發(fā)表論文
特種裝飾紙用云母鈦改性及性能應用研究
* 來源: 河北麥森 * 作者: * 發(fā)表時間: 2016-10-27 14:50:34
特種裝飾紙用云母鈦改性及性能應用研究
Special decorative paper with mica titanium Modification and Application Performance
張建平1、張川2、張千2
(1.河北麥森鈦白粉有限公司總工程師 2. 河北麥森鈦白粉有限公司工程師)
摘要：本文主要研究了采用無機非金屬礦物粒子作為內(nèi)核，表面包覆一層TiO2制得的新型珠光填料，以期能夠在裝飾紙的生產(chǎn)中替代價格昂貴的鈦白粉。并針對特殊裝飾珠光紙用鈦白粉技術(shù)要求，對珠光鈦白粉在裝飾紙上的應用性能做了一定的研究。結(jié)果表明，云母在用TiO2包覆后，云母鈦白粉白度、遮蓋力與鈦白粉原料接近，并具有特殊的珠光顏料性能。
關(guān)鍵詞：裝飾紙、云母鈦白粉、改性、留著率
Abtrct: In this paper, the method of coating a layer of TiO2 on the surface of inorganic non-metallic mineral particles is studied. Create new pearl for decorative paper packing, in order to replace expensive Titanium dioxide. And according to the requirements of the special decorative paper with pearly white technology, Pearl pigment was studied in titanium dioxide in the application of decorative paper performance. The results show that mica after TiO2 coating, mica titanium dioxide whiteness, cover and titanium dioxide material close to, and has a special pearl pigment properties.
Key word: Decorative paper, composite titanium dioxide, modified, retention rate
一、引言
裝飾紙所用填料，其作用是改善紙張的光學性能，提高其不透明度。裝飾原紙是生產(chǎn)裝飾板的基本材料，生產(chǎn)過程中需要通過高壓三聚氰胺樹脂浸漬過程，原紙需具備灰分含量低、遮蓋能力高、吸水能力強和強度高等特點。與其他填料相比，二氧化鈦白度高、密度大、顆粒細小而均勻，折射率高，作為造紙?zhí)盍嫌衅洫毺氐膬?yōu)點。同時，二氧化鈦化學性質(zhì)穩(wěn)定，適于各種條件下的抄紙；散射系數(shù)大，能顯著提高紙張的不透明度，增加填料的覆蓋率和留著率。但是鈦白粉價格昂貴，為降低鈦白粉的實際用量緩解其生產(chǎn)和應用中存在的資源、環(huán)境、成本和需求等制約問題，本文中采用無機非金屬礦物作為內(nèi)核，在其表面包覆一層TiO2粒子的方法制備云母鈦白粉來代替部分鈦白粉。制備珠光鈦白粉的方法主要有機械力化學法包覆、化學沉淀反應包覆等，其中機械力化學包覆方法因伴有強烈的機械力活化作用被認為是制備云母顆粒最有效和最具前景的方法。
二、實驗部分
2.1 實驗原料
進口長纖紙漿(針葉漿)、短纖紙漿(闊葉漿)；河北麥森公司產(chǎn)鈦白粉(A-217、R-916)；云母粉，由河北省靈壽縣星光云母粉廠提供；助留劑APAM，由上海普懿公司提供。
2.2設備和儀器
PL4-00打漿機、PL6-OA抄片器、XLB平板硫化機、德國Zeta電位儀、自動涂膜器、遮蓋力測試板、歐美克LS900激光粒度分析儀、白度儀、反射率測試儀、XTP高速多功能搖擺粉碎機等、DDS-11A數(shù)顯電導率儀。
2.3云母粉體制備方法
取定量經(jīng)微細處理的云母粉，將其加入酸溶液中并恒溫下攪勻制漿。酸洗粉經(jīng)水洗、抽濾，再轉(zhuǎn)至已盛裝鈦白粉及少量表面活性劑的球磨罐中，加入球磨介質(zhì)并濕磨陳化、過濾、干燥，進而得到樣品。試驗制備流程見圖1。
2.4裝飾紙中填料性能測試方法
2.4.1填料遮蓋力的測試方法(企業(yè)方法)
取丙烯酸33.6g、二甲苯8.4g、填料21g和直徑2mm玻璃珠50g置于玻璃罐中，放在快手實驗架上振蕩20min。然后在自動涂膜器上用黑白格紙進行涂膜刮板，待黑白格紙晾干后置于反射率測試儀下測定涂料在黑白區(qū)域不同的折射率，遮蓋力X按下式計算：
