运用胶体特性探讨纸用涂料胶粘剂迁移.docx

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运用胶体特性探讨纸用涂料胶粘剂迁移

运用胶体特性探讨纸用涂料胶粘剂迁移

运用胶体特性探讨纸用涂料胶粘剂迁移

颜进华

（广东轻工职业技术学院轻化系,广州市新港西路152号,510300）

摘要:

涂料是由颜料,胶粘剂,添加剂及水组成的胶体系统,涂料胶体体系特性影

响胶粘剂迁移.颜料对涂料胶体特性的作用体现在涂料脱水速率过程中,颜

料的润湿能力,颜料与胶粘剂的相互作用及颜料对液相的吸附能力等对脱水

过程有影响.水溶性胶粘剂和增稠剂是另一个决定涂料胶体特性的成份,体

现在颜料颗粒吸附这些高聚物,使胶体体系变得更加稳定,这种体系只有在

一

定外部压力作用下才会产生胶粒与吸附物的分离.胶乳也是胶体体系的主

要成分,实际上胶乳本身也是一种胶体体系,当胶乳粒子因絮凝效应失稳时

会弱聚结.涂料中胶乳粒子可以看成是分散在颜料胶体体系的网络中.文中

重点举例介绍了多种涂料体系的胶体特性及改善胶粘剂迁移的研究结果.

关键词:

胶体纸涂料胶粘剂迁移

涂料是由颜料,胶粘剂,添加剂及水组

成的胶体系统.对涂料胶粘剂迁移的研究主要

集中在生产工艺过程的技术上,如涂料的固含

量,涂布设备及操作压力,干燥条件等.实际

上,涂料胶体体系稳定性也是影响胶粘剂迁移

的重要因素.当体系稳定性增加时,涂料自由

水渗出减少,胶粘剂迁移也相应减少.一般希

望涂料在固着之前水保持大,自由水脱除少,

即保持体系的胶体稳定性.体系中颜料,胶

乳,水溶性胶粘剂及增稠剂是涂料的主要成

份,也是影响胶体体系稳定性的主要因素.

1颜料在涂料胶体体系中的作用

颜料是涂料的主要组成成分,也是影响胶

粘剂迁移的主要因素之一,颜料在胶体体系中

的作用体现在脱水过程中,并可用静电稳定原

理进行说明.

脱水过程中颜料带着胶粘剂迁移.对颜料

脱水的研究有如下的发现.Baumeisteretaln,

报导颜料浆脱水是比表面积平方倒数的函数,

Kozeny—Carmen方程也预测粗瓷土浆形成的漏

饼渗透性较高.虽然BET表面积相同,各向异性

高的粒子如英国瓷土比各向异性小的美国瓷土

脱水差.他们还发现涂料失稳不仅降低凝固点

浓度,也增加脱水速度.脱水严重时,胶粘剂

迁移趋于严重.防止胶粘剂迁移的方法之一是

减缓颜料的脱水速度.

关于颜料对脱水的影响研究,Clarketal

表明,用天然胶粘剂（如干酪素,淀粉）,瓷

土的涂料,根据他们的测定,影响脱水程度及

速率的因素有:

（1）液相对颜料的润湿能力;

（2）液相的粘度;

（3）胶粘剂与颜料的相互作用,压力下胶

粘剂与颜料结合力（颜料的水合胶体）被破坏

的难易程度;

（4）颜料吸附液相的程度,它决定了体系

用于迁移的自由水的多少.

颜料的脱水可用电性稳定性进行解释.瓷

土和碳酸钙是涂料中常用颜料,在添加分散剂

进行颜料分散时,分散剂化学吸附于瓷土粒子

边缘和碳酸钙粒子表面,产生过多的负电荷而

稳定,这种稳定称作静电稳定,用以下公式表

一

36一上海造纸第40卷第2期

达,净势能为正时稳定增加:

公式:

v=vR+vA

V:

相互作用净势能;

VR:

静电排斥能;

VA:

吸引能.

吸引能VA有材料依赖性,静电排斥势能

VR则依赖于表面电荷和电解质浓度.除颜料

本身的特性外,其它成分与颜料的相互作用也

很重要.这样在涂料的配制过程中,必需考虑

各自的电性.胶乳带负电,颜料与胶乳粒子间

势能为正值（排斥）,非胶乳胶粘剂如淀粉和

蛋白质一般与带负电的粒子相容;各向异性蛋

白质也常配成带负电荷的溶液,如用碱调PHil]

9.0,其它添加剂如保水剂,流变改性剂,润滑

剂,抗水剂等也都配成与负电的颜料胶体粒子

相容的形式,于是,以上所有组分配成的分散

体系净势能为正,体系具有胶体稳定性.

