Emulsione VAE come legante nel rivestimento della carta: miglioramento della planarità superficiale

Come il legante in emulsione VAE migliora la planarità della superficie della carta

Meccanismo di formazione del film e di planarizzazione superficiale

L'emulsione VAE funziona miracoli nel rendere più lisce le superfici della carta grazie alla sua capacità di formare film. Quando il materiale si asciuga, le minuscole particelle polimeriche si uniscono effettivamente per formare un film continuo e flessibile sulla superficie della carta. Questo avviene principalmente a causa delle forze capillari quando l'umidità inizia a evaporare, seguite successivamente dalla miscelazione delle catene polimeriche tra loro. Ciò che differenzia il VAE da altri agenti leganti più rigidi è la sua qualità termoplastica, che gli permette di adattarsi perfettamente alle fibre della carta. Test dimostrano che ciò può ridurre la ruvidezza superficiale di circa il 35%, secondo le misurazioni standard ISO 8791-4. Il risultato è una superficie più piatta, che aiuta a prevenire una eccessiva diffusione dell'inchiostro durante la stampa, senza compromettere la struttura di base né la traspirabilità della carta stessa.

Ruolo della dimensione delle particelle e della temperatura di transizione vetrosa (Tg) nello sviluppo della planarità

La levigatezza delle superfici rivestite dipende principalmente da due proprietà dei polimeri utilizzati nel processo: la dimensione delle particelle e la temperatura alla quale avviene la transizione dallo stato solido a quello morbido (denominata Tg). Quando si raggiungono particelle su scala nanometrica, dell'ordine di 80-150 nanometri, queste minuscole particelle riescono effettivamente a penetrare in profondità nella struttura della fibra, riempiendo quei microscopici spazi che rendono le superfici ruvide a livello microscopico. Anche la temperatura di transizione vetrosa richiede un accurato bilanciamento. I polimeri con una Tg più bassa rimangono flessibili più a lungo durante l'essiccazione, garantendo una migliore finitura superficiale. Tuttavia, aumentando il valore di Tg, il materiale diventa più resistente all'agglomerazione durante lo stoccaggio in condizioni di umidità o quando viene lavorato attraverso macchinari calandranti. Un corretto bilanciamento di questi due fattori porta a valori di levigatezza Bekk superiori a 300 secondi nella maggior parte dei casi. Un risultato decisamente migliore rispetto a quanto ottenibile con leganti standard sulle moderne macchine per la verniciatura ad alta velocità.

Confronto delle prestazioni di levigatezza tra emulsione VAE e leganti tradizionali

Confronto con amido e lattice stirene-butadiene utilizzando metriche di levigatezza ISO e Bekk

I test dimostrano che, analizzando le prestazioni secondo il metodo ISO 8791-4 per la misurazione della permeabilità all'aria e gli standard Bekk per la levigatezza, le emulsioni VAE offrono risultati migliori rispetto alle opzioni a base di amido e lattice stirene-butadiene (SB). Gli aggrappanti a base di amido presentano tuttavia alcune limitazioni. A causa della rigidità delle loro molecole e della tendenza a creare numerosi microfori, solitamente forniscono valori Bekk inferiori a 100 secondi e spesso producono film poco uniformi sulla superficie. Sebbene il lattice SB migliori la resistenza all'acqua, tende a craquelare se asciugato troppo rapidamente, compromettendo così la levigatezza complessiva. È in questo contesto che il VAE si distingue. Il suo equilibrio unico tra viscosità ed elasticità, unito a una temperatura di transizione vetrosa più bassa, permette la formazione di film uniformi e privi di difetti. Questi film riescono efficacemente a colmare le piccole irregolarità presenti sui substrati. Test indipendenti effettuati da aziende terze confermano questi risultati. I rivestimenti a base VAE raggiungono tipicamente valori di levigatezza Bekk compresi tra 200 e 320 secondi, ovvero circa il 30-50 percento in più rispetto alle prestazioni ottenibili con l'amido. Inoltre, questi rivestimenti mantengono una lucentezza costante, senza aree irregolari o patchy. Per i stampatori che lavorano su lavori di alta qualità, ciò significa una riduzione del sanguinamento dell'inchiostro e risultati produttivi complessivamente molto migliori.

Ottimizzazione delle formulazioni di rivestimento con emulsione VAE per una massima levigatezza

Effetti sinergici con carbonato di calcio e modificatori reologici

Le emulsioni VAE funzionano molto bene con il carbonato di calcio (CaCO3) e questo aiuta a creare superfici più lisce, poiché il riempitivo e il polimero interagiscono in modo vantaggioso tra loro. La bassa tensione superficiale fa sì che queste minuscole particelle di carbonato di calcio (di dimensioni inferiori a 2 micron) si distribuiscano uniformemente in tutta la miscela. Questa distribuzione omogenea riduce quegli fastidiosi microvuoti e previene la formazione di difetti superficiali. Quando mescoliamo il VAE con alcuni tipi specifici di addensanti chiamati addensanti associativi, accade qualcosa di interessante. L'intera formulazione mantiene buone caratteristiche di flusso indipendentemente dal tipo di sollecitazione a cui è sottoposta. Durante l'applicazione, pertanto, c'è minore rischio di colature o scorrimenti, ma dopo l'applicazione il materiale riesce comunque a livellarsi correttamente. A cosa si deve questo comportamento? Il VAE presenta naturalmente particelle comprese tra 0,5 e 2 micron, le quali si inseriscono perfettamente negli spazi lasciati tra le particelle del pigmento e la superficie reale della carta sottostante.

