滑石粉替代剝片高嶺土在輕涂紙中的應(yīng)用研究

如果采用具有同等遮蓋能力且不需進(jìn)口的性價(jià)比更高的滑石粉替代剝片高嶺土，將在成本節(jié)省方面發(fā)揮積極作用

隨著現(xiàn)代電子傳媒對(duì)文化用紙沖擊的不斷增加，傳統(tǒng)文化用紙正面臨著前所未有的壓力，輕涂紙作為文化用紙一種，也正面臨著這種壓力的挑戰(zhàn)。在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，不斷降低生產(chǎn)成本是應(yīng)對(duì)這種挑戰(zhàn)的重要措施之一。輕涂紙作為一種一次涂布且涂布量低的紙種，對(duì)顏料遮蓋性提出了較高要求，現(xiàn)有涂料配方中廣泛使用的就是具有較高遮蓋性的剝片高嶺土，這種剝片高嶺土主要從巴西進(jìn)口，價(jià)格相對(duì)較高，如果采用具有同等遮蓋能力且不需進(jìn)口的性價(jià)比更高的滑石粉替代剝片高嶺土，將在成本節(jié)省方面發(fā)揮積極作用。

1、實(shí)驗(yàn)

（1）實(shí)驗(yàn)原料

巴西進(jìn)口剝片高嶺土、95級(jí)重質(zhì)碳酸鈣（GCC）、滑石粉T90、丁苯膠乳、保水劑CMC、分散劑、潤(rùn)滑劑、抗水劑、消泡劑、涂布原紙。

（2）實(shí)驗(yàn)方法

顏料基本性能測(cè)定：按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 14563高嶺土及其試驗(yàn)方法測(cè)定滑石粉和高嶺土的粒度、白度、最佳分散條件。涂料制備和性能測(cè)定：按照表1的配方制備實(shí)驗(yàn)室面涂涂料，涂料固含量為64.0%。

表1 實(shí)驗(yàn)室面涂配方及用量

涂料低剪切黏度：采用黏度計(jì)測(cè)定，測(cè)定溫度為25℃，測(cè)定轉(zhuǎn)速為60r/min。

涂料高剪切黏度：采用旋轉(zhuǎn)流變儀測(cè)定，平板，剪切速率1-20000s-1。

實(shí)驗(yàn)室紙張涂布：在實(shí)驗(yàn)涂布機(jī)上涂布，采用刮刀涂布，通過調(diào)整刮刀角度獲得要求的涂布量，面涂涂布量為10g/m2。

實(shí)驗(yàn)室紙張壓光：在25FC-200E實(shí)驗(yàn)室超級(jí)壓光機(jī)上壓光，壓光溫度為70℃，轉(zhuǎn)速為30r/min。

按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 10335.2-2005涂布紙和紙板 輕量涂布紙 規(guī)定的方法測(cè)定輕涂紙的常規(guī)物理性能。

2、結(jié)果和討論

（1）滑石粉的基本性能

對(duì)于造紙涂料用顏料而言，一般要求顏料具有亮度高、雜質(zhì)含量低以及易于分散等特征。表2給出了巴西高嶺土和滑石粉2種顏料的基本性能。

從表2可以看出，與巴西高嶺土相比，滑石粉T90的特點(diǎn)主要表現(xiàn)為亮度相對(duì)較高，同時(shí)分散劑用量偏高。此外2種顏料的平均粒徑基本相近，但滑石粉的2μm含量要明顯高于巴西高嶺土。

從顆粒結(jié)構(gòu)來看，高嶺土呈層狀堆砌的片狀結(jié)構(gòu)，而滑石分則是呈單一的片狀結(jié)構(gòu)。2種顏料雖然在形態(tài)結(jié)構(gòu)上存在差異，但均為片狀結(jié)構(gòu)顏料，為獲得較好的涂布性能提供可能。

（2）滑石粉替代巴西高嶺土對(duì)涂料性能的影響

按照表2所列的配方制備相應(yīng)的涂料，涂料性能如表3所示。

從表3可知，在涂料固含量相近的條件下，隨著涂料配方中滑石粉用量不斷增加、高嶺土用量不斷降低，涂料的低剪切勤度呈增加趨勢(shì)，但增加幅度有限。

由圖1可知，當(dāng)涂料配方中的高嶺土不斷被滑石粉替代時(shí)，隨著剪切速率的不斷增加，涂料的高剪切黏度變化趨勢(shì)基本一致；但從局部高剪切速率范圍看，隨著滑石粉替代高嶺土用量的不斷增加，涂料的高剪切黏度不斷降低。

由圖2可知，當(dāng)涂料的剪切速率都達(dá)到10000s-1時(shí)，含滑石粉配方的涂料黏度都要低于全高嶺土配方的。

總的來看，滑石粉替代輕涂紙涂料中的高嶺土?xí)r，隨著替代量的不斷增加，雖然涂料的低剪切黏度有小幅度的增加，但涂料的高剪切黏度卻呈降低趨勢(shì)，表明采用滑石粉替代高嶺土不僅不會(huì)對(duì)涂料的涂布運(yùn)轉(zhuǎn)性能產(chǎn)生不利影響，相反在同樣高剪切黏度的條件下，用滑石粉替代高嶺土后可以進(jìn)一步提高涂料的固含量獲得更好的涂布效果。

（3）滑石粉替代高嶺土對(duì)輕量涂布紙性能的影響

采用刮棒進(jìn)行涂布，涂布量控制在9-10g/m2。

由表4可知，用22.5份滑石粉完全替代原配方中的巴西高嶺土?xí)r，并不會(huì)對(duì)輕涂紙的成紙性能產(chǎn)生不利影響，無論是光學(xué)性能還是印刷表面性能都與巴西高嶺土配方保持相近的水平。

從實(shí)驗(yàn)室評(píng)測(cè)結(jié)果來看，用滑石粉替代目前輕涂配方中的高嶺土不會(huì)對(duì)輕涂紙成紙的性能產(chǎn)生不利影響。由于滑石粉本身具有疏水親油的特點(diǎn)，不經(jīng)過改性處理很難在較高固含量下進(jìn)行分散（未改性滑石粉分散固含量一般在60%左右），為了克服這一缺陷，本實(shí)驗(yàn)用的滑石粉在加工工程中進(jìn)行了適當(dāng)?shù)挠H水改性，使之可以在70%固含量下進(jìn)行順利分散，同時(shí)該改性過程使得本滑石粉具有了剪切稀化的特點(diǎn)，也就是分散好的顏料分散液在沒有攪拌條件下黏度會(huì)增大，但是經(jīng)過適當(dāng)攪拌后又會(huì)顯著降低，這一特點(diǎn)也可能是導(dǎo)致所配涂料的低剪切黏度要略高于高嶺土配方的原因。此外，從實(shí)驗(yàn)室觀測(cè)結(jié)果看，雖然滑石粉與高嶺土相比就有剪切稀化的特點(diǎn)，但其沉降性能優(yōu)于高嶺土。

3、結(jié)論

（1）與高嶺土相比，滑石粉顏料具有白度相對(duì)較高的特點(diǎn)。

（2）滑石粉替代輕涂紙涂料中的高嶺土?xí)r，隨著替代量的不斷增加，雖然涂料的低剪切黏度有小幅度的增加，但涂料的高剪切黏度卻呈降低趨勢(shì)。

（3）滑石粉替代高嶺土后，以滑石粉T90替代配方中高嶺土后，無論是成紙的光學(xué)性能還是印刷表面性能都與原配方保持了相近的水平。