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印刷纸生产中填料对纸张性质的影响

提示:

如前所述,印刷用纸加入填料的主要目的是为了改进纸张的印刷适性,如增加白度、平滑度和不透明度,从而有助于印刷品质量的提高。另外,填料的加入不仅在纸页中形成更多细小的毛细孔,而且填料粒子比纤维更易被油墨润湿,因而可以改善纸张对油墨的亲合力。此外,加入填料还能改进纸张的柔软度和形稳性。当然纸张中加入填料

    如前所述,印刷用纸加入填料的主要目的是为了改进纸张的印刷适性,如增加白度、平滑度和不透明度,从而有助于印刷品质量的提高。另外,填料的加入不仅在纸页中形成更多细小的毛细孔,而且填料粒子比纤维更易被油墨润湿,因而可以改善纸张对油墨的亲合力。此外,加入填料还能改进纸张的柔软度和形稳性。当然纸张中加入填料量太高也带来一些不良的影响,主要表现为纸张强度的降低和施胶效果的下降,在印刷中易发生掉粉、掉毛现象,印刷中填料粒子从纸面脱落下来传递到印版或胶印橡皮布上,会产生糊版现象。而且由于填料有摩擦作用,还会磨损印版。

    (1)对纸张光学性质的影响。

    ①不透明度。不透明度是指纸张不透光的性质,纸张的不透明度取决于纸张的光散射能力。光散射是指光线在纸张内部发生的一系列折射和反射现象,这种光散射能力,又取决于纸张内部光散射界面的多少(即内部独立粒子的数量)和散射界面折射率差异的大小。光散射界面越多,散射界面间折射率差异越大,则纸张的光散射能力越大,不透明度越高。

    没有加填的纸张是由纤维和空气组成,空气存在于纤维间孔隙中,纤维的主要组成是纤维素,折射率为1.53,空气的折射率为1.00,两者折射率不同,因此当光束照射到纸张表面时,即会有部分光在纤维与空气间界面上发生散射,赋予纸张一定的不透明度。反映到印刷中,主要表现为极易透印。在纸张中加入折射率大于纤维素的填料后,增加了纸张内部光散射界面的数量,即存在纤维与空气间、填料与纤维间以及填料与空气间三类不同的界面,而且在这三种界面中,填料与空气间折射率的差值较大。因此光线在填料与空气界面上得到最大散射,这是导致不透明度增加的主要方面。表1-2所示为造纸原料的折射率数值。从表中可以看出钛白的折射率在众多填料中为最大,因而其不透明效应为最大。对于折射率与纤维素接近的填料,如滑石粉、白土等,虽在它们形成的界面上折射率相差不大,但它们的加入有效地增加了纸张内部光散射的界面数量,因而也能增加光散射能力,提高纸张的不透明度。

    1-2    常用造纸原料的折射率

常用造纸原料的折射率

    对于一定的填料,其在纸张中光散射能力的大小,取决于填料粒子的大小和在纸张中粒子的分散情况。填料粒子越小,光通过空气与填料界面的次数越多,散射能力越大。但对于那些比照射光波长更小的粒子,散射能力随粒径的增加而增加;而对那些比照射光波长大的粒子,散射能力随粒径的增加而减少,结果见图1-5所示,因此,要获得最大的不透明效果,填料颗粒最好为观察光波长的一半左右,即对于普通光,取得最大不透明度的填料粒径的范围为0.15~0.50μm

粒径对散射和反射的影响

    1-5    粒径对散射和反射的影响

填料加入对白度的影响

    1-6    填料加入对白度的影响

    另一方面,填料粒子在纸张中的分散程度也是相当重要的。填料粒子间的絮聚将增加粒子间的光学接触,减少光散射界面,从而导致纸张不透明度的下降。所以用一定量的颜料作为填料产生不透明度比等量填料在涂料中产生的不透明度要高。这不仅是由于在涂料中颜料粒子间絮聚在一起产生了一些光学接触,还由于粒子间的空间被粘合剂而不是空气填充,从而减少散射界面上折射率的差别,不透明度下降。

