В статье рассматривается применение модифицированных видов крахмала при формировании кроющих суспензий для мелованных видов бумаг и картонов. Рассматриваются основные факторы, влияющие на качество мелованного покрытия и прочностные характеристики готовой продукции. Представлены основные области применения мелованных видов бумаг и картонов.
Ключевые слова:бумага, картон, крахмал, пигменты, связующие, свойства, покрытие.
Мелованная бумага — это высококачественная основа с покровным слоем из наполнителя и связующих. Цель мелования — создание на поверхности листа ровного, гладкого и одновременно эластичного слоя с равномерным просветом, который способствует быстрому закреплению краски и лаков, а также улучшает визуальное качество оттиска [2, 8].
Мелованный гофрокартон применяют как на крупных промышленных предприятиях, в торговых организациях, на заводах и фабриках, так и в менее масштабных размерах, например, частные лица применяют гофроупаковку при ремонте квартиры или дачи [10].
Мелованный картон выгодно отличается от обычного, прежде всего, внешним видом. Литое мелование придаёт ему почти зеркальный глянец, снижает пористость лицевого слоя, что гарантирует лучший результат при нанесении печати: на поверхности картона остается качественное яркое изображение.
Благодаря своим свойствам, мелованный картон широко используется для изготовления самых различных изделий: наборов для детского развития и творчества, настольных игр, полиграфической продукции. И, конечно, одним из направлений использования мелованного картона является производство тары и упаковки.
Существует несколько способов мелования: машинное, внемашинное и литое. Из них лишь первый осуществляется непосредственно на бумагоделательной машине, для двух других необходимо отдельное оборудование.
В зависимости от назначения, картон может проходить мелование в один или несколько слоёв. Многослойность покрытия обеспечивает привлекательный внешний вид, белизну и глянец поверхности.
Чаще всего при меловании используется карбонат кальция и каолин; другой весьма ценный пигмент — белый сатинит; его получают путем реакции известкового молока с раствором сульфата алюминия [1, 8]. Кроме упомянутых пигментов, используются также и другие неорганические пигменты: титановые белила, сульфат бария и т. д., почти всегда в смеси с карбонатом кальция.
В течение долгих лет карбонат кальция утвердился, как самый важный для мелования пигмент, так как он отличается высокой белизной, недорог и позволяет получить матовую мелованную бумагу с высокой степенью гладкости.
Клеящие вещества состоят из водорастворимых коллоидов. Традиционным клеящим веществом для мелования является казеин в щелочном растворе. Впрочем, самые широко применяющиеся в настоящее время коллоиды — это модифицированные крахмалы, то есть крахмалы, которые после определенной обработки (окисления, гидролиза, ферментной обработки и т. д.) стали водорастворимыми [7, 9].
В последние годы казеин постепенно заменился синтетическими клеящими веществами, в особенности поливиниловым спиртом (полимером, растворимым в воде).
Рецептуру меловальной суспензии устанавливают в зависимости от способа печати, для которого предназначена бумага, то есть для высокой, офсетной или глубокой печати, поскольку для каждого из этих способов требуется бумага с особыми поверхностными свойствами [7, 8].
Несмотря на то, что общие принципы изготовления мелованной бумаги одинаковы, каждая марка обладает своим уникальным набором характеристик.
Прежде всего бумага отличается по толщине (мм) и массе квадратного метра (г/м2). В обиходе вместо последнего термина очень часто используется «плотность», хотя фактически это совсем другая характеристика — плотность измеряется в г/см2 и рассчитывается на основе толщины и массы 1 м2. Обратной величиной к плотности является пухлость (см2/г).
Для получения высоконцентрированных 70 % меловальных суспензий в качестве адгезива при получении гумированных и декоративных бумаг используют декстрин белый палевый. Его получают в результате обработки крахмала при температуре 125–155˚С в присутствии минеральных кислот. Главным преимуществом декстрина является его низкая вязкость.
Как добавку для снижения вязкости меловальных паст, а также повышения удержания наполнителя и прочности бумаги, используют камеди. Он имеет чрезвычайно низкую вязкость и является хорошим диспергатором. Такие характеристики необходимы для производства мелованных бумаг, которые используются в ликероводочной, табачной и кондитерской промышленности. А именно для создания прочных, красочных коробок для бутылок, под сигареты и для конфет. Получают камеди в результате выдерживания крахмала в течении 5–6 ч. при температуре 180–190˚С.
Окисленный крахмал получают при обработке 1–2 % NaClO при 35˚С или 1,5–2 % BaO [6]. Такой вид крахмала повышает прочность и степень проклейки канифольным клеем при вдвое меньшем расходе, чем обычный клейстер. Окисленный крахмал дает эластичную пленку, имеет более низкую температуру желатизации, менее склонен к загустению, диспергирует меловальные пигменты.
