Characteristics of Flowing Film

Työssä tutkittiin uutta teknologiaa pigmenttipäällystykseen. Tämä tekniikka on yleisesti tunnettua eräillä muilla teollisuudenaloilla. Kirjallisuustutkimuksessa on esitelty prosessia ja sen eri osatekijöitä sekä muilla aloilla tunnettuja prosessimuuttujia. Päällystyspastojen ja päällystettävien pintojen teoriaa on selvitetty uuden tekniikan ja pigmenttipäällystyksen valossa. Uuden tekniikan perusmekanismeja tutkittiin kokeellisessa osassa. Valuvan nestefilmin stabiilisuutta tutkittiin minimivirtauksen avulla. Stabiilisuustutkimuksen suorittamiseen käytettiin apuna Taguchi-matriisia DOE-ohjelmalla (Design of Experiments). Kokeiden perusteella minimivirtauksen kannalta päällystyspastalle edullisempi koostumus on kalsiumkarbonaatti- kuin kaoliinipasta. Sideaineella on pienempi osuus lateksia ja polyvinyylialkoholia parempi. Suurempi osuus pinta-aktiivista ainetta ja matala pastan kuiva-ainepitoisuus ovat suositeltuja. Tehokas ilmanpoisto päällystyspastasta on myös tärkeää lopullisen tuloksen kannalta. Koekoneella ajetuissa päällystyskokeissa havaittiin valuvan filmin ominaisuuksien tärkeys. Pienetkin kaasumäärät päällystyspastassa häiritsivät lopullisen päällysteen laatua. Päällystyspastan ilmanpoisto on avainasemassa erityisesti kun päällystetään suurella nopeudella pieniä päällystemääriä. Koeajoissa havaittiin kaikki kirjallisuudessa esitellyt rajoittavat tekijät. Kokeissa päällystettiin 400-1600 m/min nopeudella 5-20 g/m² päällystemääriä. Olosuhteet stabiilille nestefilmille vaativat edelleen kehitystä suurella nopeudella päällystettäessä. Päällysteen eroavaisuuksia verrattiin teräpäällystysmenetelmiin. Terä-päällystyksellä saadaan sileä mutta epätasaisesti peittävä pinta kun taas uuden tekniikan päällyste mukailee päällystettävän alustan topografiaa. Tasapaksun päällysteen etuna on hyvä peittävyys jo pienellä päällystemäärällä.

New technology for pigment coating was studied in this thesis. In literature this technology is widely known for other industries. Theory introduces the process and its components and process operations known from other industries. Theory of coating colors and substrates are approached in respect of pigment coating and new technology. The basic mechanisms of new coating method are studied in experimental part. Stability of liquid film is analyzed in form of minimum flow. The design of experiments-method (DOE) by Taguchi was used for this study. Results suggest that in respect of minimum flow it is preferable for coating color to have: 1) CaCO3-based formula rather than clay, 2) lower content of latex and polyvinylalcohol, 3) higher content of surfactant and 4) low solids content rather than high. Efficient deaeration of coating color is also essential for good result. Trials on a pilot coater introduced the importance of characteristics in flowing film. Even the small amount of gas in coating color is disturbing the quality of final coating. Deaeration of coating color is the key operation to assure high quality coating in low coat weights. Trials confirmed the limiting elements indicated in literature. Functional operating conditions in trials were 400-1600 m/min in speed giving coat weights from 5 to 20 g/m². Process for high-speed coating needs development of devices to maintain stable conditions for flowing film. Comparison to blade coaters showed the differences in coating. Blade giving the smooth surface and unevenly covering coating layer. New method gives a contour type of coating layer that copies the smoothness of base to be coated. Coating layer is even and thus gives a good coverage already in low coat weights.