Emulsión VAE como Aglutinante en el Revestimiento de Papel: Mejora de la Suavidad Superficial

Cómo mejora la emulsión VAE la suavidad superficial del papel

Mecanismo de formación de película y planarización superficial

La emulsión VAE funciona maravillas para suavizar las superficies del papel gracias a su capacidad de formar películas. Cuando el material se seca, esas pequeñas partículas poliméricas se unen realmente para formar una película continua y flexible sobre la superficie del papel. Esto ocurre principalmente debido a las fuerzas capilares cuando empieza a evaporarse la humedad, y posteriormente las cadenas poliméricas comienzan a mezclarse entre sí. Lo que diferencia al VAE de otros agentes aglutinantes rígidos es su cualidad termoplástica, que le permite moldearse perfectamente alrededor de las fibras del papel. Los ensayos muestran que esto puede reducir la rugosidad superficial en aproximadamente un 35 %, según mediciones estándar ISO 8791-4. El resultado es una superficie más plana que ayuda a prevenir la excesiva extensión de la tinta durante la impresión, todo ello sin dañar la estructura básica ni la transpirabilidad del papel.

Papel de la tamaño de partícula y la temperatura de transición vítrea (Tg) en el desarrollo de la suavidad

La suavidad de las superficies recubiertas depende principalmente de dos propiedades de los polímeros utilizados en el proceso: el tamaño de las partículas y la temperatura a la que transicionan de estado sólido a blando (llamada Tg). Cuando se llega a partículas a escala nanométrica de alrededor de 80 a 150 nanómetros, estas pequeñas partículas penetran profundamente dentro de la estructura de la fibra, rellenando los minúsculos espacios que hacen que las superficies se sientan ásperas a nivel microscópico. La temperatura de transición vítrea también requiere un ajuste fino. Los polímeros con una Tg más baja permanecen flexibles durante más tiempo mientras se secan, lo que proporciona un mejor acabado superficial. Pero cuando aumenta el valor de Tg, el material se vuelve más resistente a la aglomeración durante el almacenamiento en condiciones húmedas o al pasar por equipos de calandrado. Lograr el equilibrio adecuado entre estos dos factores da como resultado lecturas de suavidad Bekk superiores a 300 segundos la mayor parte del tiempo. Esto es mucho mejor de lo que pueden lograr los aglutinantes estándar en máquinas modernas de recubrimiento de alta velocidad.

Comparación del rendimiento de suavidad entre la emulsión VAE y los aglutinantes tradicionales

Evaluación comparativa frente al almidón y al látex de estireno-butadieno utilizando métricas ISO y Bekk de suavidad

Las pruebas muestran que, al evaluar mediante el método de fuga de aire ISO 8791-4 y los estándares de suavidad Bekk, las emulsiones VAE desempeñan mejor que tanto el almidón como las opciones de látex de estireno-butadieno (SB). Sin embargo, los aglutinantes a base de almidón tienen limitaciones. Debido a sus moléculas rígidas y su tendencia a crear muchos poros diminutos, normalmente presentan lecturas Bekk inferiores a 100 segundos y con frecuencia generan películas poco uniformes sobre las superficies. Aunque el látex SB mejora la resistencia al agua, tiende a agrietarse si se seca demasiado rápido, lo que afecta negativamente la suavidad general. Aquí es donde destaca el VAE. Su equilibrio único entre viscosidad y elasticidad, junto con una temperatura de transición vítrea más baja, permite formar películas uniformes sin defectos. Estas películas rellenan bastante bien las pequeñas irregularidades en los sustratos. Pruebas reales realizadas por empresas independientes respaldan este resultado. Los recubrimientos de VAE alcanzan típicamente valores de suavidad Bekk entre 200 y 320 segundos, lo que representa un rendimiento aproximadamente un 30 a 50 por ciento mejor que el del almidón. Además, estos recubrimientos mantienen un brillo constante sin áreas irregulares. Para impresores que trabajan en trabajos de alta calidad, esto significa menos sangrado de tinta y resultados de producción considerablemente mejores en general.

Optimizando Formulaciones de Revestimientos con Emulsión VAE para una Suavidad Máxima

Efectos Sinérgicos con Carbonato de Calcio y Modificadores Reológicos

Las emulsiones VAE funcionan muy bien con carbonato de calcio (CaCO3) y esto ayuda a crear superficies más lisas porque el agente de carga y el polímero interactúan de manera favorable conjuntamente. La baja tensión superficial hace que estas partículas diminutas de carbonato de calcio (menos de 2 micrones de tamaño) se distribuyan uniformemente a lo largo de la mezcla. Esta distribución homogénea reduce esos molestos pequeños espacios y evita la formación de imperfecciones en la superficie. Cuando mezclamos VAE con ciertos tipos de espesantes denominados espesantes asociativos, sucede algo interesante. Toda la formulación mantiene buenas características de flujo independientemente del tipo de esfuerzo al que se someta. Por tanto, durante la aplicación hay menos posibilidad de escurrimiento o deslizamiento, pero tras la aplicación el material aún se niveliza adecuadamente. ¿Qué hace posible esto? Pues que el VAE tiene partículas naturalmente presentes que varían entre 0,5 y 2 micrones, las cuales encajan perfectamente en los espacios dejados entre las partículas de pigmento y la superficie real del papel debajo.