    随着纸张中填料的增加,填料结块程度也将增加,填料的效率将降低。

    ②白度。用于纸张的填料如碳酸钙、钛白、锌白等均为白色颜料,因而填料的加入能增加纸张的白度。白度的增加程度部分取决于填料的白度,部分取决于颜料的粒径与遮盖能力。纸张的白度还取决于浆料的白度和打浆程度。图1-6所示为几种常用填料加到低白度机械浆中制得的印刷纸的白度随加填量的变化。如果将这些填料加到高白度的浆料中,填料的增加效果将降低。

    (2)对表面平滑度和印刷适性的影响。纤维相互交织而形成的网络总是存在大量的孔隙和表面凹凸不平处,加入细小颗粒填料后可改进压光后纸张的平滑度。

    填料的加入能改进纸张的印刷适性是由于加填后多种现象综合作用的结果。首先,大多数的填料对印刷油墨的亲合力都大于纤维表面对印刷油墨的亲合力,因而油墨能较好地在纸张表面润湿和铺展。第二是由于填料粒子的存在形成了更多有利于油墨渗透的细小毛孔;填料作用的大小顺序为:沉淀碳酸钙、滑石粉、硫酸锌、钛白和白土。第三是由于填料的加入能改变纸张的平衡湿含量,因为大多数填料对水和水蒸气都是惰性的,因而填料的加入能使纸张具有更好的形稳性,更利于多色印刷。

    (3)对纸张强度的影响。纤维间的结合是纸张强度的基础,填料的加入减少了纤维间的结合,所以加填会使纸张强度显著下降。其中抗张强度、耐折度和耐破度下降较大,撕裂度下降较小,如图1-7和图1-8所示。

填料量对抗张强度影响

    1-7    填料量对抗张强度影响

    1-云杉亚硫酸盐浆2-桦木硫酸盐浆

    进一步的研究还发现,这种影响与造纸工艺参数有关,如不打浆的纸的抗张强度受填料的影响就比打浆的纸要大得多,而且短纤维受到的影响比长纤维更大,这一点从图1-7中不难看出。另外从图中还可以看出,原料的种类和制浆方法也是非常重要的因素。基于上述原因,在实际生产中要增加纸张的不透明度和散射系数时,必须考虑对纸张强度的影响,应确定一个最佳的加填量。

填料量对撕裂度的影响

    1-8    填料量对撕裂度的影响

填料对纸张松厚度的影响

    1-9    填料对纸张松厚度的影响

    1-桦木硫酸盐浆2-云杉亚硫酸盐浆

    (4)对纸张松厚度和挺度的影响。纸张纤维的密度为1g/cm³左右,而填料的密度大多在2.5~3.0g/cm³,因此填料的加入将会降低纸张的松厚度。但实际并非一致,如图1-9所示,当加入的填料量较少时,松厚度随填料量的增加而增加,对于短纤维的纸尤为明显,这与图1-7中短纤维纸抗张强度随填料量增加而减少得更为显著是一致的。

    纸张的挺度是纸张厚度和弹性模量的函数。因此,填料对挺度的影响应将填料对松厚度和抗张强度的影响综合起来考虑。当加填量小时,填料的加入基本上不影响纸张的挺度,而当填料再增加时,挺度则随填料量的增加而显著减少,如图1-10所示。

填料对纸张挺度的影响

    1-10    填料对纸张挺度的影响

    1-桦木硫酸盐浆2-云杉亚硫酸盐浆

    填料对纸张性质除上述影响外,填料含量过多还会导致印刷过程中出现掉粉掉毛和透印现象,影响印刷品的质量和印刷生产的正常进行,因此,在纸张生产过程中必须按纸张用途严格控制填料的用量。


(责任编辑: 艾特贸易网 )

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