涂布纸介电性能和可溶性增稠剂的影响Word格式.docx
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的跌落。
关键词：
涂布纸，涂布原纸，印刷质量，印刷光泽度，介电常数，介电损耗，羧甲基纤维素，酪蛋白，淀粉
引言
纤维素等多糖组成的葡萄糖酐单元（AGUs）（图1）携带两个羟基（—OH）和甲醇基（—CH2—OH）。
这个葡萄糖酐单元被挂在高分子链上通过在赤道方向（P-形式）或是轴心方向（A-形式）的缩醛形成所谓的O型桥糖苷联动，他们之中的单一多糖的化学区别主要是在于他们的聚合物骨架的糖苷联动的形式。
因此我们要区分的P型联动纤维素和A型淀粉如图1、2所示
图1纤维素分子
图2淀粉分子
纤维素有许多用途，除了纸的主要组成部分原料之外，纤维素还可以转化成水溶性聚合物用于纸张涂层混合物的化学流变控制过程。
同时纤维素本身是不溶于水的，但羧甲基纤维素可产生水溶性的羧甲基纤维素的已知衍生物。
如图3
图3
这些纤维素衍生物已广泛使用在纸张涂料中[2]和纸张流动改性剂（增稠剂）中。
纸张涂布的过程是很重要的一个改善纸张的表面特性的重要组成部分，它能够显著地提高纸张的性能和打印能力[3,4]。
臧和Aspler[5]的研究表明，油墨的性质和涂层的结构特性对涂布纸的印刷光泽度和印刷质量具有强烈的的影响。
虽然添加的增稠剂和复合型粘合剂涂与层混合物的含量与比例相对较低，但是他们还是会对涂布纸的性能产生深远的影响。
增稠剂主要功能是调节涂层混合物所需的粘度水平，并保留一定的必须要具有的保水度。
当然他们还需要与含有其他成分的涂料配方互相作用，特别是与颜料相互作用，才能够明显的显示出增稠剂的作用效果[6]。
最常用的涂料配方包括水溶性蛋白，酪蛋白显示剂和纤维素聚合物。
还有水溶性聚丙烯酸，淀粉和无机胶体材料也经常被使用[7]Sandas、Salminen和El-Saiedetal设计并主持研究了颜料/涂料的流变性能，脱水性能，酶性能，涂布纸性能和增稠剂相互作用对纸张的影响。
他们得出这样的结论，羧甲基纤维素在低剪切速率下能够产生相对较高的粘度，验证并说明了CMC和粘土颜料粒子之间的强相互作用的产生。
流体力学的变化可能反映了颜料与增稠剂相结合的每个相互作用形成的聚集体在剪切力方面的差异。
显然与打印质量相关的其他影响因素是纸张的相对介电常数和介电常数[10]。
静电复写纸和激光打印纸的电气性能是最重要的，在这种印刷情况下首选能够使纸张表面具有高电荷的电晕设备或偏见辊[11]。
极化聚合物的主要作用机制是电子，原子和分子极化。
在低电频情况下，所有的这些作用机制是相当重要的。
在一般情况下，观察纤维素及其衍生物的介电松弛模式及情况可以归为以下几类：
羟基和羟甲基组的组合[13]，以及水分子和离子在纤维素纤维上的的分子极化。
还有纸张的结构的影响也很重要，因为板材的密度和纤维的取向将会影响介电常数[14]。
其原因是在不同的分子取向下分子凝聚成的聚合物造成的平均介质材料的偏振态变化会影响介电常数。
前提是，每个基团都必须由重复单位的分子构成并且自身的电荷数要为偶数，这是因为所有多糖糖吡喃环[15]作为偶极单位都是由羟基和羟甲基基团构成的聚合物。
这些极性基团的流动性是不同的。
在所羟基纤维素上6号C上的甲醇基团的流动性要强于2号C和3号C上的羟基的流动性。
如图4所示。
这项工作的研究目的就是要找出除了介电性能和涂布纸印刷适性之外的各种水溶性增稠剂的混合物涂层的纸张涂料效果。
实验
1.1原纸
非涂布纸（70克/米2）被选定为原纸，由埃及亚历山大RAKTA制浆造纸公司提供。
2.2涂层悬架
使用一种涂料的混合物，是一种粘土基颜料（25％固体含量）由埃及亚历山大RAKTA制浆造纸公司提供。
在1PPH附加级别下应用各种不同级别取代度的羧甲基纤维素（0.46，0.67，1.31DS），酪蛋白和氧化淀粉。
在高效混合条件下把pH值调整到8.6。
3.3涂布纸的样品制备
在相应的纸张上用不同的涂料混合方法涂布，所有的纸张，都在90摄氏度，压力为2.8×
105牛顿/平方米的压力下使用型号为154-M的实验室实验仪器按压5分钟。
4.4介电测量
介电测量使用聚合物实验室用介质热分析仪（PL-DETA）来测量，从而直接对介电常数e'
进行了测量。
实验应在恒定的室温23摄氏度下，频率在102-105赫兹的频率范围内进行。
纸张样品制备直径应用20毫米的圆形表的形式来体现。
并在此直径的样品上面测量介电常数e'
。
印刷工艺
印刷使用了一个“Soldan”凹印设备。
并且使用金相显微镜测量印刷的凹印深度。
