刮刀、薄膜和帘式涂布技术及其对纸张表面性能的影响 2

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1、刮刀、薄膜和帘式涂布技术及其对纸张表面性能的影响摘　要：用帘式、传统刮刀和薄膜涂布技术对定量为38g/m2的原纸进行低定量涂布（LWC）；采用多种新型和传统表面特性分析方法研究了涂布纸的纸张性能，其中包括光学性能、粗糙度、涂布量分布及压缩均一性；对比了3种不同涂布技术对涂布纸表面特性的影响。结果发现：帘式涂布可获得最均一的涂布量和表面粗糙度，能很好地保留松厚度，比刮刀和薄膜涂布的纸张更具有可压缩性。通常，对纸张涂布以获得更均匀的表面。涂布纸主要是用于对印刷图像要求较高的信息和广告，要求图像均一性好、锐度和光泽高。

2、可采用几种涂布技术达到表面特性要求。一种最普通的技术是在原纸表面涂一层由颜料和黏合剂组成的液体悬浮液，形成多孔表面薄层。该技术独特之处在于涂布应用于纸张，分为接触式和非接触式技术。接触式技术已被很好地确认并广范应用。直接接触是上涂装置或计量装置与原纸间的接触，而在非接触式技术中完全不存在直接接触。目前，在线涂布、提高车速、运行性能和成本效率高要求的趋势是推动涂布技术发展的动力。需要提高纸张表面性能，如光学均一性、原纸覆盖率及消除涂布工艺引起的表面缺陷，是现代涂布技术发展的又一动力。针对上述要求，非接触式涂布技术具

3、有明显优势。消除了与纸张表面的直接接触，可避免涂布纸中的缺陷及条痕，如所熟悉的刮刀涂布和薄膜涂布。这将减少纸幅断头的风险，提高运行性能和成本效率。非接触式技术与质量相关的益处是没有喷雾和薄膜裂口，涂层均匀且厚度不受原纸粗糙度的影响。帘式涂布及喷雾涂布是应用于造纸工业的两种非接触式涂布技术。喷雾涂布似乎最适用于低定量涂布（LWC）。帘式涂布的优点是涂布速度和涂布量的操作范围广，伴随多种应用的可能性，从特种涂料到颜料和屏蔽涂料。帘式涂布在非造纸工业的其他领域（如巧克力涂层制造）已有100多年的历史，在造纸工业的特种纸

4、生产中也有10多年的历史。目前，帘式涂布技术正开始用于印刷纸生产。与其他应用相比，印刷纸在相当高的速度和较大的基板宽度下生产。因此，帘式涂布必须满足这些较高的生产要求。至今研究的重点主要是物理流体性质、操作条件、工艺及设备形状等工艺参数，描述涂布纸本身的研究却很少。对于LWC纸，帘式涂布可在相对低的涂布量下提供良好的覆盖率。据报道，帘式涂布的覆盖率优于薄膜涂布和刮刀涂布，涂层厚度非常均一。有人透彻分析了涂层孔隙结构，指出帘式涂布产生均一的涂层结构，具有比刮刀涂布更细小的孔隙。帘式涂布细小孔隙的均匀分布及透水性导致

5、油墨快速均匀固化，且工业印刷试验表明，出现斑点的可能性较低。关于帘式涂布生产的涂布纸的特性方面的数据非常少又比较空泛。本研究的目的是更深入地表征帘式涂布生产的涂布纸的各种性质，了解帘式涂布技术相对于传统涂布技术的典型特征、发展潜力和局限性。采用刮刀、薄膜和帘式涂布技术试验涂布了LWC纸，研究了涂布纸的表面特性。这几种涂布技术的差别在于：刮刀涂布的涂料是借助刀片计量涂于原纸表面，产生的是无填充涂层；在薄膜涂布中，一定剂量的涂料是通过辊子涂于原纸表面，形成一个明显的等高涂层；在帘式涂布中，涂料是以自由下落的液体幕帘涂

6、于原纸表面，涂层具有高精密等高的特点，对原纸表面的覆盖性最好。在刮刀涂布过程中，涂料最先作用于基质，然后直接计量涂于原纸表面，称之为直接涂布。相反，薄膜和帘式涂布技术是间接式涂布，涂料在作用于基质前就进行计量。本研究中，帘式涂布纸的涂布量均一性最好，但表面粗糙。采用STFI-Packforsk最近开发的局部接触应力分析仪研究压缩过程中的接触作用和压缩均一性。刮刀涂布和薄膜涂布对涂布纸松厚度的降低程度显著高于帘式涂布，压缩中，压力相当均匀地分布于接触式涂布纸表面平直的纤维絮凝物上。相反，帘式涂布纸上的压力分布最不均

7、匀。尽管帘式涂布产生粗糙的表面，压缩中压力分布最不均匀，但由于其具有高度灵活的可变形表面，表现出良好的接触特性。1　实　验1.1　原料原纸：由50%长纤维和50%磨木浆组成，填料含量9%，经纸机硬压区压光；正面和底面的粗糙度分别为6.4μm和4.9μm（正面和底面的划分是依据抄造纸机的Centri®压榨）；压光后比容为1.66cm3/g，白度为69%，不透明度为83%，定量为38g/m2。1.2　实验方法1.2.1　涂布实验在德国Heidenheim的Voith中试涂布试验机上进行帘式涂布，在德国Ludwigsh

8、afen的BSF中试涂布机上进行刮刀和薄膜涂布；刮刀与帘式涂布的速度为1600m/min，薄膜涂布的速度为1350m/min（降低薄膜涂布速度是为了确保3种涂布技术尽可能具有相同的涂料配方，当薄膜涂布速度为1600m/min时，需要大幅度调整涂料配方和流变性）。涂布纸每面涂布量为10g/m2（该类商业涂布纸的常用涂布量）。涂布纸在十辊多压区软压光机（德国Krefeld的V