本书是芬兰造纸工程师协会组织编写的20本造纸书中的一本，分17章介绍涂布加工纸方面内容。这套书世界闻名（在造纸界）。包括含和不含机械木浆原纸；涂布用颜料——高岭土、研磨碳酸钙、滑石、二氧化钛、石膏、沉淀碳酸钙、三水合铝、合成塑胶颜料；涂布胶黏剂——胶乳、大豆蛋白、羧甲基纤维素、聚乙烯醇；涂料添加剂；涂料分散剂、涂料的制备与过程控制；颜料涂布技术；表面施胶与干燥设备；纸张涂布的干燥与干燥设备；纸张的多层涂布；纸板涂布；涂布机过程控制与自动化；涂布机的电气传动装置；颜料浆液和涂布配料的流变性；涂层的固化与结构涂层结构的测量与影响；质量控制；研究与新开发。

第1章 纸和纸板颜料涂布与表面施胶的介绍 本书**介绍纸和纸板的水性颜料涂布。同时也介绍了表面修饰工艺——表面施胶。本章目的是使读者总体上了解水性颜料涂布和表面施胶工艺、表面施胶和颜料涂料的组成、施胶和颜料涂料如何影响纸张性能、以及涂布纸的结构。除非另有注明，本书涉及的涂布是指水性颜料涂布。除了水性颜料涂布外，诸如树脂挤压涂布、各种所谓“脱开式”涂布、聚合物分散涂布，蜡质涂布等，在本丛书的第12分册：《纸和纸板加工》中介绍。 近年来出现了一些颜料涂布方法，包括喷雾涂布、帘式涂布、选定区域的点/局部涂布、以及单独制备涂层的转移和铸涂。*近尤其少?或者无水的涂布技术受到注重。本书后面章节将有论述。 涂布原料的发展与环境方面的压力有很多关系，比如源自于生物高聚物的颜料和胶黏剂乳液。目前这些产品进入商业化。淀粉是考虑*多的生物高聚物之一。 涂布纸和纸板等级在本书第二章讨论。 1.1 涂布与表面施胶的目的 为什么许多原纸和纸板需要颜料涂料？为什么要对这些纸页进行表面施胶？ 这些问题的答案可以从用户对纸和纸板表面性质的要求中找到。大部分产品在使用周期的下一个阶段用于打印或者加工。高质量印刷适性需要控制油墨与打印界面之间的作用，而好的印刷视觉效果源自于纸张的表面光学性能。 表面施胶可以改善纸张的表面强度、化学性质和孔隙度。另外，表面施胶增加了纸张挺度，颜料涂布改善了纸张印刷性能。因此，高质量的印刷用纸和纸板需要涂布。 1.2 涂布如何影响纸的性能 涂布严重改变纸张表面。我们已知道，涂布填平凹坑和覆盖原纸表面，涂布大大增加纸张的平滑度。此外，与未涂布纸比较，涂布有下述影响： （1）吸墨性下降。 （2）表面强度增加与尘埃点减少。 （3）光泽度增加，结果常使印刷光泽度增加而纸张非印刷区仍保持无光泽。 （4）不透明度增加，很可能还有白度。 （5）拿涂布与未涂布纸在同一定量时相比较，纸张的机械强度下降。 （6）在同一定量比较两者纸张时，挺度下降。 这种改变的程度取决于涂料各种组分的种类与用量以及涂布设备与整饰处理情况。 虽然我们通过涂布可以获得若干有用的性能，但必须注意，原纸的性能对*终产品的性能来说是十分重要的。一般来说，涂布纸性能有80%取决于原纸性能。涂布强化了原纸的缺陷而不是掩盖。 图1-1显示出未涂布与涂布纸表面以及涂布纸剖面电子的扫描显微镜图。该图像印证了涂布目的。可以看到纸张质量与外观随着涂料充填空隙与覆盖原纸表面而有了改善，其结果是改进了印刷质量。在覆盖纸面同时对纸张表面孔隙与不平整性的充填，影响了吸墨以及改进印刷图像重现原图像*小细节的可能性。涂布可以增加纸张的价值。 图 1-1 未涂布、涂布纸以及涂布纸剖面电子扫描显示镜图，（图像提供者：KCL芬兰制浆造纸研究院） 1.3 涂料的组成 1.3.1 涂布原料 涂料由几种成分所组成，主要包括颜料、胶黏剂、助剂和水。这些成分中*重要的是颜料，在特定的涂料中可以只有某一种颜料，而更为常见的是有几种颜料。颜料占涂料干重的80%-95%（质量分数）。颜料通常是多种矿物，*常用的是高岭土（或称瓷土）和碳酸钙：也使用合成颜料。在涂料中的颜料是非常细小的颗粒；实际上，几乎所有涂布用颜料粒子的规格在0.5-1.5μm之间。 