铸涂纸(高光泽铜版纸)

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1．铸涂纸的发展概要

1929年，美国Champion公司的D．Bradnes向市场上引入了一种高档的铜版纸。该新产品的表面具有类似于镜面光泽的光洁度，遂将这种纸定名为铸涂纸(Cast Coated Paper)。同时对铸涂涂布方式作了简单的描述：“它是在纸页上用无机颜料和胶粘剂组成物涂布。使涂层涂料在具有高度可塑性时，用压力将涂层面紧压于一加热的高光泽金属表面上，当涂料可塑性消失后将纸幅从光泽的金属表面剥离”。因此纸页的涂层表面能够如实地反映光泽金属表面的光洁镜面程度。作为高光泽的金属表面，通常是使用高光洁度抛光加工的镀铬镜面烘缸。其表面光洁度最起码的要求是应使铸涂层达到足够的镜面程度。

铸涂纸的表面具有很高的平滑度和高光泽，同时也有良好的印刷适应性。目前，在国外市场销售涂布印刷纸的四大质量等级中，铸涂纸属于优等质量级。它广泛地用于高质量、线条清晰的美术套色印刷，有美术吸引力的杂志封面、插页，教学参考图，有声望的出版物、公司商号表册，小册子，分类名录等。

2．铸涂纸和铜版纸的比较

1)加工过程的比较

关于铸涂纸的加工方法如图6-9所示。将水性涂料在原纸上涂布之后，当卷筒纸幅还处于润湿状态时紧密地压贴于加热烘缸上干燥，烘缸表面镀铬具有高光洁的镜面，涂料干燥固化后可以从加热烘缸上剥离。

又如图6-10所示，铜版纸和铸涂纸除去水分的机理及加工的方法有很大差别。前者在干燥阶段采用热风从涂层表面强制干燥，所以水分绝大部分是经过涂层表面蒸发。而铸涂纸的干燥阶段是涂层处于湿润状态时以压辊压贴于镜面加热烘缸进行干燥的，涂层水分是通过基纸背面蒸发而干燥的。这导致了此两种涂布纸的特性和生产性存在有显著不同之处。

2)铸涂纸和铜版纸干燥方式与成品表面的特性比较

表6-19表明了铸涂纸和美术铜版纸外观上的比较数据。又从两种纸的照相放大情况(图6-11)可以发现，美术铜版纸原纸表面的纤维是凹凸不平的，而铸涂纸就完全没有这种情况。铸涂纸还存在的细微斑点可能是镀铬烘镜面存在有极微细洼坑反映于纸面的痕迹。但是这种近乎极微细的痕迹几乎不影响铸涂纸外观上的平滑度。可以理解这种高光洁加工的镀铬镜面能如实地反映到铸涂纸的铸涂面上。

表6-19 铸涂纸和铜版纸的特性

a．铸涂基纸电子照相放大(×20) b．铜版纸电子照相放大(×20)787mm×1092mm90kg787mm×1092mm90kg c．铸涂纸电子照相放大(×20)787mm×1092mm90kg

由此得出铸涂纸的最大特征是：

(1)由于铸涂纸是经过一个高光泽度抛光的镀铬烘缸干燥，所以涂层表面不需要超压，而具有很高的松密度(bulk)，比一般的超压纸有较大的油墨吸收率。

(2)纸面光泽度高，与以光泽油墨印刷出来的印张几乎具有同样的光泽度。

(3)表面平滑度良好。

3．铸涂纸用原纸

1)定量和浆料配比、抄造特征

在铸涂纸中原纸的质量极其重要，因为从成品的质量到加工设备的经济效益，所有的一些重要因素都要受到原纸的影响。

(1)单面铸涂胶版印刷纸，原纸定量50～130g／m²；用于特殊装饰和包装的铸涂纸，其原纸定量70～150g／m²。

(2)铸涂纸原纸通常不含机械磨木浆或只含少量。

(3)浆料配比例：前西德的GG1、GG2是用于不印纸板的铸涂原纸，内部用机械白纸。GG2级铸涂原纸只含化学浆。也有采用原纸纤维构成比例为60%硬木浆和40%长纤维针叶木浆的。

