VAE-Emulsion als Bindemittel in der Papierbeschichtung: Verbesserung der Oberflächenglätte

Wie VAE-Emulsion die Oberflächenglätte von Papier verbessert

Filmbildungs- und Oberflächenplanarisierungsmechanismus

Die VAE-Emulsion bewirkt Wunder bei der Glättung von Papieroberflächen aufgrund ihrer Filmbildungseigenschaften. Wenn das Material austrocknet, verbinden sich die winzigen Polymerpartikel tatsächlich zu einem kontinuierlichen, biegsamen Film über die gesamte Papieroberfläche hinweg. Dies geschieht hauptsächlich durch Kapillarkräfte, wenn die Feuchtigkeit entweicht, gefolgt von einer Durchmischung der Polymerketten untereinander. Was VAE von anderen steifen Bindemitteln unterscheidet, ist ihre thermoplastische Eigenschaft, die es ihr ermöglicht, sich optimal an die Papierfasern anzupassen. Tests zeigen, dass dadurch die Oberflächenrauheit um etwa 35 % reduziert werden kann, gemäß der Standardmessung ISO 8791-4. Das Ergebnis ist eine ebenere Oberfläche, die verhindert, dass Tinte beim Drucken zu stark ausläuft, und dies, ohne die grundlegende Struktur oder Atmungsaktivität des Papiers selbst zu beeinträchtigen.

Rolle der Partikelgröße und der Glasübergangstemperatur (Tg) bei der Entwicklung der Glattheit

Die Glätte beschichteter Oberflächen hängt hauptsächlich von zwei Eigenschaften der im Prozess verwendeten Polymere ab: wie groß die Teilchen sind und bei welcher Temperatur sie vom festen in den weichen Zustand übergehen (sogenannte Tg). Wenn wir auf Nanoteilchen im Bereich von etwa 80 bis 150 Nanometern kommen, dringen diese winzigen Partikel tatsächlich tief in die Faserstruktur ein und füllen so die mikroskopisch kleinen Lücken aus, die für die raue Oberflächenbeschaffenheit verantwortlich sind. Auch die Glasübergangstemperatur erfordert eine feine Abstimmung. Polymere mit niedrigerem Tg bleiben beim Trocknen länger flexibel, was zu einer besseren Oberflächenqualität führt. Bei höheren Tg-Werten wird das Material jedoch widerstandsfähiger gegenüber dem Verkleben während der Lagerung unter feuchten Bedingungen oder beim Durchlaufen von Kalanderanlagen. Eine optimale Einstellung beider Faktoren führt meistens zu Bekk-Glättewerten über 300 Sekunden. Das ist deutlich besser als das, was Standard-Bindemittel auf modernen Hochgeschwindigkeits-Coating-Maschinen erreichen können.

VAE-Emulsion im Vergleich zu traditionellen Bindemitteln: Leistungsvergleich hinsichtlich Glätte

Vergleich mit Stärke und Styrol-Butadien-Latex unter Verwendung der ISO- und Bekk-Glättewerte

Tests zeigen, dass VAE-Emulsionen im Vergleich zu Stärke- und Styrol-Butadien-(SB)-Latex-Lösungen bessere Ergebnisse erzielen, wenn man sie anhand der ISO-8791-4-Methode zur Luftdurchlässigkeit und nach Bekk-Glattheitsnorm bewertet. Stärke-Bindemittel weisen jedoch Grenzen auf. Aufgrund ihrer starren Molekülstruktur und der Neigung, zahlreiche winzige Poren zu bilden, liefern sie gewöhnlich Bekk-Werte unter 100 Sekunden und führen oft zu ungleichmäßigen Schichten. Obwohl SB-Latex die Wasserbeständigkeit verbessert, neigt er beim schnellen Trocknen zu Rissbildung, was die Gesamtglattheit beeinträchtigt. Hier zeichnet sich VAE aus. Durch das einzigartige Gleichgewicht zwischen Viskosität und Elastizität sowie eine niedrigere Glasübergangstemperatur entstehen gleichmäßige, fehlerfreie Schichten. Diese schließen kleine Unebenheiten des Untergrunds effektiv aus. Unabhängige Prüfinstitute haben dies in der Praxis bestätigt: VAE-Beschichtungen erreichen typischerweise Bekk-Glattheitswerte zwischen 200 und 320 Sekunden, etwa 30 bis 50 Prozent besser als Stärke-basierte Systeme. Zudem bleibt der Glanz dieser Beschichtungen gleichmäßig, ohne fleckige Stellen. Für Drucker, die hochwertige Aufträge bearbeiten, bedeutet dies weniger Tintenauslaufen und insgesamt deutlich bessere Produktionsergebnisse.

