НовостиСтатьиО компанииКонтакты
TMI
TMI
Testometric
Testometric
IGT
IGT
Konica Minolta
Konica Minolta
MOCON
MOCON
EMTEC
EMTEC
AFG
AFG

Отрасли

Поиск оборудования

Бумага, картон, целлюлоза
Готовая упаковка
Гофрированный картон
Комбинированные материалы
Пластики, полимерные пленки
Полиграфия
Прочие


Контакты











Оценка динамического впитывания меловальной пасты, учебное пособие

                     
Метод Грюнера и Баумайстера по оптимизации рецептуры меловальной пасты при помощи анализатора динамического впитывания Емтек PDA с модулем "Коатинг"
 
Санкт-Петербург
2009

                                                                                                       
Авторы: д.т.н. Манфред Баумайстер CTP GmbH & Co KG; Гиселер Грюнер, emtec Electronic GmbH
Перевод и адаптация: Руслан Шабиев, ООО «Сигма Микрон», Санкт-Петербург      
 
Лейпциг 1998, 2004, 2006 Санкт-Петербург 2009      
 
Оглавление
1.Введение
2.Принцип измерения
3.Типы кривых
3.1Бумага-основа
3.2Моделирование взаимодействия меловальной пасты с разными типами бумаги-основы и его влияние на интенсивность проходящего УЗ-сигнала
3.2.1Динамическое взаимодействие бумаги-основы для мелования, например LWC (глубокая и офсетная печать), с меловальной пастой
3.2.2Бумага-основа с легким мелованием в динамическом контакте с меловальной пастой
4.Интерпретация получаемых кривых
5.Динамическое водоудержание (DWRV)
6.Стандартный метод Емтек № 1
7.Общий вид кривых, получаемых при испытании бумаги-основы с меловальной пастой в модуле «Коатинг»
7.1Кривая взаимодействия меловальной пасты с бумагой-основой LWC (глубокая и офсетная печать)
7.1.1Бумага LWC для глубокой печати с массой от 32 до 80 г/м²
7.1.2Бумага LWC для офсетной печати
7.2Паста для предварительного мелования, бумага-основа без древесной массы
7.3Нанесение последующего меловального слоя на поверхность с покрытием, бумага-основа без древесной массы
7.4Нанесение предварительного меловального слоя на картон
7.4.1Нанесение последующего меловального слоя на картон
7.5Нанесение меловального покрытия на дозирующем (пленочном) прессе
8.Пример оптимизации нанесения меловальной пасты при помощи прибора PDA с модулем "Каотинг"
8.1Постановки практической задачи
8.2Пример решения

1.           Введение

В данной работе исследовалось зависимость изменения высокочастотного ультразвукового сигнала при взаимодействии различных жидкостей с поверхностью бумаги. При впитывании изменяются свойства полимерной системы, и таким образом изменяется интенсивность передаваемого ультразвуковым сигналом. График функции интенсивности сигнала от времени выводится на монитор персонального компьютера. Такие кривые являются характеристическими и отражают качество бумаги, используемой тест-жидкости и степени их взаимодействия. Полученные кривые позволяют программному обеспечению «measuring system» вычислить такие параметры как A(t), t(I), MAX, FC, DWRV (интерпретация параметров раскрывается ниже). Данный метод и прибор подходит для научно-исследовательских работ в области подбора рецептур меловальных паст, входного и выходного контроля качества, а также для поиска и устранения претензий со стороны переработчиков.   При помощи полученных на приборе PDA с модулем «Коатинг» характеристических кривых, оценивают взаимодействие меловальной пасты с основой для мелования для разных способов нанесения, опираясь на разработанную эмпирическую модель. Прежде всего, такая модель связана с изменением интенсивности проходящего через бумагу ультразвукового сигнала. Ход кривой, в первые секунды контакта меловальной пастой с поверхностью бумаги отражает динамику их взаимодействия. В целом такое взаимодействие определяется следующими критериями:
    Качеством меловальной пасты, реологическими характеристиками, пространственной структурой, способностью к агломерации, временем релаксации образующихся и разрушающихся агломератов и пространственных структур, распределением пигментов по размерам, термодинамической устойчивостью грубодисперсной системы Поверхностной пористостью Способом и условиями нанесения покрытия
Бумага-основа 
 
Существует два фундаментальных типа поверхности основы:
·         Немелованная основа с крупнопористой поверхностью
·         Мелованная основа с мелкопористой поверхностью
 
Меловальная паста
 
Оптимальный результат мелования, для конкретного способа нанесения, достигается подбором пигментов, связующих и различных добавок. Это общий принцип работы исследовательского отдела, где принимается за постоянным характер их взаимодействия, т.е. не всегда принимая во внимание изменение их взаимодействия во время контакта меловальной пасты с поверхностью основы при нанесении покрытия. Это приводит к ощутимому снижению качества выпускаемой продукции, что очень сложно исправить.
 
