Поливинил спиртімен қағаз қаптамасының беріктігін арттыру: Практикалық құрама кеңестері

Поливинил спиртін түсіну және оның қағаз қаптамаларындағы рөлі

Поливинил спирті, қысқаша PVOH, гидролиз кезінде поливинилацетаттың ыдырауынан алынады және қағаз қаптамаларында байланыстырушы зат ретінде өте жақсы жұмыс істейді. PVOH-ті ерекше ететіні — оның суға еруі және тамаша пленка түзуі, бұл пигменттерді беттерге біркелкі таратуға және қағаз өнімдерінде тегісірек беткі қабат жасауға көмектеседі. Дәстүрлі байланыстырушы заттар мұны осындай тиімділікпен орындай алмайды. Неліктен? PVOH молекулалары қағаздағы целлюлоза талшықтарымен байланысатын көптеген гидроксил топтарына ие. Бұл қабаттар арасында берік байланыс орнатады және қағаз өнімдерін кейінірек өндіру кезінде шаң шығу проблемаларын азайтады. Қағаз зауыттары бұл артықшылықтарды бағалайды, себебі олар өңдеу кезінде азырақ қиындық туғызатын, сапасы жоғары соңғы өнімдерге айналады.

Поливинил спирті деген не және ол қағаз қаптамаларында қалай жұмыс істейді

Поливинил спирті (PVOH) қаптау қолданыстарында екі мақсатқа ие - байланыстырушы агент ретінде әрекет етеді және қорғаныш қабатын құрады. Бұл затты сулы ерітінділерде ерітіп, кальций карбонаты пигменттері мен қағаз талшықтары сияқты орындардың арасын толтыратын икемді пленка түзілуін бақылаңыз. Бұл компоненттердің өзара әрекеттесуі қағаз матрицасындағы жеке талшықтар арасындағы байланысты нақты нығайтады. Қайталап қолданылатын қағаз өнімдерімен жұмыс істейтіндер үшін бұл көптеген өндірушілердің уақыт өте өздерінің сынақ процестері арқылы байқағандай, құрғақ беріктік қасиеттерінің 30-40 пайызға дейін артуы дегенді білдіреді.

Қаптаудың беріктігін арттыратын поливинил спиртінің негізгі қасиеттері

• Жоғары созылу беріктігі : Баспа және бүктеу кезінде механикалық кернеуден төзімді болады
• pH тұрақтылығы : Қышқылды және сілтілі қаптау құрамында тұрақты жұмыс істейді
• Майға төзімділік : Тамақ өнімдері үшін қолданылатын қағаз қаптамаларда сұйықтың өтуін азайтады
• Биодеструкция : Тиімділікті төмендетпей, тұрақты қаптама талаптарын қанағаттандырады

Бұл сипаттамалар PVOH-ті төзімділік пен қоршаған ортаға деген сәйкестікті талап ететін қолдануларда ерекше тиімді етеді.

Қаптау құрамындағы басқа байланыстырушы заттармен PVOH-ті салыстыру

PVOH нан дымқылдыққа төзімділігі жағынан крахмалдың алдында және қоршаған ортаға әсері жағынан латекстен асып түседі, осылайша тепе-теңдіктегі тиімділік талаптары үшін идеалды шешім болып табылады. Негізгі қағаздар үшін крахмал әлі де қолайлы баға ұсынса да, PVOH қаптаудың төзімділігі соңғы пайдалану тиімділігіне тікелей әсер ететін жоғарғы сортты қаптау мен баспа қолдануларында жоғары нәтиже көрсетеді.

Поливинил спирті қағаз қаптау беріктігін қалай арттырады

Поливинил спирті талшық пен қаптау арасындағы жабысуын қалай арттырады

Қағаз бетіне қолданылған кезде поливинил спирті (PVA) минералды пигменттермен бірге целлюлозды талшықтарды бір-біріне жабыстыратын икемді пленка түзеді. PVA-ның жұмыс істеуіндегі ерекшелік – оның құрылымындағы гидроксильді топтар, бұл топтар молекулалық желім сияқты органикалық материалдар мен минералдардың бетіне шынымен жабысады. Бұл байланыс қағаз басып шығарылғанда немесе қайталанып бүгілгенде қабаттардың бөлініп кетуін болдырмауға көмектеседі. Сонымен қатар басқа қаптамалар тең бөлінбеуі мүмкін қиын қағаз түрлерінде де қаптама біркелкі болып қалады.

