EN
Как эмульсия ВАС улучшает гладкость поверхности бумаги
Механизм образования пленки и выравнивания поверхности
Эмульсия ВАЭ творит чудеса, делая поверхность бумаги более гладкой, благодаря своему пленкообразующему свойству. Когда материал высыхает, мельчайшие полимерные частицы соединяются, образуя непрерывную эластичную пленку на поверхности бумаги. Это происходит в основном за счет капиллярных сил по мере испарения влаги, а затем полимерные цепи начинают смешиваться друг с другом. То, что отличает ВАЭ от других жестких связующих веществ, — это его термопластичность, позволяющая ему идеально обволакивать волокна бумаги. Испытания показывают, что это может снизить шероховатость поверхности примерно на 35% согласно стандартным измерениям ISO 8791-4. Результатом является более ровная поверхность, которая помогает предотвратить чрезмерное растекание чернил при печати, не повреждая при этом основную структуру или воздухопроницаемость самой бумаги.
Роль размера частиц и температуры стеклования (Tg) в формировании гладкости
Гладкость покрытых поверхностей в основном зависит от двух свойств полимеров, используемых в процессе: размера частиц и температуры их перехода из твёрдого состояния в мягкое (так называемая Tg). Когда мы переходим к наночастицам размером около 80–150 нанометров, эти крошечные частицы проникают глубоко внутрь структуры волокна, заполняя микроскопические зазоры, которые придают поверхности шероховатость на микроуровне. Температура стеклования также требует точной настройки. Полимеры с более низкой Tg остаются гибкими дольше в процессе высыхания, обеспечивая лучшее качество поверхности. Однако при повышении значения Tg материал становится более устойчивым к слипанию во время хранения в условиях высокой влажности или при прохождении через каландровое оборудование. Правильная настройка обоих этих факторов позволяет в большинстве случаев достигать показателей гладкости по Бекку свыше 300 секунд. Это намного лучше результатов, которые могут быть получены с использованием стандартных связующих на современных высокоскоростных покрытных машинах.
Сравнение эмульсии ВАЭ и традиционных связующих: показатели гладкости
Сравнительная оценка по показателям гладкости по ISO и Бекку для крахмала и стирол-бутадиенового латекса
Испытания показывают, что при оценке по методу определения воздухопроницаемости по ISO 8791-4 и стандартам шероховатости Bekk, эмульсии ВАЭ на самом деле превосходят как крахмал, так и латексы стирол-бутадиена (SB). У крахмальных связующих есть свои ограничения. Из-за жёсткой молекулярной структуры и склонности образовывать множество микропор они обычно дают показатели по шкале Bekk ниже 100 секунд и зачастую формируют плёнки, которые неравномерно покрывают поверхность. Латекс SB, хотя и улучшает водоотталкивающие свойства, при быстром высыхании склонен к растрескиванию, что ухудшает общую гладкость. Здесь особенно выделяется ВАЭ. Его уникальное соотношение вязкости и эластичности, а также более низкая температура стеклования позволяют формировать однородные плёнки без дефектов. Эти плёнки эффективно заполняют мелкие неровности на поверхностях основы. Независимые испытания подтверждают это. Покрытия на основе ВАЭ обычно достигают значений гладкости по Bekk в диапазоне от 200 до 320 секунд, что примерно на 30–50 процентов выше, чем у крахмала. Кроме того, такие покрытия сохраняют равномерный блеск без пятнистости. Для печатников, работающих над заказами высокого качества, это означает меньшее растекание чернил и значительно лучшие результаты производства в целом.
Оптимизация рецептур покрытий с использованием эмульсии ВАЭ для максимальной гладкости
Синергетические эффекты с карбонатом кальция и модификаторами реологии
Эмульсии ВАЭ отлично работают с карбонатом кальция (CaCO3), что помогает создавать более гладкие поверхности, поскольку наполнитель и полимер взаимодействуют друг с другом благоприятным образом. Низкое поверхностное натяжение обеспечивает равномерное распределение мелких частиц карбоната кальция (размером менее 2 микрон) по всей смеси. Такое равномерное распределение уменьшает нежелательные микропоры и предотвращает образование дефектов на поверхности. При смешивании ВАЭ с определёнными типами загустителей, называемых ассоциативными загустителями, происходит интересный эффект: вся формула сохраняет хорошие реологические свойства независимо от вида механических нагрузок. Таким образом, при нанесении снижается вероятность стекания или провисания материала, но после нанесения он по-прежнему хорошо самовыравнивается. Что делает это возможным? Частицы ВАЭ естественного происхождения размером от 0,5 до 2 микрон идеально заполняют промежутки между частицами пигмента и самой поверхностью бумаги.
