какой клей используют при изготовлении картона

Адгезивные материалы, используемые в производстве картона и гофрокартона

Рубрика: Технические науки

Дата публикации: 31.03.2017 2017-03-31

Статья просмотрена: 1899 раз

Библиографическое описание:

Пинчукова, К. В. Адгезивные материалы, используемые в производстве картона и гофрокартона / К. В. Пинчукова, Я. В. Глазкова, З. Б. Кужугалдинова. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2017. — № 13 (147). — С. 82-85. — URL: https://moluch.ru/archive/147/41230/ (дата обращения: 01.11.2021).

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].

Сравнительная характеристика крахмалов, применяемых для приготовления клеев

Свойства

Крахмал на основе:

пшеницы

кукурузы

картофеля

Зольность, % не более

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].

Жидкие водные клеи на природной исинтетической основе, используемые для склеивания картона икартонной упаковки

Наименование

Компоненты

Основные свойства

Назначение

казеин, известь, фтористый натрий, медный купорос, керосин и др.

жизнеспособность до 5 мес., низкая водостойкость

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.

склеивание картон-ной, бумажной тары, наклеивание этикеток

силикат натрия, вода.

склеивание коробоч-ного картона, гофро-картона, многослой-ного картона

крахмал (кукурузный, пшеничный, картофельный), декстрин, вода, бура, щелочь.

жизнеспособность 2–6 ч., низкая водостойкость

склеивание картона, многослойного карто-на и гофрокартона

нитрильные карбоксилсодер-жащие и дивинилстирольные латексы, казеин, вода, карбоксиметилцеллюлоза.

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].

Источник

Клей крахмальный

Готовый клей для производства гофрокартона

Гофроящики и гофрокартон считаются одним из лучших видов сырья для производства картона для плоских слоев и гофробумаги. Однако, гофрокартон содержит в себе крахмальный клей, который используется для склейки, и его количество составляет обычно около 12 г/м2. В пересчете на массу картона, это составит около 24 кг натурального крахмала на 1 т сухого волокна. Если 1 т такого гофрокартона распустить в 25 т свежей воды (то есть при концентрации 4 %), то теоретически концентрация растворенного крахмала в воде может приближаться к 1000 мг/л. На практике макулатура состоит не только из гофроящиков, и не весь крахмальный клей сразу переходит в растворенное состояние. Поэтому концентрация растворенного крахмала не достигает столь экстремальных значений. Однако на некоторых предприятиях она достигает значений 160 мг/л. Прежде всего это было отмечено на предприятиях, которые сами производят и гофрокартон, и сырье для него.

Именно растворенный крахмал создает значительные проблемы в производстве картона и бумаги. Растворенный крахмал сам по себе повышает вязкость системы, кроме того, он является прекрасной пищей для микроорганизмов и является основной причиной того, что понимают под анионными загрязнениями. Вследствие порчи массы образуется повышенное количество слизи, затрудняется отлив массы, прессование, растет расход пара на сушку, снижается прочность картона, плохо работают ловушки, и качество сточных вод оставляет желать лучшего. Таким образом, можно отметить, что гофроящики, являясь хорошим вторичным сырьем с точки зрения качества волокна, содержат в себе и проблему крахмального клея. Эту проблему можно уменьшить за счет новых рецептур крахмальных клеев для производства гофрокартона.

Второй предпосылкой для разработки улучшенных клеев для гофрокартона является тот факт, что стандартные рецептуры клеев типа «Стейн-Холл» не в полной мере отвечают современным требованиям и новому скоростному оборудованию для производства гофрокартона. Хорошо известны случаи, когда ухудшается склейка, происходит расклейка, когда некоторые виды картона для плоских слоев плохо склеиваются с гофробумагой. И это связано не только с режимом работы гофроагрегатов, но и с качеством клея.

О свойствах и преимуществах нового клея для гофрокартона при склейке и при вторичной переработке гофрокартона

К вопросу о склейке. Не обобщая всех случаев плохой склейки под одну причину, все же можно отметить, что чаще всего плохая склейка гофрокартона происходит оттого, что суспендированный крахмал в составе клея не успевает клейстеризоваться.

При недостаточной водоудерживающей способности клея происходит быстрая потеря первых порций влаги. При дефиците влаги же крахмал просто не способен клейстеризоваться и проявлять свои клеящие свойства. Тот момент, когда крахмал способен клейстеризоваться с проявлением клеящих свойств, прекращается, когда содержание влаги в крахмальной суспензии становиться меньше 60 %. Если до этого момента крахмальные зерна не успели клейстеризоваться, то далее они ведут себя как инертный наполнитель клеевого шва.

