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研究纸张表面涂料中的矿物成份

纸张涂料中高岭石具有较强的覆盖能力 , 使纸张获得较好的表面光泽和白度 , 并使其表面光滑 , 更有效地吸收印刷油墨。一般来说 , 高岭石不与纸浆中的其他配料发生化学反应 , 在纸浆中具有一定的稳固性 , 即可很好地保留在纸张纤维之间 , 因而用量很大。同时 , 高岭石粒度细 , 易于流动 , 所以能适应机械化高速生产的需要 , 可保证纸张表面的薄膜中涂层厚度均匀 , 其粗糙度 0 . 1 ～ 0 . 5 μ m 、孔隙 0 . 1 ～ 1 . 0 μ m , 纸张光学性能显著提高。造纸业对纸张质量的基本要求 , 包括高白度、不透明度和较高的光泽度。涂布后纸张质量如何 , 很大程度上取决于所用涂料中高岭石的特性。高岭石作为优质造纸涂料的主体组份 , 其特性对造纸涂料性能、生产操作及成纸质量有很大影响。

1 　实验过程与分析

1 . 1 　纸样　选取六种纸张作为研究对象 , 分别是报纸、信纸、打印纸、硬抄纸、国产铜版纸和日产铜版纸。其中 , 铜版纸分别选自国内襄樊晨鸣公司产品 (787 × 1092mm ,120g/ m 2 ) 和国外日本三阳国策纸 ( 889 × 1194mm ,128g/ m 2 ) 。

1 . 2 SEM 分析　用日产 J SM - 35CF 扫描电镜 ( SEM ) , 观察纸张表面涂布矿物的显微形貌及颗粒度。测试条件 : 工作距离 39mm , 加速电压 25kV , 电流 2 × 10 -11 A 。在电镜下对上述六种样品在× 200 × 30000 倍之间选取不同倍数进行观察。形貌照片表明 : 报纸、信纸、打印纸、硬抄纸均为纤维交织网 状结构 , 形貌相似。国产铜版纸的表面矿物呈片状 多边形 , 颗粒较均匀 , 颗粒度在 0 . 15 ～ 1 μ m 之间 , 但 粒径差别较大 ,0 . 5 ～ 0 . 7 μ m 之间者居多。颗粒边界较模糊 , 结晶度不高 ( 图 1 左 ) 。日产铜版纸表面 光滑细腻 , 矿物呈片状多边形 , 颗粒均匀 , 孔隙小 , 颗粒度在 0 . 25 ～ 1 μ m 之间 , 粒径差别小 ,0 . 2 ～ 0 . 4 μ m 之间者居多 , 颗粒边界清晰 , 结晶度较好 ( 图 1 右 ) 。

1 　铜版纸表面矿物形貌

铜版纸 :左2 国产;右2 日产

通过上述可以看出 ,普通纸张如报纸、信纸、打 印纸、硬抄纸等为降低成本 ,不使用含高岭石等的表 面涂料。相对较好的纸张 (如铜版纸) 表面涂了一层 以片状矿物高岭石为主的涂料。

1.3 　XRD 分析　为对纸张表面所用矿物的物相进 行定性、定量分析以及晶粒度、结晶度测定 ,实验采 用 D/ max23B 型粉晶衍射仪(XRD) 进行测试。测试 条件为 :管压40kV , 管流20mA ,Cu 靶Kα射线,Ni / 滤波,扫描速度5°min 。

以硬抄纸为代表的低档纸张的分析结果 :纸张 中主要矿物为白云石、滑石 ,少量钠长石和石英。国 产铜版纸中主要矿物为方解石和高岭石 ,其中方解 石含量约为 80 % , 高岭石的约为20 %(图2 左) 。由 图 2 可见:7.2135(001) 和3.5815 (002) 两峰为高岭石衍射峰 ,峰较弱,且不够尖锐,说明国产铜版纸中 高岭石结晶程度差且用量少。 2.4954 峰为多水高 岭石衍射峰 ,峰形较小,说明纸张中还有少量的多水 高岭石 ,对纸张平滑度有不利影响。3.0375 (104) 、 2.4954(110) 等峰为方解石衍射峰,峰高且尖锐,晶 形较好 ,表明国产铜版纸中用了较多的重质碳酸钙。