PVA қолданып Қағаз Бекітудегі Сутектік Байланыстың Ролі

PVA неге қаптамаларда жақсы орындайды? Жауап сутекті байланыста. Бұл полимер тізбектеріне қарағанда, олар Велкро таспасы сияқты целлюлоза талшықтарын ұстап тұратын кішкентай -OH топтарымен қапталған. Бұл молекулалар арасында уақытша байланыстар жасайды. Енді материалға не әсер етсе, бұл байланыстар кернеуді бүкіл қаптама бойынша таратуға көмектеседі, оның бір жерде шоғырлануына жол бермейді. Зерттеулер бұл кәдімгі крахмал негізіндегі қоспалармен салыстырғанда жыртылуға төзімділікті шамамен 18% -дан 22%-ға дейін арттыруы мүмкін екенін көрсетеді. Сонымен қатар, механикалық кернеу қолданылғаннан кейін байланыстар мәңгі үзіліп қалмайды. Олар қайта байланыса алады, яғни қаптама бірнеше рет қолданылғаннан кейін де біріккен күйін сақтап тұрады.

PVA молекулалық салмағының созылу мен бүгу беріктігіне әсері

Жоғары молекулалық салмақты PVA қабатаралық байланысты жақсартады, бірақ қолдану кезінде дәл тұтқырлықты бақылауды талап етеді. Орташа салмақты нұсқалар көптеген қаптау процестері үшін жүгіру қабілеті мен беріктікті теңестіреді.

Мәліметтерге шолу: PVA негізіндегі қаптаулар құрғақ беріктікті 35%-ға дейін арттырады

Зерттеулер көрсеткеніндей, біз PVA-ны қаптамаларға қосқанда, құрғаған кездегі созылу беріктігі әдеттегі байланыстырушылармен салыстырғанда шамамен 28-ден 35 пайызға дейін артады. Бұл неліктен болады? Негізінен, сондықтан, бұл жерде сутектік байланыс жақсарақ жүреді және полимер тізбектері бір-біріне иіледі. Бұл әсер ең алдымен сапасы біркелкі емес талшықтары бар қайта өңделген қағаз өнімдерінде байқалады. Мұнда тағы бір қызықтысы: PVA-ның мөлшерін 1% ғана арттырса, материал 4,7% қаттырақ болады. Бұл алғашқы көзқарас бойынша көп емес сияқты, бірақ тасымалдау кезінде сығылу күштеріне төтеп бере алатын қораптар жасаған кезде нақты қолданыста тіпті шағын өсім де үлкен маңызға ие.

Қаптама құрамындағы кобайндер ретінде PVA-ны оптимизациялау

Жоғары өнімді қағаз қаптамаларында кобайндер ретінде PVOH-ты неліктен қолдану керек

Поливинил спирті немесе PVOH қағаз бетінің жабынында күшті ко-байланыстырғыш ретінде өте жақсы жұмыс істейді. Бұл өндірушілердің негізгі байланыстырғышты пайдалануын шамамен 40% дейін қысқартуы мүмкін екенін білдіреді, бірақ таптырмайтын жарқын беті мен клиенттерге ұнаған жылтыр көрініс сақталады. PVOH-тың осылай жақсы көрсеткіш беруі оның молекулаларының құрылымына байланысты. Бұл ерекше орналасу жабын процесінде жақсырақ пленка алуға және талшықтарға жақсырақ жабысуға көмектеседі, сонымен қатар өндіріс желілерінде жұмысты тегіс жүргізуді қамтамасыз етеді. Тағы бір артықшылығы – басқа да ко-байланыстырғыштармен салыстырғанда PVOH еріту үшін аммиак ерітінділерін қажет етпейді, бұл зауыт операторлары үшін араластыру мен пайдалану процесін күнделікті тұрмыста әлдеқайда қарапайым етеді.

Поливинил спиртінің латекс пен крахмал байланыстырғыштарымен үйлесімділігі

PVOH-тың гидроксилге бай құрылымы синтетикалық және биологиялық байланыстырғыштармен толық интеграциялануын қамтамасыз етеді. Латекспен араластырғанда ылғалдық жабысу жақсарып, шаң түзілуі азаяды. Крахмал негізіндегі жүйелерде PVOH сутектік байланысты жақсарту арқылы пигменттерді ұстау және қаптау біркелкілігін жақсартады.