X=W2/W1×100%
式中：W1—涂料在黑白格紙白色區(qū)域的反射率；
W2—涂料在黑白格紙黑色區(qū)域的反射率；
2.4.2 Zeta電位測試方法??
將填料配成6%的固體懸浮液，采用Zeta電位測量儀測量填料的Zeta電位。
2.4.3填料粒徑大小和分布
用歐美克LS900激光粒度分析儀進行檢測，檢測前事先分散好填料并用超聲波分散l0min備用。
2.4.4填料在紙張中留著率的測試方法
將紙漿、助劑以及填料按照一定的比例混合均勻，用抄片機抄造克重為80g/m2的手抄片。壓榨條件壓力20kPa，時間1min；干燥器干燥。
將紙頁灰分和漿料中填料絕干量按下式計算填料全程留著率R (%)：
R=WB/WA×100%
WA—混合漿料中填料的絕干量g；
WB—紙頁灰分絕干量g。
三、結(jié)果與討論
3.1 云母鈦填料遮蓋力分析
遮蓋力是指當一物體涂以某種涂料時，涂料中的顏料能遮蓋住被涂物體表面的底色，使這底色不能透過涂料而顯露出來的能力。折射率大的顏料有較大的遮蓋力，涂料在黑白區(qū)域的折射率比值越大，遮蓋力也越好。試驗用云母鈦白粉和A-217、R-916的遮蓋力見下表：
表1 不同填料的遮蓋力
鈦白粉最主要的顏料性能就是具有極強的遮蓋力，從表1可以也看出，R-916的遮蓋力值最大，因此它的遮蓋性能是最好的。包覆前云母遮蓋力值都小于50%，基本可以認為沒有遮蓋力；但是包覆后遮蓋力值都大幅上升，接近于鈦白粉。這也驗證了二氧化鈦確實有沉積在母體的表面，這樣對云母鈦填料的性質(zhì)有一定的促進作用，具備了鈦白粉的一些特性。
3.2 粒徑分布結(jié)果
為了提高裝飾紙的遮蓋力，裝飾紙主要以遮蓋力高的鈦白粉作為填料。影響填料遮蓋力的主要因素有折射率、粒徑大小和分布等，本文對幾種填料的粒徑大小和分布進行了分析，分析結(jié)果見下表2和圖2。??
表2 不同填料的粒徑大小
資料表明，鈦白粉粒徑在0.2μm時，散射系數(shù)最高，這時鈦白粉的消色力和遮蓋率最優(yōu)；而且性能優(yōu)良的鈦白粉其粒度分布應盡可能的窄，有利于提高光散射率。從表2和圖2看到R-云的粒徑最小，雖說粒徑小散射系數(shù)高，但使用時會容易隨水流失，保留率低，因此粒徑也不是越小越好。后面留著率的試驗結(jié)果也驗證了這一點。
3.3 Zeta電位和電導率分析
分析填料的Zeta電位對濕部化學的優(yōu)化與控制有重要意義，有助于選擇合適的化學助劑。Zeta電位是表征膠體分散系穩(wěn)定性的重要指標，分子或分散粒子越小，Zeta電位(絕對值)越高，體系越穩(wěn)定。反之，Zeta電位(絕對值)越低，越傾向于凝結(jié)或凝聚，即吸引力超過了排斥力，分散被破壞而發(fā)生凝結(jié)或凝聚。幾種填料的懸浮液Zeta電位和電導率見下表3。
表3 幾種填料Zeta電位和電導率結(jié)果
從表3結(jié)果可以看出，A-云和R-云的Zeta電位(絕對值)較高，預測其分散液穩(wěn)定性最好，916的的Zeta電位(絕對值)最小，因而其穩(wěn)定性也應該較差，試驗中其懸浮液沉降最快，易發(fā)生凝聚。因此，單就填料的分散性這一點，實驗中的4種云母鈦白粉比純鈦白粉有優(yōu)勢。
3.4 抄紙留著率結(jié)果
分別在添加助留劑0.12%APAM和未加助留劑的情況下，抄造加填量分別為30%、40%、50%的裝飾原紙并測定試驗紙樣的灰分，結(jié)果如圖3、圖4所示。
圖3未加助劑紙張的灰分 圖4添加助劑紙張的灰分
從圖3、圖4可以看出，未加助劑時兩種填料的成紙灰分都很低，都在10%以下。隨著填料用量的增加，灰分含量基本呈上升趨勢；相同的填料用量，916鈦白粉成紙灰分最高，R-云最低。添加助留劑后，三種填料的成紙灰分都有不同程度的增長，尤其是R-云增長的幅度很大，這是由于助留劑在不同顆粒間架橋形成大絮聚體而起到助留效果，特別是對粒度比較小的填料留著作用較明顯。
四、結(jié)論?
