استفاده از امولسیون VAE به عنوان چسباننده در پوشش‌دهی کاغذ: بهبود صافی سطح

چگونه امولسیون VAE صافی سطح کاغذ را بهبود می‌بخشد

مکانیسم تشکیل فیلم و هموارسازی سطح

ایمولسیون VAE به دلیل نحوه تشکیل فیلم، کارهای شگفت‌انگیزی در صاف کردن سطوح کاغذ انجام می‌دهد. هنگامی که ماده خشک می‌شود، ذرات کوچک پلیمری در واقع به هم نزدیک شده و چیزی شبیه یک لایه پیوسته و انعطاف‌پذیر را بر روی سطح کاغذ تشکیل می‌دهند. این فرآیند عمدتاً به دلیل نیروهای موئینگی هنگام تبخیر رطوبت رخ می‌دهد و سپس زنجیره‌های پلیمری شروع به اختلاط با یکدیگر می‌کنند. آنچه VAE را از سایر عوامل چسباننده سخت متمایز می‌کند، خاصیت ترموپلاستیک آن است که به این ماده اجازه می‌دهد به خوبی خود را حول الیاف کاغذ شکل دهد. آزمایش‌ها نشان می‌دهند که این خاصیت می‌تواند مطابق اندازه‌گیری‌های استاندارد ISO 8791-4، زبری سطح را حدود ۳۵٪ کاهش دهد. نتیجه یک سطح صاف‌تر است که از پخش بیش‌ازحد جوهر در حین چاپ جلوگیری می‌کند، بدون آنکه به ساختار اولیه یا قابلیت تنفس کاغذ آسیبی وارد شود.

نقش اندازه ذرات و دمای گذار شیشه‌ای (Tg) در توسعه صافی سطح

صافی سطوح پوشش‌دهی شده عمدتاً به دو ویژگی پلیمرهای مورد استفاده در فرآیند بستگی دارد: اندازه ذرات و دمای انتقال شیشه‌ای (Tg) که در آن پلیمر از حالت جامد به نرم تبدیل می‌شود. هنگامی که به ذراتی در مقیاس نانو در حدود ۸۰ تا ۱۵۰ نانومتر برسیم، این ذرات بسیار ریز به طور واقعی در ساختار الیاف نفوذ کرده و شکاف‌های بسیار ریزی را که در سطح میکروسکوپی باعث زبری سطح می‌شوند، پر می‌کنند. دمای انتقال شیشه‌ای نیز نیازمند تنظیم دقیق است. پلیمرهایی با Tg پایین‌تر در حین خشک شدن انعطاف‌پذیری بیشتری دارند و بنابراین سطح نهایی بهتری ایجاد می‌کنند. اما وقتی مقدار Tg افزایش یابد، ماده در برابر چسبیدن به هم در شرایط مرطوب یا هنگام عبور از دستگاه‌های کالندر مقاومت بیشتری پیدا می‌کند. تنظیم صحیح هر دو این عوامل معمولاً منجر به مقادیر صافی بِک بالاتر از ۳۰۰ ثانیه می‌شود. این عملکرد بسیار بهتر از آنچه که چسب‌های معمولی در دستگاه‌های پوشش‌دهی پیشرفته و پرسرعت امروزی می‌توانند داشته باشند، است.

مقایسه عملکرد نرمی: امولسیون VAE در برابر باندرهای سنتی

ارزیابی مقایسه‌ای با استارچ و لاتکس استایرن-بوتادین با استفاده از معیارهای نرمی ISO و بک

آزمایش‌ها نشان می‌دهد که هنگامی که از طریق روش نشت هوای ISO 8791-4 و استانداردهای صافی بک (Bekk) به موضوع نگاه می‌کنیم، امولسیون‌های VAE در عمل بهتر از نشاسته و گزینه‌های لاتکس استایرن-بوتادین (SB) عمل می‌کنند. با این حال، چسب‌های نشاسته‌ای محدودیت‌هایی دارند. به دلیل ساختار صلب مولکولی و تمایل آن‌ها به ایجاد حفره‌های بسیار ریز، معمولاً مقادیر بک زیر ۱۰۰ ثانیه ایجاد می‌شوند و اغلب فیلم‌هایی تولید می‌کنند که از نظر یکنواختی روی سطوح مناسب نیستند. اگرچه لاتکس SB به بهبود مقاومت در برابر آب کمک می‌کند، اما وقتی خیلی سریع خشک شود، تمایل به ترک خوردن دارد که این امر باعث اختلال در صافی کلی می‌شود. در همینجا است که VAE برجسته می‌شود. تعادل منحصربه‌فرد آن بین ویسکوزیته و الاستیسیته، همراه با دمای انتقال شیشه‌ای پایین‌تر، امکان تشکیل فیلم‌های یکنواخت و بدون عیب را فراهم می‌کند. این فیلم‌ها در واقع نقاط ناهموار کوچک روی زیرلایه‌ها را به خوبی پر می‌کنند. آزمایش‌های واقعی توسط شرکت‌های مستقل این موضوع را تأیید می‌کنند. پوشش‌های VAE معمولاً اعداد صافی بک بین ۲۰۰ تا ۳۲۰ ثانیه به دست می‌آورند که حدود ۳۰ تا ۵۰ درصد بهتر از عملکرد نشاسته است. علاوه بر این، این پوشش‌ها براقیت خود را به طور یکنواخت حفظ می‌کنند و هیچ ناحیه‌ای لکه‌لکه یا نامنظم ندارند. برای چاپگرانی که روی کارهای با کیفیت بالا کار می‌کنند، این به معنای کاهش خونریزی جوهر و نتایج تولید بسیار بهتر در کل است.

