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紙張塗布潤滑劑應用和分類

1潤滑劑的功能與分類


    紙張塗布潤滑劑的應用可追溯到本世紀初。當時紙張顏料塗布的膠粘劑主要是動物膠或幹酪素,塗料的固含量非常低。這些膠粘劑雖然具有很好的粘合力和出色的保水性能,但其形成的膜很脆,於是客觀需要增加一種能改善塗布紙及紙板耐折和抗彎曲性能的添加劑。這些添加劑還改進濕態塗料的流動性和均塗性。這類既對濕態塗料起作用,又在幹塗層中起著作用的助劑,曾一度被人們視作“增塑劑”的添加劑,即為本文所要討論的潤滑劑。

    潤滑劑的功用隨著紙種的不同和造紙廠生產習慣的差異而有別。有時用塗料的流動性以及塗布紙張的一些性能(如光澤度、平滑度、吸油度、表麵強度等)來測評潤滑劑的性能。潤滑劑中一些類別具有特殊的功能特性,如常被列入諸如“粘度調節特性”、“改進幹耐摩擦性”、“改進濕粘著性”、“改進濕耐摩擦性”、“油墨光澤及防滲性”、“增塑性”、“耐折性”和“改進光澤性”等特性。理想潤滑劑應顯示出的性能如下:

1)潤滑塗料並改進其流動特性

2)保證更為光滑的塗布;

3)改善塗布成品的光澤度;

4)改善成紙印刷適性;

5)減少紙張折疊時塗層的裂紋和脫皮;

6)在超級壓光中減少或消除掉粉現象;

    在不需要外加工序的情況下,用機械壓光能對某些等級紙張進行精加工整飾。用於塗布潤滑劑的化學物品歸納成以下八大類:

1)不溶性金屬皂分散體;

2)水溶性皂類;

3)硫酸化或磺化油類;

4)脂肪酸酯類;

5)蠟、聚乙烯或其它碳氫化合物乳液類;

6)脂肪胺或酰胺(合成蠟);

7)聚乙二醇和聚乙二醇醚類;

8)大豆卵磷酯“油酸混合體。

    上述各類潤滑劑中,金屬皂水性分散體、蠟乳液、含硬脂酸鈣高固含量潤滑劑混合體,是塗料塗布中常用的潤滑劑;硫酸化或磺化礦物油及一些天然或合成蠟分散體主要用於無顏料係統,如一些紙張或紙板表麵需要單一增滑特性的場合;大豆卵磷酯“油酸混合體則是目前新的一種塗布潤滑劑。


2、主要潤滑劑品種的組成與特性


2.1不溶性金屬皂分散體

    不溶性或低溶解度金屬皂由金屬堿或氧化物與脂肪酸或溶解性皂反應而成。堿金屬皂包括鈣、錳、鎂、鋁、鋅的硬脂酸鹽、棕櫚酸鹽、蓖麻醇酸鹽等。其中硬脂酸鈣在潤滑劑領域長期占據重要地位。

    典型硬脂酸鈣製備是將CaO製成Ca(OH)2,與來自動物或海洋生物或其它植物脂肪或油中的硬脂酸反應製得。硬脂酸鈣的製造同樣可以用氫氧化鈣從溶解性皂(如硬脂酸鈉)中析出。用此方法製得的硬脂酸鈣,其規格和形狀(片晶體)能得到控製。硬脂酸鈣分散液製造者經改進其產品,現在可以出售具有低粘度、高固含量(57%),通過325目篩,篩餘物小於”.1%的穩定產品。硬脂酸鈣分散液通常用高剪切設備製造。在成品中用3%-5%非離子型或陰離子型表麵活性劑作為分散劑。硬脂酸鈣分散液多年來一直保持其主要塗料潤滑劑地位。它經濟、實用,在抗掉毛掉粉方麵表現出優良的性能。


2.2水溶性皂類

    水溶性皂類是用高溶解性堿同脂肪酸反應生成,包括銨、鈉、鉀等的金屬氫氧化物與脂肪酸的反應物。這些皂類中常用的有硬脂酸銨、硬脂酸鈉和油酸鉀。市場上可以購得這些化合物的無水狀固體,硬脂酸銨和油酸鉀亦可買到固含量高達33%的液態分散體。鑒於固含量相對低的硬脂酸鈉是凝膠,這種化合物通常是在幹式狀態下采用。溶解性皂的熔點比不溶性皂的熔點低得多,由於它們在水中形成真溶液,幹燥時它們在整個塗層中保持得更加分散,有隨著載體進入原紙的傾向。因此,它們對塗料具有更多的增塑作用,而不像不溶性皂類那樣具有抗掉毛掉粉性能及表麵潤滑性的作用。它們比不溶性皂類更大程度地提高粘度,尤其是在澱粉粘合的塗料中。水溶性皂類的使用隨著刮刀塗布機低粘度塗布工藝的出現已逐漸減少。但它們仍在某些輥式塗布中應用。一些工廠習慣地將輥式塗布機用作預塗機。


2.3硫酸化和磺化油類

    這類潤滑劑包括硫酸化油類,由不飽和脂肪酸或脂類與硫酸反應而成,如土耳其紅油(硫酸化蓖麻油)、硫酸化紅油(硫酸化油酸)、硫酸鯨蠟油等。硫酸化油類在室溫下為液體,是一種熔點很低的物料。據此,它們僅僅是中等效力塗布潤滑劑,且和水溶物皂類一樣,在幹燥狀態下保持分散在整個塗料中並有遷移入原紙的傾向。其主要作用是增塑和均塗作用。有時在某些蛋白質粘合塗料和全膠乳塗料中也用來降低粘度。這類物質都是強的潤濕劑,因此在許多需要耐濕摩擦的塗布場合,它們的使用受到限製。