1.云母鈦珠光顏料具有良好的光散射能力，白度好，著色能力高，遮蓋力強，珠光顏料性能好，同時具有較高的化學穩(wěn)定性和較好的耐侯性，是裝飾原紙理想的填料。
2.云母鈦珠光顏料應用于裝飾紙?zhí)盍�，可對其平滑度、光澤度、白度、不透明度和油墨吸收性有重要影響，其填料在裝飾紙中的主要特性是：
(1)填平紙面，以提高紙面的平滑度，改善紙的外觀；
(2)賦予紙面所需要的光學性能，主要是提高涂布紙亮度、不透明度和光澤度；
(3)改善紙張對油墨的吸收性，使之適合印刷的要求。
參考文獻
[1] 吳婷婷,陳躍,晏育剛,謝登崗. 裝飾層壓紙用鈦白粉技術(shù)現(xiàn)狀的研究[J].寧波化工.2011,2:22～26.
[2] 駱志榮.鈦白粉對裝飾紙光學性能的影響[J].造紙化學品. 2015,46: 37～40.
[3] 劉瑞恒,付時雨.裝飾原紙質(zhì)量的影響因素及生產(chǎn)工藝控制[J].上海造紙.2007,38(5):18～21.
[4]榮葵一,宋秀敏.非金屬礦物與巖石材料工藝學[M].武漢:武漢工業(yè)大學出版社,1996.
[5] 喬文峰.鈦白粉用作漿內(nèi)加填的生產(chǎn)實踐[J].紙和造紙.2005,2:21～22.
[6] Howard P B,Paifitt GD. The Precipition of Silica/Alumina on Titanium Dioxide Surface[J].Coat Chem Acta,2004,50(6):483~489
[7] Ninness ,B.J. Formation of a thin TIO2 layer on the surfaces of silica and kaolin Pigments through atomic layer deposition[J].Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2003,214(3): 195~204
[8] M i G M, Saito F, Hanada M. Effects of milling of mixture of calcium and silica Gel on formation of dicalcium silicate by hesting and its hydration[J].Inorganic Materials,1997,4:591~595
Special decorative paper with mica titanium Modification and Application Performance
張建平1、張川2、張千2
(1.河北麥森鈦白粉有限公司總工程師 2. 河北麥森鈦白粉有限公司工程師)
摘要：本文主要研究了采用無機非金屬礦物粒子作為內(nèi)核，表面包覆一層TiO2制得的新型珠光填料，以期能夠在裝飾紙的生產(chǎn)中替代價格昂貴的鈦白粉。并針對特殊裝飾珠光紙用鈦白粉技術(shù)要求，對珠光鈦白粉在裝飾紙上的應用性能做了一定的研究。結(jié)果表明，云母在用TiO2包覆后，云母鈦白粉白度、遮蓋力與鈦白粉原料接近，并具有特殊的珠光顏料性能。
關(guān)鍵詞：裝飾紙、云母鈦白粉、改性、留著率
Abtrct: In this paper, the method of coating a layer of TiO2 on the surface of inorganic non-metallic mineral particles is studied. Create new pearl for decorative paper packing, in order to replace expensive Titanium dioxide. And according to the requirements of the special decorative paper with pearly white technology, Pearl pigment was studied in titanium dioxide in the application of decorative paper performance. The results show that mica after TiO2 coating, mica titanium dioxide whiteness, cover and titanium dioxide material close to, and has a special pearl pigment properties.
