余振華，詹建波，鄭迪生，李 賡，布 寧，李 建，胡信洋，薛守成

（1.紅云紅河煙草（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，昆明 650202；2.博源科技材料（煙臺(tái)）有限公司，山東 煙臺(tái) 264670；3.萬(wàn)國(guó)紙業(yè)太陽(yáng)白卡紙有限公司，山東 兗州272100）

真空鍍鋁紙是在133 Pa以上的高真空中，以電阻、高頻或電子束將鋁絲加熱到1400℃左右氣化后附著在紙基上形成，該方法正逐步替代傳統(tǒng)的復(fù)合鋁箔紙工藝，因?yàn)楹笳卟粌H浪費(fèi)鋁材，而且生產(chǎn)工藝為非環(huán)保過(guò)程。直接真空鍍鋁是預(yù)先對(duì)紙表面進(jìn)行涂覆處理，提高紙張表面平整性、光亮度，然后將紙直接置于真空鍍鋁機(jī)中進(jìn)行鍍鋁。這種方法對(duì)紙張要求高，適用于40～120 g/m2的銅版紙、白板紙、卡紙等紙型。目前，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上真空鍍鋁卡紙直接法的批量生產(chǎn)較少，還需要開(kāi)展更深入的研究和應(yīng)用探索。我們將電子束固化工藝和直接真空鍍鋁工藝結(jié)合起來(lái)生產(chǎn)鍍鋁紙或卡紙，該工藝在國(guó)內(nèi)尚未見(jiàn)報(bào)道。

電子束（EB）固化真空鍍鋁紙工藝首先將可電子束固化的涂料作為預(yù)涂涂料涂布在紙或卡紙上，利用EB固化成膜后，將預(yù)涂紙或卡紙進(jìn)行直接真空鍍鋁。與傳統(tǒng)工藝相比，EB固化直接真空鍍鋁工藝具有低排放、低能耗、高效率的特性，產(chǎn)品具有低成本、高質(zhì)量特點(diǎn)，符合國(guó)家產(chǎn)業(yè)發(fā)展的要求，將是包裝領(lǐng)域材料研究應(yīng)用的新方向［1］。

EB固化直接真空鍍鋁工藝不僅對(duì)生產(chǎn)設(shè)備和涂料有全新的要求，其對(duì)原紙的技術(shù)要求也完全不同。涂層開(kāi)放封閉程度是紙張的一項(xiàng)重要指標(biāo)，由于紙張涂層使用不同種類(lèi)的成膜樹(shù)脂、顏料及配比等，紙張表面的粗糙程度及涂層內(nèi)部的孔隙率也不盡相同，所以涂層的開(kāi)放封閉程度也不同。EB固化直接真空鍍鋁工藝對(duì)紙張物理性能要求較高，尤其對(duì)于紙張的水分和涂層開(kāi)放封閉程度的控制要求更高。這是因?yàn)椋谕瑯拥恼婵斩瓤刂颇芰l件下，較高水分的原紙，在高真空的條件下釋放的水汽量大，導(dǎo)致真空度下降，從而導(dǎo)致鍍鋁產(chǎn)品發(fā)黃，車(chē)速下降，嚴(yán)重影響鍍鋁的質(zhì)量和效率［2-7］。另外，當(dāng)紙張水分固定后，在同樣的鍍鋁設(shè)備和參數(shù)下，放氣速度越快，鍍鋁質(zhì)量越差，效率越低［1］。本研究以油墨吸收性作為卡紙涂層開(kāi)放度的量化表征指標(biāo)，以鍍鋁機(jī)達(dá)到設(shè)定真空度的時(shí)間作為紙張放氣速度和放氣量的量化指標(biāo)，研究了卡紙涂層結(jié)構(gòu)對(duì)EB固化直接真空鍍鋁卡紙工藝的影響。

