的作用是将颜料粒子粘结到原纸上；使颜料粒子互相粘结；部分地填满颜料粒子之间的空隙；覆盖微孔结构，并保持涂料的粘度与保水性。因此，胶乳则可以选择具有较好的成膜性、且含有较多亲水基团的、并能够充分填充颜料空隙的成分。
另外，除了基础的颜料和胶乳，其他助剂的添加成分及添加量也会对涂料的保水性能有影响。在一实施方式中，高表面留存涂料还包括0.01-2.0份的消泡剂，0.01-2.0份的流变剂，0.01-2.0份的分散剂，0.5-3.0份的增白剂，0.01-2.0份的杀菌剂，0.01-3.0份的pH调节剂。通过添加多种添加剂能够调整高表面留存涂料的整体性能。在其他实施方式中，还可以包括更多添加剂。
可选地，消泡剂为聚乙二醇、脂肪酸防沫剂、二氧化硅类消泡剂、矿物油、聚乙烯蜡、高碳脂肪醇、磷酸三丁酯、乳化甲基硅油中的一种或几种。流变剂为羧甲基纤维素钠、聚酰胺、变性酰胺共聚物、聚乙烯醇、改性丙烯酸共聚物中的一种或几种。分散剂为多磷酸盐、聚丙烯酸钠、羧酸盐中的一种或几种。多磷酸盐为六偏磷酸钠、焦磷酸钠。分散剂的加入可以保证涂料中的颜料不发生絮凝和沉降现象，并使涂料的粘度尽可能低，具有良好的流动性和涂布适应性，提高胶粘剂与颜料的混合性，以达到提高涂布纸表面强度和印刷适应性的效果。杀菌剂为异噻唑啉酮及其衍生物、三丹油、或氮、硫环状有机化合物中的一种或几种。pH调节剂为氢氧化钠、碳酸氢三钠、磷酸氢二钠中的一种或几种。增白剂为二苯乙烯、萘二甲酰亚胺、苯基吡唑啉中的一种或几种。
在制备涂料时，按照质量分数配比准备好物料后，按照颜料、消泡剂、分散剂、流变剂、胶乳、表面留存剂、增白剂、杀菌剂、pH调节剂的顺序依次添加各物料，通过控制pH调节剂的添加量将涂料的pH调节至8.5-9.5。混合后经过高速分散，得分散均匀的涂料。
将本申请所提供的高表面留存涂料涂覆于纸张表面能够制得表面留存性能良好的涂布纸板。具体地，请参阅图1，图1是本申请涂布纸的第一实施方式的结构示意图；涂布纸10包括原纸层101和涂料层102，涂料层102包括高表面留存涂料，高表面留存涂料包括100份的颜料、10-15份的胶乳和0.1-3.0份的表面留存剂，表面留存剂为吸水树脂。具体地高表面留存涂料成分比例请参阅上述实施方式的描述，在此不再赘述。
在一实施方式中，只需要在原纸层的一个面涂覆高表面留存涂料，一般涂覆在纸板的正面，使纸板具有高表面留存性能，而原纸层的另一面可以根据需要选涂其他涂料，以保证纸板的基本及其他性能。在另一实施方式中，在原纸层的两面都涂覆高表面留存涂料。
本申请所提供的涂布纸除了具有最基础的平滑度，粗糙度、光泽度外，具有良好的留存性能。
为制得上述涂布纸，本申请还提供一种涂布纸的制备方法，请参阅图2，图2是本申请涂布纸制备方法第一实施方式的流程示意图。在该实施方式中，涂布纸制备方法包括：
S201：提供高表面留存涂料。
其中，高表面留存涂料包括100份的颜料、10-15份的胶乳和0.1-3.0份的表面留存剂，表面留存剂为吸水树脂，具体涂料成分请参阅上述实施方式的描述，在此不再赘述。
S202：提供原纸，在原纸的至少一面涂布高表面留存涂料，其中，单面的涂布量为3-10g/m2。
其中原纸的制备可用现有技术制得，或直接购买，在此不做限定。将预先制备好的高表面留存涂料涂覆于原纸表面，可以适应选择涂布方式进行涂覆，例如利用高速刮刀涂布机进行低定量涂布。其单面的涂布量为3-10g/m2。
S203：将涂布后的纸板干燥、压光，得到涂布纸。
以上方案，通过涂料中的表面留存剂的作用，有效提升了涂料中的氢键，即使涂料在较低的固含量、粘度，依旧保留涂料对水的保留作用力，从而提升了涂料的表面留存性能。该种涂料更适合高速刮刀涂布机的低定量涂布，使涂布成纸表面涂层不易迁移至原纸层，在表面留着更多，并且涂层更均匀。表面留存剂的加入能使涂料保水性能得到极大的提升；通过此种出色的表面留存性涂料进行低定量高速刮刀涂布，有助于改善涂料表面留存性，涂层更均匀。
下面将通过几组具体实验例和对比实验例来对本申请进行说明、解释，但不应用来限制本申请的范围。