Сбалансированное содержание твердых веществ, масса покрытия и глянец — компромиссы в гладкости
Эмульсии ВАЭ отлично работают с формулами, имеющими высокое содержание твёрдых веществ, обычно около 55–65 %. Это позволяет производителям наносить более тонкие покрытия толщиной от 8 до 12 граммов на квадратный метр, сохраняя при этом гладкую поверхность. Кроме того, такой подход снижает потребность в энергии для сушки примерно на 18 % по сравнению со старыми технологиями связующих. Однако здесь есть один существенный недостаток. При слишком высоком содержании твёрдых веществ поверхность становится более глянцевой, чем требуется, что может повлиять на тактильные ощущения от материала, особенно важно для продукции премиум-класса. Оптимальным диапазоном, похоже, остаются те же показатели — 8–12 г/м². В этом диапазоне результаты испытаний на гладкость по Бекку превышают 300 секунд, а уровень глянца остаётся в пределах допустимого для большинства печатных применений, не превышая примерно 65 единиц глянца (GU) при угле 75 градусов. Для применений, требующих ещё лучших свойств образования плёнки, отлично подходят марки ВАЭ с более низкой температурой стеклования (Tg) в диапазоне от минус 5 до плюс 10 градусов Цельсия. Однако для них могут потребоваться специальные добавки, называемые модификаторами реологии, чтобы предотвратить чрезмерное впитывание в сильно пористые материалы в процессе нанесения.
Практические рекомендации для печатников и покрытий
Для получения гладкой поверхности при работе с винилацетатно-этиленовыми (VAE) эмульсионными связующими необходимо учитывать несколько ключевых факторов, проверенных на практике. Прежде всего, вязкость покрытия должна находиться в пределах 800–1200 мПа·с. Использование ассоциативных загустителей очень эффективно, поскольку они предотвращают появление нежелательных полос, особенно при скоростях линии от 600 до 1000 метров в минуту. Что касается сушки, то не зря большинство производств выбирают ступенчатый процесс сушки. На начальных этапах сушки рекомендуется поддерживать температуру в диапазоне 90–110 °C, чтобы избежать образования пузырей. Затем на заключительных стадиях температуру следует немного повысить — до 110–130 °C, чтобы пленка правильно сформировалась. Также важна концентрация твёрдых частиц VAE-эмульсии. Оптимально использовать 12–18 % от общего веса пигмента для равномерного распределения по поверхности. Не стоит забывать и о контроле влажности при операциях перемотки. Поддержание относительной влажности окружающей среды ниже 60 % играет решающую роль в предотвращении проблем с прилипанием слоёв в дальнейшем.
Для проверки качества рекомендуется измерять гладкость по Бекку в трех разных точках полотна. Показатель 300 секунд и более означает, что перед нами материал премиум-класса. Если же значения опускаются ниже 200 секунд, необходимо внести корректировки: либо изменить давление каландра в диапазоне от 100 до 200 кН/м, либо увеличить содержание VAE примерно на 2–3 процента. Эти небольшие изменения могут значительно повлиять на качество конечного продукта. Не забывайте также проводить еженедельные тесты блеска под углом 75 градусов — они помогают своевременно выявить проблемы с миграцией связующего. И всегда помните о необходимости калибровки вискозиметров непосредственно перед началом работы с каждой новой партией. Особое внимание следует уделять основам из вторичного волокна, поскольку они, как правило, более пористые. Для таких материалов применение средств удержания в количестве 0,5–1,5 процента перед нанесением покрытия дает отличный результат, обеспечивая стабильное формирование пленки VAE и достижение требуемой гладкой, ровной поверхности.
Часто задаваемые вопросы
Что такое эмульсия ВАЕ?
Эмульсия ВАЭ — это тип полимера, используемого в покрытиях для улучшения гладкости и эластичности поверхности. Она особенно эффективна в производстве бумаги для достижения более гладкой поверхности.
Как размер частиц влияет на гладкость поверхности?
Мелкие частицы могут заполнять микроскопические зазоры в бумаге, обеспечивая более гладкую поверхность. Частицы размером от 80 до 150 нанометров особенно эффективны.
Каково значение температуры стеклования (Tg)?
Температура стеклования (Tg) — это температура, при которой полимер переходит из твёрдого состояния в пластичное. Более низкие значения Tg обеспечивают лучшую гибкость и более гладкую поверхность при сушке.
Чем эмульсия ВАЭ отличается от других связующих?
Эмульсия ВАЭ превосходит традиционные связующие, такие как крахмал и латекс стирол-бутадиен, по показателям гладкости по Бекку, что приводит к меньшему количеству дефектов поверхности.
Какую роль играют карбонат кальция и модификаторы реологии?
Карбонат кальция и модификаторы реологии улучшают гладкость покрытий за счет улучшения текучести и выравнивания дисперсии ВАЭ.