涂布用颜料概述

马龙 羿武昌 罗鹏 恩施锦华纸业有限责任公司 湖北 恩施（445000）

1 涂层中颜料的功用

颜料[1]是纸张涂料的主要成分，颜料实际占了涂料的80%～95%（质量）。但体积百分比比质量百分比更重要；颜料的体积百分比约为涂料固体物质的70%左右。据估算，颜料密度约为2.5，涂料中其余固体物质的密度约为1.0。除了固体物质外，涂层还包括充满空气的空间——微孔，不同颜料涂层所形成的微孔结构不同，同时也决定了涂布纸的印刷适应性、亮度和光泽度等，所以颜料是影响涂布性能的最重要因素。

最理想的颜料涂布是，除了填平凹坑外，颜料还能覆盖住原纸上突出的最高点纤维。在实际生产中，有的涂布方式能填满凹坑，但对高出点则只能涂覆一个薄层或根本没有覆盖；而有的涂布方式则基本能涂覆均一的厚度，因而能将原纸上的最高突出点都涂覆住，但只能部分填满凹坑。

当选择涂布用的某种或某几种颜料时，实际上是选择涂布的某个性能或综合性能，根据不同目的的涂布需求，从而选择不同种类的涂布用颜料。例如，挑选高岭土时，我们选择能赋予光泽涂布和具有密实涂层的片状颜料，粒子规格越小，涂布的光泽度越好。

2 何为理想的颜料

一个完美的涂布颜料应具备以下特质；

（1）化学稳定，在水中是惰性的，不溶的；

（2）所有波长的光都能100%反射；

（3）无杂质；

（4）合适的粒径大小及颗粒形状分布；

（5）具有高折射率，提升不透明度；

（6）具有低胶黏剂需求；

（7）具有良好的流变性；

（8）能在高固含量下分散；

（9）具有分别适合高光/亚光的外观（很好的涂布光泽度和很高的印刷光泽度）；

（10）具有良好的兼容性（与其他涂料组分混合时）；

（11）低密度；

（12）低硬度；

（13）低吸水性；

（14）低价格。

很明显，没有一种颜料能同时满足这些优点，颜料的选择在很多时候就成为了一种平衡。

3 颜料的分类

颜料的分类有很多种方法，根据其相对用量划分可分为：主体颜料、特种颜料、辅助颜料。主体颜料在整个涂料配方中的比例一般高于50%；特种颜料一般限制在特殊质量的涂布中，添加量很少，根据实际情况而定；辅助颜料在整个涂料配方中的比例常常低于25%。

主体颜料一般有高岭土[2]、研磨碳酸钙（GCC）[3]、滑石粉[4]；特种颜料有石膏（硫酸钙）；辅助颜料一般有沉淀碳酸钙（PCC）[5]、煅烧高岭土、塑胶颜料、三水合铝、二氧化钛。主体颜料首先是在原纸表面起到很好的覆盖作用，同时优化原纸的一些固有特性。

至于特种颜料类似于主体颜料，但其用量受到很大的限制，如石膏，因为它用量少，既可作为光泽漆又可以用作遮蔽颜料；硫酸钡，由于有较高的纯度，被用于照相纸；硅酸盐，这是因为它具有较高的吸收能力，被用于喷墨印刷纸张。

辅助颜料的用途，常见的是改善其印刷性能。应用这类颜料可改进诸如光学性能（白度、不透明度）、光泽度和吸墨性等。

4 颜料的基本性能

在涂布纸中，基本的颜料性能如下：（1）粒子规格与规格分布；（2）粒子形状与形状分布；（3）折射指数；（4）光散射与光吸收系数；（5）密度。

涂料的性能与最终涂布状况，在很大程度上可借鉴这些因素加以解释。增加扁平性，减小粒子规格，可以提高其光泽度；增加折射系数，减小粒子规格，可以提高其不透明度；降低光吸收系数，可以提高其白度；降低堆积密度，混合不同形状的粒子，可以提高其透气度和油墨吸收性；降低堆积密度，混合不同形状的粒子，降低密度，可以提高其松厚度与覆盖率；降低堆积密度，可以提高其黏度。

表1列出了若干颜料的物理性能，目的是对各种颜料的数据进行比较。

表1涂布颜料的物理性能

5 选择颜料的依据

目前涂料的颜料部分，常含有至少两种不同类型的颜料。当为某种产品选择颜料时，产品的技术要求与价格限制了人们的选择。当然不能为产品选择一种经济上不能接受（如太贵）的颜料。产品必须考虑的技术要求有白度、光泽度、不透明度和吸墨性等。涂布的主要目的就是最大程度地获得涂层对原纸表面纤维的覆盖，因此良好的涂层覆盖性对纸张涂布显得尤为重要，在实际生产中涂料快速固化有利于良好的覆盖率。

涂料的主要性能是运行性能。此问题具有双重意义，因为生产效率必须是高的，产品质量必须满足技术要求与没有缺陷。如果现有设备可有限地制造出无缺陷产品，运行性能就是好的。在这里必须了解，涂料的流变性极大地影响到运行性能，所以涂料应该具有很好的剪切减薄性（sheat thinning），意思是指非牛顿流体在剪切应力作用下的黏度降低。

6 颜料涂布如何影响纸的性能

颜料涂布技术就是将不同特性的颜料分散混合均匀并配成涂料施涂在原纸表面，使原纸表面的纤维得到良好的覆盖，以此提高纸张的平滑度和减少孔隙度，从而赋予纸张优良的印刷性能。

这种改变的程度取决于颜料各种组分的种类与用量以及涂布设备与整饰处理情况。虽然通过颜料涂布可以获得若干有用的性能，但原纸的性能对最终产品的性能来说仍然是十分重要的。根据经验，涂布纸性能有80%取决于原纸性能，采用颜料涂布只是强化了原纸的缺陷，而不是将它们掩盖了。

[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.