其中，利用AAGWR250静态保水仪进行保水性测试，测试方法如下：
采用渗透吸收法测定，即在压力0.5kPa，时间120s条件下，涂料中的水经过渗透膜被滤纸吸收的量(g/m2)。滤纸所吸收水的量越大，涂料保水性越差。
实施例1：
(1)涂料的制备：
准备研磨碳酸钙70份，瓷土30份，苯乙烯-丁二烯胶乳12份，聚乙二醇0.01份，羧甲基纤维素钠0.02份，六偏磷酸钠0.02份；异噻唑啉酮0.02份，氢氧化钠0.15份，二苯乙烯1.5份，改性聚丙烯酸盐0.5份。按照表1中涂料配方的顺序添加各物料，经过高速分散，得分散均匀的涂料。对涂料的物性进行测试，测试结果详见表2。
(2)涂布纸的制备：
在100g/m2原纸的两面进行涂布，单面涂布量为8g/m2。控制两面涂布基本一致，误差范围控制在0-10％以内。涂布后干燥。对涂布纸进行关键物性测试，测试结果详见表3。对涂布纸通过电子显微镜300倍放大拍摄，观察涂布纸表面涂料的留存情况，拍摄图像详见图3。
实施例2：
(1)涂料的制备：
准备研磨碳酸钙70份，瓷土30份，苯乙烯-丁二烯胶乳12份，聚乙二醇0.01份，羧甲基纤维素钠0.02份，六偏磷酸钠0.02份；异噻唑啉酮0.02份，氢氧化钠0.15份，二苯乙烯2份，淀粉接枝丙烯酸酰胺1.5份。按照表1中涂料配方的顺序添加各物料，经过高速分散，得分散均匀的涂料。对涂料的物性进行测试，测试结果详见表2。
(2)涂布纸的制备：
在100g/m2原纸的两面进行涂布，单面涂布量为8g/m2。控制两面涂布基本一致，误差范围控制在0-10％以内。涂布后干燥。对涂布纸进行关键物性测试，测试结果详见表3。对涂布纸通过电子显微镜300倍放大拍摄，观察涂布纸表面涂料的留存情况，拍摄图像详见图4。
对比例：
(1)涂料的制备：
准备研磨碳酸钙100份，异氰酸酯2份，苯乙烯-丁二烯胶乳12份，聚乙二醇0.01份，羧甲基纤维素钠0.02份，六偏磷酸钠0.02份；异噻唑啉酮0.02份，氢氧化钠0.15份，二苯乙烯1份。按照表1中配方的顺序添加各物料，经过高速分散，得分散均匀的涂料。对涂料的物性进行测试，测试结果详见表2。
(2)涂布纸的制备：
在100g/m2铜版原纸的两面进行涂布，单面涂布量为8g/m2。控制两面涂布基本一致，误差范围控制在0-10％以内。涂布后干燥。对涂布纸进行关键物性测试，测试结果详见表3。对涂布纸通过电子显微镜300倍放大拍摄，观察涂布纸表面涂料的留存情况，拍摄图像详见图5。
表1：实施例1-2及对比例涂料配方
项目 实施例1 实施例2 对比例
颜料 100 100 100
消泡剂 0.01 0.01 0.01
分散剂 0.02 0.02 0.02
流变剂 0.02 0.02 0.02
胶乳 12 12 12
表面留存剂 0.5 1.5 0
增白剂 1 1 1
杀菌剂 0.02 0.02 0.02
pH调节剂 0.15 0.15 0.15
表2：实施例1-2及对比例涂料物性
项目 实施例1 实施例2 对比例
静态粘度(cps) 730 870 650
保水性(g/cm<sup>2</sup>) 93.6 80.2 185.2
高剪切粘度(cps) 16.3 18.7 12.5
pH 8.91 8.92 8.91
固含量(％) 62.0 62.0 62.1
表3：实施例1-2及对比例涂布纸物性
项目 实施例1 实施例2 对比例
平滑度(s) 20 26 15
粗糙度(μm) 4.25 4.01 4.62
光泽度(％) 9.3 9.5 8.5
印后光泽度(％) 82.3 85.6 78.5
油墨吸收性(％) 12.3 13.6 11.5
从上述检测数据可以看出，由表2可知，通过添加表面留存剂，使涂料能在较低的固含量下，提升涂料的表面留存性。由表3可知，实施例1-2中涂布纸的平滑度及粗糙度均优于对比样，实施例1-2的印前光泽、印后光泽与油墨吸收性也优于对比样。由图3-5可知，图中黑色部分为涂料未覆盖原纸，实施例1-2中涂布纸在表面的涂料留存性能均优于对比样。
