Актуально: покрытия для бумаги
При нанесении покрытий на бумагу с помощью специальных валиков для нанесения покрытий цель состоит в том, чтобы получить однородную и равномерную толщину покрытия. Для этого покрытия для бумаги должны обладать определенными физико-химическими свойствами. Поверхностное натяжение оказывает большое влияние на поведение при нанесении покрытия, как и силы внутреннего взаимодействия, определяющие реологию вещества. Измерения проводились с использованием реометра MCR от компании «Anton Paar».
1. Введение
При нанесении покрытий на бумагу с помощью специальных валиков для нанесения покрытий цель состоит в том, чтобы получить однородную и равномерную толщину покрытия. Для этого покрытия для бумаги должны обладать определенными физико-химическими свойствами. Поверхностное натяжение оказывает большое влияние на поведение при нанесении покрытия, как и силы внутреннего взаимодействия, определяющие реологию вещества.
Эксперименты с использованием напряжения пульсирующего сдвига предоставляют информацию о характеристиках покрытий для бумаги в состоянии покоя. Однако эти эксперименты не дают никакой важной информации о технологических свойствах материала (разбрызгивание, волнистость, проходимость лезвия).
1.1 Материалы
Необходимо исследовать три покрытия для бумаги: SM I и SM II содержат производное крахмала в качестве реологической добавки, где SM II имеет более высокое содержание твердых веществ, чем SM I. SM III содержит реологическую добавку на неорганической основе.
2.Экспериментальная установка
Ориентированные на применение реологические эксперименты были проведены на трех покрытиях для бумаги. Измерения проводились с использованием реометра MCR, вытяжки с нагреванием/охлаждением Пельтье и измерительной системы «конус/плоскость» CP50-2.
Чтобы получить более подробную информацию о технологических свойствах, процесс нанесения смеси на бумажную основу можно разделить на три основных этапа. Затем с помощью реологических испытаний их можно смоделировать следующим образом:
- Медленное движение в резервуаре для хранения (низкая скорость сдвига)
- Перемещение смеси по роликам для нанесения покрытия (высокая скорость сдвига)
- Нанесение покрытия на бумагу, где скорость бумажного полотна примерно равна скорости вращения роликов для нанесения покрытия (низкая скорость сдвига)
Учитывая эти разделы, мы получаем трехэтапное испытание, в котором скорость сдвига постоянна в каждом разделе измерения. Оценка скоростей сдвига, возникающих во время процесса, показывает, что возможна разница до 9 декад между малыми и большими скоростями сдвига. Поскольку структура покрытий для бумаги восстанавливается очень быстро после сильного сдвига, необходимо использовать высокодинамичный реометр, который может измерять скорости сдвига в широком диапазоне скоростей сдвига и очень быстро регулировать.
3. Результаты и измерение
Реологические характеристики трех покрытий для бумаги можно увидеть на рисунке 1. Ясно, что кривые течения для покрытий SM I и SM II имеют аналогичный ход с той лишь разницей, что одна кривая имеет более высокие значения измерения. Отсюда видно, что более высокое содержание твердых частиц приводит лишь к утолщению покрытия и не влияет на ход кривой течения. При меньших скоростях сдвига покрытие SM III ведет себя как покрытие SM I; при более высоких скоростях сдвига - как покрытие SM II. В ходе испытаний на применение было обнаружено, что покрытие SM III менее склонно к разбрызгиванию, чем покрытия SM I и SM II. Это означает, что кривая постоянного потока сама по себе не является решающей.
Эту ситуацию можно легко объяснить, рассмотрев испытание на деформацию ступенчатого сдвига, которое изображено на рис. 2. Для первого и третьего разделов была взята скорость сдвига 0,06 с-1 и продолжительность измерения 1 и 0,3 секунды для каждой точки измерения в качестве испытательных параметров соответственно. Во втором разделе были заданы следующие параметры: скорость сдвига 600 с-1, 10 точек измерения за 5 секунд.
Хорошо видно, что благодаря добавке в покрытии SM III это покрытие восстанавливается после высоких нагрузок значительно быстрее, чем покрытия SM I и SM II. Вязкость в точке перехода от валиков для нанесения покрытия к бумажному листу оказывает большое влияние на образование капель при распылении. Поскольку структура покрытия III регенерируется гораздо быстрее, вязкость увеличивается до более высоких значений, чем у покрытий I и II, за время, необходимое для переноса с валиков для нанесения покрытия на бумажный лист. Таким образом, покрытие SM III менее склонно к разбрызгиванию.
Более того, можно видеть, что увеличение содержания твердых веществ в покрытии SM II оказывает влияние (в смысле более быстрой регенерации структуры) только на значение вязкости, а не на зависящую от времени регенерацию структуры.
Рисунок 1. Реологические характеристики трех покрытий для бумаги
Рисунок 2: Поведение во времени и структурная регенерация трех покрытий для бумаги
