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1、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

2、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

3、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,KozenyCarmen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

4、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

5、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PHil9.0,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,WhalenShaw研究了与涂料分散状态的各种改性

6、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

7、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

8、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12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

9、和淀粉的处理应不同1410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.5CMC<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

10、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,22oLee,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

11、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.WhalenShaw观察到颜料

12、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

13、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

14、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.,QualityOptimizationbyControlofCoatingStructure,1980CoatingConferenceProceedings,TappiPress,Atlanta,Pl1212Baumeister,M.,Weigl,J.,ActaPolymerica31(8):492,19803】Clark,N.O.,Windle,W.,andBeazley

15、,K.M.,Tappi52(11):2191,19694】Clark,N.O.,Windle,W.,Beazley,K.M.,PaperTradeJournal,48(6),19695Clark,N.O.,Windle,W.,Beazley,K.M.,LiquidvMigrationinBladeCoating,1969CoatingConferenceProceedings,TappiPress,Atlanta,P179【61Ottewill,R.H.,PhysicalChemistryofPigmentsinPaperCoating(C.L.Gary,Ed.),TappiPress,Atl

16、anta,1977,Chap.6【7】WhalenShaw,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

17、脂和CMCNa.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%,CMCNa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1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,2004.3:6-72徐能友.蔬菜纸开发生产研究初探1.轻工机械,2004(1):3738【3】姚晓敏,殷立红.蔬菜纸加工工艺的研究U】_食品科技,2000(6):2023f4】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):4345TheEffectonVegetablePaperEd

18、ibilityTextureofSodiumAlginateFanSuqin,ChenXinbing,YuGongming,WangChengzhong(CollegeofFoodEngineeringandBiotechnology,ShandongInstituteofLightIndustry,Jinan,250353)(QingdaoBrightMoonSeaweedGroupCO.,LTD,Qingdao,266400)Abstract:Thisarticlesmainlydiscussestheproductionofcarrotspaperwithalginate,agar,CM

19、C-Nawhicharethickeningagent.Throughorthogonaltest,wehavethebestformula:100%carrot,AlginateSodium0.8%,CMCNa0.5%.0.4%agar,glycerol2.5%.Keywords:carrotspaper;alginate;thickener;texture(上接第38页)EffectofCalcinedclaysonthe资料PrintabilityofCoatedRotogravureandOffsetPrintingPapers,1983CoatingConferenceProceed

20、ings,TappiPress,Atlanta,P9【9】Bundy,W.M.,HarrisonJ.L.,andIshleyJ.N.,ChemicallyInducedKaolinFlocStructuresforImprovedPaperCoating,1983CoatingConferenceProceedings,TappiPress,Atlanta,P175【10】Rowland,B.W.,PaperTradeJoumal,112(26):311,1941【11】Singleterry,C.,TechnicalAssociationPapem,25:641,1942【12】Davids

21、on,G.,PaperTradeJournal,110(24):318,1940AnalysisofpapercoatingbindermigrationusingcolloidalpropertyYanJinhua(Guangdongindustrytechnicalcollege)Abstract:Coatingismulticomponentcolloidalsystemmadeofpigment,binder,additivesandwater.Thecolloidalpropertyaffectsbindermigrationleve1.Pigmenteffectsoncolloid

22、alperformancepresentsduringcoatingwaterremovalwhichiscontrolledbypigmentwetting,relationofpigmentandbinder,biquidabsorptiononpigment.Watersolubelbinderandthickenerarethecomponentstoaffectcolloidalstabilitythroughtheiradsorptiontopigment.Latexiscolloiditselfandcouldbecomeunstablebycoagulation.Latexparticlesaredistributedintothenetworkofthepigmenttoformcoatingstructure.Thepaperintroducedseveralcoatingcolloidalperformanceandthewaysofbindermigrationinprovement.KeyWOrds:colloid;papercoating;bindermigration一42一上海造纸g40卷第2期