(4)国外铸涂原纸的纤维比国产原纸纤维短，针叶木浆的比例为20%～40%。大量配用阔叶木浆，可使原纸有较高的拉力强度，而且使压缩性、平滑度的均匀性，表面吸收性保持较好的水平。

日本用于铸涂的白板纸原纸的面、中、底三层采用不同的浆料配比。中层黄色衬芯纸，采用60%的针叶木浆，其中化学浆和机械浆各占30%；其余层均为化学浆。

(5)原纸的抄造是在较低的车速下进行的，在烘缸部前端以尽可能高的干度进入干燥，在压榨部多数设有光泽压榨。

2)原纸的施胶

原纸的表面施胶有利于提高光泽度、平滑度和表面强度。浆内施胶对于提高纸板和卡纸层间结合有较好的效果，层间结合力差，使纸层分离导致铸涂时剥离困难。但在施胶的同时还须保持纸张适当的松厚度，良好的吸水性及透气度。

3)原纸的预涂

制备较低定量铸涂纸时，原纸必须具有很好的平整性及足够的挺度。经严格控制工艺抄造和已施胶的原纸表面还极不规则和粗糙，所以在涂布之前必须预涂，以提高纸表面的平滑度。目前国外原纸的平滑度基本上在100s左右(Sheffield计)，而国内此标准基纸，轻工业行业标准中仅为12～25s。

4．铸涂纸用原材料

1)颜料

铸涂涂布所使用的白色颜料，与印刷涂布纸基本上相同，要求具较好的遮盖力和能提供较高的光泽度，需选择粒度较细的高岭土(—2μm含95%以上)配用钛白粉或缎白，也可多种颜料混合使用。现列举一些配方中的颜料比例列于表6-20，以供参考。

表6-20 铸涂纸所用颜料

(2)烘缸表面的处理：可以采取在烘缸上涂油的外部供油办法，保持连续形成这样薄的油膜，在干燥的铸涂烘缸表面，用磷酸三丁酯和矿油悬浮的磺化蓖麻油进行抛光。发现向无机涂料中添加油膜形成物并不适宜。

在制造铸涂纸时，使用油膜形成物质是一个很重要的因素，而油的种类以及添加数量也是一个很重要的关键问题。考虑到操作温度，一些植物性液状硬化油，植物性磺化油，磷酸三丁酯，二甲苯，芳香烯(terepene)，一氯化苯等非常容易形成单分子薄膜。

另外，在烘缸表面预先用非水溶性皂(油酸镁)和可溶性皂(硬脂酸铵)的混合物涂布，并同时进行抛光研磨；或者采用氧化铬混和物和油酸物质定期抛光，发现这种处理方法有非常满意的结果。烘缸每次抛光能维持有10～50h不粘缸。

(3)涂料离型剂：除了烘缸表面处理外，涂料中也加入离型剂。离型剂的种类，有关的专利报道大致有聚氧乙烯和石蜡所形成的乳液，乙烯酮二聚物，烷基磷酸，聚氧乙烯乳液。Diamond Shamrock Ltd推荐Nopcote C104润滑剂(50%浓度的硬脂酸钙分散体)和NopcotePFM-17(40%浓度的非离子型氧化聚乙烯乳液)两者混合使用，可以防止铸涂时粘缸，使成纸易于和光泽缸脱离。

也有预先用疏水性物质和颜料一起涂布，即使不用新型的离型剂也能获得良好的离型效果。

此效果的代表性实例如下：

在100份瓷土(含焦磷酸钠0．3份)浆料中加入硬脂酸钠或松香酸钠2份，硫酸铝溶液，使硬脂酸或松香酸的铝盐附著于瓷土表面上。

然后以下述配方做成涂料

瓷土 100份

氨水溶解的干酪素 10份

聚氯乙烯树脂 15份

磷酸三甲苯酯 6份

水 2000份

将制得的涂料涂于原纸上，紧密贴于烘缸面进行干燥，此时颜料由于有疏水性而容易剥离。

5．生产工艺基本流程

1)制料系统及涂布流程(见图6-13～图6-16)