涂料中另外的重要成分是胶黏剂。涂料的胶黏剂组分通常由胶黏剂混合体（*常见的 为两个）所组成。胶黏剂的主要用途，如其名称所示，是将颜料粒子黏结到原纸上且将其互相黏结在一起。所以它起到胶结的作用。涂料中胶黏剂的数量约为干颜料量5%-20%（质量分数）。胶黏剂用量*低的是转轮凹版印刷的涂料，*高的是胶版印刷的涂料。胶黏剂也可影响涂料的黏度和流动性。各种不同的聚合物分散体是常用的胶黏剂。淀粉则是影响流动性的水溶性胶黏剂的一个例子。 可将一种称为增稠剂的成分加入到涂料中以进一步改变涂料的流变性和保水性：增稠剂也可有很好的黏结性能，因而称为共黏剂。增稠剂可以全部是合成材料，或者也可以天然聚合物。典型剂量是不超过颜料量的百分之几。 除颜料与胶黏剂外，涂料一般还含有各种起不同作用的助剂。这些助剂的作用有协助颜料分散、调节pH、起润滑作用、起光学增白作用，以及对涂料的杀菌等。助剂的用重—般仅为总固形物的2%（质量分数）以下。 水是涂料的基本成分。水可使涂料的各个成分很好混合，例如，使所有的颜料粒子彼此很好分散，这在干态不可能做到。水也使涂料有可能输送到别处，并使涂料均匀分散地涂覆在原纸上。*后，随着水分从涂层蒸发，胶黏剂成为颜料粒子与原纸之间的桥梁时，涂料就固化了。涂料只应含有流动性所必需的水量。在涂料中的干固物含量可高达70%（质量分数）左右，即含水量可少至30%（质量分数）左右。 油漆与涂料之间的主要不同是胶黏剂的用量（油漆的胶黏剂片用量要比涂料多得多）。这部分是由于上油漆与纸张看来涂料混合物似乎很像油漆，都包含有同样成分。当然，在具体细节上是不同的；助剂可能完全不同，还有不同种类的胶黏剂，以及造纸涂料是白色的而油漆则是有色的，致使颜料也不同等等。 油漆与涂料之间的主要不同是胶黏剂的用量（油漆的胶黏剂的用量要比涂料多得多）。这部分是由于上油漆与纸张涂布所要达到的目的不同。上油漆的目的是改进上漆表面的外观，油漆还起到保护层的作用。后者的功能要求油漆层在多数情况下应该是无孔的。这是通过使用大量胶黏剂，将颜料粒子之间的缝隙都完全用胶黏剂填满而获取的。 至于涂料，除了改进纸张外观外，上涂的目的是为了获取纸张表面所需要的性能。在这里，*重要的是印刷性能。但涂层应该很强韧，以便抵御印刷过程的应力作用；涂料的表面强度决定了*低允许胶黏剂量。例如，胶版印刷油墨的黏性大，它要求涂料有一定的Z向强度，即拉?强度。另一方面，增加胶黏剂用量对好几个涂布性能有负面效应，过多的胶黏剂可造成质量问题，诸如低不透明度和低光泽度，或易黏性问题。所以应避免将多于表面强度所需的胶黏剂加入到涂料中，因为胶黏剂是很昂贵的。 但涂布工艺与原纸吸收性则可能使得高胶黏剂用量成为必要。为了表示颜料与胶黏剂的相对用量，这里引入颜料容积比（P．V．C）的概念：

第1章 纸和纸板颜料涂布与表面施胶的介绍 1.1 涂布与表面施胶的目的 1 1.2 涂布如何影响纸的性能 1 1.3 涂料的组成 3 1.3.1 涂布原料 3 1.3.2 涂料的制备——涂料配方 5 1.4 表面施胶概述 7 1.5 涂布工艺概述 7 1.6 涂布工艺 7 1.6.1 涂布质量与生产运行性能 13 1.7 涂布经济学 15 1.7.1 涂布材料方面 15 1.7.2 技术方面 17 第2章 颜料涂布产品 19 2.1 简介 19 2.2 涂布纸和纸板的分类 19 2.2.1 涂布纸 19 2.2.2 涂布纸板 20 2.3. 