مستحلب VAE كمادة رابطة في طلاء الورق: تحسين نعومة السطح

كيف يحسن مستحلب واي إي نعومة سطح الورق

آلية تكوين الفيلم وتسويس السطح

تعمل مستحلب VAE wonders على جعل أسطح الورق أكثر نعومة بفضل قدرته على تشكيل الأغشية. عندما يجف المادة، فإن جزيئات البوليمر الصغيرة هذه تتجمع فعليًا لتشكل غشاءً مستمرًا ومطاطًا على سطح الورق. ويحدث هذا بشكل أساسي بسبب قوى الشد السطحي عندما يبدأ الماء بالتبخر، ثم تبدأ سلاسل البوليمر لاحقًا بالامتزاج مع بعضها البعض. ما يُميّز VAE عن عوامل الربط الصلبة الأخرى هو صفته الحرارية البلاستيكية التي تسمح له بالانصهار حقًا حول ألياف الورق. تُظهر الاختبارات أن ذلك يمكن أن يقلل من خشونة السطح بنسبة حوالي 35% وفقًا للقياسات القياسية ISO 8791-4. والنتيجة هي سطح أكثر تسطّحًا يساعد في منع امتداد الحبر كثيرًا أثناء الطباعة، وكل ذلك دون التسبب بأذى للبنية الأساسية أو قابلية الورق على التنفس.

دور حجم الجسيمات ودرجة حرارة الانتقال الزجاجي (Tg) في تطوير النعومة

تعتمد نعومة الأسطح المطلية بشكل رئيسي على خاصيتين من خواص البوليمرات المستخدمة في العملية: حجم الجسيمات ودرجة الحرارة التي تنتقل عندها من الحالة الصلبة إلى الحالة اللينة (وتُعرف بدرجة انتقال الزجاج Tg). عندما تصل الجسيمات إلى مقاييس نانوية تتراوح بين 80 و150 نانومترًا، فإن هذه الجسيمات الصغيرة تتغلغل فعليًا داخل البنية الليفية، وتملأ الفجوات الدقيقة التي تجعل الأسطح خشنة عند المستوى المجهرى. كما أن درجة انتقال الزجاج تحتاج أيضًا إلى ضبط دقيق. فالبوليمرات ذات القيمة المنخفضة لدرجة Tg تبقى مرنة لفترة أطول أثناء التجفيف، مما يعطي تشطيبًا سطحيًا أفضل. ولكن عندما ترتفع قيمة Tg، تصبح المادة أكثر مقاومة للالتصاق مع بعضها البعض أثناء التخزين في ظروف رطبة أو عند المرور عبر معدات الكالندرة. يؤدي تحقيق التوازن الصحيح لهذين العاملين إلى قراءات نعومة بك (Bekk) تتجاوز 300 ثانية في معظم الأحيان، وهي نتيجة أفضل بكثير مما يمكن للمثبتات القياسية تحقيقه على الآلات الحديثة عالية السرعة.

مقارنة أداء الاستحلاب VAE مع الروابط التقليدية من حيث النعومة

المقارنة مع النشا واستحلاب ستايرين-بيوتادين باستخدام مقاييس ISO وBekk للنعومة

تشير الاختبارات إلى أنه عند النظر إلى الأمور من خلال طريقة تسرب الهواء وفقًا للمعيار ISO 8791-4 ومعايير نعومة بيك، فإن مستحلبات VAE تتفوق فعليًا على كل من النشا واللاتكس ستايرين-بوتيادين (SB). ومع ذلك، فإن روابط النشا لها قيودها. بسبب جزيئاتها الصلبة وميلاها لتكوين العديد من الثقوب الصغيرة، عادةً ما تعطي قراءات بيك أقل من 100 ثانية، وغالبًا ما تؤدي إلى أفلام غير متساوية على الأسطح. وعلى الرغم من أن اللاتكس SB يساعد في مقاومة الماء، فإنه يميل إلى التشقق عند التجفيف السريع، مما يؤثر سلبًا على النعومة العامة. وهنا تكمن ميزة VAE. إن التوازن الفريد بين اللزوجة والمرونة، إلى جانب درجة انتقال الزجاج المنخفضة، يسمح بتكوين أفلام موحدة دون عيوب. وفي الواقع، تقوم هذه الأفلام بتعبئة النقاط الخشنة الصغيرة على الركائز بشكل جيد جدًا. وتدعم شركات اختبار مستقلة هذه النتائج في التطبيقات العملية. وعادةً ما تحقق طلاءات VAE قيم نعومة بيك تتراوح بين 200 و320 ثانية، أي ما يعادل تحسنًا بنسبة 30 إلى 50 بالمئة مقارنة بأفضل ما يمكن للنشا تحقيقه. علاوةً على ذلك، تحافظ هذه الطلاءات على لمعانها بشكل متسق دون مناطق غير منتظمة. بالنسبة للمطابع التي تعمل في مهام عالية الجودة، يعني ذلك تقليلًا كبيرًا في تطاير الحبر وتحسينًا عامًا ملحوظًا في نتائج الإنتاج.

