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日本微涂布纸发展概况

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发表于 2011-11-18 09:29:17 | 显示全部楼层 |阅读模式
日本微涂布纸发展概况
Development of LWC in Japan
1 前言
  微涂布纸是指以高级印刷纸和中级印刷纸为原纸,两面的总涂布量在12g/m2以下,具有良好印刷适性的印刷用纸。最初是为使中级印刷纸具有与高级印刷纸相当的印刷适性而开发的,主要采取施胶压榨(门辊或与其有同等功能的装置)方式进行涂布。
  在1986年之前,微涂布纸还没有正式的名称,当时被称为微量涂布纸、轻量涂布纸、门辊纸等。现在的“微涂布纸”名称是1986年6月正式决定的,并按当时市场上产品的白度进行了分类,成为现在划分微涂布纸等级的基准。
2 微涂布纸的发展
2.1印刷方式的变化
  在日本,为适应大量印刷、降低成本和使印刷品更加精美的要求,从1975年开始印刷方式由凸版印刷迅速向胶版印刷转变。
  印刷厂为降低排版、制版的劳动强度和提高速度,引入了CTS排版、CT扫描设备等计算机系统,印刷工作的效率和质量大大提高。
  出版物从文字印刷向有图形印刷发展,美观化的要求提高,进一步加快了胶版印刷的发展进程,微涂布纸也就应运而生了。
2.2微涂布纸用途的扩大
  微涂布纸最初是在1978年仅仅作为教科书和文库书用纸。当时,与中级纸相比,它的某些方面质量要好,耐胶版印刷,单面涂布量1~2g/m2;采用施胶压榨设备进行涂布。
  微涂布纸还具有不用机外涂布机,利用现有设备就可以改善质量,不需大的设备投资等优点。
  此后,出版社为追求与杂志的差别,开始使用微涂布纸,代替了以前卷首插图用的比其档次高的A3、B2涂布纸,也代替了比其档次低的高级印刷纸、中级印刷纸、低级印刷纸,微涂布纸有了很大发展。另外,通过改进涂布方法、提高涂布量、改善光泽度等,也使印刷效果提高,品种逐渐齐全。价格较低的微涂布纸在商业印刷领域开始采用。
  另外,开发了用作邮寄广告的高不透明度超轻量涂布纸,与高级纸、中级纸相比,改善了印刷效果,降低了定量节省了邮费。
  微涂布纸迅速发展的主要原因就是其质量和价格满足了印刷品向彩色印刷和精美印刷发展的需要。
2.3微涂布纸的发展动向
  1988年日本微涂布纸的产量是48万吨,1995年是112万吨,8年间增长了2.3倍,年平均增长率12.9%。从1992年到1995年,年平均增长率以8.5%稳步增长,短期内成为印刷用纸的一个分支。
  如果把1995年生产的微涂布纸细分成光泽型和非光泽型,则微涂布高级纸中非光泽型的比例高,微涂布印刷纸中光泽型的比例高。另外,从1995年微涂布纸在各种用途中的销售比例来看,商业印刷占58%,出版用占31%,其它占11%。
3 微涂布纸的分类和质量
3.1微涂布纸的分类
  微涂布纸从大的方面分为以高级纸为原纸和以中级纸为原纸两类,以高级纸为原纸的称为微涂布高级纸,以中级纸为原纸的称为微涂布印刷纸。微涂布印刷纸根据其白度不同又分为微涂印刷纸1、微涂布印刷纸2、微涂布印刷纸3。微涂布纸共有4个档次,每个档次又可分为光泽型和非光泽型两种。各种微涂布纸的特点和用途见表1。

品种        特点和用途
微涂布高级纸        双面涂布量在12g/m2以下,印刷适性好,白度79%以上,使用原纸是高级纸(印刷用纸A),作为商品目录、(散发的)广告单等商业印刷和杂志正文等彩色印刷用纸。
微涂布印刷用纸1、2        双面涂布量在12g/m2以下,微涂布印刷用纸1的白度74~78%,微涂布印刷用纸2的白度为68~73%,它们使用的原纸都为中级纸(印刷用纸B),用于印刷杂志正文、彩页、(散发的)广告等。
微涂布印刷用纸3        双面涂布量12g/m2以下,白度62~67%,使用的原纸为中级纸,用于印刷杂志的正文、彩页、(散发的)广告等。