根据胶体稳定原理,Whalen—Shaw研究了

与涂料分散状态的各种改性方法,指出对颜料

分散液有两种不同的方法进行改性:

预结构化

和后结构化.前者如锻烧瓷土嘲和化学絮聚瓷土

可改变颜料的分散状态,使涂料结构在物理特

性上发生改变.提高颜料的分散稳定性的方法

是后结构化在涂料配制过程中维持体系净势能

为正的具体运用.

2水溶性胶粘剂和增稠剂的影响

水溶性胶粘剂和增稠剂包括淀粉,聚乙烯

醇,CMC和海藻酸钠等,在涂料中可吸收大量

的自由水,显着增大涂料的水保持,控制水渗

透,是控制胶粘剂迁移的常用物质.它们对胶

体稳定性的贡献体现在颜料颗粒吸附这些高聚

物,当它们带有电荷时,则增加了胶粒问的静

电斥力位能;同时减少了范德华吸力位能;还

由于聚合物的吸附产生了空间斥力位能.这些

作用的结果使胶体体系变得更加稳定.这种体

系只有在一定外部压力作用下才会产生胶粒与

吸附物的分离.

淀粉涂料中,淀粉与颜料的相互作用因

颜料粒度,形状和化学特性不同而不同,形成

的涂料水保持也不一样,在胶粘剂迁移的过程

中结果也不相同.对压力脱水和毛细脱水都有

影响.改变淀粉用量,固含量,分子量,淀粉

种类,氧化量及是否含羟乙醛对毛细脱水没有

影响,而对压力脱水影响很大.因为运用外部

压力可迫使水与淀粉一起同时从涂料中分离,

颜料与淀粉胶粘剂的相互作用强弱直接影响这

种分离.根据颜料粒度,形状和化学特性的不

同,对水合胶体的吸收及湿涂结构的形成及水

保持也随之发生明显变化.这个结构在剪切力

和压力下的稳定性影响滤饼的产生和颜料的堆

砌.在滤饼的形成中,孔大小和颜料对水吸收

和对水合胶体的化学亲合性有益于压力脱水与

毛细脱水平衡的建立.

通过对淀粉渗透的研究得到如下结论:

（1黜水分防止胶粘剂向原纸的转移;

（2）原纸施胶度和孔隙度是控制淀粉渗透的

极重要因素;

（3）涂料或涂料组分以1～2渗入原纸时,

与原纸结合较好;

（4）干燥时间最长,印刷油墨接受最少别;

（5）没有施胶的纸吸收性经配料调整和纤维

处理后,渗透效果最明显H.l.

除对淀粉一颜料体系的研究外,这里还介

绍几种其它的发现.Clarketal,,通过研究发

现:

淀粉涂料中使用更粘级的淀粉或胶乳涂料

中用增稠剂如海藻酸钠或CMC,它们在胶体粒

子上的吸附程度是不同的.人们也发现控制胶

粘剂迁移方法中对CMC和淀粉的处理应不同

141

0要控制糊版和胶粘剂迁移,在CMC胶乳系

统中,必须有足够高的水保持使脱水率缓慢.

Kranich研究了各种水合胶体控制胶乳迁移的

能力,用K&N油墨进行评估.发现含有12份胶

乳的胶乳/水合胶体的涂料中,胶乳迁移量顺序

为:

含4份干酪素<2份PVA<I.5~CMC<5份淀

粉.Bushhousen最近对水合胶体类型影响进行

了研究,发现降低涂层表面胶乳浓度的有效顺

序为:

海藻酸钠>羧甲基纤维素钠>聚乙烯醇.

总之,水合胶体,增稠剂和天然胶粘剂

对胶粘剂迁移影响体现在胶体体系的稳定性方

面,聚合物在胶粒上的吸附产生的空间稳定效

2009年4月一37—

应越大,体系越稳定,水渗透减少,

剂迁移也少.