终端使用的涂布要求 21 2.3.1 印刷过程 21 2.3.2转换工艺 28 第3章 原纸 30 3.1 简介 30 3.2 迁移机理 30 3.2.1 涂料渗透 31 3.2.2 涂料液相渗透 32 3.3 原纸要求概述及其影响 34 3.3.1 强度与均一性 35 3.3.2 纸页Z向结构 36 3.3.3 表面性能和孔隙结构 37 3.4 原纸和涂料相互作用——对涂布纸性能影响 39 3.4.1 涂布覆盖率 39 3.4.2 涂料固化/涂层结构 41 3.4.3 接触水时原纸的形变 42 3.5 涂布机的运行性能 43 第4章 涂布原料概述 49 4.1 涂布颜料简介 49 4.1.1 涂层中颜料功能 49 4.1.2 理想的颜料 49 4.1.3 颜料种类 50 4.1.4 颜料的主要性质 51 4.1.5 颜料选择指标 54 4.2 胶黏剂概述 54 4.2.1 胶黏剂的功能 54 4.2.2 理想的胶黏剂 55 4.2.3 胶黏剂类型 56 4.2.4 胶黏剂选择的原则 57 4.2.5 胶黏剂的黏结能力 58 4.2.6 颜料的胶黏剂需要量 58 4.2.7 共黏剂与增稠剂 59 4.3 涂布助剂 60 第5章 颜料 62 5.1 高岭土 62 5.1.1 产地和矿物学 62 5.1.2 生产涂布高岭土的等级 64 5.1.3 涂料高岭土的性质 65 5.1.4 煅烧、结构化和工程化高岭土 68 5.1.5 高岭土分散 71 5.1.6 含高岭土的涂料颜色的属性和流动性 74 5.1.7 高岭土应用于涂料纸和纸板 76 5.1.8 含有高岭土的涂料颜色的成分和组成 77 5.1.9 含高岭土涂布纸的属性 78 5.2 重质碳酸钙 85 5.2.1 材料说明 85 5.2.2 市场和经济 96 5.2.3 未来展望 97 5.2.4 致谢 99 5.3 滑石 99 5.3.1 滑石粉在造纸应用中的历史 99 5.3.2 矿物生成 99 5.3.3 滑石粉涂料的矿物学和形态学特征 102 5.3.4 滑石粉涂料 107 5.3.5 滑石涂料在造纸涂布中的应用 111 5.3.6 致谢 115 5.4 硫酸钙（石膏） 115 5.4.1 硫酸钙（石膏）的属性 115 5.4.2 生产 117 5.4.3 组成和含石膏的涂料颜色 120 5.5 沉淀碳酸钙 124 5.5.1 PCC与涂布用PCC的生产 124 5.5.2 涂布用PCC的物理性能 127 5.5.3 含PCC涂料的组合与制备 130 5.5.4 含PCC涂料的流动特性与运行性能 130 5.5.5 各种品级PCC在涂布上应用 133 5.5.6 含PCC涂布纸的性能 133 5.5.7 未来展望 136 5.5.8 总结 137 5.6 合成树脂颜料 138 5.6.1 主要种类 138 5.6.2 化学和物理性能 139 5.6.3 制造方法 140 5.6.4 运输、装卸与贮存 141 5.6.5 应用与性能 141 5.6.6 使用性能的机理 143 5.6.7 分析流程 146 5.6.8 经济与市场因素 146 5.6.9 未来展望 147 5.7 三水合铝 148 5.7.1 产地 148 5.7.2 生产工艺 149 5.7.3 晶体结构 149 5.7.4 流变学行为 151 5.7.5 配比 152 5.7.6 涂布应用 152 5.7.7 ATH作为增充剂 154 5.7.8 分析方法 156 5.7.9 处理与装运 156 5.7.10 未来展望 156 5.8 二氧化钛 156 5.8.1 引言 156 5.8.2 二氧化钛颜料的制造 157 5.8.3 二氧化钛颜料的特性 160 5.8.4 在造纸应用中的二氧化钛颜料 165 5.8.5 二氧化钛颜料的分散 166 5.8.6 二氧化钛颜料灰浆的性能 166 5.8.7 含二氧化钛颜料的涂料性能 168 5.8.8 含二氧化钛颜料的涂料与涂布纸的性能 173 5.8.9 产品** 176 5.8.10 二氧化钛颜料的未来展望 176 第6章 胶黏剂 190 6.1 淀粉 190 6.1.1 淀粉来源与生产 190 6.1.2 淀粉的制备 194 6.1.3 淀粉的变性 196 6.1.4 淀粉在表面施胶和涂布中的功能 198 6.1.5 淀粉对施胶和涂布的纸和纸板性能影响 204 6.2 胶乳 208 6.2.1 引言 208 6.2.2 什么是“胶乳”？ 