3.2日本和其它国家涂布纸分类方法的比较
  其它国家没有与日本的微涂布纸相当的品种,勉强地说,美国的No.5级涂布纸,欧洲的LWC、颜料涂布纸与日本的微涂布纸相当,只是美国是根据白度把涂布纸分成了No.1~No.5五个级别,并不是象日本根据涂布量和原纸种类来分类的。如果根据白度来分类,微涂布纸如表2所示。
3.3微涂布纸的质量
  微涂布纸和涂布纸是按涂布量来分类的,微涂布纸的双面涂布量在12g/m2以下。
  经过表面照像观察,微涂布纸与A2涂布纸比较,涂布层薄,表面覆盖性差,纸浆纤维有所暴露,A2涂布纸表面的纸浆纤维完全看不见。而比较两者的横截面照片可以看出,微涂布纸的涂布层要薄得多。微涂布纸和涂布纸的印刷效果不同,可以说就是由于这种表面覆盖性的不同。为了改善微涂布纸的印刷质量,在较少涂布量情况下,提高其表面覆盖性是很重要的。
  微涂布纸在印刷过程中出现的问题与一般的涂布纸几乎相同。只是采用门辊等施胶压榨涂布制造的光泽型纸,其成本比涂布纸低,定量也常常偏低。因为施胶压榨不能涂布淀粉,挺度较差,在印刷和装订过程中耐折性差。相反地因为涂布量少,在卷筒纸胶版印刷机印刷时,不容易产生“纸面鼓包”(blister)和折痕部龟裂的现象。代表性的微涂布纸质量如表3所示。
表2 美国、日本涂布纸品种比较

美国        日本
        涂布纸        微涂布纸
Coated No.1
(白度85%以上)        铜版纸(A1)
(原纸为高级纸)
(双面涂布量40g/m2左右)         
Coated No.2
(白度83~85%)        涂布纸(A2)
(原纸为高级纸)
(双面涂布量20g/m2左右)         
Coated No.3
(白度79~83%)        涂布纸(A3)
(原纸为高级纸)
(双面涂布量15g/m2左右)        微涂布高级纸
(白度79%以上)
(双面涂布量12g/m2以下)
Coated No.4
(白度73~79%)        涂布纸(B2)
(原纸为高级纸)
(双面涂布量20g/m2左右)        微涂布印刷用纸
(白度74~78%)
(双面涂布量12g/m2以下)
Coated No.5
(白度73%以下)        轻量涂布纸(B3)
(原纸为高级纸)
(双面涂布量15g/m2左右)        微涂布印刷纸2
(白度62~72%)
(双面涂布量12g/m2以下)
微涂布印刷用纸3
(白度62~67%)
(双面涂布量12g/m2以下)

注)美国的白度为GE,日本的白度为蓝光法白度
4 微涂布纸的制造方法
  微涂布纸的制造包括抄纸、涂布、完成工段,光泽型纸还采用超级压光以增加表面的平滑性,这一点与涂布纸相同。本文主要讨论微涂布纸制造时有特点的涂布方式。
表3 微涂布纸的质量

品种        白度        类型        代表性产品的质量
                        定量
(g/m2)        厚度
( /m)
平滑度
(a)        白度
(%)        原纸光泽度
(%)
微涂布
高级纸        79%以上        非光泽型        64.0        74        100        83.5        15
                光泽型        64.0        58        1000        83.5        45
微涂布
印刷纸1        74-78%        非光泽型        60.0        66        100        78.0        15
                光泽型        60.2        57        1000        77.0        45
微涂布
印刷纸2        68-73%        非光泽型        54.2        70        100        73.0        15
                光泽型        54.2        52        1000        71.0        42
微涂布
印刷纸3        62-67%        非光泽型        60.2        76        100        67.0        15
                光泽型        60.2        60        800        66.0        35

4.1门辊涂布
4.1.1涂布方式
  门辊涂布机是机内轻量涂布的一种方式。它本来是用作光洁涂布的(Clearcoat),开始时存在橡胶剥离问题,效率较低,难以普及。后来,采用了尿烷橡胶,辊的冷却技术等也得到了发展,提高了辊的使用寿命,故开始采用门辊涂布机生产微涂布纸。
  现在,日本主要采用门辊涂布方式生产微涂布纸。图1是这种涂布方式的简略示意图,图2是涂布纸横截面的示意图
  
