| 胶乳特性与涂布品质之探讨 |
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作者：佚名 文章来源：本站原创 点击数： 更新时间：2007-1-6 15:37:24  |
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造纸工业上使用最广泛的涂布颜料粘结剂是胶乳,胶乳用在造纸涂料中是为了提高涂层的强度、纸面光泽度、印刷光泽度和适印性能。
胶乳是一种白色乳状液体,具有很强的粘结性。典型的胶乳固含量为50%,粒径大小为100nm-300nm(平均粒径200nm),每立方厘米乳液中含有10亿个以上的粒子。胶乳生产厂家通过调节聚合物粒子的组成、粒径大小、分子量、链节个数来控制胶乳产品特性。
胶乳的生产过程是一个乳液聚合过程,胶乳的乳液聚合体系十分复杂,包含有多种单体、调节剂、表面活性剂、引发剂等。聚合反应中的单体是具有反应官能团的低分子化合物。造纸工业中典型的胶乳单体有:苯乙烯、丙烯腈、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁基酯、醋酸乙烯、丁二烯。由一种单体发生聚合反应生成的聚合物称为均聚物;由两种或两种以上的单体发生聚合反应生成的聚合物称为共聚物。胶乳单体依靠乳化剂和水溶性引发剂(触媒)进行乳液聚合反应,反应速率跟反应温度、单体浓度、自由基的百分含量、乳化剂浓度有关。胶乳单体对胶乳成膜性和涂布纸特性的影响见表1。
纸张涂布用的胶乳主要有苯乙烯)丁二烯类、聚醋酸乙烯类、丙烯酸酯类三种,其中尤其以羧基丁苯胶乳(SBR)使用最为普遍。羧基丁苯胶乳是在丁二烯和苯乙烯两种单体中加进第三种单体(羧酸如丙烯酸等)而形成
的共聚物,由于引进了活性基团一羧基(-COOH),从而增强了胶乳膜的熟化反应,增加了胶乳的粘结能力和乳液的稳定性,羧基化改性处理对胶乳的特性有很大的影响。羧基丁苯胶乳、聚醋酸乙烯、丙烯酸酯三种合成胶乳的特性及对涂布纸品质影响参见表2。
在造纸涂料中,胶乳首先被作为一种粘结剂使用,然后胶乳对涂布纸的表面特性如光泽度、纸面孔隙度以及压光效果产生影响,胶乳也影响到涂料的流变性和安定性。如表2所示,对于胶版印刷涂布纸而言,涂层表面强度的要求是主要的,所以羧基丁苯胶乳占有明显的优势;气味与颜色稳定性
的要求对食品包装纸或纸板至关重要,所以这类型涂布纸或纸板应选用丙烯酸酯类胶乳;聚醋酸乙烯PVAc能提高涂层表面的孔隙度,特别适应于网目印刷(Weboffset)涂布纸的要求,但其粘结力低,一般需要同其它种类胶乳配合使用。
过去五年来胶乳生产技术有了长足的发展,除注意控制胶孔品质稳定、着重于调整各种特性之平衡外,还配合客户特殊要求开发出一系列具有各自特性的专用胶乳品种。对于造纸工作者来说,所关心的焦点是胶乳特性与涂布品质之间的关系,以指导胶乳产品的选型与应用。
描述胶乳特性的主要指标有:单体组成配比、羧基化程度、粒径、表面张力、玻璃化温度Tg(胶乳从硬的玻璃态转变成软的橡胶态的临界温度)、交联度Gel(分子内桥架程度)等。以常用的羧基丁苯胶乳SBR为例,其特性指标对涂料物性及印刷加工适性的影响关系如表3所示:
一般而言,若苯乙烯对丁二烯之比率较大,苯乙烯之共聚合率较高(超过60%)时胶乳成膜相对较硬,粘结能力较低,抗湿摩擦性变差,而涂布纸光泽度则较高。由于羧基具有很强的活性,随着SBR胶乳羧基化程度的提高,涂料低剪切粘度和保水性也随之升高,但在高剪切力作用下涂料呈现出剪切稀化的特征,这将非常适合于高速刮刀涂布。
若胶乳粒径较细小,意味着胶乳本身需要更多的乳化剂来安定; 实际设计中,还要根据实际情况进行管道直径和系统阻力的计算,从而确定需配用风机的型号,在保证使用效果的前提下,使输送气流的能耗最小。
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