Χαρτόνι

Το χαρτόνι (αγγλ. paperboard) είναι λιγνοκυτταρινικό προϊόν ορισμένου πάχους που έχει ως κύριο συστατικό το χαρτί. Διακρίνεται σε τρεις επιμέρους κατηγορίες, στο λεπτό χαρτόνι, στο χοντρό χαρτόνι και στη χαρτοσανίδαΑν και δεν υπάρχει επίσημη διάκριση μεταξύ χαρτιού και χαρτονιού, κατά κανόνα, το χαρτόνι (συνήθως πάχους >0,30 mm) είναι παχύτερο από το χαρτί, έχει ιδιαίτερα χαρακτηριστικά όπως π.χ. ιδιότητες αναδίπλωσης και ακαμψίας και -σύμφωνα με τα πρότυπα του ISO- έχει βάρος ανά μονάδα επιφάνειας (grammage) μεγαλύτερο από 250 g/m2. Ωστόσο, υπάρχουν και σαφείς εξαιρέσεις στον κανόνα αυτό. Πρόσθετα, το χαρτόνι μπορεί να είναι μονόφυλλο ή πολλαπλών φύλλων. Το χαρτόνι μπορεί εύκολα να κοπεί και να μορφοποιηθεί, είναι ελαφρύ και επειδή είναι ανθεκτικό στις καταπονήσεις (π.χ. κάμψης και σχίσης) χρησιμοποιείται στην αγορά της συσκευασίας. Μια άλλη χρήση του είναι η εκτύπωση γραφικών υψηλής ποιότητας, όπως π.χ. εξώφυλλα βιβλίων, περιοδικών ή καρτ ποστάλ. Πρόσθετα το χαρτόνι χρησιμοποιείται στις καλές τέχνες για τη δημιουργία γλυπτών. Μερικές φορές το χαρτόνι αναφέρεται και ως χαρτοσανίδα, όρος που είναι γενικός και που αναφέρεται σε οποιοδήποτε χαρτόνι με βάση υψηλής πυκνότητας χαρτοπολτό. Ωστόσο, αυτή η χρήση καταργείται σταδιακά στις βιομηχανίες χαρτιού, εκτύπωσης και συσκευασίας, καθώς δεν περιγράφει επαρκώς κάθε τύπο προϊόντος.

 Το 1817 το πρώτο χαρτοκιβώτιο παρήχθη στην Αγγλία. Τα δε πτυσσόμενα χαρτοκιβώτια εμφανίστηκαν για πρώτη φορά γύρω στη δεκαετία του 1860 και αποστέλλονταν σε οριζόντια στοίβαξη για εξοικονόμηση χώρου, έτοιμα να τοποθετηθούν από τους πελάτες όπου χρειαζόταν. Η μηχανική κοπή και το τσάκισμα των ακατέργαστων τεμαχίων αναπτύχθηκε μετά το 1879. Το 1911 έγινε το πρώτο εργοστάσιο παραγωγής χαρτοπολτού -θειική μέθοδος Kraft- στη Φλόριντα. Το 1915 κατοχυρώθηκε με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας το κουτί γάλακτος από ψιλό χαρτοκιβώτιο και το 1935 ξεκίνησε να λειτουργεί το πρώτο εργοστάσιο γαλακτοκομικών με χρήση τέτοιων χαρτοκιβωτίων. Χαρτόνια (συσκευασίας) με δυνατότητα θέρμανσης σε φούρνο εισήχθησαν πρώτη φορά στην αγορά το 1974. Το αρχικό λιγνοκυτταρινικό υλικό μετατρέπεται σε πολτό (ίνες) και υφίσταται λεύκανση για να δημιουργηθούν μία ή περισσότερες στρώσεις χαρτιού -π.χ. στις χαρτοσανίδες- οι οποίες μπορούν να επικαλυφθούν για καλύτερη επιφάνεια ή/και βελτιωμένη εμφάνιση. Οι μηχανές πολτοποίησης μπορούν να επεξεργαστούν και να παράξουν πολτό που θα έχει υψηλότερη επιφανειακή πυκνότητα. Το αρχικό υλικό προς πολτοποίηση μπορεί να προέρχεται είτε από φρέσκια ξυλώδη ύλη (π.