VAE-emulsion som binder i papircoating: Forbedring af overfladesmoothhed

Hvordan VAE-emulsion forbedrer overfladeglathed på papir

Filmuddannelses- og overfladeplaneringsmekanisme

VAE-emulsionen virker underværker for at gøre papiroverflader glattere på grund af sin filmuddannelsesevne. Når materialet tørrer, samler de små polymerpartikler sig faktisk til noget, der ligner en sammenhængende, fleksibel film over papirets overflade. Dette sker hovedsageligt på grund af kapillærkræfter, når fugt begynder at forsvinde, og senere blandes polymerkæderne med hinanden. Det, der adskiller VAE fra andre stivere bindemidler, er dets termoplastiske egenskab, som giver det mulighed for at forme sig godt omkring papirets fibre. Tests viser, at dette kan reducere overfladeruhed med cirka 35 % ifølge standardiserede ISO 8791-4-målinger. Resultatet er en fladere overflade, som hjælper med at forhindre blæk fra at brede sig for meget under tryk, alt sammen uden at beskadige papirets grundlæggende struktur eller åndingsvenlighed.

Partikelstørrelses og glasomdannelsestemperatur (Tg) rolle i glathedsudvikling

Jævnheden af belagte overflader afhænger hovedsageligt af to egenskaber ved polymerer, der anvendes i processen: hvor store partiklerne er, og ved hvilken temperatur de skifter fra fast til blødt (kaldet Tg). Når vi når ned på nanoskala med partikler på omkring 80 til 150 nanometer, trænger disse små partikler faktisk dybt ind i fibernettet og udfylder de mikroskopiske huller, der gør overflader grove. Glasovergangstemperaturen kræver også finjustering. Polymerer med lavere Tg forbliver fleksible længere mens de tørres, hvilket giver et bedre overfladeudseende. Men når vi øger Tg-værdien, bliver materialet mere modstandsdygtigt over for klæbrighed under opbevaring i fugtige forhold eller når det passerer gennem kalanderværktøj. At finde den rette balance mellem disse to faktorer resulterer typisk i Bekk-jævnhedsværdier over 300 sekunder. Det er langt bedre end, hvad standardbindemidler kan opnå på moderne højhastighedsbelægningsmaskiner.

VAE-emulsion mod traditionelle bindemidler: Sammenligning af glathedsydelse

Sammenligning med stivelse og styren-butadien-latex ved brug af ISO- og Bekk-glathedsmål

Test viser, at når vi ser på ting gennem ISO 8791-4 luftlækkage-metoden og Bekk-glatthedsstandarderne, yder VAE-emulsioner faktisk bedre end både stivelse og styren-butadien (SB) latex-løsninger. Stivelsesbindemidler har dog deres begrænsninger. På grund af deres stive molekyler og tilbøjelighed til at danne mange små huller giver de typisk Bekk-værdier under 100 sekunder og resulterer ofte i film, der ikke er særlig jævne over fladerne. Selvom SB-latex forbedrer vandbestandigheden, har det en tendens til at revne, når det tørres for hurtigt, hvilket forringer den samlede glatthed. Her adskiller VAE sig. Dens unikke balance mellem viskositet og elasticitet samt en lavere glasovergangstemperatur muliggør dannelse af ensartede film uden defekter. Disse film udfylder faktisk de små uregelmæssige områder på underlagene ret godt. Uafhængige virksomheders praktiske test bekræfter dette. VAE-belægninger opnår typisk Bekk-glatthedsresultater mellem 200 og 320 sekunder, hvilket er cirka 30 til 50 procent bedre end hvad stivelse kan præstere. Desuden bevarer disse belægninger en konstant glans uden plettet udseende. For trykkerier, der arbejder med kvalitetsopgaver, betyder dette mindre blækudløb og langt bedre produktionsergebnisser i alt.

Optimering af belægningsformuleringer med VAE-emulsion for maksimal glathed

Synergetiske effekter med calciumcarbonat og reologi-modifikatorer

VAE-emulsioner fungerer rigtig godt med calciumcarbonat (CaCO3), og dette hjælper med at skabe glattere overflader, fordi fyldstoffet og polymeren faktisk interagerer på en nyttig måde sammen. Den lave overfladespænding betyder, at disse små calciumcarbonatpartikler (mindre end 2 mikron i størrelse) fordeler sig jævnt gennem hele blandingen. Denne jævne fordeling reducerer irriterende små huller og forhindrer dannelsen af overfladefejl. Når vi blander VAE med bestemte typer tykknere, såkaldte associative tykknere, sker der noget interessant. Hele formuleringen bevarer gode flodegenskaber uanset hvilken type belastning den udsættes for. Så under applikation er der mindre risiko for løb eller sagsning, men efter påføring jævner materialet sig stadig ordentligt ud. Hvad gør dette muligt? Tja, VAE har naturligt forekommende partikler i størrelser fra 0,5 til 2 mikron, som passer lige ind i mellemrummene mellem pigmentpartiklerne og selve papirets overflade nedenunder.