传统的印刷滚筒蚀刻的使用深度在4.5至39微米之间。
准备简单的凹印油墨，使用的配方如表1所示。
表1油墨配方
原材料
组成含量
炭黑
9.23
烃类树脂
19.39
马来树脂
17.67
甲苯
53.71
全部含量
100
四号福特杯，22摄氏度下粘度/秒
20
光泽度的测量
使用progloss3型光泽仪在一个60度的角度下测量。
所有测试均采取印刷后的24小时后的单位深度面积为39微米的纸张样本进行光泽度测量。
图5不同增稠剂混合类型对纸张光泽度和印刷光泽度的影响
结果与讨论
纸张的光泽度和印刷光泽度评价
图5显示了原纸，涂布后纸张，印刷纸样品的光泽度。
比较原纸和涂布纸与原来的混合物（含增稠剂），结果是非常明显的，粘土型涂料的混合物，能够增加纸张的光泽度和印刷光泽度。
此外，羧甲基纤维素取代度增加也能够使两者效果增加。
在水性粘土涂料的混合物中，一部分羧甲基纤维素和粘土、颜料形成网络结构，另一部分羧甲基纤维素是非吸收性CMC，不能形成网络结构[16]。
此外，氧化淀粉也增加了纸张光泽度和印刷光泽度，但是作用效果没有M-和H-CMCS多。
因为每个颜料/增稠剂的组合有不同的混合形式，淀粉有一个不太明显的纯粹变薄流动形式，所以作用效果不如涂料和羧甲基纤维素[8]。
酪蛋白对涂布纸的光泽度没有太多的影响，但它能够稍微的提高印刷品的光泽度，增加涂层的光泽度，或者降低涂层的吸水性，这些都可能会导致印刷光泽度的增加[5]。
2.2介电性能测量
图6和图7，分别代表不同的纸张样品的介电常数e'
在不同频率范围内的函数。
介电常数对频率有依赖性，随着频率的增加，缓慢极化作用机制无法跟上迅速变化的电场，极化作用机制放宽，放缓，即它不再有利于两极分化，这样就降低了介电常数[17]。
图6显示了原纸的介电常数e'
的值位于最低的一条线上，这样的原因就是由于其密度比铜版纸略微较低[14]。
这种对密度的依赖关系是由Clausius-Mossotti关系理论得到的[19]。
图6原纸及不同种类粘土混合涂料涂布纸的频率与介电常数的关系
图7原纸及不同种类粘土混合涂料涂布纸的频率与介电损耗的关系
图8在加入CMC的不同纸张混合涂布中介电常数与印刷光泽度的比较
图9在加入CMC的不同纸张混合涂布中介电损耗与印刷光泽度的比较
其中K'
是介电常数，ρdens是样本本的密度，K是摩尔极化度。
图7显示频率减少的情况下介电损耗会增加，介电损耗的作用就是控制修复极化的现象。
极化的产生原因主要是由于纸张中存在的极性基团，特别是存在于水分子内的金属离子[14]。
图8和图9显示了加入不同的取代程度的羧甲基纤维素之后的涂层涂布纸的介电常数e'
，分别与印刷品的光泽度的比较。
粘土色素的混合物涂布纸比原纸的光泽度增加。
加入L-CMC的实验组对介电常数的影响很轻微，这种情况的原因是相比较图3中的情况而言，它的羧甲基化减少并且羟基的贡献也相应地减少了。
由于采用粘土混合物涂布，导致了介电损耗的增加，但是如果加入的是羧甲基纤维素，而且加入羧甲基纤维素取代度增强之后则介电损耗非但不增加，还相应的减少了不少。
图10和图11显示了加入纸张涂层混合物、酪蛋白和氧化淀粉作为涂布颜料的情况下，e'
分别与印刷品的光泽度相比较的情况。
除了酪蛋白涂层混合物能够引起降低介电常数e'
减少,氧化淀粉也减少了e'
，但还是不如酪蛋白的作用明显。
图10显示，酪蛋白涂层混合物，没有造成相对于的原纸的介电常数e'
的显着的影响，但它也导致了一个相对来说有价值的下降，比原土混合物涂布纸的介电常数e'
要小很多。
它也同样导致了频率在100赫兹的情况下e"
的下降（如图11所示）。
酪蛋白具有与羧甲基纤维素和氧化淀粉不同的化学性质[7]，因为它有一个羟基在它的外表面团体上附着着。
这些极性基团负责酪蛋白在水中的溶解度（酪蛋白在PH为4.6的情况下处于等电点的模式，所以在涂层混合物中的酪蛋白处于可溶解的形式，因为此时的涂层混合物的PH是8.6）。
在100Hz条件下涂上粘土基混合物加氧化淀粉为涂料的纸张介电常数介于原纸的介电常数和原土混合物涂布纸的介电常数之间（如图10所示）。
氧化淀粉涂布纸的介电损耗e"
相比较于原纸和粘土混合涂布纸都要低，特别是在100Hz的条件下尤其如此（如图11所示）。
图10酪蛋白涂布与氧化淀粉涂布对介电常数e'
的影响与打印光泽度的比较
图11酪蛋白涂布与氧化淀粉涂布对介电损耗e"
添加如增稠剂或复合性粘合剂的这种涂料的混合物也能够造成原纸介电常数的增加。
除了L型CMC之外的各种水溶性增稠剂的涂料混合物虽然能够改善涂布纸的印刷质量，但它却减少了介电常数。
