如何优化涂布原纸的吸水性？

1.涂布纸的基本组成

涂布原纸是根据涂布纸质量和印刷适性要求而特制的纸张。涂布纸是由原纸及覆盖在原纸表面（单面或双面）的涂层构成。在涂层中，颜料是主要成分，其次是胶黏剂和各种化学助剂。纤维交织和颜料排布所形成的孔隙，部分被胶黏剂填充，大部分为空气所占据，因此，颜料涂布纸是纤维—颜料—胶黏剂—空气的复合体。颜料覆盖纸面，填平由于纤维交织而在纸面形成的凹凸。胶黏剂使颜料粒子相互连接，并与原纸的纤维黏接在一起；化学助剂作用各不相同，可以改善涂层的黏附牢度、光泽度、色调，或者调整印刷适性等。

颜料涂布纸的基本组成如图7-1所示。

图7-1　涂布纸的基本构成

颜料涂布纸的质量，除了涂层质量外，主要取决于原纸的质量，原纸的关键性能是具有较高的抗张强度，有好的表面强度，有较高的白度和不透明度，较高的撕裂度，适当的平滑度和多孔性。

2.涂布原纸的基本特性

原纸施胶：纸张纤维素是亲水性很好的物质，纤维之间所构成的毛细管造成纸张发生吸液、吸水作用，为了抑制和调节这种由纤维的亲水性和纸张构造引发的纸张亲液性能，需要做施胶处理。施胶分为造纸浆内添加施胶剂的内部施胶（Internal Sizing）和成纸后表面涂胶的表面施胶（Surface Sizing）两种，一般两种方法同时进行。表面施胶剂多采用氧化淀粉、磷酸酯淀粉、酵素淀粉为主的改性淀粉等，可单独使用，也可在改性淀粉中加入其他合成胶，如聚乙烯醇、苯丙乳液、丙烯酸酯乳液、聚氨酯乳液、脲醛树脂和其他氨基树脂等。施胶度是液体和纸张相互作用的结果，这种相互作用十分复杂，液体向纸页渗透的过程包含着表面效应、扩散、纤维吸附和膨润等作用，同时这些作用相互交织，因此针对不同的用途施胶度测试方法有卷曲法、Stockigt船法、Cobb法、Bristow法、边缘吸收法、墨水画线法等多达20多种，不同方法测定的施胶度数值会有很大差别甚至相互矛盾，设定原纸标准时需要特别注意这一点。单对涂布而言，原纸在涂布过程中涂布液经历了液体、凝胶体和固体三个不同阶段，表面施胶和内部施胶能形成一定的抵抗液体（含胶黏剂）向原纸内部渗透的阻碍层，因此表征表面吸收性的Cobb值施胶度是涂布原纸的重要指标。Cobb值过低时，涂料中的胶黏剂向纸内迁移量就会增多，导致涂层颜料颗粒中间和颜料与纤维中间不能相互牢固地黏接，严重时掉毛掉粉。Cobb值过高时，原纸吸收性降低，涂布时纸页两面湿度差增加，会造成卷曲和皱褶。一般银盐相纸原纸Cobb值（60s）≤20g/m2，涂布美术原纸Cobb值30±10g/m2，喷墨铸涂原纸30±10g/m2，喷墨RC相原纸≤25g/m2。

原纸加填：原纸加填是为了提高白度和不透明度，但加填量与纸页的机械强度及表面强度成反比关系，原纸灰分增加，加填量在5%～15%为宜。填料主要有滑石粉、高岭土、碳酸钙、钛白粉、二氧化硅、沸石、硫酸钡等。

表面强度：结合强度一方面取决于纤维自身的强度，另一方面还与造纸工艺过程中以下几个因素有关：①打浆工艺，未经打浆的纸浆不能直接用来造纸。打浆的目的与作用就是将混合在水中的粗纤维在外力搓揉的作用下细纤维化，使部分纤维横向切断，最终纤维表面和两端帚化发毛，增加了纤维的比表面积，提高其交织能力。同时纤维表面游离出大量羟基，在成纸过程中增强纤维间氢键结合的缔合力，提高了纸张强度。但打浆过度会使纤维过短，反而使强度下降，所以控制合适的打浆度是纸张强度和表面强度的关键。②加填，如前所述为改进纸张的白度、平滑度、不透明度等印刷适性，造纸时需在浆料中加入高白度、高折射率、颗粒细小、化学稳定性好的白色填料。由于填料与植物纤维化学结构上不相似，填料粒子的加入将会降低纤维间通过氢键结合的机会，导致纸张强度的下降，印刷中容易发生掉粉掉毛，甚至拉毛现象。③表面施胶工艺，如前所述施胶是为增加纸张抗液体渗透和扩散的性能，在纸张内部或表面施加某些具有抗液性的胶体物质。实验证明，无论是淀粉还是聚乙烯醇作为表面施胶剂，施胶后的纸张表面强度均明显提高，其原因是表面施胶剂不仅会渗入纸张内部增加纤维间的黏结，同时还会增加表面纤维间及与纸体间的黏结。目前纸张表面强度常见测定方法有丹尼逊蜡棒（Dennison Wax）法和IGT印刷适性仪加速印刷法，其中IGT法是基于流体在平面之间分离时的分离力与分离的速度成正比关系的理论设计的，在印刷时，当油墨的分离力大于纸面粒子间的结合力时，纸面将产生肉眼可见的破裂现象，即所谓的拉毛现象，把纸张开始拉毛时的印刷速度称之为拉毛速度。对于一定的油墨和印刷压力，纸张的表面强度越大，拉毛速度也越大，抗油墨分裂的能力越强。在原纸涂布环节，如原纸表面强度不够，刮刀、计量等工序产生高剪切力会拉出原纸表面层的纤维和填料，这些杂质停留、积聚在比如刮刀刃上就会形成涂布条痕，这些杂质回流至涂布工作站，也会影响涂料质量。(www.xing528.com)

