胶印油墨的研究报告

xinxin311 · 发表于 2009-2-22 08:26:13

本帖最后由 xinxin311 于 2009-2-24 01:13 编辑

胶印合成纸表层涂料的研究
摘要       3
第一章       绪论       4
1.1选题的意义       4
1.2合成纸涂料国内外的研究现状       6
1.3本文研究的目的、内容、难点及技术路线       7
第二章       制备合成纸涂料的基础       9
2.1涂料的基本组成       9
2.1.1成膜物质       9
2.1.2颜填料       10
2.1.3溶剂       12
2.1.4助剂       12
2.2涂料的配方选择原则       13
2.2.1涂料用树脂（聚合物）的分子设计与合成       13
2.2.2颜料的分散性与稳定性       14
2.2.3涂料配方原理及其评价方法       14
2.2.4涂料流动与流变性质       15
2.2.5涂料的成膜与固化       15
2.3涂料的性能及评价       16
2.3.1涂料制造和储存性能       16
2.3.2涂料施工性能       17
2.3.4涂膜性能       17
2.4 涂料的制备及成型       18
2.4.1涂料的制备       18
2.4.2涂布方法及设备       19
2.5 纸张性能对涂料选材的影响       21
2.5.1 纸张平滑度与呈色效果的关系       21
2.5.2纸张光泽度与呈色效果的关系       21
2.5.3纸张白度与呈色效果的关系       21
2.5.4纸张吸收与呈色效果的关系       22
第三章       合成纸涂料原料的选择       24
3.1涂料应达到的基本性能       24
3.1.1附着力的影响因素       24
3.2 选择涂料原料的参考       24
3.2.1塑料涂料的性能及配方       25
3.2.2纸张涂料的配方及性能       26
3.3成膜物的选择       28
3.3.1丙烯酸树脂性能       28
3.3.2对其他树脂的选用       29
3.4颜填料的选取       30
3.4.1填料的综合比较       30
3.4.2二氧化硅性能及特点       31
3.5溶剂及助剂的选择       33
3.5.1溶剂的选取       33
3.5.2关于助剂的选用       35
第四章       涂料的配方试验       37
4.1选择配方的原料       37
4.1.1丙烯酸树脂的选择       37
4.1.2 PVB树脂的选择       39
4.1.3气相二氧化硅的选用       40
4.2涂料的初步试验过程       43
4.2.1 初步确定涂料中各组分的比例       43
4.2.2涂料的生产       44
4.3对涂料的检验和优化       45
4.3.1对涂料性能的检验       45
4.3.2对涂料配方的修改       45
4.4 确定最终的涂料配方       46
4.4.1确定新的溶剂比例       46
第五章       胶印涂布合成纸的实现及评价       47
5.1新的问题及解决方案       47
5.1.1原因分析       47
5.1.2解决方案       48
5.2涂布合成纸性能评价       48
第六章       总结       50

摘要

本文在充分研究合成纸应用现状以及合成纸表层涂料研究现状的基础上，从合成纸自身性能出发，找出合成纸性能的缺陷，阐明了研究合成纸表层涂料的意义，并展望了合成纸在包装和印刷行业的应用前景。
本文对合成纸涂料的配方设计进行了研究。在实验时，首先指出了实验中的工作内容，并从理论角度分析了实验中的重点和难点。然后通过对涂料基础理论的研究，分析了涂料的组成及性能情况。根据实验的目的和要求，确定了配方的基本原则，对在纷纭复杂的各种原材料中选择合适的原料起到了指导作用。根据与塑料涂料特性的比较，选择出粘结力合适的成膜物质；根据对纸张性能的分析，选择出合适的颜填料；根据溶解性能、挥发干燥的速度以及环保的原则，选择出合适的溶剂。以此为下一步的实验打下基础。在涂布实验中，根据实验的情况不断的调整配方，最终确定了正确的涂料配方。
本文对涂膜后的合成纸性能进行了研究，通过胶印实验，找出了合成纸仍然存在的问题，并分析了问题的原因，从而找到了解决问题的方法，最终经过不断的尝试，解决了合成纸表面吸墨性不足的问题，使胶印油墨可以在合成纸表面迅速干燥，实现了本次实验的目的，经过性能检测，涂膜后的合成纸性能在印刷性能上可以和铜版纸相媲美。
本文经过对合成纸表层涂料的设计和检测，使合成纸突破了胶印的限制，为合成纸的广泛应用提供了参考。

关键词：
合成纸  涂料  配方设计  胶印
第一章       绪论
1.1选题的意义
合成纸（Synthetic Paper）是以高分子化合物（如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯）取代植物纤维为主要原料，通过挤出工艺加工而成卷，经过“纸状化”处理，以增加印刷油墨的附着力和摩擦力，然后收卷包装入库。这样加工而成的合成纸在外观上与普通植物纤维纸相似，同时具有塑料和纸的特征的多功能性材料，它是一种塑料新型材料产品，也是一种环保产品，具有比重轻、强度大、抗撕裂、遮光、抗紫外线、经久耐用，经济环保等特点。由于合成纸的生产过程无污染，是现代纸张生产的一次重大改革。
从合成纸的发展沿革来讲，一般分为两大类，一类是被称为纤维型合成纸；另一类被叫作薄膜型合成纸。纤维型合成纸是采用合成纸浆与普通纸浆配比后，在长网、圆网造纸机上制成，它是由两种或两种以上的不同混熔树脂聚合而成。薄膜合成纸一般是内部纸状化方式，以机械法处理合成树脂及配合的填充料、添加剂等，在双轴定向的薄膜上形成空隙，从而得到表面具有多孔性结构，微孔极小，着墨性能良好的产品。之后可在薄膜上涂布一层白色涂料，以便产生普通加工纸那样表面平滑、不透明的效果。
合成纸自身具有很多的优点：
（1）强度高，包括抗张强度、撕裂强度和抗冲击强度等。比如定量为85g/m2的合成纸，其抗张度为22；撕裂度为26；耐破度为10。大大地超过普通植物纤维纸。
（2）优良的印刷效果。合成纸的表面平滑，伸缩性小，洁白，不透明度大，厚薄一致。故而能够再现印版的鲜明效果，网线清晰，色调柔和。
（3）耐水、耐油、耐化学品性突出。合成纸浸泡于水中不会软化、破损。能耐油脂的渗透；对酸、碱等化学溶液都具有抵抗能力。
（4）尺寸稳定、不易老化。合成纸在空气中或在润湿状态下，其尺寸不会发生改变。即使在紫外线下照射1000小时，该纸的强度和外观色泽也无变化。
（5）质轻、绝热性好、不怕虫蛀。聚丙烯合成纸的相对密度（过去称为比重）只有0.25～0.30（g/cm3）。大约比一般涂布纸轻1/3。由于合成纸的空隙率比普通纸小很多，因此它的绝热作用明显。同时，许多昆虫对于高分子代合物的破坏是无能为力的。
另外合成纸的生产和加工方法也有很多的优点：
（1）原料来源不造成环境的改变及破坏，以塑代纸，以塑代木。合成纸原料不需要木材及天然植物纤维，可以节约大量的森林资源，据初步估算，每生产1吨合成纸，可以节约10立方米木材。
（2）减少环境污染。传统纤维纸生产过程会产生大量废水，这些废水的净化技术需要大量资金。而合成纸生产过程仅需要循环冷却水，因此，合成纸的生产对环境的污染很小。
（3）节省水电资源，同生产传统的纤维纸比较，每生产1吨合成纸，可以节电280Kw。生产合成纸的过程，只需要少量循环冷却水，因此，大大节约了耗水量。同传统纤维纸比较，每生产1吨合成纸可以节约淡水110吨，这对缓和水资源紧张有重要的意义。
（4）节约占地面积。合成纸生产属于塑料加工过程，所需要的原料为塑料和少量辅助用料。而纸厂需要大量的场地堆积木材及其它植物纤维。与同样规模的常规纸厂比较，合成纸生产占地面积仅为传统纤维纸厂的十分之一。
合成纸的应用范围广泛，材质比重低，可大幅减轻携带重量及邮递费用。合成纸的一些特殊性能，如耐水、防潮不怕腐蚀，耐油脂，耐酸碱，耐虫蛀，是普通纤维纸所不具备的，合成纸用于包装、装饰、广告，可以代替铝材，马口铁，其市场应用范围大大高于传统纤维纸，这也是像美国、加拿大等具有丰富森林资源的国家大力研制合成纸的原因之一。
由于众多的优点，合成纸广泛适用民用、商用、工用、军用等领域，市场前景十分广阔。可用于高质量的印刷，如海报、画报、图片、地图、年历、书籍等；还可用于包装用途，如手提袋、包装盒、药品包装、化妆品包装、食品包装、工业产品包装等；还可以用于特种用途，如模内标签、压敏标签、热敏标签、纸币用纸、彩色像纸、CAD用描图纸、工业计算机及仪表用记录纸、快递信封、钟表盘、纸扇、雨伞、旅游用纸帽及其它旅游宣传用品等。
尽管合成纸有诸多优点，同时也有很多的问题，尤其是薄膜型合成纸，由于其材料的特殊性，这些问题更为突出，也阻碍了合成纸的广泛利用。
（1）由于合成纸属非极性材料，很难附着和印刷，需要特种油墨，而且即使用特种油墨，牢度也不理想；此外在印刷过程中还存在静电大、干燥慢、挺度差等问题都有待解决。所以大部分合成纸需专用合成纸的油墨，它要求颜料多，溶剂少，实度大，多为极性较大的材料，这样在印刷方面存在一定局限性。
（2）薄膜型合成纸底基是“塑料”，故吸油性也比普通纸差，这就关系到一旦吸收了润湿液，油墨的转移性将很差，所以印刷时，要将润湿液降低到最低限度。这样对于印刷机和印刷工的操作都有很大的影响。
（3）合成纸表面因使用无机物质处理，在印刷中，脱落下来的粒子会堆积在橡皮布上，有时引起环状白点子的现象，它与纸粉不同，由于橡皮布吸附的力量弱，容易出现位移，有自然分散消失的倾向，而且不易解决。
为了解决以上问题，推广合成纸的应用，就需要利用表层涂料来改善其表层性能，合成纸表层涂料的应用不仅能较好的解决上述问题，还会对油墨行业和标签市场产生重大影响：
（1）改善了合成纸的性能，扩展了合成纸的应用。
涂料在合成纸表面形成众多微孔薄层,以达到良好吸墨性能。其书写、印刷性能俱佳，使胶印在合成纸方面有了突破，不仅能用于一般的普通印刷方式，还可以用普通油墨来印刷。其印刷适性好、高质量的印刷性能可以采用溶剂型油墨和水性油墨，也可用铅笔、圆珠笔直接书写。提高了合成纸对油墨产品、印刷工艺和印刷质量要求的适应程度，特别是适应了包装印刷品向着高技术、多品种、色彩鲜艳、注重美观和艺术性发展的需要。
（2）合成纸涂料的应用拓宽了国内合成纸油墨市场，将合成纸从专用油墨中摆脱出来，可以研发更多的高性能的合成纸油墨，能得到超过天然纸的油墨受容性和印刷效果，使印刷品更加精美，甚至远超过目前天然纸类制品，更符合社会文明进步的需求。
（3）合成纸涂料的应用开拓了国内的标签市场，合成纸涂料的应用可以使合成纸用在模内标签的成本大为下降，另外将合成纸用于不干胶标签印刷的前景也十分广阔。
（4）方便了人们的日常生活。合成纸材质比重低，价格较低廉，不会造成材料成本之增加。合成纸涂料的应用改善了合成纸的印刷适性，大幅减轻携带重量，尤其用于学校教材方面可减轻学生书包重量；在邮递方面也可减少邮递费用。
1.2合成纸涂料国内外的研究现状
1、国外方面
国外的企业在合成纸改性方面一般采用表面处理技术，就是合成纸的表面经过电晕处理或者化学溶剂处理等，以增加印刷油墨的附着力和摩擦力，再经涂布处理工艺，即在其表层上涂覆可印刷层。或者采用内部纸化法，就是在造纸时对其性能进行改善，在合成树脂及填充材料中加入添加剂，进行混合、熔融挤出成膜的方法。
日本的王子油化公司发明了商标为YUPO的合成纸。这种合成纸以聚丙烯树脂为主要原料，加入无机填充剂和少量添加剂，采用双向拉伸薄膜成形法。这种纸采用了3层构造，中间层为基层，主要从纵向和横向拉伸。表面层添加无机填充物质，使其在拉伸过程中产生微孔，赋予纸优良的印刷性和不透明性。美国杜邦公司的产品TYPER也是以聚丙烯为原料，采用的是纤维成形法，将合成纤维用纸机抄造，制得的产品与一般的纸没有什么差别，强度、耐水性、耐药品性很好。
这两种方法在国外比较成熟，应用起来成本较低，且污染小，但是对于国内企业，技术大多达不到，而且设备成本较高，所以国内应用的高级合成纸大多从国外进口，成本较高。
2、国内方面
哈尔滨工程大学化学工程系曹力副教授曾研制出一种改性聚丙烯合成纸用涂覆液，主要采用氯化聚乙烯（CPE）为粘接主料，碳酸钙（CaCO3）为填充料，辅以界面改性剂。经剪切强度测试表明，CPE涂覆液对PP/PP的粘接性良好,同时具有良好的耐老化性和贮存稳定性。以该涂覆液涂覆于PP表面制得的合成纸的书写性良好。
台湾南亚公司研制的快干型聚丙烯合成纸，基于以聚丙烯为原料添加无机填料CaCO¬3、压克力树脂、白土、TiO2、甲苯、抗静电剂、紫外线吸收剂。在涂布前，需对纸面作电晕处理，使纸面具有良好的坚牢度。以此种处理剂对纸面作4次涂布，所得的合成纸印刷干燥性极佳，可广泛用于书写、印刷、包装等领域。
北京玉成之光科技有限公司研制了“红枫牌”BOPP系列合成纸专用涂料。涂料用于BOPP表面，有极好的附着力，提高了纸张的表面硬度、耐刮擦性和挺度。涂料耐久性强同时消除了静电。涂布后的BOPP有良好的适印性，可用于所有的胶版印刷，印刷靓丽度、油墨附着力和干燥速度显著提高。并具有良好的书写性能。使用有涂层的BOPP，在印刷、干燥、除粉、上光、模切等加工过程中可大大降低生产成本，提高产品质量和生产效率，减少废品率，

