Análise da influência de nanopartículas nas propriedades do papel revestido
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As propriedades de pigmento do revestimento de papel revestido determinam, em certa medida, a capacidade de impressão do papel. Pigmentos como o carbonato de cálcio ultrafino e o carbonato de cálcio moído são amplamente utilizados em revestimentos de papel devido à sua alta qualidade e baixo preço. No entanto, com o desenvolvimento da tecnologia de impressão, os requisitos para o desempenho do papel estão ficando cada vez maiores, e os revestimentos comuns não podem mais atender aos requisitos de hoje. Requisitos de qualidade de impressão. As nanopartículas destes pigmentos são adicionadas ao sistema de revestimento de papel e, devido ao seu pequeno tamanho de partícula, grande área superficial específica e grande proporção de átomos na camada superficial, podem ser suficientemente adsorvidas e coladas com o adesivo de polímero. no sistema de revestimento. As partículas de reforço são ligadas ao papel de base revestido para obter papel revestido com alto brilho, alta brancura e alta resistência superficial, e a suavidade do papel é melhorada, melhorando assim a adequação da impressão do revestimento de papel. Neste trabalho, os efeitos de partículas de nanopigmentos na absorção de tinta, absorção de água, brancura e propriedades mecânicas de papéis revestidos foram resumidos em combinação com o índice de qualidade do papel revestido.
Primeiro. Introdução
A pesquisa de nanomateriais é atualmente um tema quente na pesquisa em ciência de materiais. O desenvolvimento correspondente da nanotecnologia é reconhecido como o campo de pesquisa mais promissor no século XXI. As nanopartículas têm tamanho de partícula extremamente pequeno, grande área superficial específica, alta energia superficial e atividade química, e podem produzir produtos funcionalmente especiais que são diferentes das substâncias moleculares gerais.
Atualmente, pesquisas estrangeiras sobre melhoria de desempenho de revestimentos concentram-se mais na forma das partículas de pigmentos em revestimentos, na melhoria das propriedades de superfície e no efeito de aditivos no desempenho de todo o revestimento. De acordo com a tendência da pesquisa, os nanomateriais podem ser preparados como aditivos aditivos e partículas de enchimento em revestimentos de papel para preparar nano-revestimentos com funções especiais, melhorando assim grandemente as propriedades do papel revestido.
Em segundo lugar, o índice de qualidade do papel revestido e seu revestimento
A qualidade do papel pode ser resumida da seguinte forma: qualidade da aparência, propriedades físicas básicas, propriedades mecânicas, propriedades ópticas e propriedades químicas. O uso de papel é diferente e os requisitos de qualidade são diferentes.
1. Índice de qualidade do papel revestido
Para papéis revestidos, ao discutir seus indicadores de qualidade, eles geralmente se referem àqueles intimamente relacionados à operação e ao propósito do processamento do revestimento. Estes indicadores estão intimamente relacionados com a qualidade de impressão do papel revestido, incluindo suavidade, brancura e brilho. Grau, opacidade, resistência superficial, receptividade da tinta e absorção de tinta.
A suavidade determina a estanqueidade do contato entre o papel revestido e a chapa de impressão com tinta ou a superfície da manta offset no momento da impressão, e é um fator importante que afeta se a transferência de tinta está completa e a imagem está clara. A alta suavidade do papel revestido facilita a formação de um filme de tinta uniforme e suave, além de economizar o uso de tinta. A brancura é especialmente importante na impressão multicolor porque o branco como um tom neutro elimina a interferência de tom a que qualquer pigmento de tinta pode estar sujeito, dando à impressão um melhor contraste de tonalidade e melhorando a impressão visual. A opacidade é o principal fator que determina se o papel revestido produz ou não uma impressão após a impressão. Nas mesmas condições de impressão, quanto maior a opacidade do papel revestido, menor a probabilidade de produzir uma impressão. A resistcia superficial do papel revestido refere-se resistcia de ligao entre as partulas de revestimento e entre o revestimento e o papel de base. Ele reflete a capacidade do papel revestido de resistir à quebra de tinta durante o processo de impressão. Se a resistência da superfície do papel revestido não for alta, durante a impressão, o revestimento pode ficar preso pela tinta e as manchas brancas na superfície do papel onde deveria haver tinta afetarão não apenas a qualidade do material impresso, mas também causa falha na impressão. O papel de impressão deve ter uma certa capacidade de absorção de tinta, mas se a capacidade de absorção de tinta for muito grande, fará com que a impressão fique opaca, ou até mesmo produza um fenómeno de deslocamento ou de esmerilhamento; Se a capacidade de absorção de tinta for muito pequena, a velocidade de secagem da tinta será prolongada, o que pode levar a que a superfície impressa esteja suja.
