仿玻璃卡工藝在低定量紙張上應用研究

陳勇軍，戴勝杰

（昆山市生力包裝材料有限公司，江蘇 昆山 215316）

0 引言

玻璃卡紙是一種每平方米重量＞150g的鑄涂紙。一般的涂布卡紙，由于表面涂層含有大量的填料，用以填充紙纖維并保留吸墨能力，這樣生產的紙張表面亮度不高，且平整度也很低，人們就將紙張用表面極平滑的金屬缸進行壓光處理，以提高表面的平整度。如果待涂層固化后再進行壓光，表面亮度和平整度的改進效果非常有限，因此就采用在熱塑性顏料涂層還處于濕態的時候，用表面鍍鉻的金屬缸進行超級壓光，這樣可保證涂層在干燥后表面能復制出金屬缸的鏡面效果，以達到最佳的平整度和光澤度。這種方法在行業中被命名為鑄涂法，玻璃卡紙也被稱為鑄涂紙。熱塑顏料涂層在未干燥的條件下直接接觸缸面且受到較大的壓力，所以不會發生在已固化涂層條件下收縮的情況，并且熱塑涂層在高壓下，約束了涂層收縮卷曲的現象，這樣形成的涂層在成膜后就會更有規律的排列；同時，因涂層成膜過程一直有缸面貼合，鍍鉻缸面則會將其光滑和平整度極高的表面復制到涂層的表面，使得涂層固化后具有極高的平整度。在涂層固化的過程中，涂料含有的水分只能從紙張背面逸出，使得紙張表面保留了很多的細小的針孔，這些小孔正好有利于印刷油墨的吸收，因此，用此法所做的紙張既可保持表面極高的平整度又能保留部分紙張自身的吸收性[1]。

玻璃卡紙多應用于各種高檔產品，增加包裝物的光澤和平整度，使得包裝的產品顯得檔次更高，例如有專門的產品為航空玻璃卡等。選用玻璃卡作為產品的包裝材料，使得產品具有一種用料考究、裝潢精美之意。用其做成食品、藥品、化妝品等包裝盒，密封性也更好，玻璃卡就成為了象征高檔包裝的材料之一。另外，所有的包裝印刷企業都有追求高利潤的意愿，通過開發一些附加值高、個性化強的產品成為一個最有效的手段。

煙包行業所用紙張的定量范圍是從30g/㎡到230g/㎡。煙包用紙不同的煙單和不同的客戶，對表面效果的要求多種多樣，例如：表面亮度值、后道加工工藝、紙張幅寬和克重、VOCs等，客戶只采購一種規格的玻璃卡紙很難滿足所有產品的要求；而造紙廠一般都是生產固定規格大批量的產品，不會根據客戶個性化的要求提供多種規格的玻璃卡紙。因此人們開始研究使用普通常規的煙用包裝紙，在現用的網輥涂布的工藝條件下，加工出多種多樣的玻璃卡紙，在生產的過程中當然沒有可用來熱壓的鍍鉻高亮烘缸，所用涂料的組成也相對簡單，方便根據多樣化的要求進行調節。因此，人們使用薄膜代替烘缸，用烘箱加熱，將涂料先涂布在薄膜上，立即與原紙貼合，在涂料濕態的狀態下經烘箱加熱干燥固化，隨后將薄膜剝離，就能生產出類似玻璃卡紙表面高光澤、高平整度的紙張，因為是仿造玻璃卡紙的生產方式制造的紙張，所以在行業內被命名為仿玻璃卡紙。仿玻璃卡紙在表面的平整度上略差于玻璃卡紙，但表面亮度完全可達到玻璃卡紙的水平，甚至會更高，鑒于其后道應用的多樣性，在煙包行業得到了廣泛的使用。從煙包用條盒、小盒到煙用內襯紙，再到煙嘴處的接裝紙，都能看到仿玻璃卡紙的身影。仿玻璃卡紙既保有了剝離卡紙較高的亮度、高于普通紙張的表面平整度，降低了成本，保證了煙包行業的衛生指標，又能通過涂層和工藝的個性化設計來滿足后續不同加工、印刷工藝的要求，達到簡約而不簡單的目的。

煙草包裝分為外包裝紙和內包裝紙，外包裝紙包括條、小盒，紙張定量一般大于100g/㎡，內包裝紙包括內襯紙和接裝紙，內襯紙的定量一般在50g/㎡到90g/㎡，接裝紙的定量都低于40g/㎡。仿玻璃卡工藝在外包裝紙以及內襯紙上都有成熟的應用，而在衛生指標更加嚴格、直接入口的接裝紙上卻鮮有成熟的應用。這是由于鍍鋁和高光接裝紙都使用轉移工藝，生產出來的產品在平整度、亮度等方面都非常優異，而隨著環保要求的提高，接裝紙的VOCs以及生產時溶劑排放要求也更加嚴格。轉移工藝所用的油性涂料，在溶劑排放和溶劑殘留方面難控制，成本也較高，在煙用接裝紙產品中使用風險日益增加。水性轉移涂料，一般以水性聚氨酯乳液為主體，不僅成本高，且受到溶劑雜質殘留的限制更多。比如聚氨酯乳液合成時需使用的有機氨中和劑和后擴鏈劑，以及一些高沸點溶劑等，這些都屬于雜質項，且不易揮發，極易造成成品紙中雜質總量超 標[2-4]。因此，使用仿玻璃卡工藝加工低定量紙張又一次成為行業的熱門話題，不僅生產成本降低、生產工序簡化，丙烯酸酯乳液的殘留單體可通過脫揮工藝消除，且無需加入高沸點溶劑，大大消除了引入雜質的隱患。本文選用兩款常用水性仿玻璃卡涂料，通過調整涂布量、涂料的Tg，研究了仿玻璃卡工藝在接裝紙等低定量紙張的性能變化，并確定達到最佳效果的工藝條件。

