Новости

Окисленный крахмал часто является оптимальной отправной точкой для мелования бумаги, когда требуется получить гладкую поверхность, пригодную для печати, при контролируемой вязкости мелованной композиции. Он особенно хорошо работает в пигментных покрытиях на основе карбоната кальция или каолина, где крахмал должен связывать пигменты, не делая покрытие слишком вязким для стабильного нанесения. Однако окисленный крахмал не является автоматически лучшим выбором для каждого сорта бумаги. Гидроксиэтилированные, катионные и декстринизированные крахмалы могут лучше подходить для определённых систем покрытия, методов нанесения и целевых показателей прочности поверхности.

Практический подход заключается в выборе модифицированного крахмала по его поведению в готовой мелованной композиции, а не только по названию. На результат влияют содержание сухих веществ, профиль вязкости, удержание воды, потребность в связующем, тип пигмента, условия сушки и предполагаемый процесс печати. Крахмал, который стабильно работает на одной линии мелования, может вызывать плохое удержание чернил на другой, чрезмерное удаление воды или полосы.

Почему окисленный крахмал широко применяется в мелованных композициях

Окисленный крахмал получают путём контролируемого окисления нативного крахмала, что снижает молекулярную массу и вводит функциональные группы, изменяющие его реологические свойства и способность к образованию плёнки. При меловании бумаги его основное преимущество состоит в способности обеспечивать полезную связывающую прочность при относительно низкой вязкости после варки. Это позволяет рецептурам покрытия достигать более высокого содержания сухих веществ без чрезмерного усложнения перекачки, фильтрации или нанесения.

Для многих видов мелованной бездревесной бумаги, упаковочных материалов и картона окисленный крахмал обеспечивает сбалансированный набор свойств:

• Он способствует связыванию пигмента и помогает уменьшить пыление или выщипывание на мелованной поверхности.
• Его более низкая вязкость способствует более ровному нанесению ракельным ножом или стержнем при практических уровнях сухих веществ.
• После сушки он образует достаточно непрерывную плёнку, улучшая консолидацию поверхности.
• Он может частично заменять более дорогие синтетические связующие там, где требуется умеренная прочность к сухому выщипыванию.
• Его приготовленный раствор обычно легче дозировать и смешивать, чем суспензию нативного крахмала высокой вязкости.

Окисленный крахмал особенно полезен в предварительном или базовом слое покрытия, где связывание пигмента и укрывистость важнее максимального глянца. Он также хорошо работает, когда рецептуре требуется относительно подвижная мелованная композиция, но недопустимо чрезмерное снижение прочности связующего.

Его ограничение заключается в том, что меньшая молекулярная масса не всегда обеспечивает наиболее прочную высушенную плёнку покрытия. Сильно окисленная марка может давать отличную технологичность, но в меньшей степени способствовать водостойкости, стойкости к влажному истиранию или требовательным характеристикам высокоскоростной печати, чем рецептура с более прочным синтетическим сопутствующим связующим. Выбор окисленного крахмала только из-за его низкой вязкости может привести к недостаточному связыванию покрытия.

Когда гидроксиэтилированный крахмал даёт лучший результат

Гидроксиэтилированный крахмал модифицируют введением гидроксиэтильных групп в молекулу крахмала. Такая модификация улучшает сродство к воде, стабильность дисперсии и устойчивость к быстрым изменениям вязкости. Его часто выбирают, когда поведение покрытия должно оставаться стабильным в течение более длительного периода циркуляции или когда покрытие содержит компоненты, делающие свойства обычного окисленного крахмала менее предсказуемыми.

Гидроксиэтилированный крахмал может быть полезен в системах покрытия, требующих контролируемого удержания воды. Если вода слишком быстро впитывается в бумагу-основу, покрытие может потерять подвижность у ракеля или дозирующего элемента. Результатом могут стать недостаточная укрывистость, неоднородный внешний вид поверхности, полосы от ракеля или локальные изменения массы покрытия. Более эффективное управление водой помогает покрытию сохранять пригодность к работе до его выравнивания и нанесения.

Этот тип крахмала также может способствовать гладкости и снижению хрупкости высушенного слоя покрытия. Это может быть важно, когда мелованный лист складывают, бигуют или перерабатывают после печати. Преимущество следует проверять в рамках полной рецептуры, поскольку тип латекса, геометрия минерального пигмента и интенсивность сушки могут сильнее влиять на растрескивание, чем один лишь выбор крахмала.

Гидроксиэтилированный крахмал не обязательно является первым выбором для каждой мелованной композиции. Его стоимость и профиль характеристик необходимо сопоставлять с требуемым технологическим диапазоном. Если стандартный окисленный крахмал уже обеспечивает стабильную вязкость, приемлемую прочность поверхности и хорошие результаты печати, переход только ради более сложной модификации может добавить сложности, не решая реальной проблемы.