Поэтому важно, чтобы клей обладал повышенной водоудерживающей способностью на начальной стадии, когда происходит клейстеризация крахмала, и быстро досыхал на второй стадии, после склейки, чтобы не снижать производительности оборудования.

В состав нового клея входят модифицированные крахмалы, водоудерживающие добавки и добавки, которые ускоряют высыхание клея на стадии досыхания клеевого шва. На рисунке представлена кинетика высыхания клея по стандартной рецептуре типа «Стейн-Холл» и нового клея.

Из графиков рис. 1 видно, что на начальной стадии содержание влаги в клеевом шве у нового клея выше, чем у типовой рецептуры клея, а на второй стадии высыхания клеевой шов высыхает быстрее, что важно для производительности гофроагрегата.

К вопросу о скорости набухания крахмальных зерен. Температура начала клейстеризации зерен крахмала в составе клея зависит, прежде всего, от содержания щелочи, но кинетика набухания больше зависит от природной основы крахмала. Так, известно, например, что картофельный крахмал имеет степень набухания около 1000, тапиоковый — более 70 и кукурузный — около 24. Данное число показывает, сколько объемов воды (мл) способны связать зерна крахмала по отношению к собственной массе (г).

В новом клее используется добавка тапиокового крахмала, что улучшает условия клейстеризации суспендированного крахмала в клеевом шве. Результаты этих испытаний показаны в таблице 1.

Таблица 1. Результаты сравнительных испытаний клея для гофрокартона типа «Стейн-Холл» и нового клея.

Из таблицы 1 видно, что новый клей клейстеризуется практически полностью. В отличие от клея по стандартной рецептуре, где заварилось менее 50 % зерен крахмала. Явление неполного заваривания крахмала хорошо видно и на некоторых промышленных гофрокартонах. Признаком этого является белёсый клеевой шов в гофрокартоне.

Вторичная переработка гофрокартона

Гофрокартон несет в себе значительное количество остаточного крахмального клея. Данный клей создает проблемы при производстве картона и бумаги из вторичного волокна и создает проблемы со сточными водами.

В лабораторных условиях нами был промоделирован процесс изготовления гофрокартона, склеенного различными клеями, и последующего роспуска склеенного гофрокартона. Далее анализировали влияние вида клея на свойства бумажной массы и вновь отлитой бумаги. При модельном изготовлении гофрокартона клеи наносили из расчета около 12 г сухих веществ клея на 1 м2 гофрокартона. Практически 1,00 г клея (концентрацией 22,5 %) наносили на 6,7 г картона для плоских слоев и 3,3 г гофробумаги (в сумме на 10 г).

Таблица 2. Свойства бумажной массы из распущенного гофрокартона в сравнении с распущенной макулатурой без гофроклея.

Источник

Клейкий выбор

Какой клей выбрать для гофрокартона – кукурузный или пшеничный?

Как известно, для производства гофротары в России традиционно используется кукурузный крахмал. Однако с 1.01.2014 г. был введен новый ГОСТ 31935-2012 «Крахмал пшеничный. Технические условия». И с этого времени крахмал пшеничный начал выпускаться в России в значительных объемах. Раньше других с пшеничным крахмалом высокого качества на рынок вышла компания «Каргилл», а с текущего года пшеничный крахмал высшего сорта начала выпускать отечественная компания «Миранда» (г. Владикавказ), которая работает совместно с компанией «Эгридиент».

В последнее время в связи с изменением конъюнктуры цен и ростом цен на кукурузный крахмал рынку предложена альтернатива – крахмал пшеничный, который представляется более конкурентоспособным и способным снизить затраты производителей гофротары, картона, бумаги.

У российских потребителей крахмала возникают вопросы: чем отличается пшеничный крахмал от кукурузного? И можно ли его использовать взамен кукурузного в различных технологических процессах и конкретно для приготовления крахмального клея для производства гофрокартона?

Ответим на некоторые из вопросов, интересующих отечественных бумажников.

Ниже мы проведем сравнение кукурузного и пшеничного крахмалов по нормативно-технической документации. А также дадим рекомендации по рецептуре клея для производства гофрокартона на основе пшеничного крахмала ООО «Миранда» – ООО «Эгридиент».