χ. κορμοτεμάχια) είτε από ανακυκλωμένα υπολείμματα χαρτιού. Περίπου το 90% του παγκόσμια παραγόμενου πολτού προέρχεται από ξυλοπολτό. Φυτικές ίνες (λ.χ. άχυρο σιταριού, σακχαροκάλαμο, σπάρτο, μπαμπού, λινάρι, κάνναβη, βαμβάκι) αποτελούν το υπόλοιπο 10% των αρχικών πρώτων υλών για πολτό (στοιχεία έτους 2014).Σήμερα οι συσκευασίες από χαρτόνι -ειδικά τα προϊόντα από ελεγμένες, νόμιμες πηγές- τυγχάνουν υψηλής προσοχής, καθώς οι κατασκευαστές που ασχολούνται με περιβαλλοντικά, υγειονομικά και κανονιστικά ζητήματα αναζητούν αποκλειστικά ανανεώσιμες πηγές ενέργειας για να καλύψουν την αυξανόμενη ζήτηση. Είναι πλέον υποχρεωτικό σε πολλές χώρες οι συσκευασίες με βάση το χαρτί να παρασκευάζονται εξ ολοκλήρου ή εν μέρει από ανακυκλωμένο υλικό (βλ. ανακύκλωση χαρτιού εφημερίδων, περιοδικών, συσκευασιών, χαρτοσανίδων κ.α.). Γενικά, οι πρώτες ύλες για χαρτόνια περιλαμβάνουν: Ξυλεία από πλατύφυλλα: Τα είδη αυτά γενικά έχουν ίνες μήκους περίπου 1-1,3 mm, π.χ. σημύδα που έχει εκ φύσεως κοντές ίνες. Γενικά είναι ύλη που είναι λιγότερο κατάλληλη για χαρτί αλλά υπάρχει σε επάρκεια και σποραδικά αξιοποιείται έτσι. Εντούτοις, παρέχει υψηλότερη αντοχή σε εφελκυσμό, αλλά μικρότερη αντοχή σε σχίση, κάμψη και διάτμηση. Αν και οι ίνες του δεν είναι τόσο μακριές και ισχυρές όσο αυτές των κωνοφόρων ειδών ξύλου, δημιουργούν ένα πιο άκαμπτο προϊόν που χαρακτηρίζεται από πολύ καλές τιμές ακαμψίας. Οι ίνες "σκληρού" ξύλου γεμίζουν καλύτερα το φύλλο και επομένως αποδίδουν ένα πιο λείο χαρτί που είναι πιο αδιαφανές και καλύτερο για εκτύπωση. Ξυλεία πλατύφυλλων παράγει εξαιρετικό πολτώδες υλικό για κυματοειδή χαρτόνια (βλ. χαρτοσανίδες για συσκευασία ή περιτύλιξη). Κωνοφόρος ξυλεία: Τα κωνοφόρα είδη γενικά έχουν ίνες μήκους περίπου 3,3-4,0 mm, π.χ. πεύκο και ερυθρελάτη, που έχουν πολύ μακριές ίνες και αποδίδουν ανώτερης ποιότητας χαρτόνι, για χρήσεις όπου η μηχανική αντοχή είναι πρωτεύουσας σημασίας. Τέτοια μακρύινη ξυλεία δίνει εξαιρετικής ποιότητας χαρτόνια επένδυσης. Ανακυκλωμένο υλικό: Το παλαιό ήδη χρησιμοποιημένο χαρτί συλλέγεται (μέσω δικτύων ανακύκλωσης χαρτιού) και ταξινομείται, συνήθως αναμιγνύεται με παρθένες ίνες για να υπάρξει νέα πρώτη ύλη. Η εν λόγω ανάμιξη με φρέσκο υλικό είναι απαραίτητη καθώς οι ανακυκλωμένες ίνες συχνά χάνουν αντοχές, είναι κομμένες και σαφώς κοντύτερες σε μήκη, και