涂布用顏料概述

馬龍 羿武昌 羅鵬 恩施錦華紙業有限責任公司 湖北 恩施（445000）

1 涂層中顏料的功用

顏料[1]是紙張涂料的主要成分，顏料實際占了涂料的80%～95%（質量）。但體積百分比比質量百分比更重要；顏料的體積百分比約為涂料固體物質的70%左右。據估算，顏料密度約為2.5，涂料中其余固體物質的密度約為1.0。除了固體物質外，涂層還包括充滿空氣的空間——微孔，不同顏料涂層所形成的微孔結構不同，同時也決定了涂布紙的印刷適應性、亮度和光澤度等，所以顏料是影響涂布性能的最重要因素。

最理想的顏料涂布是，除了填平凹坑外，顏料還能覆蓋住原紙上突出的最高點纖維。在實際生產中，有的涂布方式能填滿凹坑，但對高出點則只能涂覆一個薄層或根本沒有覆蓋；而有的涂布方式則基本能涂覆均一的厚度，因而能將原紙上的最高突出點都涂覆住，但只能部分填滿凹坑。

當選擇涂布用的某種或某幾種顏料時，實際上是選擇涂布的某個性能或綜合性能，根據不同目的的涂布需求，從而選擇不同種類的涂布用顏料。例如，挑選高嶺土時，我們選擇能賦予光澤涂布和具有密實涂層的片狀顏料，粒子規格越小，涂布的光澤度越好。

2 何為理想的顏料

一個完美的涂布顏料應具備以下特質；

（1）化學穩定，在水中是惰性的，不溶的；

（2）所有波長的光都能100%反射；

（3）無雜質；

（4）合適的粒徑大小及顆粒形狀分布；

（5）具有高折射率，提升不透明度；

（6）具有低膠黏劑需求；

（7）具有良好的流變性；

（8）能在高固含量下分散；

（9）具有分別適合高光/亞光的外觀（很好的涂布光澤度和很高的印刷光澤度）；

（10）具有良好的兼容性（與其他涂料組分混合時）；

（11）低密度；

（12）低硬度；

（13）低吸水性；

（14）低價格。

很明顯，沒有一種顏料能同時滿足這些優點，顏料的選擇在很多時候就成為了一種平衡。

3 顏料的分類

顏料的分類有很多種方法，根據其相對用量劃分可分為：主體顏料、特種顏料、輔助顏料。主體顏料在整個涂料配方中的比例一般高于50%；特種顏料一般限制在特殊質量的涂布中，添加量很少，根據實際情況而定；輔助顏料在整個涂料配方中的比例常常低于25%。

主體顏料一般有高嶺土[2]、研磨碳酸鈣（GCC）[3]、滑石粉[4]；特種顏料有石膏（硫酸鈣）；輔助顏料一般有沉淀碳酸鈣（PCC）[5]、煅燒高嶺土、塑膠顏料、三水合鋁、二氧化鈦。主體顏料首先是在原紙表面起到很好的覆蓋作用，同時優化原紙的一些固有特性。

至于特種顏料類似于主體顏料，但其用量受到很大的限制，如石膏，因為它用量少，既可作為光澤漆又可以用作遮蔽顏料；硫酸鋇，由于有較高的純度，被用于照相紙；硅酸鹽，這是因為它具有較高的吸收能力，被用于噴墨印刷紙張。

輔助顏料的用途，常見的是改善其印刷性能。應用這類顏料可改進諸如光學性能（白度、不透明度）、光澤度和吸墨性等。

4 顏料的基本性能

在涂布紙中，基本的顏料性能如下：（1）粒子規格與規格分布；（2）粒子形狀與形狀分布；（3）折射指數；（4）光散射與光吸收系數；（5）密度。

涂料的性能與最終涂布狀況，在很大程度上可借鑒這些因素加以解釋。增加扁平性，減小粒子規格，可以提高其光澤度；增加折射系數，減小粒子規格，可以提高其不透明度；降低光吸收系數，可以提高其白度；降低堆積密度，混合不同形狀的粒子，可以提高其透氣度和油墨吸收性；降低堆積密度，混合不同形狀的粒子，降低密度，可以提高其松厚度與覆蓋率；降低堆積密度，可以提高其黏度。

表1列出了若干顏料的物理性能，目的是對各種顏料的數據進行比較。

表1涂布顏料的物理性能

5 選擇顏料的依據

目前涂料的顏料部分，常含有至少兩種不同類型的顏料。當為某種產品選擇顏料時，產品的技術要求與價格限制了人們的選擇。當然不能為產品選擇一種經濟上不能接受（如太貴）的顏料。產品必須考慮的技術要求有白度、光澤度、不透明度和吸墨性等。涂布的主要目的就是最大程度地獲得涂層對原紙表面纖維的覆蓋，因此良好的涂層覆蓋性對紙張涂布顯得尤為重要，在實際生產中涂料快速固化有利于良好的覆蓋率。

涂料的主要性能是運行性能。此問題具有雙重意義，因為生產效率必須是高的，產品質量必須滿足技術要求與沒有缺陷。如果現有設備可有限地制造出無缺陷產品，運行性能就是好的。在這里必須了解，涂料的流變性極大地影響到運行性能，所以涂料應該具有很好的剪切減薄性（sheat thinning），意思是指非牛頓流體在剪切應力作用下的黏度降低。

6 顏料涂布如何影響紙的性能

顏料涂布技術就是將不同特性的顏料分散混合均勻并配成涂料施涂在原紙表面，使原紙表面的纖維得到良好的覆蓋，以此提高紙張的平滑度和減少孔隙度，從而賦予紙張優良的印刷性能。

這種改變的程度取決于顏料各種組分的種類與用量以及涂布設備與整飾處理情況。雖然通過顏料涂布可以獲得若干有用的性能，但原紙的性能對最終產品的性能來說仍然是十分重要的。根據經驗，涂布紙性能有80%取決于原紙性能，采用顏料涂布只是強化了原紙的缺陷，而不是將它們掩蓋了。

[1]Garey,C.L.(Ed.),Physical Chemistry of Pigments in Paper Coating,TAPPIPRESS,1977,pp.493

[2]Rice,J.C.and Hudson,E.F.,American Paper Ind.(5):49(1966)

[3]Davidson,R.R.,Paper Tech.9(3):T60(1968)

[4]Rosenberg,H.,“Die Verwendungvon Talkuminder Papierfabrikation”,40(23),LXV LXXII(1912).

[5]Kourimsky,J.,in Minerals and Rocks,W ingston,Leicester,1994,pp.126~135.