Key word: Decorative paper, composite titanium dioxide, modified, retention rate
一、引言
裝飾紙所用填料，其作用是改善紙張的光學性能，提高其不透明度。裝飾原紙是生產(chǎn)裝飾板的基本材料，生產(chǎn)過程中需要通過高壓三聚氰胺樹脂浸漬過程，原紙需具備灰分含量低、遮蓋能力高、吸水能力強和強度高等特點。與其他填料相比，二氧化鈦白度高、密度大、顆粒細小而均勻，折射率高，作為造紙?zhí)盍嫌衅洫毺氐膬?yōu)點。同時，二氧化鈦化學性質(zhì)穩(wěn)定，適于各種條件下的抄紙；散射系數(shù)大，能顯著提高紙張的不透明度，增加填料的覆蓋率和留著率。但是鈦白粉價格昂貴，為降低鈦白粉的實際用量緩解其生產(chǎn)和應用中存在的資源、環(huán)境、成本和需求等制約問題，本文中采用無機非金屬礦物作為內(nèi)核，在其表面包覆一層TiO2粒子的方法制備云母鈦白粉來代替部分鈦白粉。制備珠光鈦白粉的方法主要有機械力化學法包覆、化學沉淀反應包覆等，其中機械力化學包覆方法因伴有強烈的機械力活化作用被認為是制備云母顆粒最有效和最具前景的方法。
二、實驗部分
2.1 實驗原料
進口長纖紙漿(針葉漿)、短纖紙漿(闊葉漿)；河北麥森公司產(chǎn)鈦白粉(A-217、R-916)；云母粉，由河北省靈壽縣星光云母粉廠提供；助留劑APAM，由上海普懿公司提供。
2.2設備和儀器
PL4-00打漿機、PL6-OA抄片器、XLB平板硫化機、德國Zeta電位儀、自動涂膜器、遮蓋力測試板、歐美克LS900激光粒度分析儀、白度儀、反射率測試儀、XTP高速多功能搖擺粉碎機等、DDS-11A數(shù)顯電導率儀。
2.3云母粉體制備方法
取定量經(jīng)微細處理的云母粉，將其加入酸溶液中并恒溫下攪勻制漿。酸洗粉經(jīng)水洗、抽濾，再轉(zhuǎn)至已盛裝鈦白粉及少量表面活性劑的球磨罐中，加入球磨介質(zhì)并濕磨陳化、過濾、干燥，進而得到樣品。試驗制備流程見圖1。
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二氧化鈦
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表面活性劑
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熱浴
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云母原料微細化
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云母制漿
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一次內(nèi)核改性
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洗滌抽濾
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二次雙基改性
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機械包覆
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抽濾干燥粉碎
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復合粉體
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圖1 云母鈦的制備工藝流程
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2.4裝飾紙中填料性能測試方法
2.4.1填料遮蓋力的測試方法(企業(yè)方法)
取丙烯酸33.6g、二甲苯8.4g、填料21g和直徑2mm玻璃珠50g置于玻璃罐中，放在快手實驗架上振蕩20min。然后在自動涂膜器上用黑白格紙進行涂膜刮板，待黑白格紙晾干后置于反射率測試儀下測定涂料在黑白區(qū)域不同的折射率，遮蓋力X按下式計算：
X=W2/W1×100%
式中：W1—涂料在黑白格紙白色區(qū)域的反射率；
W2—涂料在黑白格紙黑色區(qū)域的反射率；
2.4.2 Zeta電位測試方法??
將填料配成6%的固體懸浮液，采用Zeta電位測量儀測量填料的Zeta電位。
2.4.3填料粒徑大小和分布
用歐美克LS900激光粒度分析儀進行檢測，檢測前事先分散好填料并用超聲波分散l0min備用。
2.4.4填料在紙張中留著率的測試方法
將紙漿、助劑以及填料按照一定的比例混合均勻，用抄片機抄造克重為80g/m2的手抄片。壓榨條件壓力20kPa，時間1min；干燥器干燥。
將紙頁灰分和漿料中填料絕干量按下式計算填料全程留著率R (%)：
R=WB/WA×100%
WA—混合漿料中填料的絕干量g；
WB—紙頁灰分絕干量g。
三、結(jié)果與討論
3.1 云母鈦填料遮蓋力分析
遮蓋力是指當一物體涂以某種涂料時，涂料中的顏料能遮蓋住被涂物體表面的底色，使這底色不能透過涂料而顯露出來的能力。折射率大的顏料有較大的遮蓋力，涂料在黑白區(qū)域的折射率比值越大，遮蓋力也越好。試驗用云母鈦白粉和A-217、R-916的遮蓋力見下表：
表1 不同填料的遮蓋力
| 填料 | A-云 | R-云 | A-107 | R-916 | |
| 遮蓋力(%) | 包覆前 | ＜50 | ＜50 | ||
| 包覆后 | 87.6 | 92.4 | 92.9 | 97.09 |
3.2 粒徑分布結(jié)果
為了提高裝飾紙的遮蓋力，裝飾紙主要以遮蓋力高的鈦白粉作為填料。影響填料遮蓋力的主要因素有折射率、粒徑大小和分布等，本文對幾種填料的粒徑大小和分布進行了分析，分析結(jié)果見下表2和圖2。??