1.3本文研究的目的、内容、难点及技术路线
1、研究目标
研究出一种适合聚丙烯薄膜型合成纸的表层涂料，使经过涂膜的合成纸在保证其表面性能的前提下，可以使用胶印油墨进行印刷。
2、研究内容
（1）通过性能实验分析，选择连接料和溶剂
（2）根据连接料性能的不足，选择助剂
（3）选择填料
（4）各组分的含量的确定
（5）经过涂覆的合成纸印刷性能检测
3、拟攻克的难题
根据合成纸特性，如何确定涂料的各个组分及其百分比，以及涂料的涂覆厚度，使涂覆后的合成纸各项性能可以达到所需要求。
4、研究的创新点
研制出的涂料可适应于大部分薄膜型合成纸，改善了合成纸的表面性能，使其能够和普通纸一样用胶印油墨进行印刷。
5、技术路线
首先对合成纸的各项性能进行分析，了解其表面特性，为涂料的选择提供依据；之后研究各种涂料的性能和组分，反复实验比较，最终选择合适的涂料配方；然后将成品应用于实践，检验涂覆后的合成纸性能，若有不足，继续改进；最后通过上机用胶印油墨印刷，运用印刷理论，检验其质量差别，确认经过涂覆后的合成纸在各项性能上均优于原合成纸。
第一章       制备合成纸涂料的基础