2. Índice de qualidade do revestimento de papel revestido
O principal objetivo do processamento de revestimento é melhorar o desempenho do papel base, revestindo o papel de base e melhorando a qualidade de impressão. Por conseguinte, a qualidade do revestimento desempenha um papel decisivo no facto de o papel revestido poder obter a qualidade de impressão esperada. O revestimento de papel é uma dispersão líquida altamente concentrada que consiste em pigmentos, adesivos e água. O pigmento é o componente mais importante nos revestimentos. Sua principal função é melhorar a suavidade do papel revestido, melhorar a absorção de tinta, melhorar a brancura do revestimento, opacidade, brilho e melhorar a aparência do papel. A influência do pigmento na estrutura de revestimento reflete-se principalmente na geometria interna das partículas de pigmento. Os indicadores de desempenho incluem principalmente forma, tamanho e distribuição de partículas, índice de refração e brancura.
O principal efeito do pigmento nas propriedades ópticas do papel revestido é que quanto maior a brancura e o índice de refração do pigmento, maior a brancura e a opacidade do papel revestido. Para o mesmo tipo de pigmento, reduzir o tamanho das partículas é benéfico para melhorar o brilho do papel revestido. Grau e brancura. A principal influência do pigmento na maciez do papel revestido é: O pigmento com uma forma de floco ou disco tem um forte poder de cobertura, o que é benéfico para melhorar a suavidade. Para o mesmo tipo de pigmento, reduzir o tamanho das partículas é benéfico para melhorar a suavidade. Os principais efeitos dos pigmentos na absorvência e na resistência superficial das tintas de papel revestido são: A irregularidade da forma do pigmento, o tamanho e a distribuição do pigmento determinam a porosidade do revestimento e a quantidade de adesivo necessária para formar o revestimento.
A qualidade do revestimento refere-se principalmente a algumas características morfológicas do revestimento, que é geralmente referido como a estrutura de revestimento, incluindo principalmente a distribuição dos componentes no revestimento interno e no revestimento, a distribuição do volume de microporos e o tamanho dos poros em o revestimento. E a espessura, aperto, rugosidade da superfície, etc. do revestimento. A distribuição dos componentes na estrutura de revestimento refere-se, na verdade, principalmente à distribuição do adesivo. O adesivo é distribuído na estrutura formada pelo pigmento, e há uma diferença na distribuição da concentração em diferentes posições do revestimento. No entanto, uma vez que a quantidade de aditivos no revestimento é pequena, é pouco significativo estudar a sua distribuição no revestimento.
Em terceiro lugar, a aplicação de nanomateriais no revestimento de papel
A aplicação da nanotecnologia aos revestimentos de papel processado pode melhorar as propriedades ópticas do papel, melhorar as propriedades reológicas dos revestimentos e melhorar a resistência ao envelhecimento dos revestimentos de papel.
Uma vez que o tamanho de partícula das partículas de nanomaterial é pequeno, as propriedades ópticas do papel podem ser grandemente melhoradas e a sua opacidade é elevada. Por exemplo, a alumina em nanoescala é aplicada como uma partícula de nano-pigmento a um revestimento. Como o tamanho de partícula da partícula é pequeno e a distribuição de tamanho de partícula é estreita, ela pode ser assegurada como uma cor pura do material branco, melhorando assim o revestimento no papel. A brancura do papel melhora o brilho do papel. Além disso, alguns nanomateriais também podem produzir efeitos ópticos especiais. Por exemplo, quando ocorre o espalhamento, a cor do papel revestido muda com o ângulo de observação, de modo que ele pode ser aplicado na produção de revestimentos com aplicações especiais. Processamento de papel.