综上，本申请通过涂料中的表面留存剂的作用，有效提升了涂料中的氢键，即使涂料在较低的固含量、粘度，依旧保留涂料对水的保留作用力，从而提升了涂料的表面留存性能。该种涂料更适合高速刮刀涂布机的低定量涂布，使涂布成纸表面涂层不易迁移至原纸层，在表面留着更多，并且涂层更均匀。
以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容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，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种高表面留存涂料，其特征在于，所述涂料包括：100份的颜料、10-15份的胶乳和0.1-3.0份的表面留存剂，所述表面留存剂为聚丙烯酸盐与聚乙烯醇接枝共聚形成的以聚乙烯醇为主链大分子的接枝共聚物或聚丙烯酸盐与添加剂形成的共聚物，所述添加剂为淀粉、高岭土或膨润土；
其中，所述接枝改性聚丙烯酸盐的接枝率大于或等于50％；所述添加剂改性聚丙烯酸盐的分子量为30000-50000；所述添加剂与丙烯酸单体的比例为1:10-1:2。
2.根据权利要求1所述的高表面留存涂料，其特征在于，
所述颜料为研磨碳酸钙、沉淀碳酸钙、滑石粉、白土、瓷土、二氧化钛、云母粉、石英粉中的一种或几种；
所述胶乳为醋酸乙烯胶乳、苯乙烯-丁二烯胶乳、羟基丁苯胶乳、醋酸乙烯-丙烯酸酯胶乳、丙烯酸酯胶乳中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的高表面留存涂料，其特征在于，所述涂料还包括：0.01-2.0份的消泡剂，0.01-2.0份的流变剂，0.01-2.0份的分散剂，0.5-3.0份的增白剂，0.01-2.0份的杀菌剂，0.01-3.0份的pH调节剂。
4.根据权利要求3所述的高表面留存涂料，其特征在于，
所述消泡剂为聚乙二醇、脂肪酸防沫剂、二氧化硅类消泡剂、矿物油、聚乙烯蜡、高碳脂肪醇、磷酸三丁酯、乳化甲基硅油中的一种或几种；
所述流变剂为羧甲基纤维素钠、聚酰胺、变性酰胺共聚物、聚乙烯醇、改性丙烯酸共聚物中的一种或几种；
所述分散剂为多磷酸盐、聚丙烯酸钠、羧酸盐中的一种或几种；
所述增白剂为二苯乙烯、萘二甲酰亚胺、苯基吡唑啉中的一种或几种；
所述杀菌剂为异噻唑啉酮及其衍生物、三丹油、或氮、硫环状有机化合物中的一种或几种；
所述pH调节剂为氢氧化钠、碳酸氢三钠、磷酸氢二钠中的一种或几种。
5.根据权利要求4所述的高表面留存涂料，其特征在于，所述多磷酸盐为六偏磷酸钠、焦磷酸钠；所述涂料的pH值为8.5-9.5。
6.一种涂布纸，其特征在于，所述涂布纸包括原纸层和涂料层，所述涂料层包括高表面留存涂料，所述高表面留存涂料包括100份的颜料、10-15份的胶乳和0.1-3.0份的表面留存剂，所述表面留存剂为聚丙烯酸盐与聚乙烯醇接枝共聚形成的以聚乙烯醇为主链大分子的接枝共聚物或聚丙烯酸盐与添加剂形成的共聚物，所述添加剂为淀粉、高岭土或膨润土，所述接枝改性聚丙烯酸盐的接枝率大于或等于50％；所述添加剂改性聚丙烯酸盐的分子量为30000-50000；所述添加剂与丙烯酸单体的比例为1:10-1:2。
7.一种涂布纸的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
提供高表面留存涂料，所述高表面留存涂料包括100份的颜料、10-15份的胶乳和0.1-3.0份的表面留存剂，所述表面留存剂为聚丙烯酸盐与聚乙烯醇接枝共聚形成的以聚乙烯醇为主链大分子的接枝共聚物或聚丙烯酸盐与添加剂形成的共聚物，所述添加剂为淀粉、高岭土或膨润土，所述接枝改性聚丙烯酸盐的接枝率大于或等于50％；所述添加剂改性聚丙烯酸盐的分子量为30000-50000；所述添加剂与丙烯酸单体的比例为1:10-1:2；
提供原纸，在所述原纸的至少一面涂布所述高表面留存涂料，其中，单面的涂布量为3-10g/m2；
将涂布后的纸板干燥、压光，得到涂布纸。
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