έτσι οι προστιθέμενες παρθένες ίνες ενισχύουν τα μηχανικά χαρακτηριστικά του πολτού που θα παραχθεί. Μικτά υπολείμματα χαρτιού συνήθως δεν απομελανώνονται ιδίως για την παραγωγή χαρτονιού και ως εκ τούτου ο πολτός συχνότατα περιέχει ίχνη μελανιών, ρητινών και άλλων υπολειμμάτων, που εν γένει δίνουν ένα γκρι χρώμα. Τα προϊόντα από ανακυκλωμένο υλικό έχουν συνήθως λιγότερο προβλέψιμη σύνθεση και φτωχότερες ιδιότητες από τα χαρτόνια εκείνα που προέρχονται από καθαρές - παρθένες ίνες. Κίνδυνοι για την υγεία έχουν συσχετιστεί με τη χρήση ανακυκλωμένου υλικού σε άμεση επαφή με τρόφιμα. Μελέτες έχουν δείξει ότι το ανακυκλωμένο υλικό μπορεί να περιέχει ποσότητα ορυκτελαίου, που δύναται να μεταναστεύσει σε συσκευασμένα τρόφιμα. Επίπεδα ορυκτελαίου μέχρι και 19,4 mg/kg βρέθηκαν σε ρύζι που ήταν συσκευασμένο σε ανακυκλωμένο χαρτόνι.Φυτικές ίνες: Είναι δυνατή η χρήση ινών από μη ξυλώδη είδη, για παραγωγή χαρτιού ή χαρτονιού, και μπορεί οι ίνες αυτές να προέρχονται από άχυρα (σιταριού, κριθαριού, ρυζιού κ.α.), ζαχαροκάλαμου, κάνναβης, κενάφ, βαμβακιού, λιναριού και άλλων φυτών. Δύο είναι οι κύριες μέθοδοι για την παραγωγή ινών (πολτού) από ξυλώδεις ή μη ξυλώδεις πρώτες ύλες: Χημική πολτοποίηση - σε αυτήν χρησιμοποιούνται χημικά διαλύματα για τη μετατροπή του ξύλου ή άλλων λιγνοκυτταρινικών υλικών σε πολτό, με απόδοση περίπου 30% χαμηλότερη από αυτή της μηχανικής πολτοποίησης. Ωστόσο, ο (χημικός) πολτός που παράγεται με τη αλκαλική μέθοδο -μέθοδο kraft- έχει υψηλότερη μηχανική αντοχή και καλύτερη ποιότητα. Θερμομηχανική πολτοποίηση - είναι μέθοδος πολτοποίησης δύο σταδίων, που οδηγεί σε πολύ υψηλή απόδοση παραγωγής ινών (>90%) αλλά οι παραγόμενες ίνες είναι μικρότερες σε μήκη και χαμηλότερης αντοχής. Λεύκανση Ο πολτός που χρησιμοποιείται στην παρασκευή του χαρτονιού μπορεί να λευκανθεί ώστε να μην φέρει χρωματισμούς αλλά και να έχει υψηλότερη καθαρότητα. Ο ξυλοπολτός από παρθένες ίνες έχει ένα φυσικό καφέ χρώμα εξαιτίας της έντονης παρουσίας της λιγνίνης (η οποία είναι καφετιά στη φυσική της μορφή). Ανακυκλωμένο χαρτόνι μπορεί να περιέχει ίχνη μελανιών, ίχνη συγκολλητικών και άλλα υπολείμματα που το χρωματίζουν σε γκρι. Αν και η λεύκανση δεν είναι απαραίτητη για όλες τις τελικές χρήσεις, είναι ζωτικής σημασίας για πολλούς γραφικούς σκοπούς και σκοπούς συσκευασίας. Υπάρχουν διάφορες μέθοδοι λεύκανσης, οι οποίες χρησιμοποιούνται σύμφωνα με διάφορους παράγοντες, για παράδειγμα, τον βαθμό αλλαγής χρώματος που