Зерттеу мысалы: PVOH-латекс қоспаларын қолдану арқылы қаптаудың бірігуін жақсарту

2024 жылы алдыңғы қатарлы қағаз өндіруші компания жоғарғы сортты орамалау үшін қолданылатын қаптауда латекстің 30%-ын PVOH-мен ауыстырды. Бұл қайта формулалау ылғал кезіндегі үйкеліске төзімділікті 18% жақсартып, байланыстырғыш бойынша шығындарды тоннасына $12-ге төмендетті. Бұл синергиялық эффект PVOH-тың ковалентті әрекеттесу арқылы латекс бөлшектері мен целлюлоза талшықтарын байланыстыра алу қабілетінен туындайды.

Шығындар мен өнімділікті теңгеру үшін байланыстырғыш қатынастарын оптимизациялау

Формула жасаушылар субстраттың сіңімділігі мен кебу шектеулеріне байланысты PVOH мөлшерін байланыстырушының жалпы құрғақ затының 10–25% аралығында реттеуі тиіс. Саланың зерттеулері 17% PVOH / 83% латекс қатынасының материалдың ең аз құнында оптималды құрғақтанған кезде сызықтардың пайда болуына төзімділікті (94 IGT ұпай) қамтамасыз ететінін көрсетеді. Реологиялық модификаторлар қолданылмаса, PVOH мөлшерінің 30%-дан асуы ағыстың бұзылуына әкелуі мүмкін.

PVA негізіндегі қаптауларды тиімді дайындау бойынша практикалық кеңестер

Сулы жүйелерде поливинил спиртін дисперсті таратудың ең жақсы тәжірибелері

Дәнекерлеу сынамаларына сәйкес, 400–600 Айналым/мин дейін біртіндеп артатын араластыру кезінде жылы сумен (40–50°C) PVA-ны алдын-ала гидратациялау арқылы біркелкі дисперсия алуға болады. 10–15% концентрацияда еріту түйіршіктердің түзілуін азайтады және вязкосты 500 мПа·с төмен ұстайды.

ПВС гидролиз деңгейінің қаптау реологиясына әсері

Гидролиз деңгейі тікелей тұтқырлық пен өнімділікке әсер етеді:

Гидролиз деңгейі жоғары (>95%) суға төзімділікті жақсартады, бірақ ерітілу кезінде температураны қатаң бақылауды талап етеді.

ПВС құрамындағы температура мен pH-ты ескеру

Қолдану кезінде ерітінді температурасын 25–40°C аралығында ұстаңыз; 50°C-тан жоғары болуы вязкостьтің сағатына 12–18% артық ыдырауына әкеледі. Сутекті байланыстың оптималды түзілуі үшін pH-ты бейтарап (6–8) деңгейде ұстаңыз. Қышқылдық жағдайлар (<4,5) ПВС-тің гидроксил топтарын бұзады және желімдеуіш қасиетін 40%-ға дейін төмендетуі мүмкін.

Поли(винил спирті) (ПВС) қолдану кезіндегі орынды қателіктерден аулақ болу

ПВС ұнтағын тікелей жұмыс істеп тұрған араластырғышқа қоспаңыз — алдымен жалпы су көлемінің 10% аралығында алдын ала шашып алыңыз. 15–20 минут ішінде фазалық қосу бірден тиеумен салыстырғанда гель түйірлерінің пайда болуын 65% азайтады. Көп байланыстырғышты жүйелерде крахмалдан кейін, бірақ латекске дейін ПВС-ті енгізіңіз, бұл бәсекелес адсорбцияны болдырмауға және біркелкі пленка түзілуін қамтамасыз етеді.