涂料科学的基本理论包含以下内容：
①涂料用树脂（聚合物）的分子设计与合成；
②颜料在聚合物溶液或分散体中的分散性与稳定性；
③涂料配方原理及其评价方法；
④涂料流动与流变性质；
⑤涂料的成膜与固化。
2.1涂料的基本组成
一般涂料的组成中包含成膜物质、颜填料、溶剂、助剂共四类成分。简述如下：
2.1.1成膜物质
成膜物质也称黏结料或基料，是组成涂料的基础，也是最主要的部分，它对涂料的性质起着决定作用。
成膜物质是一些涂于物体表面能干结成膜的材料，它包含油脂和树脂。它能将涂料中的其他组分黏结成一整体，经干燥硬化后，附着于物体表面形成均匀连续而坚韧的保护膜。它是涂料最主要的成分。
2.1.1.1成膜物质的作用
成膜物的主要作用可概括为三个方面：
（1）保护作用
物件暴露于大气之中，受到氧气、水分等的侵蚀，造成破坏。在物件的表面形成一层保护膜，能够阻止或延缓这些破坏现象的发生和发展，使各种材料的使用寿命延长。
（2）装饰作用
涂膜可以得到五光十色、绚丽多彩的外观，起到美化人类生活环境的作用
（3）特殊功能作用
如：电绝缘、导电、屏蔽电磁波、防静电产生、防霉、杀菌、耐高温、防止延燃、烧蚀、隔热等各种不同作用。
2.1.1.2成膜物的分类
按其本身结构与所形成涂膜的结构来划分，可分为以下两大类：
第一类成膜物质是在涂料成膜过程中组成结构不发生变化，在涂膜中可以检验出成膜物质的原有结构，称为非转化型成膜物质。属于此类成膜物质的品种有：天然树脂，包括来源于植物的松香（树脂状低分子化合物）；来源于动物的虫胶；来源于化石的琥珀、柯巴树脂等和来源于矿物的天然沥青；天然高聚物的加工产品，如硝酸纤维素、氯化橡胶；合成的高分子线型聚合物即热塑性树脂，如过氯乙烯树脂、聚乙酸乙烯树脂等。
第二类成膜物质在成膜过程中组成结构发生变化，这类成膜物质称为转化型成膜物质，他们都有能起反应的官能团，在热氧或其他物质的作用下能够聚合成与原有组成结构不同的不熔网状高聚物，即热固性高聚物。属于此类成膜物质的品种有：干性油和半干性油，主要来源于植物油脂，它们是具有一定数量官能团的低分子化合物。天然漆和漆酚，属于含有活性基团的低分子化合物；低分子化合物的加成物或反应物，如多异氰酸酯的加成物；合成聚合物，属于低聚合度的聚合物有：聚合度为5-15的齐聚物、低相对分子质量的预聚物和低相对分子质量的缩聚型合成树脂，如酚醛树脂、醇醛树脂、聚氨酯预聚物、丙烯酸酯预聚物等。属于线型高聚物的合成树脂，如环氧树脂、热固性丙烯酸树脂等。
按性能来划分，成膜物质大体可分为以下几类：
①油脂，包括各种干性油(如桐油、亚麻油)，半干性油(如豆油、向日葵油)和不干性油，它们主要是由于分子中含有共轭双键，经空气氧化而形成固体薄膜；
油脂原料易得，涂刷流动性好，有较佳的渗透力，膜层具有一定的伸缩性。但是也存在很多缺点，如耐酸、耐碱性差，干燥速度慢等。
②树脂，可分为天然树脂和合成树脂。
用于涂料的天然树脂有松香及其衍生物、纤维素衍生物、氯化天然橡胶、沥青等。合成树脂是目前涂料工业中大量使用的成膜物质，它们通常是无定形、半固体或固体的聚合物。常用的合成树脂有酚醛树脂、醇酸树脂、氨基树脂、丙烯酸树脂、环氧树脂、聚氨酯树脂等。
一般用油脂和天然树脂合用作为成膜物质的涂料，叫做油基涂料或油基漆；用合成树脂为成膜物质的涂料叫做树脂涂料或树脂漆。
2.1.2颜填料
颜料是组成涂料的另一种主要成分。因为单用油或树脂制成的涂料，在物体表面上生成的涂膜是透明的，它不能把物体表面的缺陷遮盖起来，不能使物体表面有鲜艳的色彩，也不能阻止因紫外线直射对物体表面产生的破坏作用。颜料的加入可以克服上述缺点，使涂料成为不透明、绚丽多彩又有保护作用的硬膜。此外，颜料的加入可增加涂膜的厚度，提高机械强度、耐磨性、附着力和耐腐蚀性能。
颜料的品种很多，在配制涂料时应注意根据所要求的不同性能和用途仔细选用。填料也可称为体质颜料，特点是基本不具有遮盖力，在涂料中主要起填充作用。填料可以降低涂料成本，增加涂膜的厚度，增强涂膜的机械性能和耐久性。
涂料中的颜料根据功能分为着色颜料、防锈颜料和体质颜料三类。
2.1.2.1着色颜料
着色颜料主要起显色作用，可分为白、黄、红、蓝、黑五种基本色，并通过这五种基本色调配出各种颜色。通常使用的着色颜料如下：
①白色颜料
主要有钛白(TiO2)、锌白(ZnO)、锌钡白（ZnS-BaSO4）、锑白(Sb2O3)等；钛白遮盖能力很好，耐光、耐热、耐酸碱，无毒性，是最常用的白色颜料。锌白着色力较好，不易粉化，但遮盖力较小。锌钡白又称立德粉，是硫化锌和硫酸钡的混合物，遮盖力和着色力仅次于钛白，缺点是不耐酸，不耐暴晒，不宜用于室外。
②黑色颜料
主要有无机类炭黑和氧化铁黑及有机类的油溶黑。例如：炭黑、松烟怠、石墨、铁黑、苯胺黑、硫化苯胺黑等；
③彩色颜料
黄色颜料有：铬黄(PbCrO4)、铅铬黄(PbCrO4+PbSO4)、镉黄(CdS)、锶黄(SrCrO4)、耐光黄等；蓝色颜料有：铁蓝、华蓝、普鲁士蓝、群青、酞青蓝、孔雀蓝等；红色颜料有：朱砂(HgO)、银朱(HgS)、铁红、猩红、大红粉、对位红等；金属颜料包括金粉、铜粉、银粉、铅粉、铝粉等。
④珠光颜料
近年得到人们看好的一种高级装饰颜料，使用最广泛的是云母珠光颜料，可用在汽车、电器、高级日用品及高档包装用品上。
2.1.2.2防锈颜料
根据其防锈作用机理可以分为物理防锈颜料和化学防锈颜料两类。物理防锈颜料的化学性质较稳定，它是借助其细微颗粒的充填，提高涂膜的致密度，从而降低涂膜的可渗透性，阻止阳光和水的透入，起到了防锈作用。这类颜料有氧化铁红、云母氧化铁、石墨、氧化锌、铝粉等。化学防锈颜料则是借助于电化学的作用，或是形成阻蚀性络合物以达到防锈的目的。这类颜料如红丹、锌铬黄、偏硼酸钡、铬酸锶、铬酸钙、磷酸锌、锌粉、铅粉等。
2.1.2.3体质颜料
又称填料，是基本上没有遮盖力和着色力的白色或无色粉末。因其折射率与基料接近，故在涂膜内难以阻止光线透过，也不能添加色彩。但它们能增加涂膜的厚度和体质，提高涂料的物理化学性能。常用作体质颜料的是碱土金属盐、硅酸盐等，如重晶石粉（天然硫酸钡）、石膏（硫酸钙）、碳酸钙、碳酸镁、石粉（天然石灰石粉）、瓷土粉（高岭土），石英粉（二氧化硅）等。
2.1.3溶剂
除了少数无溶剂涂料和粉末涂料外，溶剂是涂料不可缺少的组成部分。一般常用有机溶剂主要有脂肪烃、芳香烃、醇、酯、酮、卤代烃、萜烯等等。溶剂在涂料中所占比重大多在50%以上。溶剂的主要作用是溶解和稀释成膜物，降低成膜物质的粘稠度，使涂料在施工时易于形成比较完美的漆膜。溶剂在涂料施工结束后，一般都挥发至大气中，很少残留在漆膜里，所以又称挥发组分。从这个意义上来说，涂料中的溶剂既是对环境的极大污染，也是对资源的很大浪费。所以，现代涂料行业正在努力减少溶剂的使用量，开发出高固体份涂料、水性涂料、乳胶涂料、无溶剂涂料等环保型涂料。
溶剂在涂料成膜的过程中起着重要的作用。因此要求溶剂对所有成膜物质组分要有很好的溶解性，具有较强降低粘度的能力。同时，溶剂的挥发速度也是一个重要因素，它要适应涂膜的形成，太快太慢均会影响涂膜的性能。溶剂的品种很多，常用的有松节油、汽油、苯、甲苯、二甲苯、酮类、酯类及醇醚类等。
涂料中的溶剂最终要全部挥发到大气中去，上述有机溶剂大多为易燃易爆物，而且有一定的毒性。因此在选用溶剂时要考虑安全性、经济性和低污染性。目前，一些少溶剂和无溶剂的涂料新品种，如高固体分涂料、水乳胶涂料、粉末涂料越来越受到使用者的欢迎。
2.1.4助剂
在涂料的组分中，除成膜物质、颜料和溶剂外，还有一些用量虽小，但对涂料性能起重要作用的辅助材料，统称助剂。助剂是涂料产品的重要组成部分，对提高和改善涂料的性能起到十分关键的作用。助剂的用量在总配方中仅占百分之几，甚至千分之几，但它们对改善性能、延长贮存期限、扩大应用范围和便于施工等常常起很大的作用。
现代涂料助剂主要有四大类的产品：
（1）对涂料生产过程发生作用的助剂，如消泡剂、润湿剂、分散剂乳化剂等。
　　（2）对涂料储存过程发生作用的助剂，如防沉剂、稳定剂，防结皮剂等。
　　（3）对涂料施工过程起作用的助剂，如流平剂、消泡剂、催干剂、防流挂剂等。
（4）对涂膜性能产生作用的助剂，如增塑剂、消光剂、阻燃剂、防霉剂等。
通常按其功效来命名和区分，主要有以下数种，简单作以下介绍：
催干剂——是一种能加速涂膜干燥的物质，又名干料，对漆膜的氧化、聚合起聚合作用；经常使用的催干剂是环烷酸、油酸、松香酸的金属盐类及钴、锰、铅、铁、锌和钙等的金属氧化物。
润湿剂——降低物质间的界面张力，使固体表面易于被液体所润湿；
分散剂——吸附在颜料表面上形成吸附层，降低微粒间的聚集，防止颜料絮凝；
增塑剂——一般是一类与成膜物质具有良好相容性而不易挥发的物质，其作用是增加涂膜的柔韧性、弹性和附着力。常用的增塑剂如邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯、磷酸三苯酯、氯化石蜡等。
流平剂——流平剂能促使涂料在干燥成膜过程中形成一个平整、光滑、均匀的涂膜。它可降低涂料与基材之间的表面张力，使涂料与基材具有最佳的润湿性，能调整溶剂的挥发速度，降低黏度、提高涂料的流动性。流平剂按涂料类型分粉末涂料用、乳胶涂料用、水性涂料用流平剂。主要品种有丙烯酸系流平剂，聚醚侧基改性的硅氧烷和磷酸酯型流平剂，氨基甲酸酯化聚酯和烷基乙烯基共聚物等。
防沉淀剂——防止涂料贮存过程中颜料沉底结块。
增稠剂——增稠剂可以改善涂料的流动性、施工性，克服流坠的弊病。它在涂料中构成网络结构，使其在需要的剪切速度下具有牛顿性或触变性。最开始人们使用水溶性天然胶，以后出现乳化型增稠剂，目前，已研究出高性能的合成高分子增稠剂逐步取代了第一代和第二代增稠剂。
消泡剂——涂料中往往存在很多气泡或泡沫。会显著增加涂料的黏度乃至丧失流动性。当纸张干燥时，气泡破裂会使纸张涂料面产生斑点。泡沫是由无数小气泡组成的，其直径在1-100μm内变化。大泡沫没有多大妨碍，它浮在涂料表面，很快会破灭。小气泡大多为雾沫形态存在于涂料液中，很难觉察和分离出去。常用的消泡剂有丁醇（C4H9OH）、辛醇（C8H17OH）、仲辛醇[CH3（CH2）5CHOHCH3]、硅树脂等。
稳定剂——稳定剂能使颜料和水这两种难以相容的物料形成稳定的水悬浮液，它能降低水的表面张力，使水对颜料表面润湿。属于表面活性剂。
此外，还有乳化剂、防结皮剂、防霉剂、消光剂、抗静电剂、紫外线吸收剂等等。每种助剂都有其独特的功能和作用，有时一种助剂又能同时发挥几种作用。各种涂料所需要的助剂种类是不一样的，某种助剂对一些涂料有效，而对另一些涂料可能无效甚至有害。因此，正确地、有选择地使用助剂，才能达到最佳效果。
2.2涂料的配方选择原则
2.2.1涂料用树脂（聚合物）的分子设计与合成
尽管能用于涂料的树脂有很多，有天然的和合成的聚合物，但以下几种合成树脂占据了90%以上：有醇酸树脂，氨基树脂，酚醛树脂，环氧树脂，有机硅树脂，丙烯酸树脂和聚氨酯树脂。这些树脂在涂料中作为主要成膜物质时，在形态上主要有以下几种。
①有机溶剂溶液体系。有机溶剂能溶解聚合物，是均相体系，在热力学上是稳定的。
②乳液体系。是以水为连续相，聚合物不溶于水，依赖于表面活性剂，以分散相形式组成的乳状液，为水包油乳液。
③水分散体系（水稀释性体系）。以水为连续相，很少或不用表面活性剂，聚合物有一定的亲水性，以分散体的形式存在，体系中可含有一定量的亲水性有机溶剂。
④水溶液体系。聚合物通过成盐的办法，使其成为离子聚合物，能溶于水中，还可以加人一定量的水溶性有机溶剂，来提高聚合物的水溶性，是均相体系。
⑤非水分散体系。连续相为非水的有机溶剂，一般为非芳烃类（如烷烃、醇类等），低毒性低气味的有机溶剂，聚合物借助于两亲性（即一头亲溶剂，而另一头亲聚合物）的特殊表面活性剂，或聚合物经改性后，以分散体形式存在。
⑥粉末体系。固体微粉状聚合物。原则上说，几乎所有的树脂都能制成这些形态，但当同一种树脂制成不同形态时，其分子结构、分子量大小、溶剂及助剂的种类和组成、合成方法等都有很大的不同。其中几类是常用的，如溶剂型涂料（第一类），乳胶漆（第二类），电泳漆（第四类），粉末涂料（第六类）。第三类和第四类主要是开发水性涂料和高固分涂料而发展起来的比较新的类型，是当前涂料的发展方向之一。
2.2.2颜料的分散性与稳定性
无论是何种树脂体系当加入颜料（指常用的无机颜料）后，都成了分散体，是热力学上的不稳定体系。由于颜料的密度一般大于树脂溶液，在重力作用下，下沉是不可避免的。颜料可以粉碎得很细，但是布朗运动使颜料粒子碰撞发生絮凝而下沉，因此，颜料的表面处理和颜料分散剂的分子设计是关键。在不同的树脂体系中，所用的颜料分散剂是十分专一的。
由于颜料结构复杂，品种繁多，在不同的涂料体系中分散与稳定的理论是很复杂的，只有进行必要的理论性实验研究，才有可能开发出性能优良的颜料分散剂和得到均匀稳定的涂料。
2.2.3涂料配方原理及其评价方法
对于一种成功的涂料，其技术要求是很高的，因为厚度为几个微米至几十微米的漆膜，要满足来自各方面不同要求的指标多达几十项。从技术上看，主要有两方面技术，即涂料配方技术和涂料生产工艺与设备。可以这样说，只要掌握了这两个方面技术就可以生产涂料产品，但是，要提高涂料性能与质量，开发新品种，这是远远不够的。这里只涉及涂料配方问题，要得到一个性能非常好的配方，要作大量的实验，因此，重要的一点是要在一定的理论指导下进行配方设计。
长期来涂料配方是采用颜粘比（质量比）。由于不同颜料间的密度相差很远，而且涂料涂布于底材后成膜，颜料在漆膜中占居的是其体积而不是密度，因此用颜粘比来制定配方与评价一种涂料是不科学的。约在六十年代，提出了颜料体积浓度（PVC）与临界颜料体积浓度（CPVC）的概念。大量的实验表明，漆膜的很多性能，如密度、强度、腐蚀性、光泽性、遮盖力及渗透性等在CPVC处发生突变。根据不同的应用，可以设计 PVC＞CPVC（如底漆、内墙涂料等）或 PVC＜CPVC（如面漆）的配方。由于配方制定的试验工作量很大，已发展微机的配方设计。因为漆膜的性能指标很多，而且有些性能是相互制约的，如何综合各方面性能，比较快的得到最佳配方，国外提出“蛛网图（spider graph）”技术，根据蛛网的面积来评价涂料的综合性能,此法比较方便和实用。M.Simakasi和C.R.Hegedus提出了“涂料与涂料体系综合性能评价方法（A Methodology for Evaluating the Total Performance of Coatings and Coating Systems）”简称 TPE法，可以很全面的反映涂料的性能，从而指导涂料的配方设计。
2.2.4涂料流动与流变性质
涂料都是流体，即使是粉末涂料，在生产和成膜过程中也涉及到熔体的流动与流变，这里仅考虑液体涂料。
对于任何流体，体系的粘度是流体的基本属性。涂料的流动和流变性就是研究涂料的组成与粘度的关系；在不同的剪切速率下的粘度变化；温度对涂料粘度的影响以及树脂的结构对体系粘度的影响等内容。其研究结果可指导涂料的生产控制，颜料的稳定性以及涂料储存稳定性，涂料的开罐效果和流动性，涂料的流平性与流挂，涂料的施工要求（刷涂、喷涂、辊涂等）以及涂料的配方设计等。因此，对涂料流变性的研究是十分重要的。举例来说，涂料能否得到平整的漆膜，流平性是关键。影响流平性的关键是能控制涂料粘度的助剂，即涂料流变改进剂，有增调剂、增粘剂、触变剂、流平剂、防流挂剂等，占据了涂料助剂的相当比例，可见其重要性。由于涂料体系相当复杂，能影响涂料粘度的因素很多，国外涂料科学家已作了深入研究，特别是低剪切速率下的粘度变化和涂料屈服值的测定，因为这是影响涂料流平性的最主要流体特性。