Катионный крахмал: полезен, но обычно не является основным связующим для покрытия

Катионный крахмал содержит положительно заряженные группы. В производстве бумаги он чаще связан с удержанием компонентов в мокрой части, обезвоживанием и развитием внутренней прочности, поскольку активно взаимодействует с отрицательно заряженными волокнами, мелкими частицами и наполнителями. В обычной пигментной мелованной композиции это же зарядовое взаимодействие требует осторожности.

Большинство распространённых пигментов для покрытия, диспергаторов и синтетических связующих являются анионными или ведут себя в воде как анионные материалы. Непосредственное введение сильно катионного крахмала в такую систему может дестабилизировать дисперсию. Вязкость может неожиданно повыситься, частицы могут агломерироваться, а покрытие может стать трудно фильтруемым или наносимым. Эти эффекты иногда ошибочно принимают за недостаток диспергатора, хотя основной причиной может быть несовместимость зарядов.

По этой причине катионный крахмал обычно не является стандартным ответом на вопрос, какой тип модифицированного крахмала лучше всего подходит для мелования бумаги. Он может играть роль в специально разработанных системах, при предварительном покрытии определённых подложек или там, где взаимодействие с основным листом намеренно контролируется. Любое применение следует начинать с небольшого испытания на совместимость с использованием фактической пигментной суспензии, диспергатора, латекса, загустителя и оптических добавок.

Декстринизированный крахмал для быстрого приготовления и специализированных требований к поверхности

Декстрины — это крахмальные продукты с уменьшенным размером молекул, обычно получаемые термической или кислотно-катализируемой конверсией. Они легко растворяются или диспергируются и часто образуют клеевые растворы низкой вязкости. В покрытиях декстрины полезны там, где требуются быстрое приготовление, быстрое регулирование проникновения или определённый баланс адгезии и текучести.

Их чаще рассматривают для поверхностной обработки, этикеточных бумаг, специальных бумаг и применений, связанных с клеями, чем для требовательного высококачественного пигментного мелования. Тем не менее декстринизированный крахмал может быть подходящим, когда покрытие относительно простое, а требуемая сухая прочность умеренна. Его низкая вязкость может облегчать работу при высоком содержании сухих веществ, но это не следует путать с превосходными характеристиками покрытия.

Поскольку молекулы декстрина относительно короткие, высушенная плёнка может иметь более низкую когезионную прочность, чем плёнка подходящей марки окисленного или гидроксиэтилированного крахмала. Другой возможной проблемой является чрезмерное проникновение в пористый основной лист. Когда слишком много связующего мигрирует от поверхности до сушки, покрытие может выглядеть достаточно нанесённым, но оставаться слабым на границе с печатной краской.

Слой покрытия меняет ответ

Однослойное покрытие требует более сбалансированного крахмала, поскольку один и тот же слой должен обеспечивать укрывистость, связывание, гладкость и восприимчивую к печати поверхность. Окисленный крахмал здесь часто эффективен в сочетании с совместимым синтетическим связующим. Рецептура должна содержать достаточно плёнкообразующего материала вблизи поверхности, чтобы противостоять выщипыванию, ворсению и липкости краски.

Многослойное мелование позволяет более целенаправленно выбирать крахмал. Базовый слой может содержать крахмал, поддерживающий связывание пигмента и экономичную работу с сухими веществами, тогда как верхний слой может использовать рецептуру с меньшим количеством крахмала или большим содержанием латекса для сохранения глянца, глянца печати и удержания краски. Крахмал, хорошо работающий под верхним слоем, может оказаться неподходящим в финальном слое, если он повышает пористость или снижает однородность поверхностной плёнки.

Сорта картона часто допускают иной баланс свойств, чем тонкие бумаги для печати. В покрытии складного картона прочность сухой поверхности, поведение при биговании и укрывистость на грубой подложке могут быть важнее очень высокого глянца. Для лёгкой бумаги для печатных изданий больший вес могут иметь равномерность покрытия и технологичность при ракельном нанесении. Лучший модифицированный крахмал определяется тем механизмом отказа, который необходимо контролировать.

Рассматривайте вязкость вместе с содержанием сухих веществ и сдвигом

Вязкость — один из наиболее часто неверно интерпретируемых параметров выбора. Раствор крахмала низкой вязкости не становится автоматически лучше, поскольку готовое покрытие содержит пигменты, латекс, загустители, смазки, оптические отбеливатели и другие добавки. Значимым измерением является поведение полной мелованной композиции при её рабочих сухих веществах и в условиях сдвига, создаваемых насосами, ситами, трубопроводами и узлом нанесения.

Две мелованные композиции могут демонстрировать сходную вязкость при низком сдвиге в лабораторном стакане, но вести себя у ракеля совершенно по-разному. Одна может быстро терять воду и создавать давление у кромки ракеля; другая может оставаться слишком текучей и обеспечивать недостаточную массу покрытия. Модифицированный крахмал влияет на это поведение через размер молекул, скорость гидратации, взаимодействие с водой и совместимость с остальным комплексом связующих.