209 6.2.3 纸张涂布胶黏剂用胶乳的物理化学特性 210 6.2.4 乳液聚合 211 6.2.5 胶乳的存储与处理 214 6.2.6 纸张涂布胶乳的类型及其特性 215 6.2.7 胶乳对纸张涂布工艺以及纸张质量的影响 221 6.2.8 发展趋势和展望 228 第7章 共黏剂和增稠剂 230 7.1 羧甲基纤维素 230 7.1.1 简介 230 7.1.2 CMC的制备和化学性质 230 7.1.3 用于纸张施胶和颜料涂布的CMC级别 231 7.1.4 CMC在涂料中的添加 232 7.1.5 CMC对涂料保水性的影响 233 7.1.6 CMC对涂料流动性能的影响 235 7.1.7 CMC对涂布性能的影响 238 7.2 大豆蛋白 239 7.2.1 引言 239 7.2.2 产地、加工制造和化学性质 240 7.2.3 大豆蛋白制品的范围 243 7.2.4 涂布中的关键性机理 244 7.2.5 涂料流变性 244 7.2.6 运行性能和保水能力 245 7.2.7 防粘连与压光机辊面“发朦” 246 7.2.8 大豆蛋白涂料的配方策略 247 7.2.9 大豆蛋白涂布配料的制备 247 7.2.10 结论 248 7.3 聚乙烯醇 249 7.3.1 制备 249 7.3.2 成分、结构和性能 249 7.3.3 溶解工艺、溶解速度和PVOH溶液的时效 250 7.3.4 涂料用聚乙烯醇 251 7.3.5 对涂料流动性能的效果 252 7.3.6 聚乙烯醇用作涂布胶黏剂 254 7.3.7 聚乙烯醇用作表面施胶 254 7.3.8 对光学增白剂与载体性能的效果 255 7.4 合成共黏剂与增稠剂 259 7.4.1 引言 259 7.4.2 合成增稠剂 260 7.4.3 缔合增稠剂 268 7.4.4 合成共黏剂 271 7.4.5 共黏剂和增稠剂对涂布性能的影响 273 7.4.6 应用 276 7.4.7 结论 278 第8章 涂布助剂 282 8.1 引言 282 8.2 涂料分散剂 282 8.2.1 分散 282 8.2.2 关于分散剂的一般特征 286 8.2.3 稳定所需的分散剂用量 287 8.2.4 分散剂类型 288 8.3. 表面施胶以及纸张涂布中的消泡剂 288 8.3.1 泡沫形成和稳定的物理化学原理 289 8.3.2 泡沫控制中的物理化学原理 290 8.3.3 表面施胶和纸张涂布中泡沫与泡沫控制 291 8.3.4 结论 293 8.4 保水剂、黏度调节剂和pH控制剂 293 8.5 荧光增白剂 297 8.5.1 化学结构和荧光性 297 8.5.2 荧光增白剂的种类 298 8.5.3 载体的作用 299 8.6 润滑剂 300 8.6.1 硬脂酸钙 301 8.6.2 蜡乳液 302 8.6.3 其他润滑剂 302 8.7 抗水剂 302 8.7.1 抗水剂的种类 303 8.7.2 交联剂的应用 306 8.8 防腐剂 306 8.8.1 防腐剂的种类 308 8.8.2 结论 309 第9章 表面施胶剂 314 9.1 表面施胶的背景和目的 314 9.2 表面施胶的原料 314 9.2.1 淀粉 315 9.2.2 羧甲基纤维素 315 9.2.3 聚乙烯醇 316 9.2.4表面施胶助剂 316 9.3 施胶中胶料性能的影响 317 9.4 表面施胶剂配方 317 9.5 颜料表面施胶 318 第10章 颜料分散液和涂料的流变学 320 10.1 简介 320 10.2 重要的流变学术语 322 10.3 流体的类型 323 10.3.1 剪切速率相关的流变性 