απαιτείται, τα χημικά που επιλέγονται και τη μέθοδο επεξεργασίας. Υπάρχουν τρεις κατηγορίες μεθόδων λεύκανσης: Λεύκανση με απολίγνωση χρησιμοποιώντας αέριο χλώριο, η οποία είναι μια μέθοδος που έχει αντικατασταθεί σε μεγάλο βαθμό από διαδικασίες που είναι πιο ήπιες για το περιβάλλον, όπως η χρήση οξυγόνου ως αντικατάσταση του αερίου χλωρίου. Λεύκανση με οξείδωση χρησιμοποιώντας χημικές ουσίες όπως διοξείδιο του χλωρίου, υπεροξείδιο του υδρογόνου ή υποχλωριώδες νάτριο. Λεύκανση με αναγωγή χρησιμοποιώντας χημικές ουσίες όπως το όξινο θειώδες νάτριο. Προκειμένου να βελτιωθεί η λευκότητα, η επιφανειακή υφή και η στιλπνότητα του χαρτονιού, εφαρμόζεται μία ή περισσότερες στρώσεις επίστρωσης. Το επικαλυμμένο χαρτί συνήθως φέρει ένα πρόσθετο υλικό από: Μια χρωστική ουσία, που μπορεί να είναι καολίνης, ανθρακικό ασβέστιο ή διοξείδιο του τιτανίου, ή συνδυασμός αυτών. Μια συγκολλητική ουσία με μορφή γαλακτώματος στυρενίου-βουταδιενίου, ή άμυλο και νερό. Στάνταρντ βάρος (ΗΠΑ): Είναι όρος στις ΗΠΑ που αναφέρεται στο βάρος που έχει κάθε χαρτόνι, με επιφάνεια ίση με 1,000 square feet (93 m2). Στιλπνότητα: Είναι τεχνικός όρος που ορίζεται ως η ποσότητα του μπλε-λευκού φωτός που ανακλά ένα χαρτί. Αυτή η ιδιότητα είναι πολύ υποκειμενική για κάθε αγοραστή και τελική χρήση. Επιφανειακή πυκνότητα: Η λεγόμενη επιφανειακή πυκνότητα του χαρτονιού (απλά ως βάρος ανά m2) αξιολογείται σύμφωνα με το πρότυπο ISO 536 και πάντα εκφράζει τη μάζα ανά μονάδα επιφάνειας και μετράται σε g/m2. Τυπικά τα χαρτόνια έχουν τιμές μεγαλύτερες από την τιμή 250 g/m2, π.χ. ένα χοντρό χαρτόνι έχει την τιμή 600 g/m2. Οξύτητα: Το pH της επιφάνειας μετράται σε ένα εκχύλισμα νερού και είναι στην κανονική κλίμακα 0–14. Το 0 δηλοί το όξινο, το 7 είναι ουδέτερο και το 14 δείχνει το αλκαλικό. Τυπικά τα χαρτόνια έχουν τιμές οξύτητας περίπου 7,5-9,5.Ακαμψία: Η ακαμψία είναι μια από τις πιο σημαντικές ιδιότητες του χαρτονιού καθώς επηρεάζει την αντοχή - καταπόνηση των χαρτοκιβωτίων να τρέχουν μέσω μηχανήματος αυτόματου, που τα στήνει, τα γεμίζει και τα κλείνει. Η ακαμψία δίνει επίσης αντοχή και μειώνει την σύνθλιψη ενός χαρτοκιβωτίου να διογκώνεται κάτω από το βάρος της καθίζησης ρευστών περιεχομένων όπως λ.