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











ИССЛЕДОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТНЫХ СВОЙСТВ БУМАГИ И КАРТОНА С ЦЕЛЬЮ УЛУЧШЕНИЯ ПЕЧАТНЫХ СВОЙСТВ И ОПТИМИЗАЦИИ ПРОЦЕССА СКЛЕЙКИ

 

 

1. Введение

Требуемые потребительские свойства готовой продукции обычно достигаются в результате переработки бумаги и картона (склеивания, печати, мелования и т.п.). Для оценки пригодности бумажной продукции к переработке производитель и переработчик оговаривают для нее технические условия. Обычно таковые базируются на стандартных методах измерения (например, испытания впитываемости по Коббу или HST (Hercules Sizing Test), воздухопроницаемости по Герлею или Бендтсену, гладкости по Бекку). Однако, даже несмотря на полное соответствие достигнутых характеристик техническим условиям, в процессе переработки могут возникнуть проблемы, причины которых неясны.

 

2. Проблемы, возникающие при переработке бумаги и их причины

Прежде всего, нам необходимо определить характеристики бумаги, относящиеся к процессу конвертинга. Это позволяет сделать только детальное изучение самого процесса. Процессы взаимодействия поверхности бумаги с жидкими субстанциями условно можно поделить на три фазы (рис. 1).

 

Рис. 1. Схематичное изображение процессов склеивания, офсетной печати и мелования.

 

2.1 Конвертинг, фаза I

Фаза I – это фаза нанесения жидкой субстанции (клей, краска/увлажняющий раствор, меловальная паста) на поверхность бумаги/картона. В этой фазе жидкость более или менее глубоко вдавливается в поверхность бумаги вследствие чрезвычайно кратковременного давления аппликатора (миллисекунды или даже микросекунды). Глубина проникновения жидкости будет зависеть от поверхностной пористости бумаги/картона. Существуют также и другие факторы, оказывающие влияние на процесс (например, давление, скорость и тип аппликатора, реологические характеристики жидкости), которые мы не будем здесь рассматривать. Проблемы при конвертинге на этом этапе  могут возникнуть вследствие неоптимальной поверхностной пористости, вызванной, к примеру, слишком высоким или низким количеством крахмала в клеильном прессе или качеством размола.  Установки конвертинговой машины  обычно подбираются для бумаги с определенной структурой пор. Применение бумаги с иной структурой пор может вызвать проблемы при переработке. Например, недостаточное количество клея или чересчур медленное впитывание жидкости может стать причиной плохой прочности сцепления их с бумагой. Избыточное количество краски может привести к проблемам с ее высыханием и закреплением.

 

2.2 Конвертинг, фаза II

Фаза II – фаза проникновения жидкости с поверхностных областей бумаги/картона в более глубокие. Обычно это занимает от нескольких миллисекунд до нескольких секунд. При использовании жидкостей на водной основе процесс существенно зависит от поверхностной проклейки/гидрофобности.

В той фазе могут иметь место проблемы из-за неоптимальной поверхностной проклейки, вызванной, к примеру, слишком высоким или низким количеством гидрофобного агента в клеильном прессе. Если поверхностная проклейка/гидрофобность бумаги изменяется, а количество наносимой жидкости остаётся прежним, то скорость проникновения воды с поверхностной плёнки в бумагу тоже изменится. Это может привести, например, к неудовлетворительному результату при склеивании.

 

2.3 Конвертинг, фаза III

Фаза III – это фаза высыхания или затвердевания процессной жидкости. При склеивании это означает окончательную фиксацию склеиваемых поверхностей.  закрепление связанных частиц. Иногда длительность данной фазы определяется минутами или часами, а при меловании или склеивании – секундами.

Из всего вышеперечисленного следует, что в процессе переработки большую роль играют поверхностные характеристики бумаги/картона, а в частности – поверхностная пористость и поверхностная проклейка/гидрофобность.

 

3. Недостатки стандартных методов

Как уже упоминалось в главе 1, производитель и переработчик оговаривают технические требования к бумаге или картону, базирующиеся на стандартных методах измерений. Ниже мы рассмотрим причины того, почему эти методы не всегда обеспечивают переработчика достоверной информацией и могут привести к непредвиденным проблемам при конвертинге. Будут представлены сравнительные результаты измерений полученные на приборах для измерения динамической впитываемостиPDA.C02  и EST12, производства Emtec ElectronicGmbH.