Optimierung von Beschichtungsformulierungen mit VAE-Emulsion für maximale Glätte

Synergistische Effekte mit Calciumcarbonat und Rheologie-Modifizierern

VAE-Emulsionen funktionieren sehr gut mit Calciumcarbonat (CaCO3), wodurch glattere Oberflächen entstehen, da Füllstoff und Polymer in hilfreicher Weise miteinander interagieren. Die niedrige Oberflächenspannung sorgt dafür, dass diese winzigen Calciumcarbonat-Partikel (kleiner als 2 Mikrometer) sich gleichmäßig in der gesamten Mischung verteilen. Diese gleichmäßige Verteilung verringert lästige kleine Zwischenräume und verhindert die Bildung von Oberflächenfehlern. Wenn VAE mit bestimmten Arten von Verdickungsmitteln, sogenannten assoziativen Verdickungsmitteln, gemischt wird, passiert etwas Interessantes: Die gesamte Formulierung behält unabhängig von der Art der aufgebrachten Belastung gute Fließeigenschaften bei. Dadurch besteht während der Applikation eine geringere Neigung zu Rinnen oder Abrutschen, nach der Applikation gleicht sich das Material jedoch weiterhin ordnungsgemäß aus. Was macht dies möglich? VAE weist von Natur aus Partikel im Bereich von 0,5 bis 2 Mikrometern auf, die exakt in die Zwischenräume zwischen den Pigmentpartikeln und der eigentlichen Papieroberfläche darunter passen.

Abwägung zwischen Feststoffgehalt, Beschichtungsgewicht und Glanz—Glattheitskompromisse

VAE-Emulsionen funktionieren sehr gut mit Formulierungen mit hohem Feststoffgehalt, typischerweise etwa 55 bis 65 % Feststoffe. Dies ermöglicht es Herstellern, dünnere Beschichtungen zwischen 8 und 12 Gramm pro Quadratmeter aufzubringen, während dennoch glatte Oberflächen erhalten bleiben. Als zusätzlicher Vorteil reduziert sich dadurch der Energiebedarf für die Trocknung um etwa 18 % im Vergleich zu älteren Bindemitteltechnologien. Doch hier gibt es einen Aspekt, der erwähnt werden sollte: Wenn der Feststoffgehalt zu hoch wird, neigen die Oberflächen dazu, glänzender zu werden, als gewünscht, was sich wiederum auf das taktil empfundene Gefühl auswirken kann – besonders wichtig bei Produkten in Premiumqualität. Der optimale Bereich liegt offenbar bei denselben Werten von 8–12 g/m². In diesem Bereich zeigen Bekk-Glätteprüfungen Werte über 300 Sekunden, und der Glanz bleibt innerhalb dessen, was die meisten Druckanwendungen als akzeptabel erachten, wobei der Glanzgrad bei 75 Grad unter etwa 65 GU bleibt. Für Anwendungen, die noch bessere Filmbildungseigenschaften erfordern, eignen sich VAE-Sorten mit niedrigerem Tg, im Bereich von minus 5 Grad Celsius bis 10 Grad Celsius, besonders gut. Diese könnten jedoch spezielle Additive, sogenannte Rheologiemanipulatoren, benötigen, um zu verhindern, dass sie beim Auftragen zu tief in stark saugfähige Materialien eindringen.