2.2.5涂料的成膜与固化
为了满足漆膜对底材有极好的外观、附着力、韧性、强度以及保护性，要求涂料具有很好的成膜性或充分的固化，同时要满足干燥时间的要求。根据不同的制品，固化速度有时是十分苛刻的，有的制品须在十几秒钟至几十秒钟固化，往往成为涂料涂装最终成败的关键。
影响涂料的成膜性与固化情况的因素有很多，特别是树脂的结构，固化剂的结构与用量，溶剂的组成与蒸发速率，成膜助剂的种类和用量等有密切的关系。由于涂料固化后成了不溶不熔的物质，因此对其交联度和交联结构的表征是比较困难的。涂料往往是多种树脂的相互化学改性或共混，在今天，涂料树脂通过共混改性仍是开发新品种和改进质量的有效途径。这样的共混体系，要研究树脂之间的互相反应交联对涂料的储存稳定性和漆膜性能的影响是非常必要的。目前，要获得固化完全、致密的漆膜，普遍采用高温烘烤的方法，因此减低能耗，提高固化速度成为有实际意义的课题，所以能适合红外、紫外光、电子束以及射线等新型固化方法的涂料愈来愈引起人们的重视。
另外，粉末的粒度分布对于涂料也是一个非常重要的特性，如果最大厚度为30u，则粉末最大粒径应小于60u(约260孔目),因此要加强研磨使粉末更细。但另一方面却会容易产生较高比例的小于10u的超细粉。
2.3涂料的性能及评价
考察一种涂料的优劣，一般需对下述性能作综合评价：
2.3.1涂料制造和储存性能
(1)粘度：涂料的粘稠程度及流变性的表征，乳胶漆一般用KU表示。
(2)密度：在规定的温度下，单位体积涂料的质量，常用单位千克/升（Kg/L）。
(3)固体含量：涂料所含有的不挥发物质的量，一般用不挥发物质的质量百分数表示，也可以用体积百分数表示。
(4)细度：涂料中颜填料及乳胶粒子的粒径大小，是颜填料在涂料中分散程度的一种度量，以微米（μm）表示。
(5)储存稳定性：在规定的条件下，涂料产品抵抗其存放后可能产生异味、变稠、结皮、返粗、沉底、结块、干性减退、酸值升高等性能变化的程度。
沉淀分层状况：涂料在储存过程中是否出现沉淀、分层、结块、絮凝、固化等情况。
抗冻融稳定性：这是一项乳胶漆的重要考核指标，是指水性漆经受冷冻和随后融化（循环试验）后，保持其原有性能的能力。国家标准规定：涂料在-5℃（16小时）和+23℃（8小时）循环贮存三次，仍保持其原有性能不变才算合格。
2.3.2涂料施工性能
涂料施工性能是否良好，一般是指涂料是否易于施涂（刷、喷、滚），易流平，不出现流挂、起皱、缩边、渗色、咬底、干性适中、易打磨、重涂性好以及对施工环境要求低等。
（1）气味：指涂料在使用过程中所散发出来的气味；
（2）刷涂性：涂料刷涂的难易程度；
（3）流平性：施涂后的湿漆膜能够流动而消除涂痕，并且在干燥后能得到均匀平整的漆膜的程度；
（4）搭接性：涂料在分段施工中会出现各段之间的搭接，搭接性即指在搭接处涂料的相互溶合，流平的能力；
（5）重涂性：同一种涂料进行多层涂覆的难易程度与效果；
（6）抗流挂性：在垂直面施工时，涂料防止由于漆膜过厚等原因，在漆膜干燥之前发生局部流淌，形成边缘形状过厚的不均匀涂层的能力；
（7）立体花纹成型性：对于立体花纹饰面涂料，考核其施涂干燥后是否能形成所需的立体花纹效果。
2.3.4涂膜性能
（1）外观：涂膜干燥后目视检查，如漆膜平整、均匀、无针孔、无缩孔、无流挂、无明显刷痕、颜色与标准色差异不明显、光泽符合要求，即视为外观合格；
（2）干燥时间：
表干时间：在规定的干燥条件下，一定厚度的湿漆膜，表面从液态变为固态，但其下仍为液态所需的时间；
实干时间：在规定的干燥条件下，从施涂好的一定厚度的液态漆膜至形成固态漆膜所需的时间；
（3）遮盖力：漆膜遮盖底材表面颜色的能力；由于乳胶漆的干膜遮盖力与湿膜遮盖力是不一样的，因此乳胶漆中以对比率来表示。
对比率：施涂于规定反射率的黑色和白色底材上的同一漆膜（干膜）的反射率之比。
对比率 = 黑色底材上漆膜的反射率/白色底材上漆膜的反射率
对比率为1表示遮盖力最好；当对比率≥0.98时，可认为该涂层已完全遮盖底材；国家标准乳胶漆的对比率为≥0.90。
（4）光泽：涂膜表面的一种光学特性，以其反射光的能力来表示；
涂膜的光泽可分为：
高光：90 - 100 （High glossy）
有光：60 - 89 （Glossy）
半光： 30 - 59 （Semi-glossy）
丝光： 11 – 29（Semi-matt(Silk)）
平光：6 – 10（Matt）
全无光：0 –5（Full-matt(flat)）
（5）附着力：涂膜与基材之间结合的坚牢程度；
（6）柔韧性：漆膜随其底材一起变形而不发生损坏的能力；
（7）耐擦洗性：在规定条件下，漆膜用洗涤介质反复擦（刷）洗而保持其不损坏的能力。
（8）耐水性：涂膜浸泡于去离子水中的受耐性；
（9）耐酸性：涂膜浸泡于酸性物质中的受耐性；
（10）耐碱性：涂膜浸泡于饱和的石灰水中的受耐性；
（11）防霉性：漆膜抵抗霉菌在其上生长的能力；
（12）耐温变性：漆膜经受冷热交替的温度变化而保持其原性能的能力；
（13）耐污染性：涂膜耐污染的能力，用测定漆膜白度损失率表示。损失率越小，耐污染性越好；
（14）耐气候性：涂膜受大气中的光、热、臭氧、紫外线的作用下，涂层抗开裂、脱落、粉化、褪色、保光等的能力；
（15）透汽性：漆膜透过水或水蒸汽的能力。
2.4 涂料的制备及成型
2.4.1涂料的制备
2.4.1.1涂料的制备方法和流程
涂料的制备主要分为颜料分散液的制备、胶粘剂胶液的制备和涂料的混合三个过程。涂料的制备方法和流程有以下三种：
①颜料分散液、胶黏剂溶液分别制备，然后用涂料混合器把上述物料以及其他化学辅助剂混合调制而成；
②颜料分散液单独先制备好，再在涂料混合桶中直接加入胶黏剂进行混合，或者先将胶黏剂单独制成溶液，再在涂料混合桶中直接加入颜料进行混合；
③颜料的分散、胶黏剂的溶解和它们的混合同时在涂料混合设备内进行。
第一种方法和流程用得最广泛，能在短时间内制备大量涂料。
2.4.1.2颜料分散液的制备
颜料分散液也称白料或白料液，是颜料经制备处理而成的均匀水分散液。制备时要采用高速分散机。分散机的分散盘呈锯齿状，有利于剪切分散。
颜料的制备是一个研磨、分散的过程。研磨后的颜料可获得所希望的粒度。分散均匀的颜料、能使涂料有良好的加工性能，如涂料的流动性好。
如果高岭土和碳酸钙未经特别加工，则需将其按比例加入分散池中稀释分散后经过滤除砂，然后泵送至球磨机、砂磨机或者胶体磨等研磨设备中研磨，同时加入分散剂，制成粒度合适、分散良好的颜料分散液。砂磨机的主要工作部分是由一个带夹套的钢铜体和铸钢质的立式搅拌器所组成。筒的夹层是给水循环冷却用的，以控制颜料温度，稳定其黏度以及防止搅轴受热变软。在搅轴上有七八个喇叭形搅拌翼。筒内盛有直径2-3mm的硼质玻璃珠或陶瓷珠，作为研墨介质。
工作时，经尼龙筛（约150目）过滤的颜料混合悬浮液被颜料泵从筒底送入筒中，这时高速旋转（1460r/min）的搅叶强烈搅动玻璃珠或陶瓷珠球，混在其中的高岭土和碳酸钙颜料粒子群受到研墨珠剧烈的摩擦和挤压，从而被分散和研细，分散后的悬浮液从筒体上部经尼龙滤砂网流出（研墨珠被隔离在网内），贮存在贮存桶内。
如果实验用的高岭土和碳酸钙已经达到涂布颜料质量要求，便可直接将颜料至于分散槽内进行高速分散，在分散过程中加入分散剂，在机械分散和分散剂化学分散作用下，制成颜料的分散液。
2.4.1.3混合溶液的制备
胶黏剂溶液的制备过程，如同制备颜料悬浮液一样，各种胶料及同种不同产地的胶料要分别进行降解再混合。准备好的胶料液不能久放，以随制随用为宜，避免因温度降低黏度增高，或时间过长发生变质。
2.4.1.4涂料的混合调制
颜料、胶黏剂和各种化学辅助剂都制备好之后，就可以在涂料混合器内按配方和一定调制工艺条件进行调和配制。
一般的制法是：先在涂料混合器内加入少量调整水，开动搅拌器，加入白料液，再加入胶黏剂胶液，然后再加入消泡剂、防腐剂等各种助剂，这样有利于分散，也可以防止泡沫的产生。加入胶乳和缎白之前应选用干酪素胶液分别于它们充分分散然后再和主颜料混合。最后加入的是调整水，以稀释到要求的浓度。整个混合过程中都在不断搅拌中进行，注意搅拌不应带入空气。涂料制备完毕后，经180min、200目筛过滤，放入涂料贮存桶中备用。一般配好后应在3-4h内用完，以保证涂料新鲜。
2.4.2涂布方法及设备
涂布是涂料施工的核心工艺，对涂料性能的发挥有重要的影响。
①涂布设备
涂布设备主要由四部分组成，即退纸装置、涂布头、干燥装置和卷取装置。其中涂布头是完成涂料在纸面上涂布的主要设备。涂布头在完成涂布作业时，同时具有两个功能，即对涂布量的计量功能和对涂层质量的装饰功能。
②涂布加工的基本过程
制备好的涂料，需要用涂布设备施涂于原纸或其它基材的表面上。不同的涂布机，过程有所不同。
涂布机主要有三类，其涂布过程大致如下：
辊式涂布机：类似于印刷机，原纸通过上下两个涂布辊中间来完成涂布，涂布辊由两个小的计量辊带动，通过计量辊之间调节压力大小来控制涂布量。
气刀涂布机：利用加压喷射出来的空气，进行涂布加工。涂料通过上料辊涂到原纸上，再从“窄缝”中喷射出空气吹向纸面，以调节喷射角度来控制涂布量。
刮刀涂布机：采用合金薄刀片对涂布在原纸上的涂布层进行刮净处理。可以加工高浓度的涂料，只要刮刀边缘保持直线，涂布面必定完好平整。
③涂料干燥成膜机理
涂料的成膜经历以下的过程：
施工后的湿膜、水分逐渐挥发，分散着的颗粒逐渐靠拢，在接近到某一程度时，邻近的颗粒就紧紧地挤在一起，失去了运动的自由而成凝胶状，在这个阶段仍可用水重新分散。
在水分挥发将尽时，毛细管力明显地起作用，在毛细管力下，颗粒相互接触，相互吸引，相互流动，相互聚结成为整体的涂膜，但在乳液玻璃化温度下，虽然相互接触、却不能相互流动和聚结（故施工温度不能太低）。在高温干燥天气条件或吸收性强的基材表面，会使水挥发速度加快或使水过快地被基材吸收，这两种情况，会使湿膜没有足够的成膜时间而影响涂膜质量。
涂膜随着时间的推移，性质逐渐改进，这是聚结的继续和聚结后聚合物分子链段相互渗透的结果。
在工业生产中，按其膜层形成过程，将其划分为触干、半干和完全干燥三个阶段：
触指干燥或表面干燥：涂膜丛可流动状态干燥到手指轻触涂膜，手指上不沾漆。此时涂膜还感到发黏，并且留有指痕。
半硬干燥：涂膜继续干燥达到用手指轻按涂膜，在涂膜上不留有指痕的状态。
完全干燥：通常认为用手指强压涂膜不留有指纹、用手指磨擦涂膜不留伤痕时可称为完全干燥。标准方法是用测试涂膜的力学性能来判断涂膜的干燥速度，达到规定指标就可认为涂膜干燥。
2.5 纸张性能对涂料选材的影响
纸作为印刷的主要原材料，它的性能如何，决定印刷墨色的质量。只有性能好的纸张，才能获得较好的印品呈色效果。所以，正确认识纸张性能与印品呈色的关系，才能据此选择合适的材料使经过涂覆后的合成纸可以达到纸张的表面性能。
2.5.1 纸张平滑度与呈色效果的关系
平滑度是评价纸张表面凹凸程度的技术指标，是表示纸张表面平整、光滑和均匀程度的物理量，即在一定的真空条件下，使一定容积的空气，从一定压力下的纸张测试样表面与光滑玻璃表面之间流过所需要的时间来衡量，其单位用秒表示.秒数越高纸张的平滑度越好。纸张平滑度越好，印刷时纸面与印版间的接触，也就约均匀和完整，版面(凸版)或橡皮布上的墨层转移也越充分，印品呈色效果也越好。反之，平滑度差的纸张,油墨转移不均匀，不充分，且纸面对墨量的渗透性强,呈色效果也就差,往往容易使印品墨色发花、发淡。所以,印刷精细的产品，网线约细、网点直径越小，越应采用平滑度好的纸张进行印刷,这样才能使原稿再现性好。
2.5.2纸张光泽度与呈色效果的关系
纸张光泽度是指纸张表面的镜面反射程度，用百分率表示。纸张的光泽度越高，其表面越能象镜子似的反射光线，越能显示出鲜亮的外观特性。实际上，纸张表面除了镜面反射外，还存在着漫反射，使纸张光泽度下降。光泽度高的纸张，印品墨色也越鲜艳，墨色视觉效果也好。可以说，纸张越平滑，光泽也越高，印品色彩的光泽度也越高。纸张的光泽度和平滑度有着密切的关系，但光泽度并非平滑度，纸张有光泽的表面，不一定就是平滑的表面。从纸张的光泽度特点来看，根据印件特点选择合适的纸张进行印刷，很有实际意义。如版面以文字为主的书刊文字，宜选用光泽度一般的纸，以免反射，使眼睛长时间看也不至于产生疲劳。而印刷以图版为主的版面，宜选用光泽度高的纸，使印品墨色均匀、厚实、鲜艳、悦目。所以选择材料时需要选择透明性好或者光泽度好的材料。
2.5.3纸张白度与呈色效果的关系
纸张白度是指纸张受光照射后全面反射的能力，又有纸张亮度之称，用百分率表示。纸张的白度越高，其表面越能使油墨色彩的特性准确表现出来。这是因为白纸要把通过透明墨层减色合成的色光反射回去，所以，白度高的纸张，几乎可以反射全部的色光，使印品墨色鲜艳悦目，视觉效果好。而白度低的纸张,由于只吸收部分色光,既不能如实表现明暗部分的反差,有容易造成偏色.如有的出现偏黄,有的出现偏红,有的出现偏绿,还有的出现偏蓝等等。当纸张本身偏色时，纸面上所印的颜色便是油墨和纸张两者综合呈色的效果了，这样必然会出现一些偏色的情况，基于这一情况，印刷时有必要对纸张的白度和偏色情况进行对照原稿进行分析，通过采取适当的措施达到纠正偏色的目的。
2.5.4纸张吸收与呈色效果的关系
纸张的吸收性就是指纸张对油墨中的连结料及其溶剂的吸收能力，通常用百分率来表示。纸张的吸收性也叫吸墨性，它的强弱对印刷色相和墨层的光泽性的表现非常敏感。吸墨性强的纸，印品墨色色相容易发淡，墨层也缺乏光泽度。此外，由于油墨中的连结料大部分被纸张纤维组织所吸收，颜料颗粒得不到足够的保护，印品上的墨膜不牢固，容易使印迹发生“粉化”现象。反之，若纸张的吸墨性过弱的话，印品墨层将附着不牢，且印迹也不易干燥，容易造成印品背面蹭脏。所以，根据印品的使用特点，选择吸收性合适的纸张进行印刷，才能较好地保证印刷质量如印报纸宜采用吸收性强的新闻纸，以满足高速、急用、经济的使用特点。而印刷精细的产品，色彩要鲜艳就要求纸张吸收性弱，如玻璃卡、铜版纸等。
由上可以分析得出选择的材料必须有较好的透明性和流动性，也要有较好吸收性的材料。
表2-1铜版纸的主要性能指标
指标名称       单位       规定
            A等       B等       C等
定量       g/m2       50.0、60.0、70.0、80.0、110、160、210
全幅定量差不大于       50-60       g/m2       3.0       4.0       5.0
      70-110             3.5       5.0       6.0
      160-210             5.0       6.0       7.0
紧度  不大于       g/cm3       0.80
抗张指数（纵向）不小于       50-110g/m2       N.m/g       53.0       41.0       36.0
      160-210g/m2             48.0       38.0       35.0
撕裂指数（横向）不小于       mN.m2/g       5.90       5.40       5.00
平滑度
正反面平均不小于
50-110g/m2
160-210g/m2
正反面差不大于       s