3胶乳在涂料胶体特性的作用

因而胶粘,提供功能团与瓷土粒子亲合力,22]oLee,

胶乳是涂料组分中另一个重要部分.实际

上胶乳本身也是一种胶体体系,静态条件下,

普通丁二烯苯乙烯胶乳以很弱的双粒子,三粒

子和四粒子聚集状态分散阻刚.当胶乳粒子因絮

凝效应失稳时会弱聚结.但是涂料的主要组分

是颜料,占80%以上的重要比例,胶乳粒子可

以看成是分散在颜料胶体体系的网络中,这种

体系主要还是要考虑颜料本身的稳定,然后才

是各组份与胶乳的相容性.

下面列举几种常见涂料的胶体特性研究结

果.

（1）CMC一胶乳涂料为第一类涂料.CMC

通过对颜料粒子吸附架桥形成不牢固的网络,

这种涂料湿涂结构具有剪切稀化性n.研究表

明添加量少于0.75%CMC可使瓷土或瓷土,

胶乳混合物稳定性改善n引.静态条件下这些结

果可解释相应的胶乳的分布现象,但对高速涂

布,因剪切力,离心力及超重作用下稳定的胶

体将失稳,影响最终干涂层胶乳分布.

（2）淀粉,胶乳涂料代表第二类涂料.淀

粉因吸附于瓷土粒子上降低了粒子聚结程度.

这种稳定属于静态稳定n,胶乳一淀粉体系稳

定性也增加,固着浓度比纯瓷土增加约2%.

（3）蛋白质,胶乳涂料为第三类胶体类

型涂料.蛋白质胶粘剂具有独特性,它是两性

聚合物,带正负两种电荷.虽然蛋白质在纸涂

料中PH大于8.5,主要体现负电荷,但还保留一

些正电荷,可与瓷土粒子强烈吸引.Whalen—

Shaw观察到颜料表面附近的蛋白分子浓度

较高,颜料粒子松散絮聚.他也发现蛋白质净

负荷减少增加了瓷土聚结程度,降低了固着浓

度,相对沉降体积驵增加,胶乳向表层迁移也

减少.

（4）有交互作用的胶乳为另一类胶体体

系,它对瓷土具有亲合力.胶乳用交联聚合

物与瓷土粒子作用”,它可降低表面电荷密度

Louman和Moss采用各种方法以改善涂料留

着,纤维覆盖,胶粘剂迁移,发现改善胶粘剂

与瓷土的相互作用可改进涂料结构.对LWC纸

涂料结构研究,Baumeister和Kraft【1发现,降低

胶粘剂粒子表面电荷密度,增强胶粘剂与颜料

表面的吸附亲合力,可控制涂料固着浓度.他

们也发现颜料,胶粘剂相互作用增强时可预防

胶粘剂迁移.胶粘剂或交联剂与颜料粒子的相

互作用是消除胶粘剂迁移的最佳方法.如聚乙

烯醋酸胶乳能通过氢键与瓷土粒子发生较强的

相互作用,比丁二烯苯乙烯或丙烯酸胶乳的迁

移少.还有,疏水改性纤维素增稠剂既可与瓷

土也可与胶乳交联引,其粘度显着增大表明聚

集较强.它~LCMC涂料的固着浓度低得多钔,

这些增稠剂在胶乳上的吸附增大水力体积,减

少了胶乳迁移.瓷土吸附这些增稠剂也更增强

了其水力体积.从IGT拉毛强度实验可看出这种

疏水改性增稠剂对胶粘剂迁移的控制效果.

涂料体系是一个多组分的胶体体系,胶体

越稳定的体系胶粘剂迁移越少.涂料的主要组

分如颜料,水溶性胶粘剂,增稠剂,胶乳等对

胶体体系稳定不可缺少.但各个组分对胶体的

贡献大小不一样,各个组分间的相互作用及本

身的电性等也都不同,因而形成的涂料体系稳

定性也有差别.总体上,相互作用越强,或本

身的吸水性越大,体系的自由水越少,造成越

稳定的胶体体系,胶粘剂迁移就小.