Afvejning af faststofindhold, belægningsvægt og glans – glathedskompromisser

VAE-emulsioner fungerer rigtig godt med formuleringer med højt faststofindhold, typisk omkring 55 til 65 % faststof. Dette giver producenter mulighed for at påføre tyndere belægninger mellem 8 og 12 gram pr. kvadratmeter, mens de stadig opretholder en jævn overflade. Som en ekstra fordel reduceres energibehovet til tørring med cirka 18 % i forhold til ældre bindemiddelteknologier. Men der er en ulempe, som er værd at nævne. Når faststofindholdet bliver for højt, har det tendens til at gøre overfladerne mere glansede, end man ønsker, hvilket faktisk kan påvirke, hvor jævne de føles ved berøring – især vigtigt for produkter af høj kvalitet. Det optimale punkt ligger tilsyneladende inden for de samme værdier på 8–12 g/m². Inden for dette område viser Bekk-glathedsprøver værdier over 300 sekunder, og glansniveauerne forbliver inden for det, som de fleste trykanvendelser betragter som acceptabelt, med en blankhed under ca. 65 GU ved 75 grader. For anvendelser, der kræver endnu bedre filmformningsegenskaber, yder lavere VAE-kvaliteter med Tg-værdier fra minus 5 grader Celsius op til 10 grader Celsius særdeles godt. Disse kan dog kræve specielle additiver, kaldet reologi-modificerende midler, for at forhindre, at de trænger for dybt ned i meget porøse materialer under påføring.

Praktiske retningslinjer for implementering for printere og bejdsere

For at opnå en jævn overfladeafretning, når der arbejdes med VAE-emulsionsbindemidler, kræves der opmærksomhed på flere nøglefaktorer baseret på, hvad der fungerer i reelle produktionsforhold. Først og fremmest skal belægningen have en viskositet på ca. 800 til 1200 mPa.s. Brugen af associative tykkmidler hjælper meget, da de forhindrer irriterende striber i at opstå, især ved banefart mellem 600 og 1000 meter i minuttet. Når det kommer til tørring, er der en god grund til, at de fleste anlæg vælger trinvist tørring. Start med temperaturer mellem 90 og 110 grader Celsius i de første tørretrin for at forhindre dannelsen af irriterende blærer. Øg derefter lidt i de sidste faser til 110–130 grader, så filmen faktisk dannes korrekt. Koncentrationen af faste VAE-emulsionsstoffer er også vigtig. Sigte efter ca. 12 til 18 procent af den samlede pigmentvægt for at opnå en jævn fordeling over overfladen. Og glem ikke fugtighedsregulering under omspændingsoperationer. Ved at holde omgivelsesbetingelserne under 60 % relativ luftfugtighed gør en stor forskel for at forhindre blokeringsproblemer senere hen.

For at kontrollere kvaliteten anbefaler vi at måle Bekk-glatthed på tre forskellige steder langs banen. Et resultat på 300 sekunder eller mere betyder, at vi har med et materiale af premiumkvalitet at gøre. Men hvis værdierne falder under 200 sekunder, skal der justeres noget. Enten justerer man kalanderingspresset mellem 100 og 200 kN/m, eller også øger man VAE-indholdet med cirka 2 til 3 procent. Disse små ændringer kan gøre en stor forskel for den endelige produktkvalitet. Glem heller ikke at udføre de ugentlige glansmålinger ved 75 grader – de hjælper med tidligt at opdage eventuelle problemer med bindevarermigration. Og husk altid at kalibrere viskositetsmålerne lige før hver ny batch. Særlig opmærksomhed bør rettes mod substrater med genanvendt fiber, da disse ofte er mere porøse. For disse materialer virker det formidabelt at anvende retentionshjælpemidler i området 0,5 til 1,5 procent før belægning, så man opnår ensartet VAE-filmuddannelse og den ønskede glatte, flade overflade.

Ofte stillede spørgsmål

Hvad er VAE-emulsion?

VAE-emulsion er en type polymer, der anvendes i belægninger for at forbedre overfladens glathed og fleksibilitet. Den er særlig effektiv i papirproduktion til opnåelse af glattere overflader.

Hvordan påvirker partikelstørrelse overfladens glathed?

Mindre partikelstørrelser kan udfylde mikroskopiske huller i papir, hvilket fører til en glattere overflade. Partikler med en størrelse mellem 80 og 150 nanometer er særlig effektive.

Hvad er betydningen af glasovergangstemperaturen (Tg)?

Glasovergangstemperaturen (Tg) er den temperatur, hvorved en polymer skifter fra en hård tilstand til en formbar tilstand. Lavere Tg-værdier giver bedre fleksibilitet og glattere overflader under tørring.

Hvordan sammenlignes VAE-emulsion med andre bindemidler?

VAE-emulsion yder bedre end traditionelle bindemidler som stivelse og styren-butadien-latex, når det gælder opnåelse af højere Bekk-glathedsgrad, hvilket resulterer i færre overfladedefekter.

Hvilken rolle spiller calciumcarbonat og reologi-modifikatorer?

Kalk og reologitilskud forbedrer glattheden i belægninger ved at forbedre flyt- og planéregenskaberne i VAE-emulsionen.