χ. δημητριακά. Αν και οι περισσότερες ιδιότητες αντοχής χαρτιού αυξάνονται με την αύξηση της πυκνότητας του φύλλου, η ακαμψία δεν αυξάνεται. Το είδος της ίνας που χρησιμοποιείται έχει επίδραση στην ακαμψία. Άλλοι παράγοντες που επηρεάζουν την ακαμψία της σανίδας περιλαμβάνουν επιστρώσεις και περιεκτικότητα σε υγρασία. Επιφανειακή υφή: Η ομαλότητα είναι ιδιαίτερα σημαντική όταν χρησιμοποιείται για εκτύπωση, όσο πιο λείο είναι το χαρτόνι, τόσο καλύτερη είναι η ποιότητα της εικόνας, λόγω της καλύτερης κάλυψης με μελάνι. Η ομαλότητα μετράται χρησιμοποιώντας μεθόδους διαρροής αέρα – όσο μεγαλύτερος είναι ο ρυθμός διαρροής αέρα, σε μια συγκεκριμένη πίεση αέρα, κάτω από ένα κυλινδρικό μαχαίρι τοποθετημένο στην επιφάνεια, τόσο πιο τραχιά είναι η επιφάνεια. Πάχος: Στις Ηνωμένες Πολιτείες το παχύμετρο εκφράζεται συνήθως σε χιλιοστά της ίντσας (0,001”) ή σημεία, όπου ένα φύλλο χαρτονιού με πάχος 0,024” θα ήταν 24 πόντοι. Στην Ευρώπη πωλείται συχνά σε g/m 2, ωστόσο το πάχος της σανίδας μετράται σε micron (μm). Το χαρτόνι τείνει επίσης να αναφέρεται με πάχος παρά με βάρος. Λευκότητα: Ιδανικά αναφέρεται στην ίση παρουσία όλων των χρωμάτων, επειδή ένα πραγματικά λευκό φύλλο θα αντανακλά εξίσου όλα τα μήκη κύματος του ορατού φωτός. Ο τομέας του χαρτονιού εξετάζεται κυρίως σε συνδυασμό με τη βιομηχανία χαρτιού. Το μέγεθος της αγοράς (2007) είχε αξία 630,9 δισεκατομμυρίων δολαρίων ΗΠΑ και όγκο 320,3 εκατομμύρια μετρικούς τόνους. Από αυτή την αγορά το 40,1% είναι ευρωπαϊκή. Περίπου το 50% του συνόλου του παραγόμενου χαρτιού χρησιμοποιείται για συσκευασία και ακολουθεί η εκτύπωση και η γραφή.Σύμφωνα με την ProCarton, η κατανάλωση χαρτιού και χαρτονιού φαίνεται να σχετίζεται με τις οικονομικές τάσεις (ΑΕΠ). Οι πωλήσεις χαρτοκιβωτίων στην Ευρώπη ανέρχονται σε περίπου 8 δισεκατομμύρια ευρώ. Πάνω από 1.100 εκτυπωτές παράγουν 5,4 εκατομμύρια τόνους χαρτονιού ετησίως. Τα χαρτοκιβώτια αποτελούν το ένα τρίτο των συσκευασιών από χαρτί και χαρτόνι και το 15% όλων των συσκευασιών. Λίγο περισσότερο από το μισό (54%) του ευρωπαϊκού χαρτοκιβωτίου παράγεται με χρήση ανακτημένων ινών (ανακύκλωσης). Η βιομηχανία χαρτιού και χαρτονιού είναι βιομηχανία εντάσεως ενέργειας και κεφαλαίου. Μόνο ένα μηχάνημα με επίστρωση σανίδων μπορεί να κοστίζει 90 - 120 εκατομμύρια ευρώ. Ισχύουν οικονομίες κλίμακας, εξαιτίας των οποίων λίγοι μεγάλοι παίκτες κυριαρχούν συχνά στην παγκόσμια αγορά. Π.χ. στη Βόρεια Αμερική, οι 5 κορυφαίοι βιομηχανικοί παραγωγοί χαρτιού - χαρτονιού έχουν μερίδιο αγοράς 85%. Brody, AL και Marsh, K, S., Encyclopedia of Packaging Technology, John Wiley & Sons, 1997,(ISBN 0-471-06397-5) Soroka, W., Fundamentals of Packaging Technology, IoPP, 2002,(ISBN 1-930268-25-4)