Цель метода
 
Благодаря точному подбору компонентов пасты и их составных частей, а также из-за адаптации к данному типу основы и соблюдением реальных условий нанесения, а также условиями закрепления покрытия. Например, после предварительно дозирующего валика (kiss applicator), необходимо получить уплотненное покрытие, для ограничения последующего нанесения избыточного количества пасты при вращении наносящего валика, и таким образом контролировать с высокой точностью плотность и толщину слоя.   В зависимости от способа нанесения, это позволяет снизить вероятность образования агломератов и получить заданную динамическую вязкость самой пасты, следовательно,  ускоряется обезвоживание в зоне контакта и закрепления покрытия. Если эти требования выполняются, то происходит снижение толщины мелованного слоя и содержание сухих веществ в оборотной пасте. В то же время происходит повышение лоска, снижение в колебаниях массы метра квадратного наносимого покрытия, при минимальной неоднородности оттиска при печати.

2.        Принцип измерения

Жидкость, в измерительной ячейке, попадает в контакт с образцом бумаги. С первым моментом контакта, в Z-направлении (перпендикулярном) начинают передаваться  высокочастотные ультразвуковые сигналы с фиксированной частотой в 1МГц или 2МГц.
Сигнал принимается высокочувствительным приемником, после чего он обрабатываются в приборе и передаются на ПК.
Рис. 1    
Проницаемость ультразвука бумагой изменяется при впитывании жидкости.
 
Это физическое явление вызвано следующими процессами:  
·        сигнал усиливается в приемнике из-за снижения отражения на поверхности раздела фаз жидкости с водой во время смачивания,  
·        сигнал ослабевает в приемнике из-за усиления его рассеивания на пузырьках воздуха, образовавшихся в структуре бумаги, из-за неоднородного впитывания,  
·        сигнал ослабевает в приемнике из-за снижения поглощения ультразвука при полном заполнением пор и капилляров жидкостью,  
·        сигнал изменяется в приемнике из-за изменений в затухании ультразвука, как результат снижения эластичности волокон, если бумага увлажняется водяными парами (при использовании тест-жидкостей на водной основе).  
Рис. 2 Фазы погружения образца      
Рис. 3 Схематическое представление затухания ультразвукового сигнала в точке t»0 (до начала смачивания и впитывания). Картинка представлена боковым разрезом.
Из графика функции интенсивности от времени можно определить такие важные показатели бумаги, как: степень поверхностной и внутримассной проклейки, поверхностную пористость, способность к нанесению печати, склеиваемость и способность к смачиванию. Более того, появляется возможность оценить взаимодействие наносимых составов и процессных сред с бумагой, а именно, меловальная паста – бумага-основа (динамику обезвоживания и пленкообразования пасты).
Рис. 4 График функции интенсивности от времени для четырех различных образцов бумаги при испытаниях с водой    
 
Принцип работы модуля «Коатинг»
Рис. 5 
Образец бумаги-основы, находящейся на держателе, попадает в контакт с меловальной пастой в высокоточном регулируемом зазоре. Скорость опускания постоянная и составляет около 2000 мм/с, зазор регулируется от 50 мкм до 2 мм с точностью ± 5 мкм. Эти условия формируют напряжения сдвига в диапазоне от 1.000 с-1 до 40.000 с-1 при очень коротком импульсе давления. Скорость контакта в анализаторе динамического впитывания PDA с модулем «Коатинг» составляет 25 – 100% от промышленных скоростей. Давление и сдвиговые усилия полностью соответствуют реальным условиям.   Шаберный способ нанесения меловальной пасты
Наносящий вал:  s1 = dV/d1 s = скорость сдвига, где dV = V1-V2  s2 = V2/d2 d1 = зазор     Шабер: d2 = зазор между бумагой и шабером
  Рис. 6    Для того, чтобы симулировать с высокой точностью состояние меловальной пасты до ее нанесения, т.е. историю сдвиговых усилий приложенных к пасте, паста подвергается сдвиговым напряжениям в кювете без смачивания образца. По этой причине, нижняя часть держателя вирируется для создания предварительных сдвиговых усилий пасты в относительно большом зазоре перед самым измерением с напряжением около 1000 с-1. Когда держатель попадает в зазор, меловальная паста с остаточными напряжениями попадает в область измерения.   В момент опускания образца, т.е. при t»0, высокочастотные ультразвуковые волны постоянной энергии передаются через толщину бумаги в z-направлении. На тех областях поверхности, где происходит впитывание меловальной пасты, интенсивность сигнала изменяется характеристическим образом. Изменения в интенсивности сигнала на приемнике отображаются на диаграмме интенсивность – время.  Необходимо учитывать следующие правила:
·         слои бумаги, которые равномерно впитывают воду, обеспечивают лучшую проницаемость ультразвука, и интенсивность сигнала возрастает.
·         Образовавшиеся включения воздуха в бумаге, которые вызваны неравномерным впитыванием меловальной пасты, приводят к рассеиванию ультразвукового сигнала, и его интенсивность снижается.