A aplicação de partículas de nanopigmentos ao revestimento pode melhorar as propriedades reológicas do revestimento. Devido ao efeito de superfície especial e ao efeito do tamanho quântico, os nano-pigmentos podem controlar o desempenho do tamanho de partícula, o valor de p H e o potencial Z eta do revestimento para obter um revestimento com alta concentração mas baixa viscosidade. Além disso, o pó de partículas do nano pigmento é extremamente fino, o que é muito vantajoso para melhorar a estabilidade do material de revestimento, e a ocorrência de precipitação, delaminação e semelhantes pode ser largamente evitada. A adição de nano-pigmentos a revestimentos de papel, com seu forte efeito de proteção UV, pode melhorar significativamente a resistência ao envelhecimento dos revestimentos de papel, resultando em uma taxa muito menor de envelhecimento do papel devido à exposição à luz. No entanto, se você deseja obter o melhor efeito de proteção UV, o tamanho de partícula do nanopigmento não é tão pequeno quanto possível, mas tem uma certa faixa de requisitos. Por exemplo, de acordo com as fórmulas de Ranikemiton e Weber, o dióxido de titânio anatase tem um tamanho de partícula variando de 70 a 180 nm, e o revestimento tem a melhor capacidade de espalhamento para luz ultravioleta.
Em quarto lugar, o efeito de nanopartículas sobre as propriedades do papel revestido
Verificou-se que a adição de partículas de nanopigmentos a formulações de pigmentos com melhores propriedades de revestimento melhora as propriedades do revestimento, incluindo as propriedades viscoelásticas do revestimento, a resistência superficial do revestimento, as propriedades de absorção de água do revestimento e as propriedades mecânicas. Propriedades ópticas do papel, etc.
1. Efeito de partículas de nano-pigmento na absorção de tinta e absorção de água de papel revestido Após a adição de nano-componentes, a resistência superficial do revestimento é obviamente melhorada, e a absorção de tinta e absorção de água são diminuídas. Isto indica que o revestimento é melhorado devido à adição de nano-componentes. A força de ligação de cada componente é preenchida com finos poros no revestimento, o que resulta em menor absorção de tinta e absorção de água.
O principal fator que afeta a absorção das tintas de papel revestido é a estrutura porosa do revestimento. Devido à alteração do adesivo no revestimento, a estrutura do poro, o tamanho do poro e a distribuição do tamanho dos poros do revestimento são alterados para provocar alterações na capacidade de absorção da tinta. Além disso, fatores como a estanqueidade do arranjo das partículas de pigmento, a distribuição do tamanho dos poros, a estrutura do pigmento e o lubrificante também têm um impacto direto na absorção de tinta. Os resultados do estudo da capacidade de absorção da tinta mostraram que a absorção de tinta de todas as amostras foi reduzida após a adição do componente nanosílica. Isto indica que os poros na superfície do revestimento estão cheios de partículas finas, o diâmetro médio dos poros é reduzido e a tinta não penetra no revestimento como um papel em branco. Verificou-se que quanto menor o tamanho médio de partícula dos nano-componentes, maior a probabilidade de bloquear os microporos na superfície do revestimento e a acção capilar da permeação é afectada.
A amostra adicionada com o nano-componente tem um peso de absorção de água reduzido em comparação com a superfície da amostra à qual o nano-componente não é adicionado, o aperto da estrutura de superfície do revestimento é aumentado e a propriedade hidrofílica é reduzida. O resultado é semelhante à mudança na absorbabilidade da tinta, e a razão também é a mesma que o mecanismo para reduzir a absorbabilidade da tinta, ou seja, a absorção do líquido é reduzida devido à diminuição nos poros do revestimento da superfície da tinta. papel.