参考文献

…1Baumeister,M.andKraft,K.,QualityOptimizationby

ControlofCoatingStructure,1980CoatingConference

Proceedings,TappiPress,Atlanta,Pl1

『212Baumeister,M.,Weigl,J.,ActaPolymerica31（8）:

492,1980

[3】Clark,N.O.,Windle,W.,andBeazley,K.M.,Tappi52（11）:

2191,1969

[4】Clark,N.O.,Windle,W.,Beazley,K.M.,PaperTradeJournal,

48（6）,1969

[5]Clark,N.O.,Windle,W.,Beazley,K.M.,LiquidvMigration

inBladeCoating,1969CoatingConferenceProceedings,

TappiPress,Atlanta,P179

【61Ottewill,R.H.,PhysicalChemistryofPigmentsinPaper

Coating（C.L.Gary,Ed.）,TappiPress,Atlanta,1977,Chap.6

【7】Whalen—Shaw,M.,CoatingConferenceProceedings,

TappiPress,Atlanta,P9

【8】Hollingsworth,1K.LOonesd.P.E.,andBonney,C.,The

（下转第42页）

一

38一上海造纸第40卷第2期

产品营养损失小,产品含水量小,便于运输和贮

存.这种产品可用作盒装食品的个体包装或直

接当作方便食品食用,既能减少环境污染,又

能增强食品美感,因而很受消费者欢迎.

本实验选取最佳含水率14.52%,烘烤温度

为60℃.选择增稠剂的单因素试验,确定了海

藻酸钠的目数为370mpa.S,另外两种增稠剂为

琼脂和CMC—Na.通过正交试验分析得胡萝b

蔬菜纸的最佳配方为:

胡萝卜100%,海藻酸

钠0.8%,CMC—Na为0.5%,琼脂0.4%,甘油

2.5%.利用这一配方制备的胡萝卜蔬菜纸,柔

软,光滑且富有弹性

参考文献

Ⅲ1李平,郁网庆.国内外胡萝卜产业现状与前景展望fM1.

中国果菜,2004.3:

6-7

[2]徐能友.蔬菜纸开发生产研究初探Ⅱ1.轻工机械,2004

（1）:

37—38

【3】姚晓敏,殷立红.蔬菜纸加工工艺的研究U】_食品科技,

2000（6）:

20——23

f4】陆宁,高恒景,段道富,甘嫒媛.蔬菜纸加工技术参数的

研究.食品研究与开发,2004,（01）:

43—45

TheEffectonVegetablePaperEdibilityTextureofSodiumAlginate

FanSuqin,ChenXinbing,YuGongming,WangChengzhong

（CollegeofFoodEngineeringandBiotechnology,ShandongInstituteofLightIndustry,Jinan,250353）

（QingdaoBrightMoonSeaweedGroupCO.,LTD,Qingdao,266400）

Abstract:

Thisarticlesmainlydiscussestheproductionofcarrotspaperwithalginate,agar,CMC-Nawhich

arethickeningagent.Throughorthogonaltest,wehavethebestformula:

100%carrot,AlginateSodium0.8%,

CMC—Na0.5%.0.4%agar,glycerol2.5%.

Keywords:

carrotspaper;alginate;thickener;texture

（上接第38页）

EffectofCalcinedclaysonthe资料PrintabilityofCoated

RotogravureandOffsetPrintingPapers,1983Coating

ConferenceProceedings,TappiPress,Atlanta,P9

【9】Bundy,W.M.,HarrisonJ.L.,andIshleyJ.N.,Chemically

InducedKaolinFlocStructuresforImprovedPaper

Coating,1983CoatingConferenceProceedings,Tappi

Press,Atlanta,P175

【10】Rowland,B.W.,PaperTradeJoumal,112（26）:

311,1941

【11】Singleterry,C.,TechnicalAssociationPapem,25:

641,1942

【12】Davidson,G.,PaperTradeJournal,110（24）:

318,1940

Analysisofpapercoatingbindermigrationusingcolloidalproperty

YanJinhua

（Guangdongindustrytechnicalcollege）

Abstract:

Coatingismulti—componentcolloidalsystemmadeofpigment,binder,additivesandwater.The

colloidalpropertyaffectsbindermigrationleve1.Pigmenteffectsoncolloidalperformancepresentsduring

coatingwaterremovalwhichiscontrolledbypigmentwetting,relationofpigmentandbinder,biquid

absorptiononpigment.Watersolubelbinderandthickenerarethecomponentstoaffectcolloidalstability

throughtheiradsorptiontopigment.Latexiscolloiditselfandcouldbecomeunstablebycoagulation.Latex

particlesaredistributedintothenetworkofthepigmenttoformcoatingstructure.Thepaperintroduced

severalcoatingcolloidalperformanceandthewaysofbindermigrationinprovement.

KeyWOrds:

colloid;papercoating;bindermigration

一

42一上海造纸g40卷第2期