抗张强度：是指纸在一定条件下所能承受的最大张力。通常以下面几种方式表示。①绝对抗张力：一定宽度的试样断裂时所承受的张力，以kN/m表示。②裂断长：一定宽度的试样由本身重量将其拉断时的长度，以m表示。③伸长率：纸张受张力至断裂时的伸长与原长之比，用百分比表示。抗张强度受纤维的结合力和纤维本身的强度影响，而纤维的结合力是影响抗张强度的决定因素。机器方向（纵向）的原纸抗张强度和湿抗张强度是影响涂布的重要指标，涂布时会产生较大的张力和牵引力，对原纸的干强度有要求。水性涂布时涂布站和干燥前区由于涂料向原纸迁移水，湿强度不够的原纸将发生断裂弊病。

水分：纸张通常含有6%左右的水分，纸张放置在一定温度和湿度的空气中，就会从空气中吸收水分直到纸张达到恒定重量为止，此时空气中水蒸气压和纸中的水蒸气压达到平衡状态，纸张不再从空气中吸收水分或释放水分，此时纸中的水分含量为该温湿度条件下的平衡水分量。在同一温湿度条件下，由于纸质的不同也有不同的平衡水分，这与纸张的组成和造纸工艺有关，如半纤维素含量高的纸张平衡水分高。在保持空气中相同的相对湿度下，平衡水分随温度增加而减少且近似为直线关系。这点在生产过程中需要特别注意。

均一性：原纸的均一性是指原纸横幅定量或厚度、匀度、水分。横幅定量或厚度差，会造成涂布拖动时出现松紧边，严重时出现起褶和折痕，同时造成涂布不均匀或干燥变形。原纸的匀度反映纤维交织和分布的好坏。原纸的匀度差，容易造成纸面油墨吸收性、光泽度和平滑度的差异。原纸的水分不均匀，则涂布时对涂料的吸收不均匀，导致涂层表面性质差异。

透气度：透气度影响原纸的吸收性和涂料的渗透性，影响涂层的干燥速度。油墨的吸收能力，也与原纸透气度有关。对于铸涂原纸，必须具备较高的透气性。这是因为铸涂纸在加工过程中，原纸涂有涂料的一面与铸缸紧密接触，干燥过程中蒸发水分完全需要从原纸的背面透过，如果原纸透气度不够，干燥过程中产生的蒸气无法及时排出，势必导致蒸气从涂料侧冲出，造成铸涂层针孔，严重时铸涂表面产生许多无光泽的坑点。

伸缩率：伸缩率是纸张在不同湿度的环境中其尺寸发生收缩或伸长的变化率，也可以是由于纸张受水浸渍使尺寸发生变化及浸渍后再干燥所发生的尺寸变化。纸张发生伸缩的根本原因是水对氢键缔合的影响，使得单根纤维发生收缩及润胀；以及纤维之间相互贴紧或松散。一般纸张横向伸缩率比纵向要大，其原因一方面是由于多数纤维的排列方向和纸张的纵向相一致，而单根纤维的膨胀与收缩主要表现为横向。另一方面是因为干燥过程中纸张在纵向受到拉伸，而横向则无此拉伸张力，所以横向上纤维有更大的聚在一起的自由，从而形成了内在的可膨胀性。收缩率大的原纸，在涂布或淋膜开卷过程中易发生横向变形，由于设备牵引张力的限制，横向变形造成的应力无法释放，在收卷处纵向上会出现张力线，在膜卷的表面上表现出不规则的隆起筋条状态，俗称爆筋。

原纸紧度（松厚度）、挺度、白度、不透明度、平滑度、撕裂度、尘埃度等也是纸张性能的重要指标。表7-1是某喷墨铸涂用原纸的部分质量指标。

表7-1　188g定量喷墨铸涂用原纸的部分质量指标

续表