В статье представлен анализ клеев и адгезивных материалов, используемых в производстве картона и гофрокартона. Рассмотрены способы модификации адгезивов, за счет введения различных видов добавок. Проанализирован химический состав адгезивов и его влияние на сорбционные и прочностные свойства картона и гофрокартона.
Ключевые слова: бумага, гидрофобизирующие материалы, модифицированный крахмал, химический состав, свойства
Склеивание гофрированного и многослойного картона, а также склеивание картонной тары и упаковки производят различными клеями, которые условно можно разделить жидкие твердеющие клеи, клеи постоянной липкости и клеи-расплавы.
Наибольшее применение для производства картонной упаковки получили жидкие водные клеи на природной и синтетической основе (табл. 1) [1, 2, 10].
Клеи на основе крахмала и его производныхнаиболее применимы при склеивании картона. Для приготовления крахмальных клеев используются различные виды крахмала (табл. 2) [3, 9].
Таблица 2
Сравнительная характеристика крахмалов, применяемых для приготовления клеев
|
Свойства |
Крахмал на основе: |
||
|
пшеницы |
кукурузы |
картофеля |
|
|
Влажность, % |
17–20 |
10–13 |
10–13 |
|
Зольность, % не более |
0,25 |
0,25 |
0,15 |
|
рН (20 % раствора) |
6–7 |
6–7 |
6–7 |
Для получения клея в основном используют два вида крахмала: кукурузный (маисовый) и картофельный. Рекомендуется применять только модифицированный крахмал. Для этой цели смешивают две части клея, одна из которых представляет собой жидкий крахмальный клейстер (носитель), а вторая является суспензией сырого крахмала (неклейстеризованный крахмал). Для снижения чувствительности клеевого соединения к влаге в клей добавляют буру (Nа2B2O7) — химическая добавка [5–7].
Таблица 1
Жидкие водные клеи на природной исинтетической основе, используемые для склеивания картона икартонной упаковки
|
Наименование |
Компоненты |
Основные свойства |
Назначение |
|
Казеиновые |
казеин, известь, фтористый натрий, медный купорос, керосин и др. |
жизнеспособность до 5 мес., низкая водостойкость |
наклеивание этикеток |
|
Поливинил- ацетатные |
ПВА, ацетон, карбокси-метилцеллюлоза спирт, этиловый спирт, жидкое стекло и др. |
неводостойкие, быстро схватываются и высыхают |
склеивание коробоч-ного картона, гофро-картона, многослой-ного картона |
|
Мочевино-формальдегидные и меламиноформальдегидные |
МФА смола, МФФ смола, этиловый спирт, вода, молочная кислота, аммоний сернокислый и др. |
низкая водостойкость |
склеивание картон-ной, бумажной тары, наклеивание этикеток |
|
Силикатные |
силикат натрия, вода. |
высокая водостойкость |
склеивание коробоч-ного картона, гофро-картона, многослой-ного картона |
|
Крахмальные |
крахмал (кукурузный, пшеничный, картофельный), декстрин, вода, бура, щелочь. |
жизнеспособность 2–6 ч., низкая водостойкость |
склеивание картона, многослойного карто-на и гофрокартона |
|
Латексные |
нитрильные карбоксилсодер-жащие и дивинилстирольные латексы, казеин, вода, карбоксиметилцеллюлоза. |
высокая водостойкость |
склеивание коробочного картона |
Любое клеящее вещество на основе крахмала для производства гофрированного картона включает: клейстеризованный крахмал (носитель); неклейстеризованный крахмал; химические добавки.
Будучи носителем, клейстеризованный крахмал выполняет не только задачу равномерного распределения неклейстерированного крахмала, но он является определяющим фактором характеристик текучести (вязкости) и водоудерживаемости готового к употреблению клея. Чтобы обеспечить возможность для выполнения такого рода задач, в отдельных случаях может оказаться целесообразной модификация структуры носителя во время подготовки клеящего вещества. Это осуществляется путем разложения крахмала-носителя с помощью химических добавок, что позволяет получать более эффективные клеи. Добавленные в клеящее вещество химические добавки регулируют реологию клеящего вещества и определяют характеристику клейстеризации вторичного крахмала, влияя, например, на пороговую температуру клейстеризации. Кроме того, химические добавки могут усиливать адгезию и влагопрочность клеевого шва [4, 10].
Вязкость клейстера должна быть достаточной для удержания зерен крахмала во взвешенном состоянии. Их клейстеризация происходит при прохождении картона по нагретым поверхностям гофрировального агрегата. При этом зерна крахмала забирают воду, благодаря чему повышается вязкость клеевой пленки и ускоряется процесс склейки слоев картона. Содержание крахмала в клее обычно не превышает 20 %, причем 3/4 его от общего количества вводится в виде суспензии [1–6, 10].
При изготовлении влагостойкого гофрированного картона применяется крахмальный клей, в состав которого вводится резорцин или мочевиноформальдегидные смолы. Введение в клей от 3 % до 5 % резорцина или 5–7,5 % мочевиноформальдегидной смолы обеспечивает получение влагопрочного клеевого шва [1, 2, 10].
Крахмальный клей имеет ряд преимуществ перед силикатным клеем:
– возможность работы гофрировального агрегата на более высоких скоростях;
– большую прочность склеивания;
– меньшую чувствительность к влажности склеиваемых материалов;
– возможность работы без последующей обрезки кромки гофрированного картона.