تحسين تركيبات الطلاء باستخدام مستحلب VAE للحصول على أقصى درجة من النعومة

التأثيرات التآزرية مع كربونات الكالسيوم ومحسنات اللزوجة

تعمل مستحلبات VAE بشكل جيد مع كربونات الكالسيوم (CaCO3)، ويساعد هذا التفاعل على إنشاء أسطح أكثر نعومة، لأن المليء والبوليمر يتفاعلان معًا بطريقة مفيدة. إن انخفاض توتر السطح يعني أن جزيئات كربونات الكالسيوم الصغيرة جدًا (أقل من 2 ميكرون حجمًا) تتوزع بالتساوي في جميع أنحاء الخليط. ويؤدي هذا التوزيع المنتظم إلى تقليل الفجوات الصغيرة المزعجة ومنع تشكل العيوب السطحية. وعندما نخلط VAE مع أنواع معينة من المثخنات تُعرف بالمثخنات الترابطية، يحدث شيء مثير للاهتمام. فتبقى خصائص الجريان الجيدة للتركيب بأكمله بغض النظر عن نوع الإجهاد الذي يتعرض له. وبالتالي، أثناء التطبيق، تكون هناك فرصة أقل لحدوث تشوهات أو تدلي للمادة، ولكن بعد التطبيق لا تزال المادة قادرة على تسوية نفسها بشكل مناسب. ما الذي يجعل ذلك ممكنًا؟ إن جسيمات VAE الطبيعية تتراوح بين 0.5 و2 ميكرون، وهي تناسب تمامًا المسافات الفارغة الموجودة بين جسيمات الصبغة والسطح الورقي الفعلي الموجود في الأسفل.

موازنة محتوى المواد الصلبة، ووزن الطلاء، واللمعان—التجادل مع النعومة

تعمل مستحلبات VAE بشكل جيد للغاية مع التركيبات ذات المحتوى الصلب العالي، وعادة ما يكون ذلك حوالي 55 إلى 65٪ من المواد الصلبة. ويتيح ذلك للمصنّعين تطبيق طلاءات أرق تتراوح بين 8 و12 غرامًا لكل متر مربع مع الحفاظ في الوقت نفسه على تشطيب ناعم. وبصفة إضافية، يؤدي هذا الأسلوب إلى تخفيض متطلبات طاقة التجفيف بنحو 18٪ مقارنة بتقنيات المادة الرابطة القديمة. ولكن هناك نقطة سلبية جديرة بالذكر هنا. عندما يصبح المحتوى الصلب مرتفعًا جدًا، فإنه يجعل الأسطح أكثر لمعانًا مما هو مرغوب فيه، مما قد يؤثر فعليًا على الإحساس بالنعومة عند اللمس، وهي نقطة مهمة خاصةً بالنسبة للمنتجات عالية الجودة. ويبدو أن النقطة المثالية تقع ضمن نفس القيم 8-12 غ/م². وفي هذا النطاق، تُظهر اختبارات نعومة بيك قيمًا تزيد عن 300 ثانية، وتظل مستويات اللمعان ضمن الحدود التي تعتبرها معظم تطبيقات الطباعة مقبولة، بحيث يبقى اللمعان أقل من نحو 65 GU عند زاوية 75 درجة. أما بالنسبة للتطبيقات التي تتطلب خصائص أفضل في تكوين الفيلم، فإن درجات VAE ذات درجة انتقال زجاجي (Tg) المنخفضة والتي تتراوح بين ناقص 5 درجات مئوية وحتى 10 درجات مئوية تؤدي أداءً استثنائيًا. ومع ذلك، فقد تحتاج هذه الدرجات إلى مواد مضافة خاصة تُعرف باسم معدّلات التكهف (rheology modifiers) لمنعها من الاختراق العميق جدًا في المواد شديدة المسامية أثناء التطبيق.