Для сравнения мы использовали 3 вида высококачественного крахмала:

Основные показатели крахмалов по технической документации (НД) и данным поставщиков

Показатели крахмалов по НД и результаты испытаний поставщиков представлены в таблице 1.

Из таблицы 1 видно, что:

В целом можно отметить, что по всем основным характеристикам пшеничный крахмал превосходит кукурузный, в особенности по содержанию основного вещества и по более низкому содержанию белка, а крахмал ООО «Миранда» – ООО «Эгридиент» еще и нормируется по показателям микробиологии.

Рецептуры клея на основе кукурузного и пшеничного крахмалов

К важнейшим характеристикам любого крахмала относится температура клейстеризации, которая различна у крахмалов различного природного происхождения. В НД она не нормируется, но для гофроклея играет ключевую роль. Так, известно, что температура клейстеризации кукурузного крахмала составляет 70–72°С, а пшеничного – 56–60°С. И этой температурой, как мы увидим ниже, можно управлять в рецептурах крахмального клея для производства гофрокартона. По сути температура клейстеризации клея означает температуру схватывания клеевого шва гофрокартона на гофроагрегате.
Если сравнивать рекомендуемые рецептуры клея для гофрокартона на основе кукурузного и пшеничного крахмалов и говорить самую суть, то рецептура клея на основе пшеничного крахмала принципиально отличается от кукурузного по одному компоненту – расходу щелочи NaOH. Как известно, NaOH является важнейшим компонентом клея и в типичной рецептуре клея типа Stein Hall и выполняет в основном 2 функции. На первой стадии позволяет заварить первую порцию крахмала и получить вязкий носитель, а общая концентрация NaOH в готовом клее напрямую влияет на температуру клейстеризации крахмала – то есть на температуру схватывания клеевого шва.

Выше приводится очень важный практический график. На рисунке 1 показано, как влияет концентрация щелочи NaOH на температуру клейстеризации 20%-ной суспензии крахмала, моделирующей клей для гофрокартона.

Из графиков (риc. 1) видно, что для типичной рецептуры для кукурузного крахмала, где концентрация NaOH составляет около 5 г/л, температура клейстеризации составляет 60°С – и это считается оптимальной температурой для клея на кукурузном крахмале. Для пшеничного крахмала при той же концентрации NaOH в 5 г/л температура клейстеризации будет 49–52°С – это слишком низкая температура клейстеризации клея, так как создает опасность локального заваривания клея в ваннах гофроагрегата. Поэтому добавка NaOH в клей на основе пшеничного крахмала должна быть уменьшена. Нужно отметить, что температура клейстеризации крахмала может меняться в небольших пределах (на 1–2°С) в зависимости от жесткости воды и некоторых добавок в составе клея. Можно также отметить малоизвестный факт, что температура клейстеризации крахмала при низких концентрациях щелочи (до 1,5 г/кг) немного возрастает.

Еще раз можно отметить, что рецептуры клея на основе пшеничного крахмала в основном соответствуют рецептурам клея на основе кукурузного крахмала. Однако в рецептуру клея необходимо вносить небольшие изменения с учетом следующих природных особенностей пшеничного крахмала:

Ниже приводится рекомендуемая рецептура клея на основе пшеничного крахмала ООО «Миранда» – ООО «Эгридиент».

Дополнительные рекомендации по приготовлению клея по рецептуре типа Stein Hall

Если вязкость клея ниже желаемых значений, то ее можно повысить двумя способами:

Если вязкость клея выше заданных значений или значительно возрастает при хранении, то делают следующие шаги:

Для придания влагопрочности клеевому шву гофрокартона в состав клея после приготовления может быть добавлена влагопрочная добавка, которая повышает прочность клеевого шва гофрокартона во влажном состоянии. Эта добавка, которую обычно подают в количестве 7–10 кг на 1000 кг клея, дополнительно повышает вязкость клея.

Если вязкость клея самопроизвольно падает при длительном хранении, обычно это говорит о микробиологической зараженности оборудования (так как пшеничный крахмал фирмы ООО «Миранда» – ООО «Эгридиент» очень чистый и практически не содержит бактерий). В случае регулярного падения вязкости, а также из профилактических целей оборудование, где готовится крахмальный клей, необходимо регулярно промывать.

