“兴煌”牌高岭土性能分析
及在涂布白板纸中的应
纸张涂料涂布课题组
华南理工大学资源科学与造纸工程学院
一、委托单位
茂名兴煌矿业有限公司
二、检测单位
华南理工大学制浆造纸国家重点实验室纸张涂料布课题组，负责人：陈克复院士、杨仁党博士。
三、样品种类
“兴煌”牌YLM、01高岭土（剥片土）。
四、主要仪器与检测方法
分析天平，325目筛，马沸炉，白度仪，激光粒度分析仪（四川及进口马尔文），银甘锅，pH计，化学分析仪器一批。进口K—Control涂布机，高速分散器，红外烘箱，进口IGT干拉毛强度仪，K＆N油墨吸收测定仪、表面吸收重量测定仪、光泽度仪、耐折度仪、平滑度仪等。
本次研究的涂料配制目标固含量为60%左右，适用于高速刮刀或刮刀棒涂布。纸张颜料经高速分散机分散，转速固定在3000rpm，分散30min后，再加入胶乳及其它助剂，在低速度下进行搅拌混合，低速混合的目的是为了防止胶乳受到高剪切而破乳，混合约10min后，调pH值至8.5-9.0，然后过100目筛去除其中的大颗粒状物质，取出部分涂料液，检测其性能参数。
涂料在常温下的粘度用Brookfield粘度计检测，涂料的保水性测定用简易的保水性能检测仪表征。
配制好的涂料在K Control Coater涂布机上进行涂布，涂布幅宽约250mm，涂布车速约250m/min，用2#刮刀棒涂布，底涂涂布量控制在10-12g/m2，面涂涂布量控制在10-13 g/m2，在灰底白面纸板上进行涂布，原纸取自东莞某纸厂，其性能指标见表1。
东莞某纸厂的原纸指标
定量/g.m-2 白度/% 厚度/mm 平滑度/s 吸水性/g.m-2 耐折度/次
230 68.70 0.305 9.3 80 560
纸幅涂布后采用热风或红外线烘箱干燥，烘干温度在90-105℃之间，时间约60s。完成的纸张在恒温恒湿中存放24h后，进行物理性能指标检测。
涂布白板纸 所有物性指标的检测按照国家标准进行。
五、涂布白板纸涂料配方
本次实验研究采用东莞某工厂生产A级涂布白板纸的配方。
1、底涂配方
涂料组分 |
用量 |
生产厂家 |
备 注 |
颜料 |
|
|
|
高岭土
碳酸钙 |
30份
70份 |
茂名市高科MY—03
深圳鹏达尔公司90#研磨钙 |
小于2μm的占86%，白度88%，固含量65%
小于2μm的占90%以上，白度93%，固含量75% |
胶粘剂 |
|
羧基丁苯胶乳
CMC |
14%
0.4% |
上海Basf6611
广东江门量子高科NX—10 |
CMC同时还起保水剂、助流变剂的作用 |
其他化学助剂 |
|
分散剂 |
0.20% |
江苏武进运波化工厂 |
DC—40分散剂 |
抗水剂 |
1.2% |
江苏武进运波化工厂 |
三聚氰胺甲醛树脂 |
其他 |
增白剂、碱、润滑剂、消泡剂、流变剂等 |
2、面涂配方
涂料组分 |
用量 |
生产厂家 |
备 注 |
颜料 |
|
|
|
高岭土 |
55份 |
茂名市“兴煌牌”刮刀级 |
小于2μm的占96%，白度88%，固含量99.3% |
碳酸钙 |
45份 |
深圳鹏达尔公司90#研磨钙 |
小于2μm的占90%以上，白度93%，固含量75% |
胶粘剂 |
|
羧基丁苯胶乳
CMC |
14%
0.3% |
上海Basf6728
广东江门量子高科NX—10 |
CMC同时还起保水剂、助流变剂的作用 |
其他化学助剂 |
|
分散剂 |
0.25% |
江苏武进运波化工厂 |
DC—40分散剂 |
抗水剂 |
1.0% |
江苏武进运波化工厂 |
三聚氰胺甲醛树脂 |
其他 |
增白剂、碱、润滑剂、消泡剂、流变剂等 |
注：颜料（高岭土+碳酸钙）100份，其它组分是以100颜料为基础。
六、实验结果
1．片状高岭土的物理性能指标
表2高岭土物理性能和化学成分分析
| 产品指标 |
金洋煅烧土 |
八角MM-01 |
兴煌YL-01 |