إرشادات التنفيذ العملي للمطابع والمعالجات السطحية

تحقيق تشطيب سطحي ناعم عند العمل مع روابط مستحلب VAE يتطلب الانتباه إلى عدة عوامل رئيسية بناءً على ما أثبت فعاليته في البيئات الإنتاجية الفعلية. أولاً وقبل كل شيء، يجب أن يكون للطلاء لزوجة تتراوح بين 800 و1200 مللي باسكال.ثانية. إن استخدام مواد السماكة الترابطية يساعد كثيرًا لأنها تمنع ظهور تلك الخطوط المزعجة، خاصة عند التشغيل بسرع خط تتراوح بين 600 و1000 متر في الدقيقة. أما بالنسبة للتجفيف، فهناك سبب وجيه يجعل معظم المنشآت تُفضّل عمليات التجفيف المُرحَّلة. ابدأ بدرجات حرارة تتراوح بين 90 و110 درجة مئوية في مناطق التجفيف الأولية لمنع تكون الفقاعات المزعجة. ثم زد الحرارة قليلًا في المراحل النهائية إلى 110-130 درجة مئوية كي يتم تشكيل الطلاء بشكل صحيح. كما أن تركيز المواد الصلبة لمستحلب VAE له أهميته أيضًا. استهدف نسبة ما بين 12 إلى 18 بالمئة من وزن الصبغة الكلي للحصول على توزيع متساوٍ على السطح. ولا تنسَ التحكم في الرطوبة خلال عمليات اللف. فالحفاظ على الظروف المحيطة أقل من 60% رطوبة نسبية يحدث فرقًا كبيرًا في منع مشاكل الالتصاق لاحقًا.

للتحقق من الجودة، نوصي بقياس نعومة بيك في ثلاث نقاط مختلفة على طول الورق. إذا كان القراءة 300 ثانية أو أكثر، فهذا يعني أننا أمام مادة من درجة ممتازة. ولكن إذا انخفضت الأرقام إلى أقل من 200 ثانية، فهناك حاجة لإجراء تعديلات. إما تعديل ضغط التسوية ما بين 100 و200 كيلو نيوتن/متر، أو زيادة محتوى VAE بنسبة حوالي 2 إلى 3 بالمئة. يمكن أن تحدث هذه التغييرات الصغيرة فرقًا كبيرًا في جودة المنتج النهائي. ولا تنسَ إجراء اختبارات اللمعان عند 75 درجة أسبوعيًا، فهي تساعد في اكتشاف مشكلات انتقال المادة الرابطة في مرحلة مبكرة. ودائمًا تذكّر بمعايرة أجهزة قياس اللزوجة مباشرة قبل بدء كل دفعة جديدة. يجب إيلاء اهتمام خاص للركائز المصنوعة من ألياف معاد تدويرها، لأنها تكون عادةً أكثر مسامية. لهذه المواد، فإن تطبيق مواد التثبيت ضمن النطاق من 0.5 إلى 1.5 بالمئة قبل الطلاء يُحدث عجائب في تحقيق تكوين فيلم VAE بشكل متسق، والحصول على تلك النهاية السطحية الناعمة والمسطحة التي يسعى الجميع لتحقيقها.

الأسئلة الشائعة

ما هو مستحلب VAE؟

مستحلب VAE هو نوع من البوليمرات المستخدمة في الطلاءات لتحسين نعومة السطح ومرونته. وهو فعال بشكل خاص في إنتاج الورق لتحقيق تشطيب أكثر نعومة.

كيف تؤثر حجم الجسيمات على نعومة السطح؟

يمكن للجسيمات ذات الأحجام الأصغر أن تملأ الفجوات المجهرية في الورق، مما يؤدي إلى سطح أكثر نعومة. وتجدر الإشارة إلى أن الجسيمات التي تتراوح أحجامها بين 80 و150 نانومترًا تكون فعالة بشكل خاص.

ما أهمية درجة حرارة الانتقال الزجاجي (Tg)؟

درجة حرارة الانتقال الزجاجي (Tg) هي درجة الحرارة التي يتحول عندها البوليمر من حالة صلبة إلى حالة مرنة. وتتيح القيم الأقل لدرجة Tg مرونة أفضل وأسطحًا أكثر نعومة أثناء عملية التجفيف.

كيف يُقارن مستحلب VAE بالمواد الرابطة الأخرى؟

يتفوق مستحلب VAE على المواد الرابطة التقليدية مثل النشا ولاتكس ستيرين-بوتادين من حيث تحقيق معدلات نعومة بيك الأعلى، مما يؤدي إلى تقليل العيوب السطحية.

ما الدور الذي تلعبه كربونات الكالسيوم ومحسّنات اللزوجة؟

يُحسّن كربونات الكالسيوم وعوامل تعديل اللزوجة نعومة الطلاءات من خلال تحسين خصائص التدفق والتسوية لمستحلب VAE.