Результаты промышленного использования пшеничного крахмала ООО «Эгридиент»

С апреля 2016 г. пшеничный крахмал ООО «Миранда» – ООО «Эгридиент» был испытан в различных процессах и на многих предприятиях, включая самые крупные предприятия отечественной целлюлозно-бумажной промышленности.

В гофропроизводстве пшеничный крахмал ООО «Миранда» – ООО «Эгридиент» прошел успешные промышленные испытания на таких крупных предприятиях, как «Л-ПАК» (г. Липецк), «Готэк» (г. Новомосковск) и некоторых других.

В режиме поверхностной проклейки путем энзимной или окислительной модификации успешные промышленные испытания проведены на АО «Каменская БКФ» (г. Кувшиново), ЗАОр «НП НЧ КБК» им. С. П. Титова (г. Набережные Челны).

Все испытания прошли успешно, при этом в большинстве испытаний отмечена высокая эффективность и преимущество крахмала ООО «Миранда» – ООО «Эгридиент» перед другими крахмалами со значительным экономическим эффектом.

Благодарность

Компания ООО «Эгридиент» и генеральный директор Д. Л. Понятовский лично выражают благодарность всем предприятиям, технологам и сотрудникам, проявившим высокую квалификацию и технологическую заинтересованность в ходе испытаний и отработки режимов применения нового отечественного продукта – пшеничного крахмала компании ООО «Миранда» – ООО «Эгридиент».

Авторы:
Д. Л. Понятовский, генеральный директор ООО «Эгридиент», г. Москва,
А. М. Идиатуллин, директор ООО «Технобум-2», п. Правдинский, Московская обл.,
А. Ю. Борзыкин, технолог по производству гофрокартона, ЗАО «Готэк», г. Новомосковск

Источник

Какие адгезивы выбрать для изготовления упаковки из картона и бумаги?

Бумага и картон занимают львиную долю рынка упаковочной индустрии. Они не сдают своих позиций, несмотря на появление новых материалов для тары и упаковки, таких как пластик, полиэтилен и т. п. Бумага и картон относительно недороги, позволяют изготавливать упаковку и ее элементы самых различных размеров и форм, на них может наносится дополнительная информация или реклама, они легко утилизируются и экологически безопасны.

Из этих материалов создаются коробки, пакеты, мешки, конверты, этикетки и многие другие элементы, в которые, образно говоря, «одевают» товар. Формируют и соединяют описанные выше объекты, как правило, с помощью клея. Такой тип соединения универсален – он подходит для разнородных материалов, не создает дополнительных отверстий в поверхностях, получается довольно просто.

Дисперсионные клеи

Для изделий из бумаги и картона чаще всего используются дисперсионные клеи. Как следует из названия, такие адгезивы представляют собой дисперсии, а именно – растворы синтетических смол в жидкости. Они наносятся на поверхности, и, высыхая, скрепляют их. Некоторые марки перед нанесением необходимо разбавлять. Самым известным из подобных клеев является ПВА.

К достоинствам дисперсионных клеев можно отнести:

Основные недостатки этих адгезивов: плохая переносимость низких и высоких температур, а также гидрофобность. Впрочем, сейчас существует немало марок, избавленных от этих проблем с помощью включения специальных добавок.

Термоклеи

Реже для упаковки из бумаги и картона применяются термоклеи (или клеи-расплавы). Способ применения у них следующий: они нагреваются до определенной температуры, плавятся, наносятся на поверхности, после чего затвердевают, соединяя их.

У данных адгезивов есть следующие преимущества:

Однако термоклеи не лишены и недостатков, таких как:

По этим причинам наиболее подходящими клеями для бумаги и картона являются дисперсионные. Термоклеи используются в создании подобной упаковки реже, тем не менее, они представляют собой хороший вариант для таких операций, как вклейка ручек пакета, прикрепление соломки на тетрапак, вклейка окошек, формирование коробок из гофрокартона на высокоскоростных машинах и т. д.

На рынке представлено немало фирм, предлагающих свою клеевую продукцию. Одной из лучших считается немецкая корпорация Henkel (Хенкель), существующая с 1876 года. Она поставляет свою продукцию в более ста стран мира, а отечественному потребителю известна с 1979 года. Именно тогда по ее лицензии и технологии начался выпуск знаменитых «Моментов» на заводе «Эра».

Сейчас же Henkel предлагает широкий спектр товаров для многих сфер человеческой деятельности. Наша компания является премиальным партнером корпорации и поставляет ее товары без посредников, по ценам, сравнимым с ценами производителя.

Источник