 

3.1. Определение поверхностной пористости

3.1.1. Метод Бендтсена

На рис. 2 упрощенно изображена пористая структура образца бумаги в направлении оси Z с верхней (TS) и сеточной (BS) сторон. Воздухопроницаемость (пористость) по Бендтсену рассчитывается исходя из эффективного (минимального) размера пор материала. Таким образом, значение воздухопоницаемости по Бендтсену будет одинаковым с обеих сторон листа, несмотря на различия в структуре пор по толщине листа.

 

Рис. 2

 

3.1.2. PDA.C02 и EST12

Измерение с помощью приборов PDA.C02 и EST12 даёт истинную информацию о структуре поверхностных пор бумаги/картона. Для определения поверхностной пористости измеряется изменение ультразвукового сигнала при прохождении через образец бумаги во время взаимодействия с жидкостью (вода + изопропанол). Для количественной оценки используется параметр t95, представляющий собою промежуток времени, в течение которого происходит затухание сигнала от 100% до 95%. Этот промежуток обычно измеряется миллисекундами и характеризует свойства поверхности бумаги. Результаты измерений поверхностной пористости верхней (TS) и сеточной (BS) сторон, полученные на PDA.C02/EST12, могут существенно отличаться (рис. 3). Из кривой следует, что на сеточной стороне присутствуют большие поры, так как сигнал ослабевает очень быстро. На верхней стороне находятся поры гораздо меньшего размера, что следует из пологой формы кривой.

 

Рис. 3

 

3.2. Определение поверхностной проклейки/гидрофобности

3.2.1. Метод Кобба

Недостатки метода определения впитываемости по Коббу можно объяснить на примере двух образцов, один из которых характеризуется высокой поверхностной проклейкой и низкой проклейкой в массе, а другой – напротив, низкой поверхностной проклейкой и высокой внутримассной. Динамика впитывания воды таких образцов будет отличаться. Впитывание образцом 1 сперва будет медленным (высокая поверхностная проклейка), затем быстрым (низкая внутримассная проклейка), а для образца 2 всё будет наоборот (рис. 4). При испытании по Коббу измеряется общий объём воды, впитанный образцом за 60 с. Рис. 4 показывает ход впитывания воды как график зависимости адсорбции от времени. Площадь под кривой соответствует количеству воды, впитанной за 60 с. Хотя проклейка весьма отличается, после 60 с фиксируется один и тот же объём впитанной воды, приводя к неправильному выводу об одинаковых качественных показателях двух образцов. Метод Кобба не разделяет результаты поверхностной и внутримассной проклейки, а позволяет измерить только общее значение.

 

Рис. 4

 

3.2.2. PDA.C02 и EST12

При измерении поверхностной проклейке/гидрофобности бумаги с помощью приборов PDA.C02/EST12 используется величина MAX – точка максимума ультразвукового сигнала (рис. 5). Сравнение кривых, полученных на приборах Emtec, показывает разницу в поверхностной и внутримассной проклейках. Более поздняя точка MAX говорит о высокой степени поверхностной проклейки/гидрофобности образца 1. Для образца 2 наблюдается противоположное поведение.

 

Рис. 5

 

4. Применение приборов PDA.C 02 и EST12

Системы измерения PDA/EST позволяет измерить характеризующие процесс параметры картона и бумаги легко и эффективно. Инновационный принцип измерения основан на оценке динамики прозрачности картона/бумаги в ультразвуковом диапазоне во время адсорбции жидкости. Как и в реальном процессе, измерение взаимодействия между тестовой жидкостью и поверхностью образца происходит в первые миллисекунды, самые важные для определения поверхностной пористости, и секунды, определяющие поверхностную проклейку/гидрофобность. Для испытания используются подходящие тестовые жидкости, и характеристические параметры качества рассчитываются автоматически. Структура поверхностных пор характеризуется параметром t95, который представляет собой промежуток времени, в течение которого сигнал на приёмном элементе ослабевает со 100% до 95% (или 99%), со смесью воды и изопропанола в качестве тестовой жидкости (рис. 6). Поверхностная проклейка/гидрофобность определяется через параметр MAX, соответствующий максимуму на кривой, в роли тестовой жидкости выступает вода (рис. 7).