BMB

选择方案Ⅰ

整机：23m

纸幅宽：1．7m

设计车速：约40m／min

(200g／m²卡纸)

卡纸定量：200～600g／m²

铸涂烘缸：2000mm

选择方案Ⅱ

纸幅宽：850mm

设计车速：100m／min

生产车速：约80m／min(200g／m²卡纸)

卡纸定量：200～600g／m²

涂布层：约10g／m²

铸涂烘缸：3000mm

IHI

整机：长17m

纸幅度：1．85m

辊面：1．8m

铸涂及纸范围：50～300g／m²

车速：最大操作车速60m／min

铸涂烘缸设计基准 35m／min

(单面铸涂20g／m²，43%固含量)

涂布头：气刀

涂布量：15～20g／m²

固含量：43%

粘度：100～500mPa·s

铸涂烘缸径：3m

压辊：最大压力0．4MPa

2)国内生产工艺流程

(1)再湿法(上海)。

上海地区(华丽铜版纸厂)采用复湿法，其生产流程及工艺见图6-17，基纸先进行底涂及面涂，然后复湿铸涂，其工艺参数见下页。

工艺参数

第一次涂布(气刀底涂)

底涂料配方

成分 比例

^＃2白料 100

润滑剂 1

蛋白胶、合成胶 20～30

增白剂 0．45

渗透剂 1

软化剂 1

固化剂 2．14(对蛋白胶)

固含量：38%～40% pH8～9

流动度：13～25s 料温40℃左右

工艺条件

上粉量 20g／m²

风压 8．5kPa

刀距 10mm

刀缝 0．8mm

刀角 15°～30°

干燥温度 145℃

半成品水分 9%

第二次涂布(铸涂)

涂料配方

成分 比例

^＃1白料 100

润滑剂 1

蛋白胶、合成胶 20～30

剥离剂 适量

增白剂 0．47

固化剂 2．14(对蛋白胶)

渗透剂 1

软化剂 3

消泡剂 2．5

固含量：40%～42% pH8～9

工艺条件

上粉量 20g／m²

铸涂速度 6m／min

铸涂温度 90～100℃

成纸水分 4%～8%

抄宽 810mm

成品率 65%～70%

(2)北京加工纸试验厂的再湿法：原纸为250g／m²左右的白卡纸，浆的组成为100%化学浆。涂料的颜料用苏州产的瓷土，及东方化工厂的丙烯酸树脂，并掺有干酪素，胶料用量约30%(对涂料中颜料组成质量百分数)，固含量30%。分两次涂布，第一次预涂用气刀，涂布量约15g／m²左右，干燥后进行面涂，以刮刀涂布约20g／m²。当涂层仍呈润湿状态时即贴于光泽度烘缸上，橡胶压辊对纸幅的线压为150N／cm。烘缸直径为1250mm，烘缸温度105℃左右，车速14～15m／min。为了防止纸张卷曲，在纸的背面预先用PVA涂布作抗卷曲层。

(3)天津造纸所生产铸涂纸：原纸为80g／m²及250g／m²两种，铜版原纸，要求透气度好，具有一定的挺度和表面强度，采用100%的化学木浆(含有部分阔叶木)。涂料中的白色颜料采用苏州瓷土及丙烯酸胶，涂料固含量为30%左右。涂布工艺分两道涂布，首先预涂以气刀涂布约涂10g／m²左右，热风干燥后再涂面料约20g／m²，面料不经过干燥即进光泽烘缸。烘缸直径600mm，铸涂速度5～7m／min。成品为110g／m²铜版纸基白色高光泽纸。以及280g／m²白色和各种色泽的白卡纸基高光泽纸。年产量约500～1000t。

天津薄型铸涂纸的质量特征：

定量 (90～150)±(4～5)g／m²

白度 ≥85%

表面吸水质量 ＜20g／(m²·min)

光泽度 50%(45°反射角)

平滑度 ≥500s

印刷密度 (IGT标准)1．8(黑色墨)