323 10.3.2 时间相关的流变性 325 10.3.3 悬浮液的黏度 326 10.4 黏弹性 329 10.4.1 黏弹性测量 331 10.4.2 应力弛缓试验法 334 10.4.3 蠕变试验法 335 10.4.4 法向力 336 10.4.5 造纸涂料的黏弹性 337 10.5 拉伸黏度 337 10.6 黏度的测量 338 10.6.1 受控应变与受控应力测量 338 10.6.2 旋转型流变仪测量装置 340 10.6.3 毛细管黏度计 343 10.7 纸张涂布的流变学 347 10.7.1 剪切力范围对纸张涂布重要意义 347 10.7.2 纸张涂布流变图举例 349 10.8 涂布配料成分对流变性的影响 351 10.8.1 颜料浆的流变性 351 10.8.2 胶乳对造纸涂料流变性的影响 355 10.8.3 流变性改进剂对造纸涂料流变性的影响 357 10.9 利用流变性测量以预测造纸涂料的行为 361 第11章 涂层固化和涂层结构形成 367 11.1 引言 367 11.1.1 湿涂层结构 367 11.1.2 颜料与胶黏剂间的结合 368 11.1.3 颜料、胶乳和淀粉之间的结合 369 11.1.4 颜料、胶乳和CMC之间的结合 372 11.1.5 涂布原纸的内部作用 376 11.2 涂层固化 378 11.2.1 引言 378 11.2.2 水从涂层向原纸迁移、保水性和固化 378 11.2.3 涂层遮盖力与固化 382 11.2.4 涂层固化原理 384 11.2.5 刮刀涂布中的涂层固化 387 11.3 干涂层结构 389 11.3.1 堆积与颜料容积比 389 11.3.2 涂层的开放性（openness） 389 11.3.3 表面性能 391 11.3.4 涂层结构及其热学性能 391 11.4 涂层固结模型和涂层结构 393 11.4.1 结合、脱水和固化 393 11.4.2 多孔结构模型 400 第12章 凃层测量与分析技术 414 12.1 引言 414 12.2 表面结构 414 12.2.1 分布状况图 414 12.2.2 摩擦因数 418 12.2.3 光学显像术 418 12.2.4 接触角分析 419 12.2.5 光学性能 419 12.3 涂层的化学分布和化学成分 422 12.4 主体结构 423 12.4.1 汞孔隙率测定法 423 12.4.2 液体吸胀 427 12.4.3 空气渗透率 428 12.4.4 染色法 428 12.4.5 白度、色值和不透明度 428 12.4.6 辐射光成像法 429 12.4.7 涂层灼烧变色成像法 429 12.4.8 辐射电子成像法 429 12.4.9 Kublka-Munk理论的应用 429 12.4.10 物理横截面法 430 12.4.11 中子散射法 432 12.4.12 X-射线衍射法 432 12.5 涂层结构对测量和分析的影响 432 12.5.1 白度、不透明度和色值 432 12.5.2 纸页光泽度 433 12.5.3 印刷光泽度 433 12.5.4 印刷色度不均 434 12.5.5 胶印网点的保真度 435 12.5.6 抗鼓泡 435 12.5.7 黏结能力与表面强度 436 12.5.8 轮转凹版印刷性能 436 12.5.9 喷墨打印的印刷性能 437 12.6 结论 438 第13章 涂料的制备与过程控制 450 13.1 引言 450 13.2 涂料化学品的物流与供应 451 13.3 涂料制备站的基本设计数据 451 13.4 涂布化学品的供货与贮存能力 451 13.5 颜料的过程控制 452 13.5.1 颜料的分散 452 13.5.2 工业分散装置 457 13.5.3 商品颜料悬浮液 461 13.6 胶黏剂加工 