刮刀涂布10，气刀涂布17
刮刀涂布10，气刀涂布15
      %       20       30
吸水性（60s）       g/m2       20.0
印刷表面强度（中黏油墨）（纵向）正反面平均不小于50-110g/m2
160-210g/m2       m/s

2.30
2.10

1.45
1.30

1.10
0.95
白度不低于       %       90.0       85.0       80.0
尘埃度不多于0.2-1.5mm2
其中黑色尘埃：1.0-1.5mm2
         >1.5mm2       个/m2       24       48       96
            不许有       不许有       1
            不许有       不许有       不许有


由于本次试验的目的是将合成纸适用于胶印油墨，所以最后经过覆膜的合成纸印刷适性应接近于铜版纸。
3.1涂料应达到的基本性能
由于所研究的涂料是为了涂于合成纸表面，使其达到可以应用胶印油墨进行印刷，所以这种考虑涂料的两方面性能：
（1）粘结力
合成纸的表面性能接近于塑料，所以需要选择粘结性合适的树脂，使涂料和合成纸有良好的附着力。并且能流平使涂膜平滑。
（2）吸墨性
合成纸最终能够用于胶印油墨的关键是其表层有近似于铜版纸的吸墨性，所以需要选择各项性能优异的颜填料。
综上可知，对于合成纸表层涂料的原料的选择，树脂和填料的选择是关键，所选择的原料必须能够达到以上所需性能要求。
3.1.1附着力的影响因素
影响涂料和塑料表面附着力的因素很多，其中主要有溶解度参数、分子结构及其极性、范德华力、氢键以及锚固作用等。
如果涂料和塑料不相容，那么涂层就会剥皮或者脱落，衡量相容性或溶解性的最常用方法是测定它们的溶解度参数δ。
若设涂料用树脂、塑料材料、溶剂的溶解度参数分别为δ1、δ2、δ3，则塑料用溶剂应满足以下几个条件：
（1）δ1应接近于δ2，一般在|δ1-δ2|<2时，能有较好的附着力。
（2）δ3不能接近于δ2，即|δ3-δ2|>A（A为近似于2的常数）时，才能使塑料表面不受涂料用溶剂的侵蚀。但|δ3-δ2|也不宜过大，否则会溶剂对塑料的润湿性也不良，降低了附着力。
（3）δ1应接近于δ3，涂料用树脂才能溶解在溶剂中。
3.2 选择涂料原料的参考
由于本次研究所做的合成纸涂料需要兼具塑料涂料和纸张涂料的性能，所以首先从塑料涂料和纸张涂料的性能及配方研究。
3.2.1塑料涂料的性能及配方
塑料和塑料制品上涂饰涂料可以延长它们的使用寿命，提高它们的各种性能，从而可以扩大它们的应用范围，提高经济效益。薄膜用涂料除了具有保护功能外，还具有能提高印刷性能、防止水分或氧气渗透的功能。
表3-1各类涂料的一般特征
涂料名称       耐候性       耐溶剂性       柔韧性       耐磨损性       干燥性       施工性能       成本
丙烯酸树脂涂料       良       差       中       中       良       良       50
乙烯类树脂涂料       中       差       良       差       良       良       50
双组分聚氨酯涂料       良       良       良       良       中       中       100
酸硬化氨基醇酸涂料       中       中       差       良       中       中       45
气干醇酸树脂涂料       良       差       差       差       差       中       40
环氧树脂涂料       差       差       中       良       差       中       100
有机硅涂料       良       良       中       良       中       中       120

从各种涂料的整体性能来看，双组分聚氨酯涂料性能最优，但是其成本较高，且聚氨酯涂料不耐热，稳定性差，固化较慢。而丙烯酸类涂料整体性能较好，且成本较低，适用于大多数塑料涂料。
目前在塑料涂料中，丙烯酸树脂成为很多产品首选的基料，如Oslowski，Hans-Josef等人用含丙烯酸酯和/或醇酸树脂基料的气溶胶作涂料；孙逸等人通过合成双戊烯为种子，并在此骨架上引入一定比例的甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯及苯乙烯，以适应聚烯烃特殊表面的塑料涂装。Kano，Hirokazu等人通过环氧丙烯酸酯类单体与丙烯酸酯醚类单体光引发聚合制备了一种对聚烯烃有良好附着性的涂料。Okinaga，Nobuynki等人用不饱和基团封端的烯烃树脂和（甲基）丙烯酸烷基酯的共聚物作为聚烯烃底材用底漆的基料，其附着强度由5.5kg/cm2提高为31.2kg/cm2。

表3-2塑料涂料的参考配方1
成分       比例（%）
丙烯酸树脂       10
醋酸丁酸纤维素       7
颜料       7
增塑剂       2
丙酮       15
乙酯       10
丁酯       14
甲苯       16
溶纤剂       19

表3-3塑料涂料的参考配方2
成分       比例（%）
丙烯酸树脂       20
醋酸丁酯纤维素       5
增塑剂       4
二甲苯       40
异丙醇       8
丙酮       10
甲苯       13

3.2.2纸张涂料的配方及性能
纸张涂料主要是为了改善纸张的表面性能，掩盖纸张的表面缺陷，提高纸张的平滑度和光泽度，从而改善印刷适性，提高印刷品质。
纸张涂料的组成主要有三种：颜料、胶料（胶黏剂）、辅料（辅助剂）。纸张涂料中颜料一般比重很大，纸张涂料的配比一般是：颜料占80%，胶料占16%，辅料占4%。
这里所说的颜料，一般是指不溶于水及油的白色固体物，如高岭土、滑石粉、碳酸钙、锌钡白（立德粉）、二氧化钛等。
对颜料有一定的质量要求：
（1）白度在80度以上；
（2）颗粒直径在2um以下；
（3）形状以六角片状晶体为佳；如果形状不佳，会使墨水渗透时的方向不一致，造成洇色现象；
（4）折射率在1.55左右；
（5）相对密度约为2.5-4.2之间；
（6）磨损性越小越好；
（7）分散性越大越好。
（8）多孔且吸墨性良好
胶料的主要作用在于：使颜料粒子之间相互黏结，并使涂料层在原纸上黏结牢固。如果是颜料粒子黏结不牢，印刷时将会产生掉粉现象；倘若是涂料层与原纸黏结不牢，将会出现掉毛现象。所以需要选择粘结力较好的胶料。
参考配方：
表3-3 喷墨打印纸涂料的参考配方1
成分       份数
二氧化硅       100
PVA       30-50（中等分子量）
40-60（低分子量）
消泡剂       0.05-0.1%
固含量       15-30%
粘度       200-600mPa.s（气刀）
200-600mPa.s（刮棒/刮刀）
涂布量       8-12g/m2

表 3-4喷墨打印纸涂料的参考配方2
成分       质量（g）
轻质碳酸钙       85
二氧化硅       15
PVB       25
淀粉       10
固色剂       3
保水剂       1.0
润滑剂       0.5
增白剂       0.3
消泡剂       0.05-0.1
其他助剂       0.5-1.0

