EN
Jak emulsja VAE poprawia gładkość powierzchni papieru
Mechanizm tworzenia błonki i wyrównywania powierzchni
Emulsja VAE działa zadziwiająco przy wyrównywaniu powierzchni papieru dzięki swojej zdolności do tworzenia błon. Gdy materiał wysycha, drobne cząstki polimeru łączą się, tworząc ciągłą, elastyczną warstwę pokrywającą powierzchnię papieru. Dzieje się to głównie na skutek sił kapilarnych podczas odparowywania wilgoci, a następnie łańcuchy polimerowe zaczynają się wzajemnie przenikać. To, co odróżnia VAE od innych sztywnych środków spajających, to jego termoplastyczna jakość, która pozwala mu idealnie dopasować się do włókien papieru. Testy wykazują, że może to zmniejszyć chropowatość powierzchni o około 35%, według standardowych pomiarów ISO 8791-4. Wynikiem jest pładsza powierzchnia, która pomaga zapobiegać nadmiernemu rozlewaniu się farby podczas drukowania, bez uszkadzania podstawowej struktury ani przepuszczalności papieru.
Rola wielkości cząstek i temperatury przejścia szklanego (Tg) w kształtowaniu gładkości
Gładkość powierzchni powlekanych zależy głównie od dwóch właściwości polimerów stosowanych w procesie: rozmiaru cząstek oraz temperatury przejścia z fazy stałej w miękką (tzw. Tg). Gdy dochodzi do skali nano, przy cząstkach o wielkości około 80–150 nanometrów, te mikroskopijne elementy przenikają głęboko w strukturę włókien, wypełniając drobne szczeliny, które na poziomie mikroskopijnym sprawiają, że powierzchnie są chropowate. Temperatura szklenia wymaga również precyzyjnego dostrojenia. Polimery o niższej wartości Tg pozostają elastyczne dłużej podczas wysychania, co przekłada się na lepszą jakość wykończenia powierzchni. Jednak przy wyższych wartościach Tg materiał staje się bardziej odporny na zlepienie się w trakcie magazynowania w wilgotnych warunkach czy podczas przetaczania przez urządzenia kalandrowe. Poprawne dobranie obu tych czynników pozwala najczęściej osiągnąć wartość gładkości według Bekka powyżej 300 sekund. To znacznie lepszy wynik niż ten, który można uzyskać za pomocą standardowych spoiw na nowoczesnych szybkobieżnych maszynach do powlekania.
Emulsja VAE a tradycyjne spoiwa: porównanie wydajności pod względem gładkości
Porównanie z kauczukiem skrobiowym i lateksem styrenowo-butadienowym przy użyciu metryk gładkości ISO i Bekk
Testy wykazują, że w przypadku analizy metodą przepływu powietrza według ISO 8791-4 oraz standardów gładkości Bekka emulsje VAE osiągają lepsze wyniki niż kleje z modyfikowanym skrobiem i lateksy styrenowo-butadienowe (SB). Kleje na bazie skrobi mają jednak swoje ograniczenia. Ze względu na sztywne cząsteczki i skłonność do tworzenia wielu drobnych dziurek, zazwyczaj dają odczyt Bekka poniżej 100 sekund i często prowadzą do powstawania nierównomiernych warstw powłoki. Chociaż lateks SB poprawia odporność na wilgoć, ma tendencję do pękania podczas zbyt szybkiego wysychania, co negatywnie wpływa na ogólną gładkość. Tutaj właśnie VAE odznacza się wyższymi właściwościami. Jego unikalna równowaga między lepkością a sprężystością, w połączeniu z niższą temperaturą szklenia, umożliwia tworzenie jednolitych, bezdefektowych warstw. Takie powłoki skutecznie wypełniają drobne nierówności podłoża. Testy przeprowadzone przez niezależne firmy potwierdzają te zalety. Powłoki z VAE osiągają zazwyczaj wartości gładkości Bekka w zakresie od 200 do 320 sekund, co jest o około 30–50 procent lepsze niż przy zastosowaniu skrobi. Dodatkowo, powłoki te charakteryzują się jednolitą połyskliwość bez plamistych obszarów. Dla drukarzy pracujących nad projektami wysokiej jakości oznacza to mniejsze rozlewania się farby i znacznie lepsze ogólne efekty produkcji.