462 13.6.1 胶乳 462 13.6.2 在涂料站的淀粉加工 463 13.6.3 聚乙烯醇 468 13.6.4 蛋白质胶黏剂 468 13.6.5 助剂的制备 468 13.7 涂料的制备 470 13.7.1 间歇法制备涂料 470 13.7.2 连续法制备涂料 472 13.8 涂布机的涂料供应系统 473 13.9 超滤工艺 476 第14章 涂布及表面施胶技术 481 14.1 前言 481 14.2 涂布机 481 14.2.1 概述 481 14.2.2 涂布机的发展前景 483 14.2.3 涂布机的专用部件 484 14.2.4 纸幅运行涂布部件 486 14.2.5 纸和纸板的多层涂布 488 14.3 刮刀涂布技术 490 14.3.1 涂布头类型 490 14.3.2 计量系统 496 14.3.3 刮刀加压系统 504 14.4 表面施胶和模式涂布 514 14.4.1 引言 514 14.4.2 表面施胶和涂布技术 515 14.4.3 施胶量和涂布量的形成 522 14.4.4 运行参数对淀粉的渗透以及纸和纸板质量的影响 539 14.4.5 不同纸和纸板品种的膜式压榨技术 545 14.5 喷雾涂布技术 552 14.5.1 喷雾涂布工艺 552 14.5.2 喷雾涂布过程涂料色彩管理 554 14.5.3 工业应用及其装置 555 14.6 帘式涂布 555 14.6.1 前言 555 14.6.2 幕帘式涂布上料与计量 556 14.6.3 帘式涂布涂料的选择 559 14.6.4 涂层的展开及结构 562 14.6.5 幕帘式涂布工艺设计 563 14.7 新技术 564 14.7.1 前言 564 14.7.2 改进的涂布技术 565 14.7.3 节水节能型涂布方法 565 14.7.4 无水涂布方法 566 14.8 结论 573 第15章 纸张涂层的干燥与干燥设备 588 15.1 引言 588 15.2 涂布纸干燥过程中的传热传质 588 15.3 红外干燥 590 15.3.1 引言 590 15.3.2 辐射干燥原理 590 15.3.3 电红外干燥机 593 15.3.4 气体红外烘干机 595 15. 4 空气干燥 596 15.4.1 空气干燥器的类型 596 15.4.2 操作参数 599 15.4.3 气垫干燥器的结构 600 15.4.4 气垫干燥器移回系统 600 15.4.5 空气循环系统 601 15.4.6 空气干燥器喷嘴 603 15.4.7 传热和干燥速率 604 15.4.8 能耗 607 15.5 滚筒干燥 609 15.5.1 干毯布置形式 609 15.5.2 干燥速率 611 15.5.3 通风罩外壳 611 15.6 正确的干燥策略 611 15.6.1 色调不均 612 15.6.2 加热阶段及初期干燥 613 15.6.3 固化、恒速干燥 614 15.6.4 *终干燥（降速干燥） 618 15.7 总结 618 第16章 过程控制与自动化控制 623 16.1 简介 623 16.2 在线涂布量监测方法 623 16.2.1 烘干差量法 623 16.2.2 灰分差量法 625 16.2.3 直接测定法 626 16.3 纵向涂布量控制 627 16.3.1 启动控制 628 16.4 横行涂布量控制曲线 629 16.5 纵向水分控制 630 16.5.1干燥优化 631 16.6 横向水分控制 632 第17章 发展趋势与未来展望 633 17.1 颜料 633 17.2 胶黏剂 635 17.3 共黏剂和增稠剂 635 17.4 涂布、施胶方法和技术 636 17.5 干燥技术 637 17.6 监测和自动化技术 638 17.7 分析技术、模型和模拟方法 638 单位转换 639