EN
Hoe VAE-emulsie de oppervlaktegladheid van papier verbetert
Filmvorming en oppervlaktevlakmakingsmechanisme
De VAE-emulsie werkt wonderen voor het gladder maken van papiervlakken vanwege de manier waarop deze films vormt. Wanneer het materiaal droogt, komen die kleine polymeerdeeltjes daadwerkelijk samen om iets te vormen dat lijkt op een continue, buigzame film over het papieroppervlak. Dit gebeurt voornamelijk door capillaire krachten wanneer vocht begint te verdwijnen, waarna later de polymeerketens beginnen te mengen. Wat VAE onderscheidt van andere stijvere bindmiddelen, is de thermoplastische eigenschap die het in staat stelt zich goed rond de vezels in het papier te vormen. Tests tonen aan dat dit het oppervlakteruwheid kan verminderen met ongeveer 35%, volgens standaard ISO 8791-4-metingen. Het resultaat is een vlakker oppervlak dat helpt voorkomen dat inkt tijdens het printen te veel verspreidt, zonder de basisstructuur of ademend vermogen van het papier zelf te beschadigen.
Rol van deeltjesgrootte en glastovertrektemperatuur (Tg) bij het ontwikkelen van gladheid
De gladheid van gecoate oppervlakken hangt voornamelijk af van twee eigenschappen van de bij het proces gebruikte polymeren: de grootte van de deeltjes en de temperatuur waarbij ze overgaan van vast naar zacht (de zogenaamde Tg). Wanneer we het hebben over nano-deeltjes met een grootte van ongeveer 80 tot 150 nanometer, dringen deze kleine deeltjes daadwerkelijk diep door in de vezelstructuur en vullen ze de minuscule openingen op, die microscopisch gezien voor een ruw oppervlak zorgen. Ook de glastovertemperature moet goed worden afgesteld. Polymeren met een lagere Tg blijven langer flexibel tijdens het drogen, wat leidt tot een betere oppervlakteafwerking. Maar wanneer de Tg-waarde hoger is, wordt het materiaal resistenter tegen samenkleving tijdens opslag in vochtige omstandigheden of bij verwerking op calanderinstallaties. Wanneer beide factoren juist zijn afgesteld, resulteren dit meestal in Bekk-gladheidsmetingen van meer dan 300 seconden. Dat is aanzienlijk beter dan wat standaard bindmiddelen kunnen presteren op moderne, hoge-snelheidscoatingmachines.
VAE-emulsie versus traditionele bindmiddelen: vergelijking van gladheidsprestaties
Vergelijking met zetmeel en styreen-butadieenlatex aan de hand van ISO- en Bekk-gladheidsmetingen
Uit tests blijkt dat VAE-emulsies beter presteren dan zetmeel en styreen-butadieen (SB)-latex wanneer we kijken naar de ISO 8791-4 methode voor luchtlekkage en de Bekk-gladheidscriteria. Zetmeelbindmiddelen hebben namelijk beperkingen. Vanwege hun stijve moleculen en neiging om talloze kleine gaatjes te vormen, resulteren ze meestal in Bekk-waarden onder de 100 seconden en leveren ze vaak oneffen films op. Hoewel SB-latex wel bijdraagt aan waterbestendigheid, barst het gemakkelijk bij snel drogen, wat de algehele gladheid verstoort. Daar komt VAE juist goed uit. Door de unieke balans tussen viscositeit en elasticiteit, samen met een lagere glastoestandstemperatuur, kunnen er uniforme, foutloze films gevormd worden. Deze films vullen kleine oneffenheden op substraatoppervlakken overigens vrij goed op. Onafhankelijke bedrijven die praktijktests hebben uitgevoerd, bevestigen dit. VAE-coatings halen doorgaans Bekk-gladheidswaarden tussen 200 en 320 seconden, ongeveer 30 tot 50 procent beter dan zetmeel. Bovendien behouden deze coatings een consistente glans zonder vlekken of onregelmatigheden. Voor drukkers die werken aan hoogwaardige opdrachten, betekent dit minder inktuitloop en over het geheel genomen veel betere productieresultaten.
Coatingformuleringen optimaliseren met VAE-emulsie voor maximale gladheid
Synergetische effecten met calciumcarbonaat en reologie-modificerende middelen
VAE-emulsies werken erg goed met calciumcarbonaat (CaCO3) en dit helpt om soepelere oppervlakken te creëren, omdat de vulstof en het polymeer op een gunstige manier samenwerken. De lage oppervlaktespanning zorgt ervoor dat deze kleine calciumcarbonaatdeeltjes (kleiner dan 2 micron) zich gelijkmatig door het mengsel verspreiden. Deze gelijkmatige verdeling vermindert vervelende kleine openingen en voorkomt het ontstaan van oppervlaktefouten. Wanneer we VAE mengen met bepaalde soorten dikmakers, zogenaamde associatieve dikmakers, gebeurt er iets interessants. De gehele formulering behoudt goede stroomgedrag, ongeacht welk type belasting het ondergaat. Tijdens aanbrengen is er dus minder kans op loop- of zakkingverschijnselen, maar na aanbrengen egaliseert het materiaal zich nog steeds goed. Waardoor wordt dit mogelijk gemaakt? Nou, VAE heeft van nature deeltjes die variëren van 0,5 tot 2 micron, en die passen precies in de ruimtes tussen de pigmentdeeltjes en het eigenlijke papieroppervlak eronder.