 

Рис. 6

 

Рис. 7

 

Дальнейшая возможность для получения информации о поверхности мелованного CaCO3 картона/бумаги заключается в том, что в процессе печати материал имеет склонность к т. н. линтингу, то есть пигменты меловального слоя слишком слабо держатся на байндере и могут быть оторваны с поверхности чернилами. Концентрация байндера также влияет на поверхностную пористость, а значит, и на адсорбцию чернил/масла. Таким образом, наряду с измерениями поверхностной пористости и поверхностной проклейки немелованной бумаги приборы PDA.C 02 и EST12 могут использоваться для определения концентрации байндера в мелованной бумаге с уксусной кислотой в качестве тестовой жидкости.

 

5. Пример использования

Следующие два примера иллюстрируют описанную выше проблему недостаточной или ложной информации при измерениях с помощью стандартных приборов.

 

Рис. 8

 

Первый пример относится к опытному мелованию картона-основы одной марки, выпущенного на одном предприятии ЦБК. Оба джамбо-ролла имели в точности одинаковое качество. Испытания по Герлею и Бендтсену показали идентичные результаты, создав, таким образом, уверенность в качестве. Однако опытное мелование по неясной причине оказалось неудовлетворительным. С помощью системы PDA.C 02 / EST12 выявилось 17-кратное отличие в структуре поверхностных пор (рис. 8). Это и было причиной: так как джамбо-ролл 2 (t95 = 1,283 с) имел много более закрытую структуру поверхностных пор по сравнению с джамбо-роллом 1 (t95 = 0,074 с), различия и привели к неоптимальному результату мелования и, следовательно, к провалу испытания.

Во втором примере производителем гофрокартона была обнаружена проблема проклейки. Хотя два тестлайнера вели себя при проклейке по-разному, значения Кобб-60с были одинаковыми. Система PDA.C 02 / EST12 позволила увидеть причину (рис. 9): отличие в структуре поверхностных пор было примерно 7-кратным. Впитывание воды тестлайнером 1 (MAX = 5,479) занимало много больше времени, чем тестлайнером 2 (MAX = 0,807). Однако внутренняя проклейка была приблизительно одинаковой, что и вело к совпадению результатов испытания по Коббу.

 

Рис. 9

 

6. Процедура измерения и применение приборов

Для производителя бумаги или картона первым шагом должно быть получение детальной информации от предприятия конвертинга о проблемах при конвертинге. Второй шаг заключается в измерении соответствующих образцов с помощью PDA.C 02 / EST12 и соотнесении результатов с информацией о проблемах. Следует проверить поверхностную плотность и поверхностную проклейку. Третьим шагом может быть подготовка базы данных со сравнением результатов PDA/EST при измерении хороших/средних/плохих образцов и, таким образом, определением необходимых технических условий и обеспечением соответствия характеристик контролю качества и оптимального процесса. Причины неполадок могут быть легко определены при разборе жалоб. Таким образом, можно отказаться от испытаний БДМ для процесса оптимизации, что делает приборы Emtec весьма эффективными инструментами оптимизации продукта и процесса и сохранения денежных, временных, сырьевых и людских ресурсов.

 

7. Выводы

Испытания по Герлею, Бендтсену и Коббу являются стандартными процедурами, применяемыми в бумажной промышленности долгое время. Все технические условия основываются на приборах, работающих по этим методам, и клиенты/переработчики не могут обходиться без этих величин. Однако всё яснее вырисовывается вывод, что оптимальные свойства конвертинга не могут быть обеспечены этими методами. Хотя в долгосрочной перспективе ситуация может поменяться, в краткосрочной перспективе технические условия будут задаваться тем же способом. Производители и переработчики ещё осознают безграничные возможности использования современных методов PDA/EST, позволяющих предсказать качество конвертинга при помощи измерения параметров поверхности. С новой технологией дефекты качества выявляются много раньше отгрузки продукта, поэтому жалоб и рекламаций можно избежать, удовлетворение покупателя возрастёт, а затраты снизятся. При оптимизации продукта и процесса приборы осуществляют направленный контроль определяющих параметров, что позволяет повысить качество продукта и уменьшить расходы.



Елена Безносова
Emtec Electronic GmbH

Перевод Иван Григоров
Сигма Микрон

При частичном или полном копировании либо прочем использовании данной статьи ссылка на сайт ООО "Сигма Микрон" обязательна!



Новости | Статьи| О компании | Контакты

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

e-mail: mail@sigma-micron.ru

Создание сайта –
Extreme Design Group