1 試驗(yàn)部分

1.1 原料

紙張漿料：針葉木漂白硫酸鹽漿、闊葉木漂白硫酸鹽漿、針葉木漂白化學(xué)熱磨機(jī)械漿、闊葉木漂白化學(xué)熱磨機(jī)械漿。

涂料：由顏料、增稠劑、成膜樹(shù)脂乳液和各種助劑組成。

1.2 儀器設(shè)備

萬(wàn)國(guó)太陽(yáng)紙業(yè)17紙機(jī)三長(zhǎng)網(wǎng)紙機(jī)（年產(chǎn)量20萬(wàn)t），芬蘭Metso公司；電腦測(cè)控耐折度儀，四川長(zhǎng)江造紙儀器開(kāi)發(fā)公司；印刷適性?xún)x，荷蘭IGT公司；光澤度測(cè)定儀，美國(guó)Technidyne公司；德國(guó)萊寶真空鍍鋁機(jī)。

1.3 紙張涂布工藝

在萬(wàn)國(guó)太陽(yáng)紙業(yè)17紙機(jī)三長(zhǎng)網(wǎng)紙機(jī)上進(jìn)行上機(jī)試驗(yàn)。漿料在打漿后按照一定比例配漿，在紙機(jī)上經(jīng)過(guò)成型、壓榨、烘干、表面施膠、烘干之后，用涂層劑對(duì)紙張進(jìn)行多道涂布，然后下機(jī)復(fù)卷。在正常生產(chǎn)情況下，取不同涂布量及涂料配方的紙張，測(cè)定其油墨吸收性等指標(biāo)。

1.4 測(cè)試

1.4.1 紙張涂層涂布量測(cè)定

式（1）中：M1和 M2分別為涂布前后紙張總質(zhì)量（g），S 為測(cè)試紙張面積（m2）。

1.4.2 油墨吸收性（K&N值）測(cè)定

式（2）中：R0為涂油墨前試片表面綠光反射因數(shù)；R1為涂油墨后試片表面墨跡中心區(qū)域綠光反射因數(shù)；Rk油墨的修正系數(shù)，用以消除油墨批間的差異，該系數(shù)由油墨供應(yīng)商隨油墨一起提供。

2 結(jié)果與討論

2.1 卡紙涂布量對(duì)涂層開(kāi)放程度的影響

涂層的開(kāi)放封閉程度會(huì)影響其油墨吸收性，涂層越開(kāi)放，油墨越容易被紙張吸收，反之油墨越不容易被紙張吸收。如圖1所示，當(dāng)涂布量從19 g/m2增加到27 g/m2時(shí)，表征涂層開(kāi)放封閉程度的油墨吸收性從17.5%提高到23.4%，同時(shí)耐折次數(shù)則從71次降低至25次，表明紙張油墨吸收性隨涂布量的增大而提高，即涂層的開(kāi)放程度不斷提高；但涂布量增大后，紙張耐折性能降低。這是因?yàn)榭埖挠湍漳芰χ饕獊?lái)自涂層對(duì)油墨的吸收，所以隨涂布量提高涂層的K&N值也隨之提高；但紙張的耐折性能主要來(lái)自于纖維的貢獻(xiàn)，相對(duì)于基材而言，涂料涂布量增大意味著纖維量的降低，紙張的耐折性能相應(yīng)會(huì)降低。

2.2 卡紙涂布量對(duì)EB固化預(yù)涂量的影響

卡紙涂層對(duì)后期的EB固化涂料涂布量有直接影響，如圖2所示，卡紙涂布量越大，EB固化預(yù)涂涂布量越大。這是因?yàn)榭埖拿嫱苛咸盍狭枯^高，面涂層呈疏松結(jié)構(gòu)，所以其涂布量越大，紙張的開(kāi)放程度越大。在同樣的EB固化工藝參數(shù)設(shè)定條件下，卡紙對(duì)EB固化預(yù)涂涂料的吸收量就越高，從而導(dǎo)致EB固化預(yù)涂涂布量增大。

2.3 顏料粒子對(duì)紙張涂層開(kāi)放程度的影響

卡紙涂料中的顏料主要瓷土和碳酸鈣配制而成，二者的比例不僅影響涂料的總體成本，更重要的是，顏料的組成對(duì)涂層的開(kāi)放封閉程度及光澤度有直接影響。如圖3所示，當(dāng)涂料的顏料配方中瓷土含量從40%降低至0時(shí)，表征涂層開(kāi)放封閉程度的油墨吸收性（K&N）從18.2%增大到21.5%，紙張光澤度從72%降低至45%。該結(jié)果表明隨碳酸鈣比例的增大，油墨吸收性提高，紙張光澤度下降。由于瓷土為六角形片狀粒子，經(jīng)壓光后緊密有序地排列于紙面，表面平滑細(xì)膩，有利于提高紙張表面的平滑度；而碳酸鈣為無(wú)規(guī)則粒子，孔隙容積比片狀的瓷土粒子要高得多，碳酸鈣應(yīng)用于涂料配方中會(huì)打破瓷土粒子平整有序的排列，使涂層表面變粗糙，孔隙率變大，容易產(chǎn)生較開(kāi)放的涂層，油墨吸收性增加。