Optymalizacja formulacji powłok z emulsją VAE w celu osiągnięcia maksymalnej gładkości
Efekty synergii z węglanem wapnia i modyfikatorami reologii
Emulsje VAE bardzo dobrze współpracują z węglanem wapnia (CaCO3), co przyczynia się do tworzenia gładkich powierzchni, ponieważ wypełniacz i polimer oddziałują ze sobą w sposób korzystny. Niskie napięcie powierzchniowe sprawia, że drobne cząstki węglanu wapnia (o rozmiarze mniejszym niż 2 mikrony) równomiernie się rozpraszają w całej mieszaninie. Taka jednolita dystrybucja zmniejsza nieprzyjemne małe puste przestrzenie i zapobiega powstawaniu wad powierzchni. Gdy mieszamy VAE z pewnymi typami zagęszczaczy, tzw. zagęszczaczami asocjacyjnymi, zachodzi ciekawy efekt. Cała formuła zachowuje dobre właściwości przepływu niezależnie od rodzaju naprężenia, jakiego ulega. W trakcie aplikacji materiał mniej się ścieka lub osuwa, ale po nałożeniu nadal prawidłowo się wygładza. Co to umożliwia? Emulsja VAE zawiera naturalnie występujące cząstki o wielkości od 0,5 do 2 mikronów, które idealnie wypełniają przestrzenie pozostające między cząstkami pigmentu a powierzchnią papieru znajdującą się u dołu.
Balansowanie zawartości ciał stałych, masy powłoki i połysku—kompromisy dotyczące gładkości
Emulsje VAE bardzo dobrze sprawdzają się w formulacjach o wysokiej zawartości substancji stałych, zazwyczaj około 55–65%. Pozwala to producentom na nanoszenie cieńszych powłok w zakresie od 8 do 12 gramów na metr kwadratowy, zapewniając przy tym gładkie wykończenie. Co więcej, podejście to redukuje zapotrzebowanie na energię suszenia o około 18% w porównaniu ze starszymi technologiami spoiw. Istnieje jednak pewna wada, którą warto wspomnieć. Gdy zawartość substancji stałych staje się zbyt wysoka, powierzchnie mają tendencję do nadmiernego połysku, co może wpływać na ich dotykową teksturę, szczególnie istotne w produktach wysokiej jakości. Optymalny punkt wydaje się mieścić w tym samym zakresie 8–12 g/m². W tym przedziale testy gładkości Bekk wykazują wartości powyżej 300 sekund, a połysk pozostaje w granicach uznawanych za akceptowalne w większości zastosowań drukarskich, z połyskiem poniżej około 65 GU przy kącie 75 stopni. W przypadku zastosowań wymagających jeszcze lepszych właściwości formowania błony, niższe gatunki VAE o temperaturze szklecia (Tg) od minus 5 stopni Celsjusza do 10 stopni Celsjusza działają wyjątkowo dobrze. Mogą jednak wymagać specjalnych dodatków, tzw. modyfikatorów reologicznych, aby zapobiec zbyt głębokiemu wnikaniu w bardzo porowate materiały podczas aplikacji.