Для мелования бумаги, предназначенной для высокой печати и поверхностной проклейки применяют энзиматический ферментативный крахмал. Получают его путем обработки 0,001–0,01 % L-амилазой в течении 40 минут при температуре 60–70˚С. Вязкость такого крахмала ниже окисленного, а адгезивные свойства выше.
Цианэтилированный крахмал используют в виде добавки как связующего при меловании бумаги. Он имеет небольшую вязкость, высокую адгезию, пленки прозрачны. Непрозрачность особенно важна при двусторонней печати. Поэтому мелованную бумагу с хорошей прозрачностью не используют для печати важных банковских отсчетов и других документов. Также цианоэтилированный крахмал биологически более устойчив, но снижает белизну покрытия и суспензия меловальной пасты сильно пенится. Получают цианэтилированный крахмал при 25˚С в присутствии щелочи акрилонитрилом 4–17 %.
При обработке крахмала уксусом получают ацетилированный крахмал. Он дает покрытие с высоким сопротивлением разрыву, биологически-, жиро-, масло- устойчивые и темнеет при повышенных температурах. При легком меловании на клеильном прессе на машине при высоких скоростях применяют этилированный крахмал. Его получают при обработке крахмала хлористым этилом. Этилированный крахмал является превосходным связующим для суспензий низкой концентрации.
Крахмал, обработанный аминами называется катионным. Главными плюсами катионного крахмала являются сильные адгезионные свойства, повышающие сопротивлению выщипыванию. Но при этом опасны анионные вещества, коагулирующие катионный клей. Катионный крахмал применяются как основная флоккулирующая и упрочняющая добавка в массе при отливе бумаги в нейтральной и слабощелочной среде, а также при меловании и поверхностной проклейке.
Диальдегидный крахмал получают путем окисления крахмала солями и самой периодатной кислотой. Он повышает влагопрочность бумаги, влагостойкость покрытия и его сопротивление трению во влажном состоянии. Применяют диальдегидный крахмал при производстве мелованной бумаги для офсетной печати. Такая мелованная бумага используется для полиграфии, создания брошюр, календарей, визиток и т.д [3].
Мелованный картон также очень часто применяется в полиграфии. Картон отличается от бумаги своей высокой плотностью, жесткостью и прочностью, что достигается благодаря его многослойной структуре: между верхним и нижним слоем из беленой целлюлозы и находится толстый слой наполнителя из относительно дешевого материала типа макулатуры, древесной массы, небеленой целлюлозы, гофры [3, 4]. Мелованный картон, как и бумага, характеризуется лучшими печатными свойствами, поэтому его применяют для производства высококачественной полиграфической упаковки, рекламно-презентационных материалов, папок, обложек брошюр и буклетов, жестких книг. Такой картон может иметь одно- или двустороннее мелование. Односторонний мелованный картон чаще всего применяется для производства упаковки конфет, алкоголя и медицинских препаратов. Двусторонний мелованный картон применяется в случаях, когда важна не только лицевая, но и оборотная сторона изделия, например при производстве обложек для брошюр.
Литература:
2. Мелованная бумага [Электронный источник]: Компания «Центр Полиграфия» / 2014. — Режим доступа: http://poligraftorg.ru/bumaga/melovonnaia-bumaga.php
3. 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.
4. Мишурина О. А., Чупрова Л. В., Муллина Э. Р., Ершова О. В. Исследования качества исходного сырья на прочностные свойства картонных втулок // Современные проблемы науки и образования. 2014. № 1. С. 254; URL: www.science-education.ru/115–12226 (дата обращения: 26.04.2015).
5. Мишурина О. А., Чупрова Л. В., Муллина Э. Р. Исследование влияние химического состава углеводородной части различных видов целлюлозных волокон на физико-механические свойства бумаг для гофрирования // Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. 2013. № 8. С. 52–55.
6. Мишурина О. А., Чупрова Л. В., Муллина Э. Р. Химические превращения кислородсодержащих ионов хлора растворов при разных значениях диапазона рН // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2014. № 2–2. С. 43–46.
7. 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. 250; URL: www.science-education.ru/120–16572 (дата обращения: 25.04.2015).
8. Производство и продажа мелованной бумаги [Электронный источник]: ООО «Леоновская Картонажная Фабрика» 2014 — Режим доступа: http://snabupak.ru/pages/?id=44.
9. Состав суспензии для мелования [Электронный источник]: Научно — популярный портал «История книги» / 2013. — Режим доступа: http://maxbooks.ru/paper/papir14.htm.
10. Российский рынок упаковки — 2004. Справочник / Сост. Рычило Б. П., Кулинченко С. В., Бойко А. Г. — М.: НП «Упаковочные инициативы», ООО «Инфопак плюс», 2004. — 320 с.
