余振华，詹建波，郑迪生，李 赓，布 宁，李 建，胡信洋，薛守成

（1.红云红河烟草（集团）有限责任公司，昆明 650202；2.博源科技材料（烟台）有限公司，山东 烟台 264670；3.万国纸业太阳白卡纸有限公司，山东 兖州272100）

真空镀铝纸是在133 Pa以上的高真空中，以电阻、高频或电子束将铝丝加热到1400℃左右气化后附着在纸基上形成，该方法正逐步替代传统的复合铝箔纸工艺，因为后者不仅浪费铝材，而且生产工艺为非环保过程。直接真空镀铝是预先对纸表面进行涂覆处理，提高纸张表面平整性、光亮度，然后将纸直接置于真空镀铝机中进行镀铝。这种方法对纸张要求高，适用于40～120 g/m2的铜版纸、白板纸、卡纸等纸型。目前，国内市场上真空镀铝卡纸直接法的批量生产较少，还需要开展更深入的研究和应用探索。我们将电子束固化工艺和直接真空镀铝工艺结合起来生产镀铝纸或卡纸，该工艺在国内尚未见报道。

电子束（EB）固化真空镀铝纸工艺首先将可电子束固化的涂料作为预涂涂料涂布在纸或卡纸上，利用EB固化成膜后，将预涂纸或卡纸进行直接真空镀铝。与传统工艺相比，EB固化直接真空镀铝工艺具有低排放、低能耗、高效率的特性，产品具有低成本、高质量特点，符合国家产业发展的要求，将是包装领域材料研究应用的新方向［1］。

EB固化直接真空镀铝工艺不仅对生产设备和涂料有全新的要求，其对原纸的技术要求也完全不同。涂层开放封闭程度是纸张的一项重要指标，由于纸张涂层使用不同种类的成膜树脂、颜料及配比等，纸张表面的粗糙程度及涂层内部的孔隙率也不尽相同，所以涂层的开放封闭程度也不同。EB固化直接真空镀铝工艺对纸张物理性能要求较高，尤其对于纸张的水分和涂层开放封闭程度的控制要求更高。这是因为，在同样的真空度控制能力条件下，较高水分的原纸，在高真空的条件下释放的水汽量大，导致真空度下降，从而导致镀铝产品发黄，车速下降，严重影响镀铝的质量和效率［2-7］。另外，当纸张水分固定后，在同样的镀铝设备和参数下，放气速度越快，镀铝质量越差，效率越低［1］。本研究以油墨吸收性作为卡纸涂层开放度的量化表征指标，以镀铝机达到设定真空度的时间作为纸张放气速度和放气量的量化指标，研究了卡纸涂层结构对EB固化直接真空镀铝卡纸工艺的影响。

1 试验部分

1.1 原料

纸张浆料：针叶木漂白硫酸盐浆、阔叶木漂白硫酸盐浆、针叶木漂白化学热磨机械浆、阔叶木漂白化学热磨机械浆。

涂料：由颜料、增稠剂、成膜树脂乳液和各种助剂组成。

1.2 仪器设备

万国太阳纸业17纸机三长网纸机（年产量20万t），芬兰Metso公司；电脑测控耐折度仪，四川长江造纸仪器开发公司；印刷适性仪，荷兰IGT公司；光泽度测定仪，美国Technidyne公司；德国莱宝真空镀铝机。

1.3 纸张涂布工艺

在万国太阳纸业17纸机三长网纸机上进行上机试验。浆料在打浆后按照一定比例配浆，在纸机上经过成型、压榨、烘干、表面施胶、烘干之后，用涂层剂对纸张进行多道涂布，然后下机复卷。在正常生产情况下，取不同涂布量及涂料配方的纸张，测定其油墨吸收性等指标。

1.4 测试

1.4.1 纸张涂层涂布量测定

式（1）中：M1和 M2分别为涂布前后纸张总质量（g），S 为测试纸张面积（m2）。

1.4.2 油墨吸收性（K&N值）测定

式（2）中：R0为涂油墨前试片表面绿光反射因数；R1为涂油墨后试片表面墨迹中心区域绿光反射因数；Rk油墨的修正系数，用以消除油墨批间的差异，该系数由油墨供应商随油墨一起提供。