印刷光泽度 (IGT标准)70%(红色油墨)

印刷纲目清晰度 (IGT标准)1级(蓝色油墨)

尘埃 0．5～2．0mm≤5．0

不允许有麻点，水印，无明显纸病

另天津11厂准备向美国Champion公司引进铸涂生产线，预计需外汇210万美元。

(4)济南造纸厂西厂的铸涂线：是自西班牙“萨雷欧”公司引进的铸涂生产线。主要的设备规范及工艺特点如下：

铸涂机镀铬烘缸Φ3．2m，2．75m宽，镀铬层厚度0．2～0．3mm，表面光洁度R+值2～0．3μm，13～14镜面。

车速 6～80m／min

原纸 50～350g／m²

平均涂布量 25g／m²

涂宽 1000～2400mm

生产速度 16～40m／min

最大净纸宽 2400mm

该厂实际车速为35m／min。目前使用的原纸为215～220g／m²的白卡纸，产品250g／m²。涂布工艺亦分为预涂和面涂。涂料中的颜料采用英国的SPS瓷土，胶料是东方化工厂的丙烯酸树脂，并加干酪素。涂料中尚有分散剂，消泡剂等组分。该厂采用辊式涂布，下辊是橡胶辊，上辊是镀铬辊。涂布量的控制除控制两辊的间隙外，还控制涂料液面。纸页进入烘缸时，通过橡胶下辊把纸紧压在烘缸面上，橡胶辊的压力是通过一个直径较大的镀铬辊的线压力作用而产生的。镀铬烘缸温度控制在80℃左右，温度的升高及降低极为严格，1h内升温的速度不能超过4℃。纸页以切线方向从缸面剥离，然后进入一对挤压辊进行背面处理，经背面处理的纸页进入润湿和调整箱，箱内有若干喷嘴通蒸汽，并有水分自动控制的红外装置，能控制成纸水分，防止产品产生卷曲现象。原纸及产品的质量控制均按西班牙的DINDA的标准。原纸的拉毛强度采用8级蜡棒，平滑度40s，产品光泽度(45。反射角)达60%～70%。引进此生产线耗外汇141万美元，其中80%左右为设备费用。年产量3700～4000t。目前生产规模及产品质量在国内是占领先地位的。

3)国外铸涂纸生产工艺流程

(1)直接铸涂法工艺：见图6-18。

工艺条件：

涂料：

白色颜料中无机颜料 70%(质量分数)

乳胶胶粘剂 30%(质量分数)

固含量 40%～60%

涂布量：10～25g／m²

涂布车速：60m／min

涂层水分：8%～18%

铸涂缸温度：11～125℃

铸涂压力：2．5MPa(纸)

铸涂产品范围：40～200g／m²(纸) 200～400g／m²(纸板)

注：白色无机颜料70%，合成聚合物胶乳胶粘剂30%。

(2)湿法铸涂工艺：见图6-19。

工艺条件：

涂料：预涂液 ^（＃）1瓷土 85%

碳酸钙 15%

SBR 12%

甲基丙烯酸共聚物

蜡胶乳：0．5

固含量：57%

预涂层定量：7．6g／m²

涂布量：10～11g／m²

涂布车速：212m／min

铸涂缸温度：148℃

铸涂压力：5．5MPa

(3)凝固法工艺(Coagulation Process)：这个过程与前述几种方法不同之处，是在纸幅上施以含有颜料胶粘剂的水性涂料，然后使载有涂料的纸幅通过一个絮凝剂槽，使未干的涂层由于絮凝剂的作用而胶化，完全胶化后的涂布层经过一压辊转移到铸涂烘缸面上进行铸涂。

凝固法具有以下三个特点：

a 镀铬烘缸表面温度保持在100℃以上(130℃为上限)。

b 涂布层具有能经受此温度的特性，使之预先胶化。

c 在涂料中添加金属螯合物，纸面经涂布之后涂层以酸处理将螯合化合物分解，游离金属离子使涂料中的干酪素沉淀进行胶化，进一步提高烘缸温度，涂布生产速度可以提高至每分钟60m左右。其大致流程如图6-20所示。