Compensazione del contenuto di solidi, peso del rivestimento e lucentezza—compromessi sulla levigatezza

Le emulsioni VAE funzionano molto bene con formulazioni ad alto contenuto di solidi, tipicamente intorno al 55-65% di solidi. Ciò consente ai produttori di applicare rivestimenti più sottili, compresi tra 8 e 12 grammi per metro quadrato, mantenendo comunque finiture lisce. Come vantaggio aggiuntivo, questo approccio riduce i requisiti energetici di asciugatura di circa il 18% rispetto alle tecnologie di leganti più datate. Tuttavia, c'è un aspetto critico da considerare: quando il contenuto di solidi è troppo elevato, tende a rendere le superfici più lucide del desiderato, il che può influire sulla sensazione tattile di levigatezza, aspetto particolarmente importante per prodotti di alta qualità. Il punto ottimale sembra corrispondere proprio a quegli stessi valori di 8-12 g/m². In questo intervallo, i test di levigatezza Bekk mostrano valori superiori a 300 secondi, mentre i livelli di lucentezza rimangono entro limiti ritenuti accettabili per la maggior parte delle applicazioni di stampa, mantenendo la brillantezza al di sotto di circa 65 GU a 75 gradi. Per applicazioni che richiedono proprietà di formazione del film ancora migliori, gradi VAE con Tg più bassa, compresi tra -5 gradi Celsius e 10 gradi Celsius, offrono prestazioni eccezionali. Tuttavia, questi potrebbero necessitare di additivi speciali chiamati modificatori reologici per impedire che penetrino troppo in profondità in materiali altamente porosi durante l'applicazione.

Linee Guida per l'Implementazione Pratica per Stampatori e Rivestitori

Ottenere una finitura superficiale uniforme quando si lavora con leganti a base di emulsione VAE richiede attenzione a diversi fattori chiave, basati su ciò che funziona negli ambienti produttivi reali. Prima di tutto, il rivestimento deve avere una viscosità compresa tra 800 e 1200 mPa·s. L'uso di addensanti associativi aiuta molto, poiché evita la formazione di fastidiose striature, specialmente quando si opera a velocità della linea comprese tra 600 e 1000 metri al minuto. Per quanto riguarda l'essiccazione, esiste una buona ragione per cui la maggior parte degli impianti opta per processi di essiccazione frazionata. Si inizia con temperature comprese tra 90 e 110 gradi Celsius nelle zone iniziali di essiccazione per prevenire la formazione di antiestetiche bolle. Successivamente, si aumenta leggermente nelle fasi finali a 110-130 gradi, in modo che la pellicola si formi correttamente. Anche la concentrazione dei solidi dell'emulsione VAE è importante. È consigliabile un valore pari a circa il 12-18 percento del peso totale del pigmento per ottenere una distribuzione uniforme sulla superficie. E non bisogna dimenticare il controllo dell'umidità durante le operazioni di riavvolgimento. Mantenere le condizioni ambientali al di sotto del 60% di umidità relativa fa davvero la differenza nel prevenire problemi di incollaggio successivi.

Per verificare la qualità, si consiglia di misurare la levigatezza Bekk in tre punti diversi lungo la bobina. Una lettura di 300 secondi o superiore indica un materiale di grado premium. Tuttavia, se i valori scendono al di sotto dei 200 secondi, è necessario apportare delle regolazioni. È possibile modificare la pressione di calandratura tra 100 e 200 kN/m oppure aumentare il contenuto di VAE di circa il 2-3 percento. Queste piccole modifiche possono fare una grande differenza sulla qualità del prodotto finale. Non dimenticare di eseguire anche i test settimanali di lucentezza a 75 gradi, poiché aiutano a individuare precocemente eventuali problemi di migrazione del legante. E ricordarsi sempre di tarare i viscosimetri immediatamente prima di avviare ogni nuovo lotto. Particolare attenzione va riservata ai supporti in fibra riciclata, poiché tendono ad essere più porosi. Per questi materiali, l'applicazione di ausiliari di ritenzione nell'intervallo dello 0,5-1,5 percento prima del rivestimento dà ottimi risultati per ottenere una formazione uniforme del film di VAE e raggiungere quella superficie liscia e piatta tanto desiderata.

Domande Frequenti

Cos'è un'emulsione VAE?

L'emulsione VAE è un tipo di polimero utilizzato nei rivestimenti per migliorare la levigatezza e la flessibilità della superficie. È particolarmente efficace nella produzione della carta per ottenere finiture più lisce.

In che modo la dimensione delle particelle influisce sulla levigatezza della superficie?

Dimensioni minori delle particelle possono riempire le microscopiche lacune nella carta, portando a una superficie più liscia. Particelle con dimensioni comprese tra 80 e 150 nanometri sono particolarmente efficaci.

Qual è l'importanza della temperatura di transizione vetrosa (Tg)?

La temperatura di transizione vetrosa (Tg) è la temperatura alla quale un polimero passa da uno stato rigido a uno stato plastico. Valori più bassi di Tg permettono una migliore flessibilità e superfici più lisce durante l'essiccazione.

In che modo l'emulsione VAE si confronta con altri leganti?

L'emulsione VAE supera i leganti tradizionali come l'amido e la dispersione stirene-butadiene in termini di ottenimento di valutazioni Bekk più elevate per la levigatezza, con conseguente riduzione dei difetti superficiali.

Quale ruolo svolgono il carbonato di calcio e i modificatori reologici?

Il carbonato di calcio e i modificatori reologici migliorano la scorrevolezza dei rivestimenti migliorando le caratteristiche di flusso e livellamento dell'emulsione VAE.