白度 |
92.5 |
86.5 |
87.7 |
小于2μm含量（粒度） |
91.3 |
96.1 |
96.1 |
平均粒径（um） |
1.01 |
0.67 |
0.67 |
D90（粒径平均） |
1.87 |
1.28 |
1.28 |
粘度浓度（500mPa.s固含量） |
69.1 |
69.6 |
70.8 |
固含量% |
99.8 |
98.9 |
99.3 |
45μm筛余量% |
0.008 |
0.01 |
0.006 |
pH值 |
5.60 |
5.69 |
6.33 |
Al2O3 |
43.42 |
38.67 |
39.17 |
Fe2O3 |
0.568 |
0.551 |
0.526 |
SiO2 |
46.5 |
47.3 |
47.3 |
烧失量 |
2.04 |
16.1 |
10.3 |
注：金洋与八角瓷土是取自东莞某厂
分析：
（1）兴煌、八角干粉瓷土白度接近，但金洋的白度较高，超过90%。
（2）粒径大小及分布，八角跟兴煌接近，兴煌瓷土比较理想。
（3）粘度浓度，三种瓷土相似，但兴煌牌要稍好一些。
（4）三种瓷土的化学成分达到了国家优级瓷土标准要求，但三种瓷土的三氧化二铁含量稍高。
（5）三种瓷土的固含量都达到国标要求。
2、涂布白板纸底涂、面涂涂料性能
|
底涂涂料 |
面涂涂料 |
涂料粘度（mPa.s） |
1268 |
1127 |
固含量（%） |
60.9 |
61.3 |
pH值 |
8.9 |
8.8 |
24h后涂料粘度（mPa.s） |
1483 |
1337 |
粘度稳定系数 |
1.17 |
1.19 |
高剪切粘度（mPa.s/104s-1） |
30 |
20 |
保水性（g/m2） |
55 |
50 |
分析：
（1）尽管面涂涂料的固含量大于底涂涂料，但面涂涂料的粘度却比底涂涂料小很多，而且高剪切下面涂涂料粘度比较小，说明“兴煌”干粉瓷土与其它组分的相容性好，并具有好的流变性。
（2）在涂料其他组分基本相同的情况下，添加“兴煌”牌瓷土的面涂涂料的保水性要比未加的底涂涂料要好。
3、涂布白板纸的性能指标检测结果
配方性能 |
底涂 |
面涂 |
涂布量（g/m2） |
12.5 |
12.1 |
IGT（m/s） |
2.07 |
3.50 |
K＆N值 |
30.13 |
23.7 |
白度
（ISO%） |
78.2 |
85.6 |
耐折度（纵向次） |
548 |
577 |
透气度（ml/min） |
12 |
8 |
吸水性（g/m2） |
55 |
47 |
平滑度（s） |
43 |
81 |
光泽度% |
22.3 |
46.7 |
印刷光泽度% |
40.0 |
79.7 |
挺度（mN.m） |
15.1 |
16.7 |
色密度
（洋红） |
1.10 |
1.20 |
红油墨吸收性（%） |
27.9 |
17.7 |
分析：
（1）在涂布重量相同的情况下，面涂涂布白板纸的物理强度，如耐折度、挺度等，要比底涂涂布白板纸要好；
（2）经过面涂后，涂布白板纸的抗干拉毛强度提高很多，达到3.5 m/s，纸页光泽度和印刷光泽度也大幅度增加，油墨吸收性能处在最佳的范围。
（3）面涂涂布白板纸比底涂涂布白板纸的白度要高很多，说明经过面涂后，纸板表面的遮盖性能更好了。
七、结论
1、“兴煌”牌片状瓷土的物化性能超过了国家标准，特别是其性能指标如粒子大小、粒径分布、白度及粘浓度等都比较好，是涂布加工纸生产中的优质颜料。
2、涂布白板纸涂布试验说明，在面涂中使用“兴煌”牌瓷土将显著改善涂料的流动性能、保水性能及可操作性能。
3、经过面涂后，涂布白板纸的印刷适应性、物理性能都得到了大幅度的提高，完全可适于高速、多套色印刷的需要。
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