بهینه‌سازی فرمولاسیون پوشش با امولسیون VAE برای حداکثر صافی

اثرات سینرژیک با کربنات کلسیم و اصلاح‌کننده‌های رئولوژی

امولسیون‌های VAE به خوبی با کربنات کلسیم (CaCO3) کار می‌کنند و این امر به ایجاد سطوح صاف‌تر کمک می‌کند، زیرا پرکننده و پلیمر به‌صورت مفیدی با یکدیگر تعامل دارند. کشش سطحی پایین باعث می‌شود ذرات ریز کربنات کلسیم (با اندازه کمتر از ۲ میکرون) به‌طور یکنواخت در سراسر مخلوط پخش شوند. این توزیع یکنواخت، شکاف‌های ناخوشایند کوچک را کاهش داده و از ایجاد نقص‌های سطحی جلوگیری می‌کند. هنگامی که VAE را با نوع خاصی از ضخیم‌کننده‌ها به نام ضخیم‌کننده‌های انجمنی مخلوط می‌کنیم، اتفاق جالبی رخ می‌دهد. کل فرمولاسیون خواص جریان خوبی را تحت هر نوع تنش حفظ می‌کند. بنابراین در حین اعمال، احتمال آب‌رودن یا آویزان شدن مواد کمتر است، اما پس از اعمال، ماده همچنان به‌درستی خودرازی می‌کند. علت این امر چیست؟ VAE دارای ذرات طبیعی در محدوده ۰٫۵ تا ۲ میکرون است که دقیقاً در فضاهای خالی بین ذرات پیگمان و سطح واقعی کاغذ در زیر آن جای می‌گیرند.

تعادل‌گذاری محتوای جامد، وزن پوشش و براقیت—مزایا و معایب صافی

امولسیون‌های VAE بسیار خوب با فرمولاسیون‌های دارای محتوای جامد بالا کار می‌کنند، معمولاً در حدود ۵۵ تا ۶۵ درصد جامد. این امر به تولیدکنندگان اجازه می‌دهد تا پوشش‌های نازک‌تری در محدوده ۸ تا ۱۲ گرم بر متر مربع اعمال کنند، در حالی که همچنان سطوح صافی حفظ می‌شود. به عنوان یک مزیت اضافی، این روش نیاز به انرژی خشک‌کردن را در مقایسه با فناوری‌های قبلی چسبنده تقریباً ۱۸ درصد کاهش می‌دهد. اما نکته‌ای وجود دارد که باید به آن توجه کرد. وقتی مقدار مواد جامد خیلی زیاد شود، تمایل به ایجاد سطحی براق‌تر از حد مطلوب دارد که می‌تواند در واقع بر احساس لمسی صافی تأثیر بگذارد، چیزی که برای محصولات با کیفیت بالا بسیار مهم است. نقطه بهینه به نظر می‌رسد همان مقدار ۸ تا ۱۲ گرم بر متر مربع باشد. در این محدوده، آزمون‌های نرمی بِک (Bekk) مقادیری بالاتر از ۳۰۰ ثانیه نشان می‌دهند و سطوح براقی در محدوده‌ای قرار دارند که برای بیشتر کاربردهای چاپ قابل قبول تلقی می‌شوند و درخشندگی در زاویه ۷۵ درجه به حدود ۶۵ واحد براقی (GU) محدود می‌ماند. برای کاربردهایی که به خواص تشکیل لایه بهتری نیاز دارند، درجه‌های VAE با دمای شیشه‌ای پایین‌تر (Tg) که از ۵- درجه سانتی‌گراد تا ۱۰ درجه سانتی‌گراد متغیر است، عملکرد بسیار عالی دارند. با این حال، این مواد ممکن است به افزودنی‌های خاصی به نام اصلاح‌کننده‌های رئولوژی نیاز داشته باشند تا از نفوذ بیش از حد آنها به داخل مواد بسیار متخلخل در حین کاربرد جلوگیری شود.