日产铜版纸中主要矿物为高岭石和方解石 ,高岭石 约占 45 % , 方解石约占55 %(图2 右),其中7.2489 (001) 、3.5986(002) 两峰为高岭石衍射峰,峰形明显 比国产铜版纸中高岭石衍射峰尖锐对称 ,也就是说 其结晶程度较好。由 XRD 分析可知,高档铜版纸中 应用了高岭石矿物 ,结合其电镜分析可证明,纸张表 面应用的涂料为高岭石矿物的 , 由于高岭石在造纸中有涂料和填料两种应用 , 所以不排除测试样品中有部分高岭石作为填料的可能性。

2 　铜版纸 X 射线衍射图
铜版纸 : 左 - 国产 ; 右 - 日产

1 . 4 　白度和不透明度测量　纸的白度是指白色或接近白色的纸张表面对蓝光的反射率 , 以相对蓝光照射氧化镁标准板表面的反射率表示。印刷纸需要不透印 , 否则影响到另一面的字迹或画面的清晰程度。纸的种性质以不透明度表示。实验采用的是浙江产 DSBD - 1 型白度仪 , 测试条件为 : 温度 20 ℃ , 相对湿度 32 % , 供电电源 220V 、 50Hz , 仪器应避免机械震动和冲击。经反复测量 , 硬抄纸的正反面白度在 83 % ～ 84 % 之间 , 不透明度在 34 % ～ 35 % 之间 ; 国产铜版纸的正反面白度在 92 % ～ 93 % 之间 , 不透明度在 43 % ～ 44 % 之间 ; 日产铜版纸的正反面白度在 85 % ～ 87 % 之间 , 不透明度在 39 % ～ 40 % 之间。从实验结果可看出 , 铜版纸的白度和不透明度都高于非铜版纸 , 说明涂料中高岭石含量的增加 , 确能提高纸张的白度和不透明度。

1 . 5 　光泽度测量　用天津科器高新技术公司的 KGZ - 1C 型智能光泽度仪 , 对样品的光泽度进行测量。其结果 : 硬抄纸 1 . 2 , 国产铜版纸 1 . 3 , 日产铜版纸 1 . 3 。由此看出 : 铜版纸的光泽度高于非铜版纸 , 说明高岭石能提高纸张的光泽度。

2 　结果与讨论

由表 1 可知 , 以硬抄纸为代表的低档纸张白度、不透明度和光泽度普遍较低 ; 铜版纸光泽度相对硬抄纸稍高 , 它们之间相差不大 ; 国产铜版纸的白度和不透明度都比较高 , 参考其工艺过程 , 国内采用一些漂白技术 ( 例如使用有机产品茨蓝补色 , 达到增白的效果 , 但不耐久 ), 着重突出纸张的白度和不透明度 , 但质量不稳定 , 实际使用时容易发黄变质。相比之下 , 日产铜版纸的白度和不透明度既高又稳定 , 纸张中高岭石使用量较多 , 高岭石颗粒度均匀且晶形较好 , 结晶度高。由此可见 , 高岭石作为纸张表面涂料用矿物 , 确能提高纸张白度和不透明度。此外 , 近年来国产铜版纸生产技术不断改善 , 若能提高纸张的稳定性 , 发展潜力很大。

1 　各种纸张的性能指标

3 　结语

高岭石作为纸张表面涂料用矿物 , 应具有以下几个特点 : ① 造纸涂料中高岭石的颗粒越细 , 粒度分布越均匀 , 越有利 ; 粒度在 0 . 2 ～ 0 . 4 μ m 之间 , 含量越高越好。② 高岭石的白度越高越好 , 应在 87 % 以上。③ 高岭石应具有高的结晶度 , 其晶形趋于六方片状为好。④ 纸张涂料中高岭石成份含量提高 , 有利于改进纸张质量。

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