从对塑料涂料和纸张涂料的分析来看，分析塑料涂料的成分主要是为了从中选择合适的粘结料，保证其对合成纸有较好的附着力；分析纸张涂料主要是从中选出较为合适的颜填料，使其对油墨具有较好的吸附性。
3.3成膜物的选择
从塑料涂料的配方设计来看，丙烯酸树脂由于其优越的性能，得到了极为广泛的应用，所以在选择成膜物质时首先从丙烯酸树脂考虑其性能是否符合合成纸的需求。
3.3.1丙烯酸树脂性能
丙烯酸树脂是由丙烯酸酯类和甲基丙烯酸酯类及其它烯属单体共聚制成的树脂，通过选用不同的树脂结构、不同的配方、生产工艺及溶剂组成，可合成不同类型、不同性能和不同应用场合的丙烯酸树脂，丙烯酸树脂根据结构和成膜机理的差异又可分为热塑性丙烯酸树脂和热固性丙烯酸树脂。
用丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯单体共聚合成的丙烯酸树脂对光的主吸收峰处于太阳光谱范围之外，所以制得的丙烯酸树脂漆具有优异的耐光性及户外老化性能。因为丙烯酸树脂色浅、保色性、耐侯性好，光泽和硬度高等优点，被广泛应用于室内外高装饰性领域中。
热塑性丙烯酸树脂在成膜过程中不发生进一步交联，因此它的相对分子量较大，具有良好的保光保色性、耐水耐化学性、干燥快、施工方便，易于施工重涂和返工。热塑性丙烯酸树脂在汽车、电器、机械、建筑等领域应用广泛。
热固性丙烯酸树脂是指在结构中带有一定的官能团，在制漆时通过和加入的氨基树脂、环氧树脂、聚氨酯等中的官能团反应形成网状结构，热固性树脂一般相对分子量较低。热固性丙烯酸涂料有优异的丰满度、光泽、硬度、耐溶剂性、耐侯性、在高温烘烤时不变色、不返黄。最重要的应用是和氨基树脂配合制成氨基-丙烯酸烤漆，目前在汽车、摩托车、自行车、卷钢等产品上应用十分广泛。
合成纸最终性能及质量很大程度上受涂饰材料性能的影响，而各种涂饰剂的主要成份是成膜物，作为一种优良的涂饰剂，首先要求所成薄膜能与合成纸表面牢固粘着；且具有良好的延伸率，耐弯折能力及耐候性（在低温时膜不脆裂，在较高温度时不发粘）。其次，要求膜的强度好，耐磨擦，耐碰撞，具有一定透气能力及抗水、抗溶剂、耐老化性能。
丙烯酸树脂涂饰剂就具有优良的附着力，在表面上形成的薄膜柔软而坚韧，平整而光亮，且耐光、耐老化、抗水性比酪素强，混色容易，使用方便，乳液还能以任何比例与水稀释并能与颜料膏及其他水溶性涂料混合使用。由此看出生产丙烯酸树脂乳液，原料易得，价格低廉，工艺简单可行，而且其稳定性好，贮存期长，成膜速度快，喷淋或涂刷后短时间干燥就可进行下道工序，其乳液性能或成膜性能均能稳定一致。丙烯酸树脂涂饰剂的上述特征是其广泛用于涂饰的基础。
从丙烯酸树脂的性能及应用分析，可以满足合成纸涂料的初步要求，但是必须和其他树脂混合使用以改善性能。
3.3.2对其他树脂的选用
经过以上初步分析，选择丙烯酸树脂作为一种成膜物质，但是由于单一的丙烯酸树脂存在着“热粘冷脆”的缺点，耐热耐寒性差，柔韧性不够，影响成膜性能，且不耐溶剂，不耐水，所以必须选择其他树脂对其性能进行改进。
所以选择其他树脂的原则主要是：
（1）柔韧性
（2）耐候性
（3）粘结力
同时不应影响对合成纸的表层性能。如白度、光泽度等。
可供选择的其他树脂种类很多。在工业生产中，聚乙烯醇类树脂得到了广泛应用，而其中PVB从性能上更符合要求。
聚乙烯醇缩丁醛（PVB）是聚乙烯醇（PVAL）与丁醛的缩合物，呈白色粉末状；可溶于醇类（如甲醇、乙醇、丁醇）、酮类（如丁酮、环己酮）、氯化烃类（如氯乙烷、二氯乙烷）、芳烃类（如苯、甲苯、二甲苯），极易溶于醇-苯混合溶剂；与邻苯二甲酸酯、癸二酸酯等增塑剂，及硝酸纤维素、酚醛树脂、环氧树脂等有良好的相容性。
PVB具有粘接强度高、耐寒性、耐油性、耐磨性、防腐性好等特点。它不仅具有高度的透明性、良好的耐光性、耐寒性、耐水性、成膜性和抗冲击性能，而且对玻璃、金属、木材、陶瓷、皮革、纤维等材料有良好的粘接性能，现已在各工业部门得到广泛的应用，如安全玻璃的中间膜、瓷用花纸、金属保护底漆、水松纸、铝铂纸、绝缘漆、纤维处理剂、制件、印刷油墨、染料、人造海绵等等。它具有优良的透明性，良好的绝缘性、成膜性、抗冲击和拉伸性能。抗张强度高、粘接性好、弹性好、能耐无机酸和脂肪作用，还具有耐光、耐寒、耐老化等优良的综合性能。
PVB能迅速吸收水基墨水，这对防止毛细和渗色现象是有帮助的。特别是部分PVB与二氧化硅颜料一起使用时，根据墨水光学浓度及干燥时间能提供最好的喷墨适应性，而且在造纸工业中，PVB被公认为是一种很强的粘合剂。其粘结强度比其他的一般粘合剂要大（根据分子量的不同，它的粘结强度是一般淀粉的3-4倍），用在涂层中可减少用量，降低成本，有利于中、轻量涂布。
PVB用于涂料，可配制底漆、烘漆、清漆等，国内主要有缩丁醛磷化底漆，改性呋喃等。PVB可以和各种热固型树脂进行交联反应，显著促进固化涂料的韧性层，柔软性和粘着性，作为漆用，它可以用于窗玻璃的涂层、防止玻璃震裂，用于纺织涂层，改善织物的防水性、着色性、手感等。因此，PVB在涂料的应用越来越多。用PVB制成的涂料不仅粘结力强、成膜性好、涂层柔韧，并且具有耐磨、耐水、耐晒、耐酸、耐碱等特点。
3.4颜填料的选取
3.4.1填料的综合比较
涂料生产用填充料有无机、有机两类，无机较为常用。由于需要寻找合成纸表面的涂料，所以只能选择透明或者白色并且吸油性好的填料。白色颜料主要是一些有吸墨性的多孔性的白色矿物颜料或能在涂层中形成多孔性结构的材料。
纸张涂料中常用的无机白色填充料有以下：
重质碳酸钙——粒子为圆榴状、易沉淀，注意与其他悬浮性好的填料一起使用，保光保色性差。
轻质碳酸钙——粒子形状为圆榴状，堆积密度小，在超CPVC的涂膜中提供一定的干遮盖力，保光保色差。
滑石粉——六方或菱形板状晶体片状结构，难润湿分散，润湿好后悬浮性好，易粉化，抗渗透性好，用于内墙装饰涂料可以改善涂膜手感。
硅灰石——针状、棒状或辐射状纤维结构，耐磨、耐久性性好可改善涂膜的浮色性。
高岭土——片状结构，可改善涂膜的浮色性，在常用几类填料品种中有较好保光保色性。
重晶石——比重大，易沉降，与悬浮性好的填料配合使用，重晶石分天然和人工合成两类，合成沉淀硫酸钡在丝光、半光涂料中使用较多，对涂膜消光较少，耐侯性好，保光保色性强，推荐用在外墙涂料中。
云母粉——透明片状结构，良好的抗渗透性，良好的耐侯性。
钛白——二氧化钛，相对密度3.9-4.2，耐光、耐热、耐稀酸、耐碱。对大气中的氧、硫化氢、氨等都很稳定。其广泛用于涂料工业制作油性色漆，还可用于化纤工业、造纸工业、橡胶工业、化妆品、陶瓷业等，起着色、乳浊剂以及使产品不透明的作用。
二氧化硅——目前应用较为广泛的是气相二氧化硅，俗称白炭黑，又称为硅粉、轻粉。是用四氯化硅在1800℃高温下与氢气和氧气气相水解制得。是一种精细、特殊的无定形粉体材料，其产品纯度高，平均原生粒径约为7-40nm，表面积在100~400m2/g；SiO2含量不低于99.8%。一般分为亲水性二氧化硅和疏水性二氧化硅，疏水性二氧化硅是以亲水性二氧化硅为基础，在其粒子表面作化学处理，将甲基、二甲基、硅油等植在二氧化硅的表面，使其具有疏水性。
涂料中颜料的选择很关键,主要是考虑颜料的油墨吸收性、白度、粒径大小及形状等。油墨吸收性好,有利于油墨的快速干燥,同时颜料的形状尽量避免片状,因为片状结构会使墨水渗透时的方向不一致,造成洇色现象。
表3-6 主要颜填料性能比较
性能指标       立德粉       钛白       气相二氧化硅       轻质碳酸钙
白度（与标准样品比）       不低于       不低于       不低于       ≥90
着色力（与标准样品比）%       ≥95       ≥90       ≥95       ≥90
吸油量%       ≤16       ≤30       60       30
细度（320目筛余物）%       ≤0.50       ≤0.10       ≤0.01       ≤0.10
遮盖力（g/m2）       ≤100       ≤100       ≤100       ≤100
水分%       ≤0.30       ≤0.50       ≤0.50       ≤0.50


从以上常用的原料性能比较来看，在比较关键的吸油性上，气相二氧化硅远远强于其他品种，其比表面积也远大于其他原料，更为重要的是其纳米级的材料使其具有其他原料无法比拟的优越的其他性能。
3.4.2二氧化硅性能及特点
气相二氧化硅（俗称气相法白炭黑）是出现最早、也是最早实现工业化的纳米粉体之一，它是一种白色、松散、无定形、无毒、无污染的无机非金属氧化物，其原生粒径介于7～40nm之间，比表面积一般大于100g/m2。
适合于涂布用的无定型二氧化硅（SiO2）的性状如表3-3所示。这种二氧化硅比表面积大，具有良好的吸墨性，使喷墨打印的墨水在纸面渗透矢量各向一致，并很快形成墨点。其他颜料也要选用粒径较小的品种。颜料粒子的形状要尽可能避免呈片状的，因为片状结构会使墨水渗透时的方向不一致，造成洇色现象。值得指出的是，不同种类的颜料，对墨水中染料的颜色还原能力不一样，因此，必须针对某种特定的墨水，选用令其涂布后最能呈现逼真颜色的颜料。微细无定形二氧化硅可提供完美的色彩表现,达到最小的墨点及最大的涂层吸墨量。它的优点是：极佳的图像质量和光密度、提高打印分辨率、对墨水的高效吸附性能、墨水干燥快、提高涂层遮盖性、防止渗墨、提高涂布的流变性。
表3-7打印纸用无定型SiO2指标期望值
项目       指标期望值
比表面积（m2/g）       300-400
细孔容积（mL/g）       1.20以上
细孔分布峰（A）       半径70-100
密度       0.16-0.26
吸油量（mL/100g）       180以上
平均粒度（μm）       2-15
折射率       1.450以上
吸湿量（%）       35

目前, 虽然二氧化硅用得比较普遍, 性能也较好。但是在不同种类的SiO2 中,最好是选择比表面积在200g/m2以上、吸油量在180 mL/100g以上、细孔容积在1.2 cc/g（粒径在300 A时）以上的无定型SiO2。这种SiO2比表面积大、吸收能力强、可抑制印墨向X、Y方向扩散。二氧化硅的特殊结构——多孔隙结构见图3-1。