2.4脂肪酸酯類

    用於塗料中的脂肪酸酯的主要類型是由脂肪酸或脂肪酸甘油脂與聚乙烯乙二醇(聚乙二醇)或氧化乙烯(環氧乙烷)反應生成的。這些產品通常稱為PEG(聚乙二醇)酯類,其熔點和水溶性隨聚乙二醇的用量增加而提高。通常具有低熔點(94.4e)且親水性強,用之得到的粘度效應和溶解性皂類相似。由於是非離子型的,在酸性和堿性塗料中很穩定。其主要功能是起增塑和改進耐折性作用,但也能略微起點潤滑作用。


2.5蠟乳液

    對於澱粉類表麵施膠和其它成膜材料,蠟乳液能起到改善平滑度、提高耐摩擦性、表麵潤滑性及耐折性。用於製造水性分散液的蠟材料的熔點範圍從液態烴油到高熔點(>140e)聚氧化乙烯。根據塗布紙或紙板製造者的需要,選用合適的蠟類材料,包括石蠟、微晶蠟、聚氧化乙烯蠟及這些蠟的複配物。

2.5.1石蠟

    市場上的石油石蠟是含有直鏈和支鏈的烷烴,平均分子360-400,熔點63-83e。完全精製蠟相當硬,外觀白色,含有小於”.5%的油組分;半精

製蠟在顏色、硬度和油組分方麵與精製蠟有區別,顏色從呈琥珀色至白色各異,針入度高一些,油成分1%-5%。對於紙和紙板的塗布要求而言,半精製蠟即可滿足要求。

2.5.2微晶蠟

    微晶蠟主要是烷基化環烷屬烴,含有支鏈的異構石蠟及一些n-支鏈石蠟及小部分的烷基化芳香化合物。平均分子量580-700,熔點範圍72-111℃。微晶蠟有相當小的晶體,具有與石蠟十分不同的特性,更耐折,有較大的抗張強度和良好的粘合特性,減少了紙張或紙板表麵由於蠟的處理引起的打滑。

2.5.3聚氧化乙烯蠟

    聚乙烯通過輕微的氧化後製得的分散液,能改善滑移性、耐摩擦性以及典型的與蠟應用有關的阻隔性。在顏料塗布中,聚氧化乙烯蠟的應用能給予良好的塗料塑性、耐折性以及良好的光澤。但它在抗塵埃方麵比金屬皂的效果差。這類商品的固體含量一般在30%-60%。高固含量的產品中含脂肪酸酯聚氧化乙烯醚、脲及PE蠟。通常水性分散液采用較低分子量的蠟。較高密度的蠟的參數為密度0.98g0cm3,熔點77.8e;低密度的蠟的參數為密度0.93g0cm3,熔點55.8e。蠟類乳液的製造通常是利用乳化劑使其在水中具有可分散性。按照乳化劑的類型,可製成陽離子型、陰離子型和非離子型的蠟乳液。近年來,蠟乳液的使用被局限於施膠壓榨和壓光施膠中,用在非顏料塗布改善印刷適性的特種塗布場合。聚氧化乙烯蠟通過噴淋,降低烘缸表麵的摩擦係數,大大提高紙張起皺效率則是一個特例。


2.6脂肪胺類和酰胺類

    這些產品是胺類,如乙烯二胺、二乙烯三胺,三乙烯四胺,與脂肪酸反應而成的,其熔點範圍視所用的胺和脂肪酸而定。高熔點類型的通常叫合成石蠟。這類化學品一般是水不溶性,但可通過季胺化反應(陽離子化),或用乳化劑,或用分散劑,將其分散在水中。作為潤滑劑,在顏料塗布中具有明顯改善光澤性的作用。而在增進抗掉毛掉粉性方麵則不及不溶性皂類。其粘度視乳化劑或所用乳化分散工藝而定,一般介於蠟乳液與水溶性皂之間。


2.7聚乙二醇類和聚乙二醇醚類

    聚乙二醇類包括從低分子量的乙烯乙二醇類(液體)到高分子量的聚乙烯乙二醇(固體)。丙烯乙二醇單體與乙烯乙二醇製成相似的產品或乙烯乙二醇混合物。乙烯乙二醇及其聚合體都是水溶性的且易於形成溶液,而丙烯乙二醇則隨鏈長增加而失去水溶性。

    與乙二醇或甲醇、乙醇、丁醇等反應而生成醚,這些醚的水溶性也隨鏈長度及乙二醇單體不同而不同。聚乙二醇和聚乙二醇醚能使顏料塗布具有良好的光澤性能,但在抗掉毛掉粉和抗粘性能方麵作用則很小。盡管在某些澱粉粘合劑塗料中發現了某些聚乙二醇能降低粘度,但在許多塗布配方中,它在粘度調節方麵的功能很小。由於它們具有高度水溶性,聚乙烯乙二醇具有一些潤濕劑的性質,並有助於塗料的可塑性,無疑該性質比任何原有的潤滑性質更為明顯。


2.8大豆卵磷酯油酸混合體

    用作塗布潤滑劑的新材料是大豆卵磷酯混合體。這類二酯酰甘油酯產品據報道能提供優良的塗布流平性,減少刮刀拖痕、掃帚條,改善油墨光澤性。通常用於高濃塗布中。產品有含50%百分百活性組分兩種。百分百活性產品表現較差的流動性,使用過程須用位移泵或質量流量計量器直接輸入塗料中。百分百固含量的產品不會因冰凍損壞,在溫度30.5℃下明顯變稠;50%固含量的產品內含脲類物質。

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