图1 门辊涂布机图  图2 涂布纸横截面图
  门辊涂布机的优缺点如下:
  优点:
  ①结构比较简单,可以两面同时涂布
  ②可以在机内涂布,设备投资少
  ③原纸表面被涂膜均匀覆盖,可以进行一般的涂布
  缺点:
  涂布头辊表面附着的涂布液膜在压区出口呈无数裂开(filament)状态,在涂布面很容易产生与其一模一样的不规则花纹。
  涂布面不规则花纹是辊式涂布独有的缺点,花纹较轻时,经超级压光处理后不会出现什么问题。花纹比较明显时,超级压光处理后也会呈现出所谓的“桔皮斑”状态。如何解决这个问题是门辊涂布的重要课题。
  出现这种情况,与涂布条件(各个辊的旋转速度、压区压力、涂布量等)、原纸的性能(匀度、透气度、吸液性、平滑性等)、涂料流动性(固形物、粘度、保水性等)都有关系。其中,原纸的吸液性、涂料的流动性和保水性较差时,容易产生这种现象。
  一般地,如果原纸在通过辊的压区时吸液不充分,多余的涂料液膜会滞留在涂布头辊的表面,成为产生桔皮斑的原因。但如果吸液量过大,容易在原纸过度润湿时而产生断头、卷曲、涂布层强度不足等问题。
  涂料的低剪切粘度低,高剪切粘度高,可以抑制花纹的产生。涂料的保水性不足时,其中的水系成分过度的被原纸吸收,涂料的粘度上升,涂布头辊和纸分离时的阻力呈现不规则状态,容易产生涂布缺陷,由此产生纸的断头,在质量方面,由于胶粘剂过分侵透,容易产生涂布层强度不足的问题。只是,为了抑制桔皮斑的产生,过分降低低剪切粘度,其它辊的花纹,会沿纸的走行方向产生条状涂布斑。
  此外,因为是机内涂布,会出现涂布辊、弧形辊、后部烘缸等设备脏污现象,还会引起在纸面附着色渣。
  产生脏污的原因是涂料的机械稳定性差和在涂布头辊上容易风干,解决这个问题的方法如下:
  ①使用机械稳定性的胶乳
  ②选择合适的助剂及组合(除尘剂、耐水化剂、消泡剂等)
  ③提高涂料的保水性
  ④提高原纸的施胶度
  另外,减少涂布量可以使这个问题有所减轻,但要保证产品的质量,必须从抄纸方法和涂料配比两方面综合考虑。
  最近,为了减少后部干燥的脏污,有的在后部干燥前设置了用于预热的红外线干燥设备(IR干燥设备)。
4.1.2涂料配方
  (1)颜料的组合
  颜料主要以粘土和碳酸钙为主,其比例一般是粘土:碳酸钙=50:50~80:20,粘土和碳酸钙的品种多种多样,应根据产品质量要求来选择和配比。超轻量涂布纸定量低,为了保证不透明度,有时使用二氧化钛或塑料颜料等特殊的颜料。
  (2)粘合剂
  粘合剂一般同时使用胶乳和淀粉,合计用量为颜料的20%,其中胶乳为10~15%,淀粉为5~10%。微涂布纸涂布量少,涂料不能完全覆盖原纸的表面,必须改变其配比以改善表面强度。
  (3)涂料的固形物浓度、粘度
  门辊涂布用涂料的固形物浓度一般在40~60%,低剪切粘度用Brookfield(B型)粘度计,在60r/min情况下测定,粘度在1000~2000CPS。
  (4)机械稳定性
  门辊涂布是用辊来混匀涂料,所以涂料受到较高的剪切力,如果涂料的机械稳定性差,涂料中固形物就会固化析出,作业性明显下降,因此,门辊用涂料必须提高其对机械剪切力的稳定性,胶乳必须采用机械稳定性好的品种。
  (5)保水性
  如前所述,门辊涂布所用的涂料如果保水性差,容易产生桔皮斑和纸机脏污。另外,因为省去了淀粉及其它药品的施胶压榨,涂料容易有向原纸内部渗透的倾向,且存在难以实现涂布效果的问题。保水性可以通过增配淀粉和添加保水剂来改善。
  (6)印刷光泽
  微涂布纸比涂布纸的涂布量少,所以,与一般涂布纸相比,原纸的光泽度和印刷光泽度差。光泽型微涂布纸可以通过调整超级压光的条件进行某种程度的调切。但如果不增加涂布量,使用印刷光泽度好的颜料和胶乳,就难以改善印刷光泽。
  (7)挺度
  一般的微涂布纸多数是低定量产品,与同一定量的高级纸和中级纸相比,纸浆的比例相对要少,挺度低。
  提高挺度的方法如下:
  ①减少原纸的填料用量
  ②减少涂布量
  ③增加涂料中淀粉的比例
  其中的每一项调整都必须考虑与原纸光泽度和印刷光泽度之间的协调关系。
  挺度在有些时候是必须要求的指标,有些时候并不是必须的。
  (8)耐鼓包性
  微涂布纸用于胶版印刷时,与一般涂布纸不同,涂布量低,对原纸表面的覆盖性也不好,妨碍热风干燥时水蒸气挥发的因素少,光泽型和非光泽型几乎都不会产生鼓包问题。
4.2机内短销式涂布
  微涂布纸的制造设备主流是门辊涂布机。1986年开始,在机内设置短销式涂布机,用它来生产微涂布纸。
  使用刮刀涂布机生产微涂布纸存在两个问题,第一是原纸表面凹进部分因涂料填充而平滑,但凸出部分涂料非常薄,容易产生光泽斑;第二是容易产生条纹。为减轻这些问题而开发了短销式涂布机。
  这种涂布机的特点是涂布头和刮刀*得非常近,可以在加压状态供给涂料。因此涂料向原纸渗透时间短,并且,能用较轻的刮刀压力涂布,所以,减少了线状条痕和纸的断头。图3是短销式涂布机的概略图,图4是涂布纸横截面的示意图。