图3-1二氧化硅的SEM电镜照片

气相二氧化硅是一种多功能的添加剂。由于其纳米效应，在材料中表现出卓越的补强、增稠、触变、绝缘、消光、防流挂等性质，因而广泛的应用于橡胶、塑料、涂料、胶粘剂、密封胶等高分子工业领域。所以在涂料中加入少许气相法白炭黑，可提供防结块、防流挂、乳化性、消光性、悬浮、增稠和触变等功能。
气相二氧化硅是最主要的无机消光剂，在木器涂料、高固份涂料、酸催化涂料、建筑涂料、电沉积涂料、织物涂料、军器涂料、乙烯涂料、墙纸涂料中有广泛的应用。在光纤涂层加入气相二氧化硅，能保护光纤表面不受水分的侵蚀，有效的提高光纤耐疲劳性能和老化性能。这主要因为气相二氧化硅具有很大的比表面积，能够吸附过扩散进入涂层的任何活性基团，使光纤表面活性基团的浓度降低起到保护光纤的作用。当向紫外光(try)固化的光纤涂料中加入2%的气相二氧化硅时，可显著的降低光纤的吸水率，较好地改善光纤的疲劳与老化性能，增加光纤涂料的触变性，提高涂覆光纤的表面性能。气相纳米二氧化硅对紫外光的屏蔽作用能保护涂膜，减缓涂膜的老化。用于生产抗刮擦丙烯酸涂料。这种涂料的抗刮擦性能特别好。其耐磨性是传统丙烯酸体系的十倍。
二氧化硅具有优越的稳定性、补强性、增稠性及流变控制性能，被广泛应用于橡胶、涂料、油墨、UP树脂、农药、医药和化妆品等产品中。疏水性二氧化硅可作为弹性体的高活性填料，对湿气敏感的系统用作触变剂；是防锈涂料的有效助剂；流动性助剂；改善胶印油墨的印刷特性和水墨平衡。
在液态体系中，气相二氧化硅主要作为流变控制剂使用，它们在基质中分散形成一个二氧化硅网络，在储存过程中可以有效防止颜料的沉降分层现象。
在粉末体系中，气相二氧化硅可以作为分散剂使用，由于气相二氧化硅的小粒径和高表面能，它们可以吸附在涂料粒子的表面，在表面形成一个表层，有利于提高涂料的流动性和喷涂性能。气相二氧化硅可以吸附涂料表面的水分，可防止涂料的结块。
3.5溶剂及助剂的选择
3.5.1溶剂的选取
若设涂料用树脂、塑料材料、溶剂的溶解度参数分别为δ1、δ2、δ3，则塑料用溶剂应满足以下几个条件：
（1）δ1应接近于δ2，一般当|δ1-δ2|<2时，能有较好的附着力。
（2）δ3不能接近于δ2，即|δ3-δ2|>A（A为近似于2的常数）时，才能使塑料表面不受涂料用溶剂的侵蚀。但|δ3-δ2|也不宜过大，否则会溶剂对塑料的润湿性也不良，降低了附着力。
（3）δ1应接近于δ3，涂料用树脂才能溶解在溶剂中。
通常情况下我们利用溶剂挥发速率的不同来调整涂膜的表观状态,但是即使在配方中加入适宜的各种助剂亦很难达到理想的效果。事实上,溶剂的表面张力在很大程度上影响着涂层的物理化学性能和外观。实验结果表明,高、低表面张力的溶剂混合使用，可明显改善涂膜的装饰性与机械性能，而溶剂挥发速率的影响相对要小一些。
溶剂必须与成膜物质具有良好的混溶性。一般都是由好几种溶剂配制而成的混合溶剂。其中有：真溶剂、助溶剂、稀释剂。它们具有不同的挥发速率，在漆膜的干燥过程中，混合溶剂组分在不断地变化，为了不使成膜物质中的某一组分析出，必须保持各溶剂组分在挥发过程中的相对平衡。
其次，不同的溶剂对塑料表面产生不同的影响。有的溶剂使塑料表面产生应力裂纹。收缩膨胀，溶解等现象。裂纹和溶剂的挥发有关，挥发速度越快，越容易产生裂纹。产生收缩膨胀和溶解的主要原因是溶剂和塑料两者溶解度参数值太接近。但是，如果两者的溶解度参数值相差太远，则涂料对塑料表面的附着力差。所以在制定混合溶剂的配方时，其溶解度参数值是一个很重要的参考数据，要求选择的溶剂能轻微溶蚀塑料表面。混合溶剂的溶解度参数值可以近似的用各组分的溶剂的溶解度参数与其体积分数的乘积之和表示。
另外，还要考虑溶剂的挥发率问题。当溶剂和塑料表面的溶解度参数相近时，蒸发快的溶剂在塑料表面上滞留得时间短，它对塑料的侵蚀能力小；反之，蒸发慢的溶剂对塑料的侵蚀能力大。但是其蒸发速度不能过快也不能过慢。蒸发速度过快，可使干燥时间缩短，但对涂料的流平不利，甚至会导致气泡和橘皮等弊病；蒸发速度过慢，可使干燥时间延长，而且易发生流挂现象。
表3-8 常用溶剂的溶解度参数（25oC）
甲醇       14.46       乙醇       12.02       丙醇       12.06
异丙醇       11.15       丁醇       13.36       异丁醇       11.0
异戊醇       9.6       乙二醇       14.4       丙烷       6.23
丁烷       6.79       戊烷       7.09       己烷       7.33
戊苯       8.5       乙苯       8.7       对二甲苯       8.8
甲苯       8.9       苯       9.2

表 3-9高分子材料的溶解度参数（δ）
聚氟乙烯类树脂       6.2       有机硅橡胶       7.3
聚乙烯       7.9       聚氯化丙烯       7.52
聚异丙烯       7.7       聚丙烯       7.8-8.0
聚苯乙烯       8.6-9.7       天然橡胶       8.15
丙烯酸树脂       9.0-9.8       聚醋酸乙烯       9.43
聚氯乙烯       9.5-9.7       环氧树脂       11.5

沸点也使影响溶剂干燥的重要因素。溶剂沸点太低，干燥太快，涂料不易流平；相反沸点过高，干燥速度慢，既浪费能源又降低涂刷施工的生产效率，而且易于沾附灰尘和回粘等。
表3-10常用溶剂的挥发速度
名称       沸点（℃）       比挥发速度
二氯甲烷       40       2750
四氯化碳       76.8       1280
醋酸甲酯       57.2       1180
丙酮       56.2       1120
正己烷       65～69       1000
二氯乙烷       84       750
环已烷       80.8       720
醋酸乙酯       77.1       615
丁酮       79.6       572
苯       80       500
正庚烷       98.0       386
甲醇       64.5       370
甲苯       111.0       240
异丙醇       82.5       205
乙醇       78.1       203
醋酸丁酯       26.5       100
二甲苯       135～145       68
丁醇       117.1       45
环已酮       155～156       25
甲基溶纤剂       124.5       55

最后选用溶剂时还要注意选择毒性小、成本低和市场资源丰富的溶剂。
由于成膜物质已经选定了丙烯酸树脂和PVB树脂，根据其溶解度参数，虽然苯类化合物性能更优越，但是由于苯类化合物多为有毒物质，挥发性较强，容易造成污染，同样，烷烃类物质由于其挥发性过强，很少用于溶剂，所以经过筛选，基于性能、成本、环保和使用的广泛性来讲，最终确定用醇类物质作为溶剂，又由于甲醇也是有毒物质，所以排除。在一般的涉及丙烯酸和PVB树脂的涂料配方中，经常用乙醇、异丙醇或丁醇作为混合溶剂。所以初步确定用这三种物质作为溶剂的初选组分。
3.5.2关于助剂的选用
根据涂料配制的需要，还需要加入一些助剂，以进一步改善涂布工艺和满足纸张打印性能及其他物理性能。如颜料分散剂、消泡剂、粘度调节剂、抗氧化剂、荧光增白剂以及阳离子固色剂等。
为了消除涂料在高速分散时产生的大量泡沫对涂布的影响，通常要使用消泡剂；为了提高纸张本身和图像的抗老化、耐褪色能力，经常要使用紫外线吸收剂和抗氧化剂；而荧光增白剂则可用来增加涂布纸的白度。催干剂可以提高涂膜的固化速度，视涂料的性能确定添加量。为了在涂料的干燥成膜过程中形成一个平整、光滑、均匀的涂膜，需要添加流平剂。
在涂料工业中，有很多种助剂，选择什么样的助剂，需要在对涂料的半成品进行性能检测之后确定。
但是很多助剂都会影响涂料的成膜性。如：光稳定剂与紫外光吸收剂需慎用，这是由于这些助剂本身在光与热的作用下会分解、变色、影响涂膜的外观和性能。另外，紫外光吸收剂本身吸收紫外光过量，会造成局部涂层能量过度积累，当这些能量释放时会加速与其接触的树脂与颜料的分解。只有那些通过参与反应延缓树脂与颜料分解的助剂才是有益的。聚醚改性流平剂有时会影响涂膜的耐水性,而纯有机硅类流平剂会影响附着力，应慎用才是。
所以对于是否选用助剂，选用何种助剂，必须慎重。

第一章       涂料的配方试验
4.1选择配方的原料
4.1.1丙烯酸树脂的选择
生产丙烯酸树脂的厂家很多，这里选择捷利康特殊化学品亚太有限公司的产品NeoCryl系列。其各种产品性能如下：
表4-1 NeoCryl系列产品及性能比较1
型号
性能       B-805       B-810       B-811       B-813       B-814       B-815
类型       85000酸甲酯共聚物       甲基丙烯酸丁酯/甲基丙烯酸甲酯共聚物       甲基丙烯酸甲酯均聚物       甲基丙烯酸乙酯均聚物       醋酸乙酯/甲基丙烯酸乙酯/甲基丙烯酸甲酯共聚物       醋酸乙酯/甲基丙烯酸乙酯/甲基丙烯酸甲酯共聚物
典型分子量（Mw）       99       55000       40000       40000       45000       45000
玻璃化温度（℃）       190       59       110       64       52       54
环球软化点℃       0       155       200       160       135       140
酸值mgKOH/g       87；       7       0       10       10       16
粘度(25℃)mpa.s       25
25%在甲乙酮中       400；
40%在甲苯中       25；
25%在甲乙酮中       425；
30%在乙醇/水中       150；
30%在乙醇/水中       200；
30%在乙醇/水中
溶解性       C,D,E,F       C,D,E,F,H       C,D,E,F       C,D,E,F,G,H       C,D,E,F,G,H       C,D,E,F,G,H
性质       耐增塑剂       低挥发性的丙烯酸树脂；良好的粘结性；容易溶解；耐热密封       硬、韧；耐增塑剂，耐化学性；良好的相容性；低粘度       硬、耐久性；醇相溶性；低挥发的丙烯酸树脂；与硝化纤维素丁酯相溶       醇相溶性；低挥发的丙烯酸树脂；良好的柔性和粘合性；耐水       能溶于乙醇和异丁醇；低残留挥发物
应用       烯烃涂料；塑料涂料；丝网印刷油墨       凹凸印的包装油墨       汽车修补漆；丝网印刷油墨；塑胶涂料       凸印油墨；颜料制剂       包装油墨；金属涂料；塑胶涂料       凸印油墨和薄膜涂料；罩光清漆
注：溶解性：A－脂肪族，B－汽油，C－芳香族，D－酯类，E－酮类，F－氯化溶剂，G－低碳醇，H－高碳醇
表4-2 NeoCryl系列产品及性能比较2
型号
性能       B-817       B-831       B-842       B-862       B-875       B-880
类型       醋酸乙酯/甲基丙烯酸甲酯共聚物       醋酸丁酯/苯乙烯共聚物       甲基丙烯酸丁酯共聚物       甲基丙烯酸异丁酯共聚物       甲基丙烯酸异丁酯共聚物       甲基丙烯酸异丁酯/苯乙烯共聚物
典型分子量（Mw）       20000       75000       110000       170000       150000       90000
玻璃化温度（℃）       65       40       38       65       42       52
环球软化点℃       -       105       155       175       150       135
酸值mgKOH/g       59       13.5       0       1       0       6
粘度(25℃)mpa.s       65；
25%在氨水中       2750；
60%在甲乙酮中       67；
30%在甲乙酮/醋酸乙烯酯=1:1中       3500；
30%在汽油中       500；
30%在汽油中       900；
38.5%在混合溶剂中
溶解性       C,D,E,F,G,H       C,D,E,F,       C,D,E,F       C,D,E,F,       B,C,D,E,F       B,C,D,E,F
性质       低分子丙烯酸；优异的颜料润湿性；广泛的相容性       在甲乙酮和酯中具有良好的溶剂性；良好的硬软兼容性；户外持久性       良好的柔性；与多数粘合剂和蜡相容；良好的光泽       柔韧性；持久性；       柔韧性，持久性；可溶解于汽油；与丙烯酸和增塑剂相容       具有良好的光泽，硬度和耐化学性；广泛与增塑剂相容
应用       颜料制剂；民用粘合剂；用于油墨和上光油的改性树脂       路标漆；外墙涂料       塑胶涂料；陶瓷工业；热封清漆，用于铝和PS、PVC等的密封       喷雾器       渗透底漆；混凝土涂料；路标漆；       路标漆；混凝土涂料；有光泽和平坦的外墙涂料
注：溶解性：A－脂肪族，B－汽油，C－芳香族，D－酯类，E－酮类，F－氯化溶剂，G－低碳醇，H－高碳醇