Praktische Umsetzungsrichtlinien für Drucker und Beschichter

Um bei der Verwendung von VAE-Emulsionsbindemitteln eine glatte Oberflächenbeschaffenheit zu erzielen, müssen mehrere Schlüsselfaktoren berücksichtigt werden, wie sie in der tatsächlichen Produktion bewährt sind. Zunächst einmal sollte die Beschichtung eine Viskosität im Bereich von etwa 800 bis 1200 mPa·s aufweisen. Der Einsatz sogenannter assoziativer Verdicker hilft hier sehr, da sie lästige Streifenbildung verhindern, insbesondere bei Bandgeschwindigkeiten zwischen 600 und 1000 Metern pro Minute. Beim Trocknen gibt es gute Gründe dafür, dass die meisten Anlagen auf gestufte Trocknungsverfahren setzen. Beginnen Sie mit Temperaturen zwischen 90 und 110 Grad Celsius in den ersten Trocknungszonen, um die Bildung lästiger Blasen zu vermeiden. Erhöhen Sie die Temperatur dann in den letzten Stufen auf 110–130 Grad, damit sich der Film ordnungsgemäß bilden kann. Auch der Gehalt an VAE-Emulsion-Feststoffen ist wichtig. Ziel sollte ein Anteil von etwa 12 bis 18 Prozent bezogen auf das Gesamtpigmentgewicht sein, um eine gleichmäßige Verteilung auf der Oberfläche zu gewährleisten. Und vergessen Sie nicht die Feuchtigkeitsregelung während des Aufwickelns: Eine relative Luftfeuchtigkeit von unter 60 % sorgt maßgeblich dafür, dass später keine Klebeprobleme auftreten.

Um die Qualität zu überprüfen, empfehlen wir, die Bekk-Glättung an drei verschiedenen Stellen entlang der Bahn zu messen. Ein Wert von 300 Sekunden oder mehr deutet auf ein Material in Premium-Qualität hin. Liegen die Werte hingegen unter 200 Sekunden, müssen Anpassungen vorgenommen werden. Entweder die Kalanderpressung zwischen 100 und 200 kN/m justieren oder den VAE-Gehalt um etwa 2 bis 3 Prozent erhöhen. Diese kleinen Änderungen können einen großen Unterschied für die endgültige Produktqualität bewirken. Vergessen Sie auch nicht, wöchentlich die Glanzmessung unter 75 Grad durchzuführen – sie hilft, Bindemittelwanderungen frühzeitig zu erkennen. Und kalibrieren Sie stets die Viskosimeter unmittelbar vor Beginn einer neuen Charge. Besondere Aufmerksamkeit sollte recycelten Fasersubstraten gelten, da diese tendenziell poröser sind. Bei diesen Materialien wirkt sich die Zugabe von Retentionsmitteln im Bereich von 0,5 bis 1,5 Prozent vor der Beschichtung äußerst positiv aus, um eine gleichmäßige VAE-Schichtbildung zu erreichen und die gewünschte glatte, ebene Oberflächenbeschaffenheit zu erhalten.

FAQ

Was ist VAE-Emulsion?

VAE-Emulsion ist eine Art Polymer, das in Beschichtungen verwendet wird, um die Oberflächenhaptik und Flexibilität zu verbessern. Sie ist besonders effektiv in der Papierproduktion, um glattere Oberflächen zu erzielen.

Wie beeinflusst die Partikelgröße die Oberflächenglättung?

Kleinere Partikelgrößen können mikroskopisch kleine Lücken im Papier ausfüllen und führen so zu einer glatteren Oberfläche. Partikel mit einer Größe zwischen 80 und 150 Nanometern sind dabei besonders effektiv.

Welche Bedeutung hat die Glasübergangstemperatur (Tg)?

Die Glasübergangstemperatur (Tg) ist die Temperatur, bei der ein Polymer von einem harten in einen formbaren Zustand übergeht. Niedrigere Tg-Werte ermöglichen eine bessere Flexibilität und glattere Oberflächen während des Trocknungsprozesses.

Wie schneidet VAE-Emulsion im Vergleich zu anderen Bindemitteln ab?

VAE-Emulsion übertrifft herkömmliche Bindemittel wie Stärke und Styrol-Butadien-Latex hinsichtlich höherer Bekk-Glätte-Werte, was zu weniger Oberflächenfehlern führt.

Welche Rolle spielen Calciumcarbonat und Rheologie-Modifizierer?

Calciumcarbonat und Rheologie-Modifizierer verbessern die Glattheit von Beschichtungen, indem sie das Fließ- und Nivellierverhalten der VAE-Emulsion verbessern.