图3短销式涂布机

图4 涂布纸横截面图
  短销式涂布机的具体特点如下:
  ①把涂料原纸的浸透控制在最低限度,有效涂布层变厚,对纤维的覆盖性好。经超级压光处理后光泽度高,光泽斑也少。
  ②从涂料涂布到刮刀刮落的时间短,在涂料流动性较好的状态下将涂料刮落,很少产生划痕和有色条纹。
  ③与以前的刮刀涂布机相比,刮刀压区的压力低,即使涂布较薄的原纸,也不容易断头。
  ④因为是刮刀涂布机,所以,不会产生门辊涂布机辊引起的花纹。
  机内短销式涂布机与门辊涂布机相比,生产的产品质量好,但其设备费用高,操作复杂。
4.3鸟啄刮刀(Billblade)涂布
  除门辊涂布以外,进行机内涂布生产微涂布纸的施胶压榨设备,还有鸟啄刮刀涂布机。如图5所示,一面是刮刀涂布,一面是辊式涂布,两面同时涂布。涂布纸的质量和门辊涂布纸比较,刮刀涂布面不会产生由辊引起的裂纹的优点。

图5 刮刀式双面涂布机
  一面是刮刀,一面是辊式涂布,由于涂布条件不同,容易产生两面差。刮刀直接与原纸接触,所以,原纸强度差时,容易出现断头。此外,与门辊涂布机一样,抄纸机存在脏污问题。
4.4BEL-BAPA涂布
  BEL-BAPA涂布机如图6所示,一面是刮刀,一面是门辊涂布的机内涂布机。

图6 BEL-BAPA涂布机
  BEL-BAPA通过组合,可以组成TCT(双涂布塔)-BEL-BAPA型,这种形式有两个进行刮刀涂布的涂布头,可以用短销式涂布机在机内进行两面刮刀涂布。
4.5Sym-Sizer涂布
  Sym-Sizer涂布机如图7所示,是以刮刀或刮棒代替门辊涂布机中的计量辊而成的涂布机。通常的刮刀涂布机是在纸页上直接涂布涂料,然后用刮刀刮去多余的涂料,而Sym-Sizer涂布机是先在涂布头辊涂上涂料,用刮刀刮去多余的涂料之后,再从涂布头辊转移到纸页上。

图7 Sym-Sizer涂布机
  与门辊涂布机不同的是涂料的计量不是用辊,而是用刮刀或刮棒来实现,与门辊相比,这种设备不需要太大的空间,具有很容易从两辊压榨改造而成的优点。
5 结语
  微涂布纸与其它纸比较,历史较短,前后不过十几年,最初是比高级纸、中级纸某些方面印刷性能好。由于其质量不断提高,现在,毫不逊色于A3、B2涂布纸。因此,作为适应市场上美观化、轻量化潮流的纸种得到了增长,短期内形成了与高级纸相匹敌的一个分支。预计今后还会有进一步增长。
发表于 2012-10-13 13:39:36 | 显示全部楼层
文章还好,很多厂在设备上已经超越日本公司,但在技术工艺上还有待进一步努力吧,岳阳最近搞了个轻型纸涂布,王是曹院长的弟子,不错
发表于 2012-12-24 15:54:41 | 显示全部楼层
樓主辛苦了!
发表于 2012-12-24 22:15:59 | 显示全部楼层
谢谢分享
发表于 2013-1-10 13:06:27 | 显示全部楼层
日本的工艺还是有一套
发表于 2014-3-12 09:27:55 | 显示全部楼层
的确!中国现在是好设备也制造不出日本的差设备和差原料生产的产品,就咱我们企业来看是这样子的。
发表于 2014-3-12 09:30:01 | 显示全部楼层
工艺这东西还是需要自己探索探索才行,别人的经验只能作为借鉴。
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