3.         Типы кривых  

3.1       Бумага-основа   Принимая во внимание сдвиговые усилия и импульсы давлений, которые имеют место во время нанесения покрытия, поверхностная пористость бумаги-основы играет первостепенную роль в зазоре валов или шабере наносящего устройства, в то время как в первый момент контакта степень проклейки оказывает второстепенное влияние. Поверхностную пористость бумаги можно качественно оценить при помощи анализатора динамического впитывания PDA с модулем «Коатинг», используя, в качестве тест-жидкости, воду (с не клееной основой), 15 % изопропиловый спирт (с проклеенными основами) или соляную кислоту (с основами,содержащими карбонатный наполнитель), например:  
Два образца не клееной бумаги-основы БДМ 1 и БДМ 2 подвергаются детальному исследованию. На обеих машинах применяется одинаковая массаподготовка, но разная прессовая часть (на машинах установлено три и четыре мокрых пресса соответственно). Бумага, полученная на этих машинах, имеет разную поверхностную пористость и по-разному ведет себя при нанесении мелованного слоя.
 
Рис. 7 Различия в структуре поверхности двух бумаг-основ для легкого мелования (LWC), данные получены на анализаторе динамического впитывания PDA с модулем «Коатинг», тестирующая жидкость - вода 
Как правило, для не клееных бумаг-основ применимо следующее утверждение:
Чем больше плечо или пик на кривой в первые несколько миллисекунд контакта, тем более мелкопористая поверхность бумаги (см. рис.8).
 
Рис. 8  
 
Другой пример, известно, что края бумажного полотна обычно имеют более сомкнутую поверхность по сравнению с его серединой. Похожий вид кривых применим для клееных основ при взаимодействии с раствором изопропилового спирта. Впитывание в этом случае, вызвано снижением поверхностного натяжения, и будет определяться только структурой поверхностных пор.
 
Для клееных основ, с целью определения содержания карбонатного наполнителя на поверхности бумаги, можно использовать соляную кислоту (pH 1.2).
 
Рис. 9    
 
Примечание: исследование меловальной пасты для нанесения на картон см. пункт 7.4.!    

3.2       Моделирование взаимодействий меловальной пасты с разными типами бумаг-основ и их влияние на интенсивность проходящего УЗ-сигнала  

3.2.1 Динамическое взаимодействие основы для мелования, например LWC (глубокая и офсетная печать), с меловальной пастой   1.    Неоптимизированная меловальная паста:    
                                                                                                                                             Меловальная паста с                                                                                                                                              агломератами пигментов (для упрощения не показаны связующие и сгустители)                                                                                                                                                  Фильтровальный слой: неоднородный                                                                                                                                              из-за агломератов пигментов                                                                                                                                                      удерживаемый бумагой воздух                                                                                                                                                впитавший слой бумаги                                                                                                                                                сухой слой бумаги Рис. 10   1я фаза (I) Быстрое, но неоднородное впитывание меловальной пасты на поверхности основы Þ образование относительно больших зон удерживаемого воздуха Þ усиление рассеивания ультразвука Þ ослабление интенсивности передачи ультразвука Þ быстрое падение интенсивности сигнала.     2я фаза (II) После закрепления пасты, из-за барьерной функции фильтровального слоя, происходит замедление впитывания Þ снижение интенсивности сигнала.                                                 Рис. 11     Следствия: из-за образования агломератов, особенно более грубой фракции (зачастую имеет место с акрилатными сгустителями из-за образования мостичковых связей) с относительно высоким содержанием свободной воды между пигментами, дополнительно, из-за сгущения жидкой фазы (например, с КМЦ), медленное удаление воды из пор, заполненных пастой, что приводит к более глубокому впитыванию меловальной пасты в основу и меньшему закреплению в зоне контакта. Неравномерное впитывание пасты и мелкодисперсной фракции из-за неоднородной структуры пор.
2.    Оптимизированная меловальная паста:
       