Приготовление крахмального клея для производства гофрокартона более эффективно осуществлять не с помощью отдельных реакторов, а на специализированных установках, функционирование которых взаимосвязано с работой гофроагрегатов. Это необходимо, поскольку высокие клеящие способности крахмальной эмульсии сохраняются в течение 4–6 часов.
Из клеев животного происхождениянаибольшее распространение получили клеи на основе казеина (казеиновый, казеиново-крахмальный, казеиновый В-105, «Экстра») с жизнестойкостью 6–12 месяцев [1–3].
Силикатный клейна основе жидкого силикатного стекла относится к клеям минерального происхождения. В основном его используют для склеивания отдельных слоев гофрированного картона. Силикатный клейпредставляет собой30 % раствор жидкого стекла, полученный растворением твердого силиката натрия. Химический состав силиката натрия и полученного из него клея зависит от соотношения оплавляемого кварцевого песка и соды, а также от наличия в них примесей.
Качество силикатного клея может быть повышено за счет его модификации — введения различных добавок. Наиболее часто для этих целей используют каолин, казеин, крахмал. Применение клея с добавками по сравнению с обычным силикатным повышает прочность и скорость склейки, жесткость картона, снижает коробление, уменьшает прилипание клея к нагретым поверхностям [1, 2, 10].
Среди синтетических клеевнаибольший удельный вес приходится на клей ПВА — водную дисперсию поливинилацетата (ГОСТ 18992–80). Клей ПВА обладает быстрым изначальным схватыванием с образованием эластичной пленки, Его можно применять для склеивания бумаги и картона, Клей ПВА получил наибольшее распространение при автоматизированном склеивании клапанов картонных пачек и коробок.
Клей ПВА дисперсия характеризуется низкой морозостойкостью (не более 4 циклов замораживания), но при этом морозостойкость самого клеевого соединения достаточно высока. Данный вид клея по техническим характеристикам позволяет разбавление водой в любых соотношениях, так как даже минимальное добавление воды позволяет снизить вязкость. Так как клей ПВА дисперсия является неконтактным, необходимо при склеивании прикладывать некоторое давление, степень которого зависит от внешних факторов и условий склеивания (температура, форма поверхности и т. д.) [1, 2, 5, 6].
При изготовлении картонной упаковки так же находят широкое применение клеи на основе латексов, представляющих дисперсии синтетических каучуков. Эти клеи, применяют преимущественно при изготовлении клейких лент и этикеток, становящихся клейкими после увлажнения.
Клеи-расплавы универсальны. Их можно использовать для соединения разнородных материалов: картона с полимерами, металлами, бумагой, тканью и т. п. В отличие от других клеев, клеи-расплавы стабильны и могут длительно храниться. Клеевые соединения имеют высокую прочность, устойчивость к влаге, химическим веществам, микроорганизмам, а также к действию низких температур.
Качество российского картона и гофрокартона можно оценивать по-разному, но в целом он, бесспорно, уступает западным образцам [9]. Отечественным производителям недостает стабильности качества продукции. Потребители предъявляют претензии к недостаточной прочности российского гофрокартона и гофротары. Здесь сказывается недостаток на российских предприятиях современного оборудования. Наряду этим следует отметить, что в настоящее время, отечественная индустрия остро нуждается в высококвалифицированных специалистах в данной области производства [8].
Литература:
- Аким Э. Л. Синтетические полимеры в бумажной промышленности / Э. Л. Аким. М.: Лесная промышленность. — 1986. — 248 с.
- Ермаков С. Г., Хакимов Р. Х. Технология бумаги. — Пермь: Пермский гос. Тех. Университет, 2002.
- Леман Х., Рихтер Л. Материалы для переработки бумаги: Пер. с нем. С. В. Бабурина. — М.: Лесная промышленность, 1984. — 248 с.
- Мишурина О. А., Тагаева К. А. Исследование влияния композиционного состава по волокну на влагопрочностные свойства исходного сырья при производстве картонных втулок // Актуальные проблемы современной науки, техники и образования. — 2013. Т. 1. № 71. С. 286–289.
- Мишурина О. А., Муллина Э. Р., Жерякова К. В., Корниенко Н. Д., Фёдорова Ю. С. Анализ влияния сорбционных свойств бумаги-основы на процесс адгезии при получении различных видов бумажной упаковки // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2015. № 6–2. С. 200–202.
- Мишурина О. А., Муллина Э. Р., Жерякова К. В., Корниенко Н. Д., Фёдорова Ю. С. Перспективы использования влагопрочного картона и гофрокартона на рынке упаковочных материалов // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2015. № 6–2. С. 203–205.
- Муллина Э. Р., Мишурина О. А., Чупрова Л. В., Ершова О. В. Влияние химической природы проклеивающих компонентов на гидрофильные и гидрофобные свойства целлюлозных материалов // Современные проблемы науки и образования. 2014. № 6. С. 250.
- Чупрова Л. В., Ершова Л. В., Муллина Э. Р., Мишурина О. А. Инновационный образовательный процесс как основа подготовки современного специалиста // Современные проблемы науки и образования. 2014, № 6, С.864.
- Чупрова Л. В., Муллина Э. Р., Мишурина О. А., Ершова Л. В. Исследование возможности получения композиционных материалов на основе вторичных полимеров // Современные проблемы науки и образования. 2014, № 4, С.212.
- Mishurina O. A., Mullina E. R., Chuprova L. V., Ershova O. V., Chernyshova E. P., Permyakov M. B., Krishan A. L. Сhemical aspects of hydrophobization technology for secondary cellulose fibers at the obtaining of packaging papers and cardboards // International Journal of Applied Engineering Research. 2015. Т. 10. № 24. С. 44812–44814.
