纸张涂布润滑剂应用和分类
2018-06-22
1、润滑剂的功能与分类 纸张涂布润滑剂的应用可追溯到本世纪初。当时纸张颜料涂布的胶粘剂主要是动物胶或干酪素，涂料的固含量非常低。这些胶粘剂虽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，于是客观需要增加一种能改善涂布纸及纸板耐折和抗弯曲性能的添加剂。这些添加剂还改进湿态涂料的流动性和均涂性。这类既对湿态涂料起作用，又在干涂层中起着作用的助剂，曾一度被人们视作“增塑剂”的添加剂，即为本文所要讨论的润滑剂。 润滑剂的功用随着纸种的不同和造纸厂生产习惯的差异而有别。有时用涂料的流动性以及涂布纸张的一些性能(如光泽度、平滑度、吸油度、表面强度等)来测评润滑剂的性能。润滑剂中一些类别具有特殊的功能特性，如常被列入诸如“粘度调节特性”、“改进干耐摩擦性”、“改进湿粘着性”、“改进湿耐摩擦性”、“油墨光泽及防渗性”、“增塑性”、“耐折性”和“改进光泽性”等特性。理想润滑剂应显示出的性能如下: （1）润滑涂料并改进其流动特性； （2）保证更为光滑的涂布； （3）改善涂布成品的光泽度； （4）改善成纸印刷适性； （5）减少纸张折叠时涂层的裂纹和脱皮； （6）在超级压光中减少或消除掉粉现象； 在不需要外加工序的情况下，用机械压光能对某些等级纸张进行精加工整饰。用于涂布润滑剂的化学物品归纳成以下八大类: （1）不溶性金属皂分散体； （2）水溶性皂类； （3）硫酸化或磺化油类； （4）脂肪酸酯类； （5）蜡、聚乙烯或其它碳氢化合物乳液类； （6）脂肪胺或酰胺(合成蜡)类； （7）聚乙二醇和聚乙二醇醚类； （8）大豆卵磷酯“油酸混合体。 上述各类润滑剂中，金属皂水性分散体、蜡乳液、含硬脂酸钙高固含量润滑剂混合体，是涂料涂布中最常用的润滑剂；硫酸化或磺化矿物油及一些天然或合成蜡分散体主要用于无颜料系统，如一些纸张或纸板表面需要单一增滑特性的场合；大豆卵磷酯“油酸混合体则是目前最新的一种涂布润滑剂。 2、主要润滑剂品种的组成与特性 2.1 不溶性金属皂分散体 不溶性或低溶解度金属皂由金属碱或氧化物与脂肪酸或溶解性皂反应而成。碱金属皂包括钙、锰、镁、铝、锌的硬脂酸盐、棕榈酸盐、蓖麻醇酸盐等。其中硬脂酸钙在润滑剂领域长期占据重要地位。 典型硬脂酸钙制备是将CaO制成Ca(OH)2，与来自动物或海洋生物或其它植物脂肪或油中的硬脂酸反应制得。硬脂酸钙的制造同样可以用氢氧化钙从溶解性皂(如硬脂酸钠)中析出。用此方法制得的硬脂酸钙，其规格和形状(片晶体)能得到控制。硬脂酸钙分散液制造者经改进其产品，现在可以出售具有低粘度、高固含量(57％)，通过325目筛，筛余物小于“.”1％的稳定产品。硬脂酸钙分散液通常用高剪切设备制造。在成品中用3％-5％非离子型或阴离子型表面活性剂作为分散剂。硬脂酸钙分散液多年来一直保持其主要涂料润滑剂地位。它经济、实用，在抗掉毛掉粉方面表现出优良的性能。 2.2水溶性皂类 水溶性皂类是用高溶解性碱同脂肪酸反应生成，包括铵、钠、钾等的金属氢氧化物与脂肪酸的反应物。这些皂类中最常用的有硬脂酸铵、硬脂酸钠和油酸钾。市场上可以购得这些化合物的无水状固体，硬脂酸铵和油酸钾亦可买到固含量高达33％的液态分散体。鉴于固含量相对低的硬脂酸钠是凝胶，这种化合物通常是在干式状态下采用。溶解性皂的熔点比不溶性皂的熔点低得多，由于它们在水中形成真溶液，干燥时它们在整个涂层中保持得更加分散，有随着载体进入原纸的倾向。因此，它们对涂料具有更多的增塑作用，而不像不溶性皂类那样具有抗掉毛掉粉性能及表面润滑性的作用。它们比不溶性皂类更大程度地提高粘度，尤其是在淀粉粘合的涂料中。水溶性皂类的使用随着刮刀涂布机低粘度涂布工艺的出现已逐渐减少。但它们仍在某些辊式涂布中应用。一些工厂习惯地将辊式涂布机用作预涂机。 2.3硫酸化和磺化油类 这类润滑剂包括硫酸化油类，由不饱和脂肪酸或脂类与硫酸反应而成，如土耳其红油(硫酸化蓖麻油)、硫酸化红油(硫酸化油酸)、硫酸鲸蜡油等。硫酸化油类在室温下为液体，是一种熔点很低的物料。据此,它们仅仅是中等效力涂布润滑剂，且和水溶物皂类一样，在干燥状态下保持分散在整个涂料中并有迁移入原纸的倾向。其主要作用是增塑和均涂作用。有时在某些蛋白质粘合涂料和全胶乳涂料中也用来降低粘度。