Wytyczne praktyczne dla drukarzy i powlekaczy
Uzyskanie gładkiego wykończenia powierzchni podczas pracy z emulsyjnymi spoiwami VAE wymaga uwagi na kilka kluczowych czynników, opartych na tym, co sprawdza się w rzeczywistych warunkach produkcyjnych. Po pierwsze, powłoka musi mieć lepkość w zakresie od 800 do 1200 mPa·s. Zastosowanie tzw. zagęszczaczy asocjacyjnych bardzo pomaga, ponieważ zapobiegają one powstawaniu irytujących smug, szczególnie przy prędkości liniowej między 600 a 1000 metrów na minutę. Jeśli chodzi o suszenie, istnieje dobry powód, dla którego większość zakładów wybiera procesy suszenia etapowego. Na początku należy zastosować temperatury w zakresie od 90 do 110 stopni Celsjusza w strefach początkowego suszenia, aby zapobiec powstawaniu dokuczliwych pęcherzy. Następnie nieco zwiększ temperaturę w końcowych etapach do 110–130 stopni, aby błona mogła się odpowiednio uformować. Ważna jest również koncentracja stałych substancji emulsji VAE. Dążenie do wartości około 12–18 procent całkowitej masy pigmentu pozwala uzyskać równomierne rozmieszczenie na powierzchni. I nie zapominaj o kontroli wilgotności podczas operacji zwijania. Utrzymywanie warunków otoczenia poniżej 60% wilgotności względnej ma ogromne znaczenie dla zapobiegania problemom z przyleganiem materiału w przyszłości.
Aby sprawdzić jakość, zalecamy pomiar gładkości według Bekka w trzech różnych miejscach połaci. Wskazanie 300 sekund lub więcej oznacza materiał klasy premium. Jeśli jednak wartości spadną poniżej 200 sekund, należy coś dostosować. Należy albo zmienić ciśnienie kalandrowania w zakresie od 100 do 200 kN/m, albo zwiększyć zawartość VAE o około 2–3 procent. Te niewielkie zmiany mogą znacząco wpłynąć na końcową jakość produktu. Nie zapominaj również o cotygodniowych testach połysku pod kątem 75 stopni – pomagają one wcześnie wykryć ewentualne problemy z migracją spoiwa. Zawsze pamiętaj o kalibracji lepkościomierzy tuż przed rozpoczęciem pracy z każdą nową partią. Szczególną uwagę należy zwrócić na podłoża z włókien wtórnych, ponieważ są one zwykle bardziej porowate. Dla tych materiałów stosowanie środków retencyjnych w ilości od 0,5 do 1,5 procent przed naniesieniem powłoki daje doskonałe rezultaty w uzyskaniu jednorodnej warstwy VAE oraz gładkiego, płaskiego wykończenia powierzchni, które wszyscy chcą osiągnąć.
Często zadawane pytania
Co to jest emulsja VAE?
Emulsja VAE to rodzaj polimeru stosowanego w powłokach do poprawy gładkości i elastyczności powierzchni. Szczególnie skuteczna jest w produkcji papieru, gdzie pozwala osiągnąć bardziej gładkie wykończenie.
W jaki sposób wielkość cząstek wpływa na gładkość powierzchni?
Mniejsze rozmiary cząstek mogą wypełniać mikroskopijne luki w papierze, co prowadzi do gładniejszej powierzchni. Cząstki o wielkości od 80 do 150 nanometrów są szczególnie skuteczne.
Jaka jest znaczenie temperatury szklenia (Tg)?
Temperatura szklenia (Tg) to temperatura, w której polimer przechodzi ze stanu twardego w giętki. Niższe wartości Tg pozwalają na lepszą elastyczność i gładniejsze powierzchnie podczas suszenia.
W jaki sposób emulsja VAE porównuje się z innymi spoiwami?
Emulsja VAE przewyższa tradycyjne spoiwa, takie jak skrobia czy lateks styrenowo-butadienowy, pod względem uzyskiwania wyższych ocen gładkości według metody Bekk, co skutkuje mniejszą liczbą wad powierzchni.
Jaką rolę odgrywają węglan wapnia i modyfikatory reologii?
Węglan wapnia i modyfikatory reologii poprawiają gładkość powłok, zwiększając przepływ i właściwości wyrównywania emulsji VAE.