Equilibrio entre contenido de sólidos, peso del recubrimiento y brillo—compromisos en suavidad

Las emulsiones VAE funcionan muy bien con formulaciones de alto contenido de sólidos, típicamente alrededor del 55 al 65 % de sólidos. Esto permite a los fabricantes aplicar recubrimientos más finos entre 8 y 12 gramos por metro cuadrado, manteniendo acabados suaves. Como ventaja adicional, este enfoque reduce los requisitos de energía para secado en aproximadamente un 18 % en comparación con tecnologías anteriores de aglutinantes. Pero hay un aspecto negativo que vale la pena mencionar: cuando el contenido de sólidos es demasiado alto, tiende a hacer que las superficies sean más brillantes de lo deseado, lo cual puede afectar la sensación táctil, especialmente importante en productos de alta calidad. El punto óptimo parece estar precisamente en esos mismos valores de 8-12 g/m². En este rango, las pruebas de suavidad Bekk muestran valores superiores a 300 segundos, y los niveles de brillo se mantienen dentro de lo que la mayoría de aplicaciones de impresión consideran aceptable, con un brillo inferior a aproximadamente 65 GU a 75 grados. Para aplicaciones que requieren propiedades aún mejores de formación de película, los grados de VAE con menor Tg, que van desde menos 5 grados Celsius hasta 10 grados Celsius, funcionan excepcionalmente bien. Sin embargo, estos podrían necesitar aditivos especiales llamados modificadores reológicos para evitar que penetren demasiado profundamente en materiales muy porosos durante la aplicación.

Directrices Prácticas para la Implementación de Impresores y Barnizadores

Conseguir un acabado superficial uniforme al trabajar con aglutinantes en emulsión VAE requiere prestar atención a varios factores clave basados en lo que funciona en entornos reales de producción. En primer lugar, el recubrimiento debe tener una viscosidad entre 800 y 1200 mPa·s. El uso de espesantes asociativos ayuda mucho, ya que evita la aparición de esas molestas rayas, especialmente cuando se opera a velocidades de línea entre 600 y 1000 metros por minuto. En cuanto al secado, hay una buena razón por la cual la mayoría de las instalaciones optan por procesos de secado escalonados. Comience con temperaturas entre 90 y 110 grados Celsius en las zonas iniciales de secado para evitar la formación de esos incómodos blister. Luego aumente un poco más en las etapas finales hasta 110-130 grados, para que la película se forme adecuadamente. La concentración de sólidos de la emulsión VAE también es importante. Apunte a un valor de aproximadamente 12 a 18 por ciento del peso total del pigmento para lograr una distribución uniforme sobre la superficie. Y no olvide controlar la humedad durante las operaciones de rebobinado. Mantener las condiciones ambientales por debajo del 60 por ciento de humedad relativa marca toda la diferencia para prevenir problemas de adherencia posterior.

Para verificar la calidad, recomendamos medir la suavidad Bekk en tres puntos diferentes a lo largo de la banda. Una lectura de 300 segundos o más indica que estamos ante un material de grado premium. Pero si los valores caen por debajo de los 200 segundos, es necesario realizar ajustes. Bien puede modificarse la presión de calandrado entre 100 y 200 kN/m, o bien incrementarse el contenido de VAE aproximadamente entre un 2 y un 3 por ciento. Estos pequeños cambios pueden marcar una gran diferencia en la calidad del producto final. Tampoco olvide realizar las pruebas semanales de brillo a 75 grados, ya que ayudan a detectar tempranamente problemas de migración del aglutinante. Y siempre recuerde calibrar los viscosímetros justo antes de iniciar cada nuevo lote. Se debe prestar especial atención a los sustratos de fibra reciclada, ya que tienden a ser más porosos. Para estos materiales, la aplicación de ayudas de retención en un rango de entre el 0,5 y el 1,5 por ciento antes del revestimiento funciona maravillas para lograr una formación uniforme de la película de VAE y obtener ese acabado superficial liso y plano que todos desean.

Preguntas frecuentes

¿Qué es la emulsión de VAE?

La emulsión VAE es un tipo de polímero utilizado en recubrimientos para mejorar la suavidad y flexibilidad de la superficie. Es particularmente eficaz en la producción de papel para lograr acabados más lisos.

¿Cómo afecta el tamaño de partícula a la suavidad superficial?

Los tamaños de partícula más pequeños pueden rellenar los microscópicos espacios en el papel, lo que conduce a una superficie más lisa. Las partículas con tamaños entre 80 y 150 nanómetros son especialmente efectivas.

¿Cuál es la importancia de la temperatura de transición vítrea (Tg)?

La temperatura de transición vítrea (Tg) es la temperatura a la cual un polímero pasa de un estado rígido a uno maleable. Valores más bajos de Tg permiten una mejor flexibilidad y superficies más lisas durante el secado.

¿Cómo se compara la emulsión VAE con otros aglutinantes?

La emulsión VAE supera a aglutinantes tradicionales como el almidón y el látex de estireno-butadieno en cuanto a la obtención de calificaciones más altas de suavidad Bekk, lo que resulta en menos defectos superficiales.

¿Qué papel desempeñan el carbonato de calcio y los modificadores reológicos?

El carbonato de calcio y los modificadores reológicos mejoran la suavidad de los recubrimientos al mejorar las características de fluidez y nivelación de la emulsión VAE.