                                                                                                                                             Меловальная паста с                                                                                                                                              низкой агломерацией пигментов                                                                                                                                                        Однородный фильтровальный слой                                                                                                                                              из-за низкой агломерации пигмента                                                                                                                                                                                                                                                                                             впитавший слой бумаги                                                                                                                                                сухой слой бумаги     Рис. 12   1я фаза (I) Быстрое и однородное впитывание преимущественно водной фазы пасты в поверхность с последующим закреплением Þ отсутствие или незначительное удержание воздуха Þ отсутствие или очень невысокое рассеивание ультразвука Þ усиление интенсивности приема ультразвука впитавшим слоем бумаги Þ усиление интенсивности сигнала   2я фаза (II) Следующее за закрепление, медленное впитывание водной фазы из-за образования плотного фильтровального слоя, поэтому происходит дальнейший рост интенсивности сигнала Þ после образования воздушных включений из-за неоднородного переноса жидкой фазы Þ усиление рассеивания ультразвука Þ падение интенсивности сигнала                                             Рис. 13   Следствия: при наличии относительно небольшого количество свободной воды, как например, в добавке “Acroflex” компании CTP (низкая вязкость водной фазы и низкая способность образовывать агломераты пигментов), происходит быстрое удаление воды и, следовательно, быстрое закрепление пасты с ее неглубоким и однородным впитыванием в поверхность основы  с последующим закреплением.

3.2.2    Подмелованная основа в динамическом контакте с меловальной пастой   Первая фаза (сразу же после момента контакта)   Неоптимизированная меловальная паста:
     
Q                                                                                                                                          Жидкая фаза меловальной пасты                                                                                                                                                        Неоднородный фильтровальный слой                                                                                                                                              из-за коагуляции пигментов                                                                                                                                                                                                                                                                                             Подмелованный слой с образовавшимися,                                                                                                                                              из – за неоднородного впитывания,                                                                                                                                                       воздушными включениями                                                                                                                                                Пропитанный подмелованный слой                                                                                                                                              с воздушными включениями
 
                                                                                                                                             сухой слой бумаги Рис. 14   Образование относительно большого количества воздушных включений, вызванное неоднородным впитыванием водной фазы в подмелованный слой бумаги Þ усиление рассеивания ультразвука Þ падение интенсивности сигнала Þ образование пористого фильтровального слоя                                               Рис. 15     Следствия: образование агломератов, неоднородная структура пор подмелованного слоя, как результат плохого формования бумаги-основы или неудовлетворительной адаптации подмелованного слоя к данной структуре бумаги, неудовлетворительная адаптация последующего покрытия к данному (неоднородному) подмелованному слою.   Результат: неоднородное покрытие и пятнистость при печати.
Оптимизированная меловальная пасты:
     
                                                                                                                                             Жидкая фаза меловальной пасты                                                                                                                                                        Однородный фильтровальный слой                                                                                                                                              вследствие  низкой способности к коагуляции                                                                                                                                                                                                                                                                                             Однородно пропитанный подмелованный слой                                                                                                                                                Сухой слой бумаги       Рис. 16     Отсутствие или незначительное образование воздушных включений вследствие однородного впитывания водной фазы в подмелованный слой Þ слабое рассеивание ультразвука Þ усиление передачи ультразвука пропитанным слоем бумаги Þ усиление интенсивности сигнала Þ формование однородного фильтровального слоя с оптимальной плотностью.                                                 Рис. 17     Следствия: незначительная или полное отсутствие агломерации пигментов в меловальной пасте, однородная структура пор подмелованного слоя и оптимальная адаптация меловальной пасты к подмелованному слою.     Результат: однородное покрытие, отсутствие или незначительная облачность печатного оттиска.           Вторая фаза (доли секунда после контакта)   Неоптимизированная меловальная паста:
       
                                                                                                                                             Жидкая фаза меловальной пасты   ая                                                                                                                                              Неоднородный фильтровальный слой                                                                                                                                              из-за коагуляции пигментов  
<


Новости | Статьи| О компании | Контакты

Санкт-Петербург, ул. Седова, д. 11, оф. 607

e-mail: mail@sigma-micron.ru

Создание сайта –
Extreme Design Group