ПВС-пен пигменттердің әрекеттесуін және қаптама өнімділігін максималдандыру

PVOH пигменттерді тарату мен ұстауды қалай әсер етеді

Кейде PVOH деп аталатын поливинил спирті пигменттерді таратуда өте жақсы жұмыс істейді, себебі ол арнайы тарату материалы сияқты әрекет етеді. PVA-ның нәтижелі болу себебі — су молекулаларын тарту қабілеті, бұл каолин сазы мен кальций карбонаты сияқты материалдармен жұмыс істеген кезде заттарды араласуын сақтайды. Бұл заттар арасында пайда болатын сутектік байланыстар әсіресе покрытие процесі кезінде олардың топталуын болдырмаған. Мұндай жағдайда соңғы өнім визуалды түрде жақсырақ көрінеді және әртүрлі беттерге тұрақты түрде басылады. Зерттеулер көрсеткендей, өндірушілер PVA формуласын дұрыс түзеткенде, дәстүрлі нанхалық негізде алынған қоспалармен салыстырғанда пигменттерді ұстау деңгейін шамамен 22 пайызға арттыруы мүмкін. Бұл жақсару өндіріс орындарында қайта өңделу үшін күтіп тұрған материалдардың аз болуын білдіреді.

Максималды покрытие беріктігі үшін оптималды пигмент пен PVA қатынасы

Пигмент пен PVA қатынасы 3:1-ден 4:1-ге дейінгі ерітіндінің ағу қабілеті мен байланыстыру сыйымдылығы арасындағы ең жақсы тепе-теңдікті қамтамасыз етеді. PVA деңгейін көтеру (20% құрғақ салмақтан жоғары) созылу беріктігін арттырады, бірақ тым қоюлыққа әкелуі мүмкін, ал төменгі қатынастар (<2:1) кедергі қабілетін нашарлатады. Зерттеулер 3,5:1 қатынастың орташа көрсеткіштен 28% жоғары Scott Bond бағасын қамтамасыз ететінін, яғни қабатаралық желімделудің жоғары деңгейін көрсетеді.

Trend: Нано-саз және Кальций карбонаттың PVA-мен синергиялық әсері

Бүгінгі күнгі жетілдірілген құрамдар PVA-ның нано-саз бөлшектерімен және тұндырылған кальций карбонатымен (PCC) араласқанда қалай жақсы жұмыс істейтінін пайдаланады. Нано-саз пластинкалары PVOH-тың пленка түзуге қабілетті болуы арқасында реттеліп орналасқан кезде оттегіге 40 пайызға жақсырақ кедергі жасайды. Ал PVA материалдарымен араласқан PCC 94% ISO бағасында елеулі жарықтылық деңгейіне жетеді, сонымен қатар иілуге төзімділікті сақтап қалады. Қағаз зауыттарының көпшілігі дәл қазір осындай комбинирленген жүйелерге ауысып, әдеттегі пигменттерінің шамамен 15%-ын алмастырып жатыр. Бұл тек қана ақша үнемдеуге ғана емес, сонымен қатар көптеген тұтынушылардың қазіргі кезде маңызды деп санайтын ішкі ауа сапасы бойынша қатаң GREENGUARD стандарттарын сақтауға да көмектеседі.

ЖИІ ҚОЙЫЛАТЫН СҰРАҚТАР

Поливинил спиртін неге қағаз қаптамалары үшін қолдануға болады?

Поливинил спирті (PVOH) суда еритін, пленка түзуге қабілетті және мықты желімделу қасиеттеріне ие болғандықтан қағаз өнімдерінің сыртқы түрі мен сапасын айтарлықтай жақсартады, сондықтан қағаз қаптамалары үшін идеалды.

PVOH басқа байланыстырғыштар, мысалы, крахмал мен жасанды латекс сияқтылармен қалай салыстырылады?

PVOH ылғалға төзімділік пен экологиялық тазалық жағынан крахмалдан асып түседі және жасанды латекстен гөрі экожағдайы жағынан жақсырақ болып келеді, міне крахмал базалық қолданымдар үшін құны төменірек болуы мүмкін.

PVOH басқа байланыстырғыштармен бірге қолданыла ала ма?

Иә, PVOH латекспен ылғалдағы желімделуді жақсарту және крахмалмен пигментті ұстауды жақсарту сияқты қасиеттерді арттыру үшін жасанды және бионегізделген байланыстырғыштармен біріктірілуі мүмкін.

Қағаз беріктігіне PVA молекулалық массасының әсері қандай?

Жоғары молекулалық массалы PVA қабатаралық байланысты арттырады және созылу мен бүктеп шығару беріктігін жақсартады, дегенмен қолдану кезінде тұтқырлықты мұқият басқару қажет.