راهنمای عملی اجرایی برای چاپگران و روکش‌زن‌ها

برای دستیابی به یک سطح صاف هنگام کار با چسب‌های امولسیونی VAE، توجه به چندین عامل کلیدی بر اساس آنچه در محیط‌های تولید واقعی جواب می‌دهد، ضروری است. ابتدا و مهم‌تر از همه، ویسکوزیته پوشش باید در حدود 800 تا 1200 میلی‌پاسکال‌ثانیه باشد. استفاده از ضخیم‌کننده‌های ارتباطی بسیار کمک می‌کند، زیرا از ایجاد خطوط ناخواسته جلوگیری می‌کند، به‌ویژه هنگام کار در سرعت‌های خط بین 600 تا 1000 متر در دقیقه. در مورد خشک‌کردن، دلیل خوبی وجود دارد که چرا بیشتر واحدها از فرآیندهای خشک‌کردن مرحله‌ای استفاده می‌کنند. در مناطق اولیه خشک‌کردن، دما را بین 90 تا 110 درجه سانتی‌گراد شروع کنید تا از تشکیل حباب‌های ناخواسته جلوگیری شود. سپس در مراحل نهایی دما را کمی افزایش دهید تا 110 تا 130 درجه سانتی‌گراد، تا فیلم به‌درستی تشکیل شود. غلظت مواد جامد امولسیون VAE نیز مهم است. بهتر است در حدود 12 تا 18 درصد از وزن کل پیگمان باشد تا توزیع یکنواختی روی سطح حاصل شود. همچنین کنترل رطوبت در عملیات پیچش مجدد را فراموش نکنید. حفظ شرایط محیطی با رطوبت نسبی زیر 60 درصد تفاوت بزرگی در جلوگیری از مشکلات چسبیدگی در آینده ایجاد می‌کند.

برای بررسی کیفیت، توصیه می‌شود نرمی بِک را در سه نقطه مختلف از روی دستمال اندازه‌گیری کنید. اگر مقدار خوانده‌شده ۳۰۰ ثانیه یا بیشتر باشد، به معنای آن است که با یک ماده از درجه بالا سروکار داریم. اما اگر اعداد به زیر ۲۰۰ ثانیه برسند، باید تنظیماتی انجام شود. یا فشار کالندر را در محدوده ۱۰۰ تا ۲۰۰ کیلونیوتن بر متر تنظیم کنید یا محتوای VAE را حدود ۲ تا ۳ درصد افزایش دهید. این تغییرات کوچک می‌توانند تفاوت چشمگیری در کیفیت نهایی محصول ایجاد کنند. همچنین نباید تست‌های هفتگی براقیت در زاویه ۷۵ درجه را فراموش کرد؛ این آزمایش‌ها به تشخیص زودهنگام مشکلات مهاجرت باندینگ کمک می‌کنند. و همیشه قبل از شروع هر دسته جدید، ویسکومترها را دقیقاً کالیبره کنید. به زیرلایه‌های الیاف بازیافتی باید توجه ویژه‌ای شود، زیرا تمایل به تخلخل بیشتری دارند. برای این مواد، استفاده از مواد کمک‌نگهدارنده در محدوده ۰٫۵ تا ۱٫۵ درصد قبل از پوشش‌دهی، اثر شگرفی در ایجاد یک لایه VAE منسجم و دستیابی به سطحی صاف و یکنواخت دارد که همه به دنبال آن هستند.

سوالات متداول

امیولسیون VAE چیست؟

امولسیون VAE نوعی پلیمر است که در پوشش‌ها برای بهبود صافی و انعطاف‌پذیری سطح استفاده می‌شود. این ماده به‌ویژه در تولید کاغذ برای دستیابی به سطوح صاف‌تر بسیار مؤثر است.

اندازه ذرات چگونه بر صافی سطح تأثیر می‌گذارد؟

اندازه ذرات کوچک‌تر می‌توانند شکاف‌های میکروسکوپی موجود در کاغذ را پر کنند و منجر به سطحی صاف‌تر شوند. ذراتی با اندازه بین ۸۰ تا ۱۵۰ نانومتر به‌ویژه مؤثر هستند.

دمای انتقال شیشه‌ای (Tg) چه اهمیتی دارد؟

دمای انتقال شیشه‌ای (Tg) دمایی است که در آن یک پلیمر از حالت سخت به حالت انعطاف‌پذیر تبدیل می‌شود. مقادیر پایین‌تر Tg انعطاف‌پذیری بهتر و سطوح صاف‌تری را در طی فرآیند خشک‌شدن فراهم می‌کنند.

امولسیون VAE در مقایسه با سایر مواد چسباننده چگونه عمل می‌کند؟

امولسیون VAE از نظر دستیابی به رتبه‌های بالاتر صافی بِک، که منجر به عیوب سطحی کمتری می‌شود، عملکرد بهتری نسبت به مواد چسباننده سنتی مانند نشاسته و لاتکس استایرن-بوتادین دارد.

کربنات کلسیم و مواد اصلاح‌کننده رئولوژی چه نقشی ایفا می‌کنند؟

کربنات کلسیم و اصلاح‌کننده‌های رئولوژی با بهبود ویژگی‌های جریان و صاف شدن امولسیون VAE، نرمی پوشش‌ها را افزایش می‌دهند.