增稠剂和添加剂产生了相对粘度的变化，说明这些增稠剂和粘土颜料颗粒之间产生了相互作用。
粘土颜料和这些材料之间的相互作用是不同的，这些不同的作用主要会对涂料流变学和涂布纸性能有重大影响。
纸张涂层工艺改变了原纸的介电性能，此外，在这项研究中的水溶性增稠剂影响了介电常数和介电损耗。
与原来的混合涂布纸相比，介电常数和介电损耗都相应的降低了。
然而，这些聚合物涂层混合物，提高了印刷品的光泽度。
参考文献
1.Einfeldt,J.;
Meibner,D.;
Kwasniewski,A.ProgressinPolymerScience2001,26,1419–1472.
2.Kane,R.J.（TaskgroupChairman）.PaperCoatingAdditives,Ch.1;
TAPPI:
Atlanta,Georgia,1995;
1–10.
3.Lepoutre,P.TappiJournal1976,59（12）,70–75.
4.Beazley,K.M.;
Bailey,D.F.PaperTech.Ind.1986,27（3）,33.
5.Zang,Y.H.;
Aspler,J.S.TappiJournal1995,78
（1）,147–154.
6.Gullichsen,J.;
Paulapuro,H.;
Lehtinen,E.Eds.,PigmentCoatingandSurfaceSizingofPaper,Ch.15（Book11）In:
PapermakingScienceandTechnology,FAPET=TAPPISeries,2000.
7.Considine,D.M.Ed.,ChemicalandProcessTechnologyEncyclopedia,McGraw-Hill:
NewYork,803:
1973.
8.Sandas,S.E.;
Salminen,P.J.TappiJournal1991,74（12）,179.
9.El-Saied,H.;
Basta,A.;
Elsayad,S.;
Morsy,F.Polymer1995,36（22）,4267.
10.Himanen,P.Coatingtomeetexpectations—apracticalapproach:
PitaCoatingConference,1997,Edinburgh,UK,11–12Mar.1997,143–148.
11.Williams,E.M.ThePhysicsandTechnologyofXerographicProcesses;
WileyInterscience:
NewYork,1984;
204–224.
12.Einfeldt,J.;
Kwasniewski,A.;
Gruber,E.;
Henricks,R.Macromol.Mater.Eng.2000,283,7–14.
13.Montes,H.;
Cavaille,J.Y.;
Polymer1999,40（10）,2649.
14.Simula,S.;
Niskanen,K.NordicPulpandPaperResearchJournal1999,14（3）,243–246.
15.Meibner,D.;
Einfeldt,L.;
Einfeldt,J.JournalofPolymerScience:
PartB2001,39,2491–2500.
16.Whalen-Shaw,M.;
Gautam,N.Amodelforthecolloidalandrheologicalcharacteristicofclay,latexandCMCformulations.TAPPI1990CoatingConferenceProceedings,TAPPIPRESS,Atlanta,371.
17.Jonscher,A.K.DielectricRelaxationinSolids;
ChelseaDielectricPress;
London,1983.
18.Simula,S.26thIARIGAIInternationalResearchConference,AdvancesinDigitalPrinting,Munich,Germany,6–8Sept.1999,pp.10.
19.vonHippel,A.R.;
DielectricsandWaves;
M.I.T.Press:
Cambridge,Massachusetts,1954;
97–98.
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