通过性能分析，在其中能溶于低醇溶剂的有B-813、B-814、B-815和B-817四种，四种树脂性能接近，均可作为涂料的原料，但是由于本次实验选择气相二氧化硅作为填料，气相二氧化硅本身就是增稠剂，如果选用粘度太高的树脂，势必影响涂膜性能。所以最终选用B-817作为实验材料。
4.1.2 PVB树脂的选择
PVB树脂决定选用青岛昊成实业有限公司的产品：
其产品性能如下：
1、外观：白色或微黄的固体颗粒或粉末。
2、各技术指标：
表4-3昊成PVB树脂产品性能参数
牌号
技术指标
项目       SD-1       SD-2       SD-3       SD-4       SD-5
粘度
（涂1#杯）s       5-10       11-20       21-40       41-80       81-100
丁醛基（%）       43-50       43-50       43-50       43-50       43-50
酸值mgKOH/g       ＜1       ＜1       ＜1       ＜1       ＜1
灰份（%）       ＜0.12       ＜0.12       ＜0.12       ＜0.12       ＜0.12
挥发份（%）       ＜3       ＜3       ＜3       ＜3       ＜3
粒度       20目全过
透明度       透明或微透明

三、主要性质
1、物理性质
A、外观为白色易流动的颗粒状粉末，密度为0.17-0.4g/cm3温度适应可达零下60℃、玻璃化温度57℃、软化温度为60℃-75℃。
B、溶解性：PVB不溶于水，可溶于醇类、酯类、酮类等多种有机溶剂中，如乙醇、苯乙酰、环已酮。并与多种增塑剂相混溶如邻苯二甲酸酯类、磷酸脂类、脂肪酸脂类等。加入后可成膜，具有极强的粘结力、优良的透明性、耐水性和耐光性。还能与多种树脂相溶，如酚醛树脂、尿素树脂、三聚氰胺树脂、环氧树脂、硝化纤维素、天然树脂等。
C、具有良好的绝缘性、耐侯性、耐水性、耐老化性并耐无机酸和脂肪烃的作用。此外，聚乙烯醇缩丁醛无毒、无嗅、无腐蚀性。
2、化学性质
(1)PVB具有一定的化学稳定性，但在酸性或碱性（尤其是酸性）介质中能发生分解。
(2)加热到100℃以后才发生热分解，在200℃-240℃时几乎分解完全。
以上几种树脂性能接近，主要差别还是在于粘度，基于同选择丙烯酸树脂一样的考虑，选择粘度较低的SD-2作为实验用品。
4.1.3气相二氧化硅的选用
常用的气相二氧化硅有美国卡博特（CABOT）的M-5，EH-5和德国迪高莎（DEGUSSA）的AEROSIL200和AEROSIL972。经过对比，AEROSIL200产品其比表面积和吸油性良好，成本适中，符合要求，所以最终选用迪高莎公司的AEROSIL200作为试验用品。
AEROSIL采用高度精制的原料，并通过严密的工序管理进行生产。为此AEROSIL是一种杂质极少的二氧化硅。AEROSIL是通过高温水解反应制造的微粒子，带有蓬松的凝集现象。赋与适当的分散力就可以使其分散为直径小于可见光波长段（400-760nm）的细小粒子。比表面积大的AEROSIL可用于透明度要求高的树脂和弹性体。高度分散的AEROSIL不会影响树脂的透明度。通常，气相二氧化硅的比表面积为50-500/g，其一次粒子的直径为5-50nm。由于是在气相中通过高温水解反应制得，所以是一种没有内部表面积的非晶质(无定形)二氧化硅。AEROSIL的一次粒子的直径为5-50nm，通常以um-mm级蓬松地凝集。从电子显微镜测定的二氧化硅的一次粒子直径分布情况可知，粒度分布因比表面积的不同而异。
表4-4迪高莎气相二氧化硅的特性参数
性能代号       Aerosil 200       Aerosil 300       Aerosil R972       Aerosil R974
外观       白色微粉       白色微粉       白色微粉       白色微粉
比表面积(m2/g)       200±25       300±30       110±20       170±20
Ph值(4%水溶液)       3.6～4.3       3.6～4.3       3.6～4.3※       3.6～4.3※
初级粒子直径(nm)       12       7       16       12
燃烧损失(1000℃)       <1       <2       <2       <2
水分（干燥减量法%）       <1.0       <1.0       <1.0       <1.0
SIO2（%）       >99.9       >99.9       >99.9       >99.9
325目粗粒（%）       <0.01       <0.01       <0.01       <0.01
堆积密度(g/l)       约50       约50       约50       约50
纸袋包装重量(Kg)       10       10       10       10
※在水和乙醇比例为1：3的条件下测定。

图4-1 AEROSIL表面结构及粒子分散过程示意图

AEROSIL气相二氧化硅的突出优点：
1．增粘、触变效果
在添加了AEROSIL的溶液体系里，有施加外力后流动性变大，静置后则会变硬的性质，这一性质有助于防止溶液体系的流挂。将AEROSIL添加、分散到液状树脂（不饱和聚酯、环氧树脂、聚氨酯树脂等）中，就可以利用AEROSIL表面的相互作用形成交联结构，产生增稠、触变效果。能够控制树脂产品的流变特性。
2．防止固结，改善流动性
用AEROSIL可以改变覆膜表面的性质，利用其“滚珠轴承”的效果，起到防止结块、改善流动性的效果。
3．消光性
在涂料、油墨中添加AEROSIL，在溶液蒸发后就会在表面形成微小的凹凸面，光线在这些凹凸面上出现散射，达到抑制光亮的效果。
4．研磨
充分分散在液体中的AEROSIL粒子可对表面进行精细微研磨。
5．增加分散性，防止沉淀
将AEROSIL添加到含有颜料等的溶液中，可以增加分散性、防止沉淀的效果。
4.2涂料的初步试验过程
4.2.1 初步确定涂料中各组分的比例
经过对比和筛选，最终初步确定选用丙烯酸树脂和PVB树脂作为成膜物质，以气相二氧化硅作为填充物。
溶剂从溶解度参数和挥发速度来选择，乙醇的挥发性较好，但溶解度参数没有异丙醇接近于丙烯酸树脂，异丙醇的溶解度参数更接近于丙烯酸，但挥发性不如乙醇，所以初步决定采用两者各占50%的混合溶剂作为树脂的溶剂。
表4-5 溶剂的溶解度参数和挥发率
溶剂名称       溶解度参数       挥发率（乙醚法）
乙醇       12.02       8.3
丁醇       11.3       33.0
丙酮       9.77       2.1
异丙醇       11.15       10.0
环己酮       9.98       40.0
二丙酮醇       10.18       147.0
醋酸乙酯       9.10       2.9

另外，本来在纸张涂料中二氧化硅的组分应该在20%左右，但是由于其增稠作用明显且吸油性良好，所以暂且将其组分确定为10%，而PVB树脂的作用主要是改善丙烯酸的性能，所以其比例不应过大。

表4-6 第一次试验的涂料原料比例
原料       百分比（%）
丙烯酸树脂       25
PVB树脂       5
乙醇       30
异丙醇       30
气相二氧化硅       10

4.2.2涂料的生产
初步确定涂料的配方之后开始进行合成纸涂料的生产，以取得样本进行性能分析。
主要试验设备：
SFJ-400砂磨、分散、搅拌多用机上海现代环境工程技术有限公司
A-11 basic分析用研磨机  广州仪科实验室技术有限公司
托盘天平，刮棒，秒表，热吹风机
涂料的生产过程：
依据初步确定的原料比例，决定先配置200g的样品进行分析。
由于丙烯酸树脂是块状固体，首先用研磨机磨成粉末，以便溶解。
用托盘天平分别称取50g的丙烯酸树脂、10gPVB树脂、20g气相二氧化硅、60g乙醇和60g异丙醇。
先将称量好的溶剂倒入搅拌器的搅拌筒中，之后用夹子将筒固定好，调整搅拌头的高度，使其位于溶液的中上部，开动搅拌器，使溶剂混合均匀。待溶剂混合均匀之后，开始向溶剂中添加丙烯酸树脂粉末，用药匙缓缓向溶剂中添加，注意不使粉末飞扬，并控制搅拌速度在800转/分左右。
将丙烯酸树脂混合完毕后开始添加PVB树脂，方法同上，但是由于溶液黏度较高，需要将搅拌速度提高到1500转/分左右。
将丙烯酸树脂和PVB树脂添加完毕后，继续搅拌半小时，开始添加气相二氧化硅，由于气相二氧化硅颗粒轻，搅拌时容易使粉末纷飞，所以需要减缓添加速度，将搅拌器速度调低至1000转/分再开始添加。
让气相二氧化硅有效发挥作用的关键是确保其在树脂中获得适当的分散。分散设计越好，则有效性越好。对树脂行业而言，气相二氧化硅的分散可以使用多种方法，例如碾磨，高速剪切，球磨，砂磨，超声波分散等等，其中前两种方法使用的更多。
就主要的分散步骤而言也有两种，即所谓的一步法和两步法：
一步法是指将气相二氧化硅加入树脂中直接得到所需要的一定含量的产品，一步法的特点是生产工艺简单，比较适合大批量，产品单一的生产。两步法是先将气相二氧化硅以较高的比例分散人树脂制成母料，然后再加入树脂稀释到一定的比例。两步法的特点是由于体系粘度较高，分散时剪切力较大，气相二氧化硅的分散较好，适合多品种生产。
目前，国内产品质量较好的企业使用的分散方式主要采取一步法的高速剪切分散，能基本满足用户的需要。由于行业的特点，有相当多的中小企业分散设备十分落后，分散时根本形成不了剪切力，只是一种搅拌，气相二氧化硅在树脂中根本形成不了网状结构，从而无法发挥材料的性能。
将气相二氧化硅添加完毕后重新将搅拌速度提高至1500转/分，继续搅拌3个小时，保证各组分完全的溶合。其间去少量样品进行检验，看是否已经符合要求。当涂料基本符合要求之后，就可以停止搅拌，进行下一步试验。
4.3对涂料的检验和优化
4.3.1对涂料性能的检验
取少许已经制作好的样品，用刮棒在合成纸上涂匀，观察其干燥速度和成膜情况。
观察结果：
涂料的干燥速度较快，涂膜较为均匀，与合成纸的粘结力良好。透明性也较好，干燥后用水性笔在其表面进行书写，墨水很快被吸收，用手擦拭不掉。说明其吸油性也已基本达到要求。
实际检验：
将制成的涂料样品由工厂利用涂布机进行涂布，却出现了问题。涂料涂布后，干燥速度过快，造成结膜不均匀，影响了涂布效果。
原因分析：
虽然经过涂膜检验，涂料的粘结力和吸油性已基本达到要求，但是由于溶剂的挥发速度过快，在涂布机上涂布后，致使涂膜的干燥速度过快。
初步总结：
经过涂布试验，涂料的粘结力和吸油性已经达到了要求，但是涂料的干燥速度影响到了结膜效果。下一步需要在保证粘结力和吸油性的前提下，对溶剂的成分进行进一步的优化调整。
4.3.2对涂料配方的修改
经过对涂料初步配方的试验，知道了目前的性能缺陷，需要对成分进行进一步的调整。
由于合成纸的表面特性，涂料的干燥速度主要由溶剂的挥发速度来决定，所以需要选用挥发性溶剂，但是溶剂挥发过快，湿膜的黏度增加太快，不利于流平，影响结膜性能，再上次的配方中得到了验证，所以这次对配方的改进主要是改善溶剂的挥发性能，降低溶剂的挥发速度，但是也不能使挥发速度过慢，否则湿膜的黏度增加太慢，易导致垂直面的流挂。
通过对比溶剂挥发性能表，丁醇的溶解性参数和乙醇、异丙醇很接近，但是挥发速度很低。可以用来延缓溶剂的挥发速度，所以最终决定选用丁醇替代组分的一部分乙醇。

4.4 确定最终的涂料配方
4.4.1确定新的溶剂比例
为了重新确定溶剂中的比例，需要先进行大致比较，取原样品50g，加入一定量丁醇后搅拌均匀，用刮棒刮涂后比较干燥速度的变化。同时刮涂原涂料样品，比较两者干燥速度，由于厂家需要将其干燥速度降为原来的一半左右。所以需要不断的尝试，当干燥速度仍过快时继续添加丁醇，搅拌均匀，重新刮涂比较，直至干燥速度达到要求。测算得到此时的异丙醇、乙醇、丁醇的量大致比例是3：2：1，以此确定最终溶剂中各组分的比例关系，其他组分保持不变。得新配方：