圖1 涂布量對(duì)K&N值和耐折性能的影響Fig.1 Effect of coating weight on K&N value and folding performance of the paper board

圖2 卡紙涂布量對(duì)EB固化預(yù)涂涂布量的影響Fig.2 Effect of coating weight on EB curable pre-coating weight of the paper board

2.4 顏料組成對(duì)EB固化的影響

顏料組成還對(duì)EB固化涂料的涂布量及真空鍍鋁工藝有影響，在表1中列出了采用含有不同顏料組成的涂料對(duì)卡紙進(jìn)行面涂后，進(jìn)一步涂布EB固化涂料的涂布量，以及進(jìn)行真空鍍鋁時(shí)達(dá)到平衡真空度所需要的時(shí)間?？梢钥闯?，隨著涂料中瓷土含量的下降，在同樣的 EB固化預(yù)涂參數(shù)下，實(shí)際 EB固化涂料的涂布量提高。涂層中碳酸鈣含量越高，涂層的開(kāi)放程度越大，越有利于電子束固化預(yù)涂料的吸收。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)，預(yù)涂的涂布量越高，產(chǎn)品表觀質(zhì)量越好。在同樣4.0 g/m2的預(yù)涂涂布量條件下，碳酸鈣含量越高，鍍鋁機(jī)達(dá)到高真空0.04 Pa所需時(shí)間不斷延長(zhǎng)。這可能是因?yàn)榇赏猎谕繉又谐势瑺疃逊e，瓷土含量越高，涂層的開(kāi)放程度越低；反之碳酸鈣為疏松結(jié)構(gòu)，在涂層中呈顆粒狀疏松排列，其含量越高，涂層微孔越多。涂層的開(kāi)放程度越高，紙張放氣速度越快，放氣量越大，達(dá)到平衡真空度的時(shí)間就越長(zhǎng)。

圖3 顏料組成對(duì)K&N值和光澤度的影響Fig.3 Effect of coating composition on K&N value and gloss of paper board

表1 顏料組成對(duì)EB固化預(yù)涂涂布量和鍍鋁機(jī)達(dá)到設(shè)定真空時(shí)間的影響Table 1 Effects of pigment composition on EB curable pre-coating weight and equilibrium time of the vacuum alumination chamber

3 結(jié)論

卡紙涂布量提高，涂層開(kāi)放程度變大，卡紙耐折性降低，同時(shí)EB固化預(yù)涂布量增加。卡紙涂層中碳酸鈣含量越高，涂層開(kāi)放程度越大，卡紙對(duì)EB固化預(yù)涂料的吸收性越好。在同樣涂布量的條件下，涂層開(kāi)放程度越大，紙張放氣速度越快，放氣量越大，所以在真空鍍鋁機(jī)中達(dá)到高真空的時(shí)間越長(zhǎng)。相同的EB固化預(yù)涂工藝涂布參數(shù)下，紙張開(kāi)放程度越大，紙張對(duì)預(yù)涂料的吸收速度越快，涂布量越大。涂層開(kāi)放程度的控制是電子束固化預(yù)涂工藝穩(wěn)定生產(chǎn)的重要參數(shù)。在今后的造紙生產(chǎn)工藝實(shí)踐中，必須加以重視和嚴(yán)格控制。

［1］余振華，詹建波，鄭迪生，等.一種適宜電子束固化直鍍工藝煙用卡紙的開(kāi)發(fā)和制備［J］.中國(guó)造紙，2012，31（10）：29-31 Yu Zhenhua，Zhan Jianbo，Zheng Disheng，et al.Preparation of one kind of cigarette board suited to electron beam curing direct metallization ［J］.China Pulp and Paper，2012，31（10）：29-31（in Chinese）

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