2. Efeito das partículas de nanopartículas nas propriedades mecânicas do papel revestido
As propriedades mecânicas do papel revestido manifestam-se tanto na resistência da ligação entre o papel base como no revestimento e na resistência do próprio revestimento. A força da ligação entre o papel de base e o revestimento é determinada pela adesão dos componentes do revestimento ao papel de base. O mecanismo pelo qual os nanocomponentes melhoram as propriedades mecânicas e de impressão dos papéis revestidos é principalmente devido à característica de nano-efeitos dos nanomateriais, ou seja, efeitos de superfície e efeitos de tamanho pequeno. Por exemplo, após a adição de carbonato de nano-cálcio, a resistência mecânica do revestimento é aumentada. A razão para este fenómeno deve-se principalmente ao pequeno tamanho das partículas, à grande área superficial específica, à elevada actividade do carbonato de nano-cálcio e às moléculas e pigmentos poliméricos aquosos no revestimento. As partículas têm uma grande área de contato e estão firmemente ligadas a elas, melhorando as propriedades mecânicas do revestimento.
No sistema de revestimento misto, as partículas de nanopartículas, caulino e carbonato de cálcio são organicamente combinadas, e a distância entre as partículas é reduzida após o revestimento ser seco para formar uma estrutura de rede densa, o que melhora a resistência do revestimento. Além disso, devido ao efeito de superfície dos nanomateriais, isto é, quando o tamanho da partícula é reduzido ao nível nanométrico, o número atômico e a área de superfície do material são rapidamente aumentados, e é facilmente estabilizado pela combinação com outros átomos. que a atividade química é extremamente alta e a energia da superfície é correspondentemente. Ela é multiplicada, por isso é fácil ter uma ligação química forte com outras partículas, o que melhora a resistência do composto de revestimento.
O principal pré-requisito para a melhoria das propriedades mecânicas do revestimento de papel é que os nano-componentes são uniformemente dispersos no revestimento e no revestimento, o que não requer apenas aglomeração entre as nanopartículas, mas também é uniformemente distribuído no revestimento. revestimento, caso contrário, o estado aglomerado As partículas grandes podem se tornar defeitos na estrutura de revestimento, afetando adversamente as propriedades do revestimento, como a resistência superficial e a maciez do revestimento.
Em resumo, a melhoria das propriedades mecânicas dos nano-componentes no papel revestido manifesta-se principalmente na melhoria da resistência do próprio revestimento, mas tem pouco efeito sobre a resistência da ligação entre o papel de base e o revestimento e a resistência mecânica do papel de base.
3. O efeito das partículas de nanopigmentos na brancura do papel revestido foi encontrado. Sob a mesma quantidade de revestimento, a brancura de cada amostra após a adição de nano-componentes é de apenas menos de 1%, e alguns até um pouco Há uma queda. Isto indica que os nano-componentes não têm efeito óbvio nas propriedades ópticas do revestimento e não mostram diferenças. Portanto, os nano-componentes têm capacidade limitada para melhorar a brancura do papel e não podem efetivamente melhorar a brancura do revestimento. A razão pode ser que, por razões econômicas, a quantidade de nano-componentes no revestimento é pequena, e as partículas de pigmento no revestimento são a maioria, e ambas são partículas opacas. Embora as nanopartículas tenham um bom efeito de dispersão na luz visível, elas são adicionadas apenas. Quando é aumentado até certo ponto, é possível ter um efeito significativo na brancura.
No entanto, as nanopartículas têm um tamanho de partícula pequeno e uma área superficial específica grande, e o nano-revestimento tem boas propriedades de absorção de tinta e uma superfície lisa, e é vantajoso para melhorar as propriedades ópticas do papel, como opacidade, brilho e impressão de brilho.
V. conclusão
As nanopartículas têm ampla perspectiva de aplicação em revestimentos, mas o problema de aglomeração e dispersão de partículas de nanopigmentos em revestimentos é um problema urgente a ser resolvido. Por um lado, é necessário evitar a aglomeração das nanopartículas e, por outro lado, manter a função especial das nanopartículas no revestimento. A partir da tendência atual de desenvolvimento tecnológico, o agente de modificação de superfície como um agente de acoplamento é usado para tratar as nanopartículas, e a adesão interfacial entre as nanopartículas e outras partículas componentes no revestimento de papel é aumentada e então dispersada por ondas ultra-sônicas. superfície específica é usada. O agente ativo permite que as nanopartículas atinjam um estado de dispersão equilibrada no meio, e podem efetivamente resolver o problema de fácil aglomeração das nanopartículas.