参看图6-20，要涂布的纸幅从适当的原纸辊10松出，纸幅11穿过导辊12和13进入涂布段。经过带料辊14，15辊面可以使纸幅得到预计量的涂料分散液，并能均匀地分散在纸幅表面而得到所需要的涂布量。新的涂覆层基本上不干燥与辊筒16紧密贴合，浸渍于絮凝剂液槽17中。当涂布纸由辊筒带入絮凝剂槽和自槽中移出，絮凝剂只和纸的涂布面接触，与涂料反应使涂料中的胶粘剂完全胶化。胶化后的涂布纸经压辊18，穿过辊19转移到有甲基硅酮抛光平滑的铸涂烘缸镜面20上，烘缸20是经过加热的，它含有硅酮离型剂的镜面和可塑的涂层面接触，直至涂层同时自镜面烘缸脱离。此时涂布纸基本上完全干燥，最后由张力辊21传到收纸辊22上，即得到高质量的铸涂纸。

涂料组成配比(均为质量份)

瓷土(英国涂布瓷土) 42．0

碳酸钙 42．0

干酪素(阿根廷产) 12．0

氢氧化钠(对100份干酪素计) 6．0

焦磷酸钠 0．75

硬脂酸钙 0．50

DOW512-R胶乳(丁二烯-苯乙烯共聚物30／70) 6．0

二异丁基苯氧乙氧乙基二甲基苄基氯化铵-水合物 0．05

(Hgamine 1622 Rohm & Hass Co)

涂料固含量近50．5%，按此配方可以获得较为满意的结果，Bausch&Lomb以TAPPI标准测定的光泽度为86．0。

(4)压力式铸涂法(Pressure belt)：B．C．Gothwald J．M．Haigh提出了使用压力带能使铸涂纸生产速度提高的改进方法，生产车速达120m／min。它的特点是：
❶ 镀铬烘缸的温度保持在150℃左右。
❷ 涂料中的水分在与烘缸接触期间，压力带经过纸幅的背面加压，可不引起快速蒸发。
❸ 压力钢带和纸幅间夹有毛毯，可将运转涂层带来的水分吸收。

此方法的结构示意如图6-21所示。

此法的生产实例：

原纸 190g／m²

涂层涂布量 30g／m²

铸铬烘缸温度 149℃

带压 0．24MPa

钢带厚度 0．635cm

William提出用0．22MPa的高压气吹喷，以代替上述的压力带防止水分快速蒸发，同时能进行高速生产。

(5)预铸涂法生产工艺：Bergstin发明了如图6-22所示的方法。

此法不同之点是把涂料直接涂于烘缸面上，涂层薄膜干燥之后，用涂了胶粘剂的纸裱贴上去，然后自烘缸上剥离达到铸涂的效果。它具有下列特点：
❶ 涂层的干燥时间极短，能改进涂层的干燥效能。
❷ 能均匀地控制涂层的厚度，更为有效地节省涂料，使涂料不渗入纸中，铸涂纸的油墨吸收性能非常均一。
❸ 能广泛地用于板纸，薄膜等类物质。

实际使用例：

瓷土 42．5%

碳酸钙 42．5%

干酪素 15%

上述组成涂料涂于84～93℃的烘缸上，涂料15～38g／m²以热风吹喷促使涂层干燥。另外用：糊精35%、水60%、甘油5%作为胶粘剂涂于原纸上，使它与在烘缸上干燥后的涂层裱贴剥离，此时的速度为75m／min。

【参考文献】：

(1) 纸パ技协誌5(12)15(1962)

(2) 纸パ技协誌11(4)34(1983)

(3) 化学と工业33．(2)123(1980)

(4) 原崎勇次コッテング方式P．7～9(慎书店昭和54年)

(5) 山户升画像电子学会志，Vol．4．no．4(1975)

(6) 桥本诚一日经1982(305)125′147

(7) 纸パ技协誌(98)，35(11)，1～6

(8) 纸パ技协誌1991年临时增刊

(9) USP3，387，993；3，442，654；3，634，253