2 结果与讨论

2.1 卡纸涂布量对涂层开放程度的影响

涂层的开放封闭程度会影响其油墨吸收性，涂层越开放，油墨越容易被纸张吸收，反之油墨越不容易被纸张吸收。如图1所示，当涂布量从19 g/m2增加到27 g/m2时，表征涂层开放封闭程度的油墨吸收性从17.5%提高到23.4%，同时耐折次数则从71次降低至25次，表明纸张油墨吸收性随涂布量的增大而提高，即涂层的开放程度不断提高；但涂布量增大后，纸张耐折性能降低。这是因为卡纸的油墨吸收能力主要来自涂层对油墨的吸收，所以随涂布量提高涂层的K&N值也随之提高；但纸张的耐折性能主要来自于纤维的贡献，相对于基材而言，涂料涂布量增大意味着纤维量的降低，纸张的耐折性能相应会降低。

2.2 卡纸涂布量对EB固化预涂量的影响

卡纸涂层对后期的EB固化涂料涂布量有直接影响，如图2所示，卡纸涂布量越大，EB固化预涂涂布量越大。这是因为卡纸的面涂料填料量较高，面涂层呈疏松结构，所以其涂布量越大，纸张的开放程度越大。在同样的EB固化工艺参数设定条件下，卡纸对EB固化预涂涂料的吸收量就越高，从而导致EB固化预涂涂布量增大。

2.3 颜料粒子对纸张涂层开放程度的影响

卡纸涂料中的颜料主要瓷土和碳酸钙配制而成，二者的比例不仅影响涂料的总体成本，更重要的是，颜料的组成对涂层的开放封闭程度及光泽度有直接影响。如图3所示，当涂料的颜料配方中瓷土含量从40%降低至0时，表征涂层开放封闭程度的油墨吸收性（K&N）从18.2%增大到21.5%，纸张光泽度从72%降低至45%。该结果表明随碳酸钙比例的增大，油墨吸收性提高，纸张光泽度下降。由于瓷土为六角形片状粒子，经压光后紧密有序地排列于纸面，表面平滑细腻，有利于提高纸张表面的平滑度；而碳酸钙为无规则粒子，孔隙容积比片状的瓷土粒子要高得多，碳酸钙应用于涂料配方中会打破瓷土粒子平整有序的排列，使涂层表面变粗糙，孔隙率变大，容易产生较开放的涂层，油墨吸收性增加。

图1 涂布量对K&N值和耐折性能的影响Fig.1 Effect of coating weight on K&N value and folding performance of the paper board

图2 卡纸涂布量对EB固化预涂涂布量的影响Fig.2 Effect of coating weight on EB curable pre-coating weight of the paper board

2.4 颜料组成对EB固化的影响

颜料组成还对EB固化涂料的涂布量及真空镀铝工艺有影响，在表1中列出了采用含有不同颜料组成的涂料对卡纸进行面涂后，进一步涂布EB固化涂料的涂布量，以及进行真空镀铝时达到平衡真空度所需要的时间。可以看出，随着涂料中瓷土含量的下降，在同样的 EB固化预涂参数下，实际 EB固化涂料的涂布量提高。涂层中碳酸钙含量越高，涂层的开放程度越大，越有利于电子束固化预涂料的吸收。根据实际生产验，预涂的涂布量越高，产品表观质量越好。在同样4.0 g/m2的预涂涂布量条件下，碳酸钙含量越高，镀铝机达到高真空0.04 Pa所需时间不断延长。这可能是因为瓷土在涂层中呈片状堆积，瓷土含量越高，涂层的开放程度越低；反之碳酸钙为疏松结构，在涂层中呈颗粒状疏松排列，其含量越高，涂层微孔越多。涂层的开放程度越高，纸张放气速度越快，放气量越大，达到平衡真空度的时间就越长。

图3 颜料组成对K&N值和光泽度的影响Fig.3 Effect of coating composition on K&N value and gloss of paper board

表1 颜料组成对EB固化预涂涂布量和镀铝机达到设定真空时间的影响Table 1 Effects of pigment composition on EB curable pre-coating weight and equilibrium time of the vacuum alumination chamber

3 结论

卡纸涂布量提高，涂层开放程度变大，卡纸耐折性降低，同时EB固化预涂布量增加。卡纸涂层中碳酸钙含量越高，涂层开放程度越大，卡纸对EB固化预涂料的吸收性越好。在同样涂布量的条件下，涂层开放程度越大，纸张放气速度越快，放气量越大，所以在真空镀铝机中达到高真空的时间越长。相同的EB固化预涂工艺涂布参数下，纸张开放程度越大，纸张对预涂料的吸收速度越快，涂布量越大。涂层开放程度的控制是电子束固化预涂工艺稳定生产的重要参数。在今后的造纸生产工艺实践中，必须加以重视和严格控制。

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