合成纸的生产原理及应用领域分析

1.合成纸及其特点

合成纸的品种主要为聚丙烯（PP，Polypropylene）、聚乙烯几大类，喷墨介质多用聚丙烯合成纸，特殊喷墨标签采用聚乙烯合成纸。合成纸在加工过程中，为了使其具有良好的白度、不透明度、印刷性和书写性，一般加入各种填充剂材料如碳酸钙、黏土、二氧化硅、二氧化钛等。

喷墨行业选用合成纸做基材的产品有：普通高光PP，普通亚光PP，消光防水PP，弱溶剂墨PP等，主要应用于广告喷绘输出、易拉宝展示、海报、背景布喷绘输出等。与普通纤维纸相比，合成纸优势如下。

（1）环保，聚丙烯合成纸原料来源及生产过程均不会造成环境的破坏，产品可回收再利用，即使被焚烧处理也不会产生有毒气体，造成二次公害，符合现代环保的要求。

（2）合成纸具有强度大、抗撕裂、耐热性能好、耐潮湿、耐虫蛀等特点，俗称撕不烂。

（3）合成纸具有优良的抗水性，使其特别适用于露天户外的宣传广告及非纸类的商标标签。由于合成纸不生灰尘不掉毛的优点，使其在无尘室能得以应用。可与食品直接接触。

（4）合成纸具有优越的加工性能，可采用裁切、模切、压花、烫金、钻孔、热折叠、胶接等加工方法。

合成纸存在耐热变形差；不耐折叠，折叠会产生难以消失的折痕线；不做特殊处理不易染色，不易印刷和黏合等缺点。

构成合成纸的主体树脂是聚丙烯（PP），聚丙烯采用齐格勒—纳塔催化剂由丙烯单体聚合而成，按聚丙烯分子中甲基在空间的排列情况分为三种立体结构：甲基全部排列在主链一侧的称为等规聚丙烯，交替排列在主链两侧的称为间规聚丙烯，无规律排列的称为无规聚丙烯。等规聚丙烯为高度结晶的热塑性树脂，结晶度高达95%以上，分子量在8万～15万之间，实际应用的聚丙烯主要为等规聚丙烯。而无规聚丙烯在室温下是一种非结晶的、微带黏性的白色蜡状物，分子量低（3000～10000），结构不规整缺乏内聚力，应用较少。

聚丙烯的密度只有0.90～0.91g/cm3，是目前热塑性高分子中最轻的品种。聚丙烯的结晶度高，结构规整，因而具有优良的力学性能，其强度、硬度和弹性都比HDPE高，但由于合成纸含有大量的填料和拉伸孔隙，密度更低，挺度差于RC纸基，运用于喷墨基材，给人挺度低、抗变形性差的感觉。聚丙烯的耐候性较差，对紫外线尤其敏感，在光、热和氧的作用下，其制品12天就发脆，室内存放4个月就变质，因此聚丙烯母料中需要加入抗氧化剂、紫外光吸收剂、热稳定剂、光稳定剂等防老化剂改善耐候性能。

2.合成纸制备工艺

合成纸发展至今，主要生产方法有压延法、流延法、吹膜法、双向拉伸法等。

（1）压延法

压延法是指用压延机上几根转动的高温辊，把PP物料的熔融料辗压成薄而宽，其长度可无限延长的薄膜或片材。其设备主要由意大利制造，生产以PP为基材的合成纸，即通过配料、混料、在线密炼、挤出造料、开炼至压延成PP薄膜，分切为合成纸产品。压延法工艺的缺点是工艺复杂，一般用于生产0.1mm以上的合成纸产品，产品比重较大，设备价格昂贵，但产品表面光滑，适用于印刷高级样品及书籍封面等产品。

（2）流延法

流延法合成纸的混料、密炼、混炼等工艺与压延相似，只是由流延机代替压延机，流延法的特点是模头挤出速度与流延辊的旋转存在较大的速度差，速度差不一样，生产出的合成纸厚度也不一样，在模头挤出的弯月面和冷辊之间形成了单向拉伸，流延法可以生产各种不同厚度的合成纸。但合成纸内的分子链分布存在单向性，因此合成纸产品的纵向、横向、物理性能有较大的区别，这是流延合成纸的一大缺点。流延法的比重是1g/cm3左右，主要用于印刷。与压延法一样，流延法合成纸的基料也是PP。其产品变形性稍大，但刚性、韧性较好。(www.xing528.com)