Внимания также заслуживают изменения вязкости после варки. Неполная варка оставляет негелатинизированные частицы, которые могут забивать фильтры, создавать царапины или проявляться как дефекты покрытия. Перегрев или слишком длительное выдерживание крахмала при повышенной температуре может снизить вязкость ниже предусмотренного диапазона. Стабильная процедура приготовления столь же важна, как и номинальная марка крахмала.

Практический путь выбора

1. Начните с целевого свойства, которое в настоящее время ограничивает производство: прочности поверхности, содержания сухих веществ покрытия, технологичности ракельного нанесения, гладкости, пятнистости печати или стоимости связующего.
2. Определите, должен ли крахмал использоваться в базовом слое, верхнем слое или единственном слое покрытия. Это позволяет избежать оценки материала по неверному целевому показателю.
3. Приготовьте мелованные композиции при запланированном соотношении пигментов и уровне сухих веществ. Испытывайте крахмал в реальной системе связующих, а не только в воде.
4. Контролируйте вязкость приготовленного крахмала, конечную вязкость покрытия, реакцию pH, поведение при фильтрации и стабильность в течение ожидаемого времени выдержки.
5. Наносите пробные покрытия в репрезентативных условиях дозирования и сушки. Образцы листов, приготовленные лабораторным нанесением, полезны для предварительного отбора, но не полностью воспроизводят давление ракеля, обезвоживание или напряжения при сушке.
6. Оценивайте высушенный лист по сухому выщипыванию, прочности поверхности, гладкости, пористости, глянцу, где это применимо, и поведению при печати. Гладкая незапечатанная поверхность всё ещё может плохо работать с краской высокой липкости.

Распространённые ошибки выбора

Замена синтетического латекса крахмалом на простой основе эквивалентного содержания сухого связующего — распространённая причина разочаровывающих результатов. Крахмал и латекс не образуют одинаковые плёнки. Частицы латекса коалесцируют при сушке, тогда как крахмал образует гидрофильную полимерную плёнку после удаления воды. Их вклад в водостойкость, взаимодействие с краской, гибкость и поверхностную энергию различен. Частичную замену следует оценивать с помощью испытаний покрытия и печати, а не только расчётов сухих веществ связующего.

Другая ошибка — винить крахмал в плохом удержании покрытия, когда основной причиной является бумага-основа. Сильно пористый или неоднородный лист может втягивать воду и связующее в локальные зоны до того, как покрытие успеет выровняться. Увеличение дозировки крахмала может повысить вязкость и создать новые проблемы нанесения, не исправляя подложку. Прежде всего может потребоваться внимание к поверхностной проклейке, пористости основного листа и укрывистости предварительного покрытия.

Избыточное добавление крахмала также может снизить глянец или создать более пористую поверхность покрытия, особенно когда от верхнего слоя ожидается высокое визуальное качество. Большее количество связующего не всегда означает более высокие характеристики поверхности. После того как частицы пигмента достаточно удерживаются вместе, дополнительный крахмал может мешать упаковке, изменять движение воды или смещать баланс между консолидацией покрытия и оптическими свойствами.

Совместимость требует ранней проверки

Выбранный модифицированный крахмал должен быть совместим с пигментной дисперсией, латексом, модификатором реологии, смазкой и любым нерастворителем, используемым в покрытии. Материал может выглядеть приемлемо сразу после смешивания, но стать нестабильным через несколько часов. Замедленное загущение, осаждение, вспенивание и остатки на фильтре являются предупреждающими признаками, которые следует исследовать до испытаний на линии.

Порядок смешивания также влияет на результат. Приготовленный крахмал обычно охлаждают до установленного диапазона обращения перед соединением с чувствительными к сдвигу или pH компонентами. Добавление латекса в плохо контролируемую горячую крахмальную систему или введение крахмала в уже нестабильную пигментную суспензию может создать впечатление несовместимости совместимой рецептуры. При сравнении марок последовательность процесса необходимо сохранять неизменной.

Для большинства бумаг с пигментным покрытием используйте окисленный крахмал как эталонный материал, поскольку он обеспечивает хороший баланс контроля вязкости, связывания пигмента и технологичности нанесения покрытия. Переходите к гидроксиэтилированному крахмалу, когда ограничивающим фактором становятся удержание воды, стабильность рецептуры или гибкость плёнки. Рассматривайте катионный крахмал как специализированный вариант, требующий контроля совместимости зарядов, и используйте декстринизированный крахмал там, где его низкая вязкость и быстрое приготовление соответствуют цели покрытия. Лучшая марка — та, которая обеспечивает требуемое поведение покрытия на предназначенной бумагоделательной машине, а не та, которая имеет наиболее сложную модифицированную химию.