Balanceren van vastestofgehalte, laagdikte en glans—afwegingen voor gladheid
VAE-emulsies presteren zeer goed met formuleringen met een hoog vaste-stofgehalte, meestal rond de 55 tot 65%. Dit stelt fabrikanten in staat dunne coatings aan te brengen van tussen de 8 en 12 gram per vierkante meter, terwijl ze toch een gladde afwerking behouden. Als extra voordeel verlaagt deze aanpak de energiebehoeften voor het drogen met ongeveer 18% in vergelijking met oudere bindmiddeltechnologieën. Maar er is wel een addertje onder het gras. Wanneer het vaste-stofgehalte te hoog wordt, worden de oppervlakken vaak gladder dan gewenst, wat het aanvoelingsgevoel kan beïnvloeden—met name belangrijk voor producten van hoge kwaliteit. Het ideale punt lijkt rond diezelfde 8-12 g/m² te liggen. In dit bereik tonen Bekk-gladheidstests waarden boven de 300 seconden, en blijft het glansniveau binnen wat de meeste druktoepassingen als aanvaardbaar beschouwen, met een glans onder ongeveer 65 GU bij 75 graden. Voor toepassingen die nog betere filmvormingseigenschappen vereisen, presteren VAE-kwaliteiten met een lager Tg, variërend van min 5 graden Celsius tot 10 graden Celsius, uitzonderlijk goed. Deze kunnen echter speciale additieven nodig hebben, zogeheten reologie-modificatoren, om te voorkomen dat ze te diep in zeer poreuze materialen doordringen tijdens de applicatie.
Praktische Uitvoeringsrichtlijnen voor Drukkers en Coaters
Om een glad oppervlak te krijgen bij het werken met VAE-emulsiebindmiddelen, moet aandacht worden besteed aan een aantal belangrijke factoren op basis van wat in de praktijk effectief is. Allereerst moet de coating een viscositeit hebben van ongeveer 800 tot 1200 mPa.s. Het gebruik van associatieve dikmakers helpt hierbij enorm, omdat ze voorkomen dat vervelende strepen ontstaan, vooral bij lijnsnelheden tussen 600 en 1000 meter per minuut. Wat het drogen betreft, is er een goede reden waarom de meeste installaties kiezen voor een trapsgewijs droogproces. Begin met temperaturen tussen 90 en 110 graden Celsius in de eerste droogzones om vervelende bultjes te voorkomen. Verhoog de temperatuur daarna in de laatste fasen naar 110-130 graden, zodat de film zich goed kan vormen. Ook het gehalte aan vaste stof in de VAE-emulsie is van belang. Streef naar ongeveer 12 tot 18 procent van het totale pigmentgewicht voor een gelijkmatige verdeling over het oppervlak. En vergeet tijdens het opnieuw opwinden de luchtvochtigheidsregeling niet. Het handhaven van een omgevingsvochtigheid onder de 60% relatieve vochtigheid maakt namelijk een groot verschil bij het voorkomen van plakproblemen in de toekomst.
Om de kwaliteit te controleren, raden we aan om de Bekk-gladheid te meten op drie verschillende plaatsen langs de baan. Een meetwaarde van 300 seconden of meer betekent dat we kijken naar materiaal van premium kwaliteit. Maar als de waarden onder de 200 seconden dalen, moet er iets worden aangepast. Pas de kalanderdruk aan tussen 100 en 200 kN/m of verhoog het VAE-gehalte met ongeveer 2 tot 3 procent. Deze kleine aanpassingen kunnen een groot verschil maken in de kwaliteit van het eindproduct. Vergeet ook niet de wekelijkse glansmetingen bij 75 graden uit te voeren; deze helpen om eventuele bindmiddelmigratieproblemen vroegtijdig op te sporen. En vergeet nooit de viscometers te kalibreren vlak voor het begin van elke nieuwe partij. Besteed speciale aandacht aan substraat van gerecycled vezels, omdat deze doorgaans porer zijn. Voor deze materialen werkt het toepassen van retentiemiddelen in een bereik van 0,5 tot 1,5 procent vóór de coating wonderen om een consistente VAE-filmvorming te verkrijgen en die gladde, vlakke oppervlakteafwerking te realiseren die iedereen wil.
Veelgestelde vragen
Wat is VAE-emulsie?
VAE-emulsie is een type polymeer dat in coatings wordt gebruikt om de oppervlaktesmoothheid en flexibiliteit te verbeteren. Het is bijzonder effectief in de papierproductie voor het bereiken van gladdere afwerkingen.
Hoe beïnvloedt deeltjesgrootte de oppervlaktesmoothheid?
Kleinere deeltjesgroottes kunnen microscopische openingen in papier opvullen, wat leidt tot een gladder oppervlak. Deeltjes met een grootte tussen 80 en 150 nanometer zijn bijzonder effectief.
Wat is het belang van de glastovertgangstemperatuur (Tg)?
De glastovertgangstemperatuur (Tg) is de temperatuur waarbij een polymeer overgaat van een harde toestand naar een buigzame toestand. Lagere Tg-waarden zorgen voor betere flexibiliteit en gladdere oppervlakken tijdens het drogen.
Hoe verhoudt VAE-emulsie zich tot andere bindmiddelen?
VAE-emulsie presteert beter dan traditionele bindmiddelen zoals zetmeel en styreen-butadieenlatex wat betreft het behalen van hogere Bekk-smoothheidsbeoordelingen, wat resulteert in minder oppervlaktefouten.
Welke rol spelen calciumcarbonaat en reologie-modificatoren?
Calciumcarbonaat en reologieverbinders verbeteren de gladheid van coatings door de stroming en egaliserende eigenschappen van de VAE-emulsie te verbeteren.