（3）吹膜法

吹膜法生产合成纸用的基材是HDPE而不是PP。将高密度PE熔体从机头环形缝隙中挤出成圆筒状的膜管，再从机头下面进气口鼓入一定量的压缩空气使其横向吹胀的同时，借助于牵引辊连续地纵向牵引，成为纵横向双向拉伸定向了的薄膜。国外吹膜法生产合成纸大部分采用三层共挤设备，并应用内冷装置，泡膜直径、泡膜厚度在线检测和闭环控制系统，保证合成纸的厚薄均匀度一致，吹膜法工艺过程实现了纵向及部分横向拉伸，工艺设备比较简单。

（4）双向拉伸法

双向拉伸法的原料混配与压延、流延法是基本一致的，但其使用的设备是双向拉伸机，在双向拉伸过程中，高分子的分子链纵横分布比较一致，减少了单向性，因此合成纸纵横向的物理机械性能也基本相同。

台塑的“双向拉伸珠光纸”，以聚丙烯树脂为主，以少量高密度聚乙烯树脂或线性低密度聚乙烯树脂为辅，再混合一定比例的碳酸钙（CaCO3）填料和其他助剂后送入主挤出机，另取聚丙烯树脂、碳酸钙、二氧化钛和改性剂混合送入辅挤出机，以三层共挤方式经T形模头挤出后，经冷凝辊冷却成型。在双向拉伸过程中，高分子链段可以通过构象变化适应外界机械力的取向，但碳酸钙无机粒子不能被拉伸，因此高分子链段环绕无机粒子流动而产生许多空气小间隙，这些小间隙破坏了薄膜的折光性质，从而赋予薄膜珠光色彩。也正是由于这些小间隙降低了珠光纸的密度，使得珠光薄膜的密度（0.7g/cm3）远低于普通双向拉升聚丙烯薄膜的密度（0.9g/cm3）。由于薄膜中存在大量的无机物粒子，珠光纸的雾度显著增大（珠光膜的雾度一般为85%左右）。经改良设计的双向拉伸设备拉伸，每次拉伸后都要进行回火处理，以控制纸张的回缩率，最后经过电晕处理，使其具有更好的印刷适应性。

日本王子尤泊（YUPO）合成纸采用的工艺与台塑略有差异。YUPO合成纸也是三层结构，由上下二层纸状层和中间基层组成，中间基层经过纵横两个方向的延伸，使其具有高超的强度、刚性、撕裂性等机械特性，上下两表面层只是横向延伸，在拉伸过程中产生了许多微孔，通过光的散射而变成白色不透明，具有书写性和印刷适应性。传统的YUPO合成纸为增加纸张表面的孔隙和不透明性，必须增加无机填料CaCO3、TiO2等。在新型的YUPO冷胶标签纸不需经过添加无机填料，经过拉伸即可成形。通过改变多层构造和各层比例以及含有的小空隙的比例，可以形成不同品级的纸张，满足不同的需求。

生产双向拉伸合成纸的设备基本多是在BOPP设备基础上改造，以适应合成纸的生产。双向拉伸合成纸的设备投资大，但该方法生产的制品应用广泛，可以根据不同的用途开发出多种产品以适应各应用领域。

（5）合成纸的其他生产工艺

美国杜邦公司将其无纺布的生产工艺推广到合成纸生产过程中，即聚丙烯经过熔融、抽丝、成网、挤压，最后生产成“无纺合成纸”。无纺合成纸由于是用聚丙烯纤维纺织而成，因而具有纤维纸类似的毛细管效应，渗透性强，但与普通纤维纸相比，其比重轻，防水性、抗撕裂、抗变形等物理机械性能非常好，尤其是防水性、抗撕裂性非常突出，适用于恶劣环境和特殊环境。

生产聚丙烯合成纸的公司有日本王子尤泊（YUPO）、日清纺绩积水化学株式会社、英国BXL、美国杜邦、法国普利亚、中国台湾台塑南亚等，生产以HDPE为基材的合成纸的公司有日本三井、日本中川、瑞士舒尔曼公司、德国ALPINE等公司。与RC纸基类似，未做表面处理的聚丙烯合成纸表面能低，涂布时润湿性差，附着力不良。比如南亚的PT型合成纸，表面能亚光面和高光面为41/38mN/m，因此需要在涂布面加涂一黏着层（prima，或称为底层），以提高涂布时的铺展性，和提高吸墨层与基材之间的附着力。PI、PG型合成纸其雪铜面厂家已做过涂布处理，表面能高于50mN/m，润湿性和附着力良好，但此类基材的售价明显高于未做雪铜处理的基材。

表7-4是合成纸用于喷墨基材的常见品种和参数，用于其他应用领域的PM、PP等型号在此不详细列举。

表7-4　喷墨基材用PP纸基常见品种及参数

续表