表2 不同填料的粒徑大小
| D(0.1)μm | D(0.5)μm | D(0.9)μm | 比表面積m2/g | |
| A-云 | 0.469 | 1.151 | 2.931 | 7.69 |
| R-云 | 0.949 | 1.761 | 3.105 | 3.75 |
| R-916 | 0.952 | 2.246 | 4.849 | 3.2 |
資料表明，鈦白粉粒徑在0.2μm時，散射系數(shù)最高，這時鈦白粉的消色力和遮蓋率最優(yōu)；而且性能優(yōu)良的鈦白粉其粒度分布應盡可能的窄，有利于提高光散射率。從表2和圖2看到R-云的粒徑最小，雖說粒徑小散射系數(shù)高，但使用時會容易隨水流失，保留率低，因此粒徑也不是越小越好。后面留著率的試驗結(jié)果也驗證了這一點。
3.3 Zeta電位和電導率分析
分析填料的Zeta電位對濕部化學的優(yōu)化與控制有重要意義，有助于選擇合適的化學助劑。Zeta電位是表征膠體分散系穩(wěn)定性的重要指標，分子或分散粒子越小，Zeta電位(絕對值)越高，體系越穩(wěn)定。反之，Zeta電位(絕對值)越低，越傾向于凝結(jié)或凝聚，即吸引力超過了排斥力，分散被破壞而發(fā)生凝結(jié)或凝聚。幾種填料的懸浮液Zeta電位和電導率見下表3。
表3 幾種填料Zeta電位和電導率結(jié)果
| 填料 | Zeta電位mV | 電導率mS/cm |
| A-云 | -66.9 | 0.544 |
| R-云 | -54.64 | 0.50 |
| 916 | -3.5 | 0.536 |
3.4 抄紙留著率結(jié)果
分別在添加助留劑0.12%APAM和未加助留劑的情況下，抄造加填量分別為30%、40%、50%的裝飾原紙并測定試驗紙樣的灰分，結(jié)果如圖3、圖4所示。
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灰分%
|
|
灰分%
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圖3未加助劑紙張的灰分 圖4添加助劑紙張的灰分
從圖3、圖4可以看出，未加助劑時兩種填料的成紙灰分都很低，都在10%以下。隨著填料用量的增加，灰分含量基本呈上升趨勢；相同的填料用量，916鈦白粉成紙灰分最高，R-云最低。添加助留劑后，三種填料的成紙灰分都有不同程度的增長，尤其是R-云增長的幅度很大，這是由于助留劑在不同顆粒間架橋形成大絮聚體而起到助留效果，特別是對粒度比較小的填料留著作用較明顯。
四、結(jié)論?
1.云母鈦珠光顏料具有良好的光散射能力，白度好，著色能力高，遮蓋力強，珠光顏料性能好，同時具有較高的化學穩(wěn)定性和較好的耐侯性，是裝飾原紙理想的填料。
2.云母鈦珠光顏料應用于裝飾紙?zhí)盍�，可對其平滑度、光澤度、白度、不透明度和油墨吸收性有重要影響，其填料在裝飾紙中的主要特性是：
(1)填平紙面，以提高紙面的平滑度，改善紙的外觀；
(2)賦予紙面所需要的光學性能，主要是提高涂布紙亮度、不透明度和光澤度；
(3)改善紙張對油墨的吸收性，使之適合印刷的要求。
參考文獻
[1] 吳婷婷,陳躍,晏育剛,謝登崗. 裝飾層壓紙用鈦白粉技術(shù)現(xiàn)狀的研究[J].寧波化工.2011,2:22～26.
[2] 駱志榮.鈦白粉對裝飾紙光學性能的影響[J].造紙化學品. 2015,46: 37～40.
[3] 劉瑞恒,付時雨.裝飾原紙質(zhì)量的影響因素及生產(chǎn)工藝控制[J].上海造紙.2007,38(5):18～21.
[4]榮葵一,宋秀敏.非金屬礦物與巖石材料工藝學[M].武漢:武漢工業(yè)大學出版社,1996.
[5] 喬文峰.鈦白粉用作漿內(nèi)加填的生產(chǎn)實踐[J].紙和造紙.2005,2:21～22.
[6] Howard P B,Paifitt GD. The Precipition of Silica/Alumina on Titanium Dioxide Surface[J].Coat Chem Acta,2004,50(6):483~489
[7] Ninness ,B.J. Formation of a thin TIO2 layer on the surfaces of silica and kaolin Pigments through atomic layer deposition[J].Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2003,214(3): 195~204
[8] M i G M, Saito F, Hanada M. Effects of milling of mixture of calcium and silica Gel on formation of dicalcium silicate by hesting and its hydration[J].Inorganic Materials,1997,4:591~595
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