1 實驗

1.1 主要原料

水性苯丙類仿玻璃卡涂料WL-1301A，Tg=30℃，固含為45%，WL-1401A，Tg=70℃，固含為45%；30g/m2煙用接裝原紙，牡丹江紙業；厚度為14μm的BOPET薄膜，常州鐘恒。

1.2 實驗工藝

用稀釋液（乙醇：水=1:1）將待測試的仿玻璃卡涂料稀釋配制至不同固含和不同Tg值，使用秦華龍門式復合機涂布，采用200目陶瓷輥，濕涂量約7g/㎡，18米烘箱：60℃-100℃梯度設置；將仿玻璃卡涂料先涂布在BOPET膜上，立即與煙用接裝原紙貼合，再進入烘箱烘干，最后經冷卻輥冷卻收卷，放置24小時后將BOPET剝離，制得仿玻璃卡煙用接裝底紙。

1.3 產品的性能及表征

主要檢測儀器見表1。

表1 檢測儀器

1.3.1 固含

測試方法依據GB1725-79。本實驗稱取1g左右的測試樣在鋁箔杯中，選用130℃烘焙1小時的條件測試[4]。計算方法如下：

式中：W—容器重量，克；

W1—烘烤、出烘箱冷卻后試樣和容器的重量，克；G—試樣重量，克。

1.3.2 表面平滑度

根據《GB/T 456紙和紙板平滑度的測定（別克法）》，使用紙張平滑度測試儀測試[5]。測試單位以S來計量。

1.3.3 剝離力

使用拉力機測試BOPET膜和涂層分開的強度，表征實際生產時仿玻璃卡涂料剝離性。

1.3.4 光澤度

臺式鏡向光度計，使用85°角測試表面光澤度[6]。

2 結果與討論

通過調整仿玻璃卡涂料固含，制得不同涂布干量的仿玻璃卡煙用接裝底紙，分析紙張光澤度、剝離力和平滑度的變化情況。對比兩款不同Tg的仿玻璃卡涂料在相同涂層干量的條件下，紙張光澤度、剝離力和平滑度的變化情況。

2.1 涂層干量

通過改變WL-1401A的固含，其他工藝不變，測試成品紙表面平滑度和光澤度的變化。

從表2中可看出，仿玻璃卡涂層干量低于2.8g/㎡，成品紙的表面平滑度和光澤度會急劇下降。這是因為涂層干量偏低，對紙張表面的空隙填充不夠，導致表面不平整。因此，涂層干量低于2.8g/㎡的產品，在進行凹印印刷時，表面會出現油墨吸收不均勻現象，且印刷后表面光澤度差。

表2 涂層干量對表面性能的影響

2.2 仿玻璃卡涂層玻璃化轉變溫度（Tg）

選定涂料固含為45%，通過改變WL-1401A和WL-1301A混拼比例，獲得不同Tg的仿玻璃卡涂料，研究仿玻璃卡煙用接裝底紙的剝離力、光澤度。配方乳液的Tg為理論值計算所得：

T：混合乳液的Tg

T1：WL-1401A的Tg

T2：WL-1301的Tg

M：1、2分別是WL-1401A和WL-1301A的質量分數。

從表3的結果中發現，仿玻璃卡涂料的Tg在41℃-57℃之間，剝離力較低，且表面光澤度達到最佳。Tg低于41℃，剝離力會明顯增加，表面光澤度也會下降。那是因為低Tg的涂料，粘性和成膜性更強，影響了涂層的干燥效率和與PET膜的分離效果，導致剝離力增加，且容易出現剝離不凈的問題，使得產品的表面光澤度偏低。Tg高于57℃，剝離力更低，但表面光澤度卻有下降，這是因為涂料的成膜性變差，導致紙張表面成膜致密性變差，可能出現細微的裂紋，從而影響了成品紙的光澤度。為了確定光澤度下降的原因，挑選了Tg為48℃和70℃的成品紙樣，進行真空鍍鋁，用掃描電鏡觀察表面差異。

表3 Tg對紙張性能的影響

從圖6電鏡的結果可明顯地看出Tg過高的仿玻璃卡涂料，涂層表面產生了大量的裂紋，影響了成品紙的表面光澤度。

3 結論

仿玻璃卡煙用接裝底紙的表面光澤度受到涂層干量、涂料Tg和剝離效果的共同影響，涂層干量需要大于 2.8g/㎡才能有效地封閉紙張表面的缺陷；而涂料Tg太低則剝離效果差，Tg太高則成膜性差，都會導致表面光澤度的缺失。因此仿玻璃卡涂料最佳Tg應控制在41℃-57℃之間，涂層干量達到2.8g/㎡，才能既適合涂布機生產，又能達到該產品最佳的表面亮度。