这类物质都是强的润湿剂，因此在许多需要耐湿摩擦的涂布场合，它们的使用受到限制。 2.4脂肪酸酯类 用于涂料中的脂肪酸酯的主要类型是由脂肪酸或脂肪酸甘油脂与聚乙烯乙二醇(聚乙二醇)或氧化乙烯(环氧乙烷)反应生成的。这些产品通常称为PEG(聚乙二醇)酯类，其熔点和水溶性随聚乙二醇的用量增加而提高。通常具有低熔点(94.4e)且亲水性强，用之得到的粘度效应和溶解性皂类相似。由于是非离子型的，在酸性和碱性涂料中很稳定。其主要功能是起增塑和改进耐折性作用，但也能略微起点润滑作用。 2.5蜡乳液 对于淀粉类表面施胶和其它成膜材料，蜡乳液能起到改善平滑度、提高耐摩擦性、表面润滑性及耐折性。用于制造水性分散液的蜡材料的熔点范围从液态烃油到高熔点(>140e）聚氧化乙烯。根据涂布纸或纸板制造者的需要，选用合适的蜡类材料，包括石蜡、微晶蜡、聚氧化乙烯蜡及这些蜡的复配物。 2.5.1石蜡 市场上的石油石蜡是含有直链和支链的烷烃，平均分子360-400，熔点63-83e。完全精制蜡相当硬，外观白色，含有小于“.”5％的油组分；半精制蜡在颜色、硬度和油组分方面与精制蜡有区别，颜色从呈琥珀色至白色各异，针入度高一些，油成分1％-5％。对于纸和纸板的涂布要求而言，半精制蜡即可满足要求。 2.5.2微晶蜡 微晶蜡主要是烷基化环烷属烃，含有支链的异构石蜡及一些n-支链石蜡及小部分的烷基化芳香化合物。平均分子量580-700，熔点范围72-111℃。微晶蜡有相当小的晶体，具有与石蜡十分不同的特性，更耐折，有较大的抗张强度和良好的粘合特性，减少了纸张或纸板表面由于蜡的处理引起的打滑。 2.5.3聚氧化乙烯蜡 聚乙烯通过轻微的氧化后制得的分散液，能改善滑移性、耐摩擦性以及典型的与蜡应用有关的阻隔性。在颜料涂布中，聚氧化乙烯蜡的应用能给予良好的涂料塑性、耐折性以及良好的光泽。但它在抗尘埃方面比金属皂的效果差。这类商品的固体含量一般在30％-60％。高固含量的产品中含脂肪酸酯聚氧化乙烯醚、脲及PE蜡。通常水性分散液采用较低分子量的蜡。较高密度的蜡的参数为密度0.98g0cm3，熔点77.8e；低密度的蜡的参数为密度0.93g0cm3，熔点55.8e。蜡类乳液的制造通常是利用乳化剂使其在水中具有可分散性。按照乳化剂的类型，可制成阳离子型、阴离子型和非离子型的蜡乳液。近年来，蜡乳液的使用被局限于施胶压榨和压光施胶中，用在非颜料涂布改善印刷适性的特种涂布场合。聚氧化乙烯蜡通过喷淋，降低烘缸表面的摩擦系数，大大提高纸张起皱效率则是一个特例。 2.6脂肪胺类和酰胺类 这些产品是胺类，如乙烯二胺、二乙烯三胺，三乙烯四胺，与脂肪酸反应而成的，其熔点范围视所用的胺和脂肪酸而定。高熔点类型的通常叫合成石蜡。这类化学品一般是水不溶性，但可通过季胺化反应(阳离子化)，或用乳化剂，或用分散剂，将其分散在水中。作为润滑剂，在颜料涂布中具有明显改善光泽性的作用。而在增进抗掉毛掉粉性方面则不及不溶性皂类。其粘度视乳化剂或所用乳化分散工艺而定，一般介于蜡乳液与水溶性皂之间。 2.7聚乙二醇类和聚乙二醇醚类 聚乙二醇类包括从低分子量的乙烯乙二醇类(液体)到高分子量的聚乙烯乙二醇(固体)。丙烯乙二醇单体与乙烯乙二醇制成相似的产品或乙烯乙二醇混合物。乙烯乙二醇及其聚合体都是水溶性的且易于形成溶液，而丙烯乙二醇则随链长增加而失去水溶性。 与乙二醇或甲醇、乙醇、丁醇等反应而生成醚，这些醚的水溶性也随链长度及乙二醇单体不同而不同。聚乙二醇和聚乙二醇醚能使颜料涂布具有良好的光泽性能，但在抗掉毛掉粉和抗粘性能方面作用则很小。尽管在某些淀粉粘合剂涂料中发现了某些聚乙二醇能降低粘度，但在许多涂布配方中，它在粘度调节方面的功能很小。由于它们具有高度水溶性，聚乙烯乙二醇具有一些润湿剂的性质，并有助于涂料的可塑性，无疑该性质比任何原有的润滑性质更为明显。 2.8大豆卵磷酯油酸混合体 用作涂布润滑剂的最新材料是大豆卵磷酯混合体。这类二酯酰甘油酯产品据报道能提供优良的涂布流平性，减少刮刀拖痕、扫帚条,改善油墨光泽性。通常用于高浓涂布中。产品有含50％和100％活性组分两种。100％活性产品表现较差的流动性，使用过程须用位移泵或质量流量计量器直接输入涂料中。100％固含量的产品不会因冰冻损坏，在温度30.5℃下明显变稠；50％固含量的产品内含脲类物质。