Условия достижения высоких показателей механической прочности целлюлозно-бумажных материалов

ХИМИЯ, ТЕХНОЛОГИЯ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОЛИМЕРОВ

УДК 676.274:678.5

Л. Р. Мусина, М.Ф. Галиханов УСЛОВИЯ ДОСТИЖЕНИЯ ВЫСОКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ МЕХАНИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ ЦЕЛЛЮЛОЗНО-БУМАЖНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Ключевые слова: целлюлозно-бумажные материалы, полипропилен, статические нагрузки.

В статье показана эффективность поверхностной обработки полипропиленом целлюлозно-бумажных материалов на показатели их качества. Установлено, что применение полимерной пленки способствует увеличению жесткости и прочности гофрокартона при воздействии на него статических нагрузок.

Keywords: cellulose and paper materials, polypropylene, static stress.

This article is about the influence of effectiveness surface processing cellulose and paper materials with polypropylene on the factors of quality.

It was established, that application of polymeric film help forward increase the factors of hardness and stability of corrugated board under the action on corrugated board by static stress.

Такой целлюлозно-бумажный материал, как гофрированный картон - один из самых востребованных на сегодняшний день упаковочных материалов, т.к. обладает отличными функциональными характеристиками. Как показывает практика, ящики из гофрокартона в процессе затаривания, складирования и транспортирования подвергаются воздействию как статических, так и динамических нагрузок. Для противодействия этим нагрузкам и возникающим деформациям ящик должен обладать необходимыми механическими характеристиками [1].

Сопротивление торцевому сжатию является одним из основных качественных физикомеханических свойств гофрокартона, определяющий марку гофрокартона, способность к деформации гофроящика под воздействием содержимого и способность к штабелированию и каркасности гофротары. Повышение величины сопротивления торцевому сжатию гофрокартона возможна увеличением плотности картона для плоских слоев гофрированного картона (лайнер) и бумаги для гофрирования (флютинг), а также с ростом доли сульфатной целлюлозы в них [2]. Большое влияние на величину этого показателя оказывают параметры окружающей среды. С увеличением относительной влажности воздуха ухудшаются прочностные свойства гофрокартона, снижается несущая способность гофротары и, как следствие, возрастает вероятность порчи продукта [3].

Анализ стандартных методов, применяемых зарубежными потребителями продукции для определения механических свойств картона для плоских слоев гофрированного картона, показывает, что они претерпели значительные изменения. Так, некоторые потребители отказываются от использования для оценки механических свойств картона сопротивления продавливанию, отдавая предпочтение показателям, характеризующим сопротивление сжатию в поперечном направлении.

Потребительские характеристики гофрированного картона зависят от совокупности характеристик лайнера и флютинга. Сопротивление сжатию готового гофроящика зависит от жесткости гофрированного картона, которая, в свою очередь, зависит от прочности картона для плоских слоев в поперечном направлении.

Улучшение функциональных свойств упаковки на основе гофрокартона возможно с помощью нанесения полимерных покрытий [4], в частности полипропилена. Упаковка из

ламинированного гофрокартона может обеспечить повышенные барьерные свойства и механическую прочность.

Цель настоящей работы - изучение эффективности применения поверхностной обработки полипропиленом гофрокартона и картона для плоских слоев гофрированного картона на прочностные свойства в процессе воздействия статических нагрузок, а также оценка стабильности показателей качества при испытаниях, моделирующих соответствующие условия эксплуатации гофротары.

Экспериментальная часть

В качестве объектов исследования был выбран гофрокартон марки Т 21 (ГОСТ Р 52901-2007), картон для плоских слоев гофрированного картона марки К-140 и пленка из полипропилена (1111) толщиной 23 мкм. На образцы гофрокартона размерами 100^25 мм или картона для плоских слоев размерами 150*15 мм накладывали пленку из 1111 и помещали в термошкаф при 190 °С на 10 минут для возникновения плотного адгезионного соединения полимера с поверхностью картона. Охлаждение проводили при комнатной температуре. Испытание гофрокартона на сопротивление торцевому сжатию проводилась согласно ГОСТ 20683-97, испытание картона для плоских слоев на разрушающее усилие при сжатии кольца в поперечном направлении - согласно ГОСТ 10711-97. В качестве моделирования критических условий эксплуатации гофротары проводились испытания на определение влагопрочности при длительном намокании согласно ГОСТ 13525.7-68. Время погружения в воде для гофрокартона составило 1 минуту, картона для плоских слоев - 30 минут.

Результаты и их обсуждение

Результаты лабораторных исследований эффективности влияния полипропиленового покрытия, в сравнении с обычным лайнером на показатели качества приводятся в таблице 1.

Таблица 1 - Испытания физико-механических характеристик картона для плоских слоев

Показатели Картон для плоских слоев Ламинированный картон для плоских слоев

Разрушающее усилие при сжатии кольца в поперечном направлении, Н 180,4 198,39

Разрушающее усилие при сжатии кольца в поперечном направлении после погружения в воду, Н 19,59 32,96

Видно (табл.1), что ламинирование гофрокартона повышает значения разрушающего усилия при сжатии кольца в поперечном направлении на 9%. При этом эффект упрочнения сохраняется и при погружении образцов в воду: ламинированные образцы картона на 68% превосходят обычный картон для плоских слоев.

На следующем этапе изучалось влияние поверхностной обработки на показатели качества гофрокартона, как в сухой, так и влажной среде. Результаты исследований представлены в таблице 2.

Таблица 2 - Испытания физико-механических характеристик гофрокартона

Показатели Гофрокартон Ламинированный гофрокартон

Сопротивление торцевому сжатию, кН/м 3,50 4,00

Сопротивление торцевому сжатию после погружения в воду, кН/м 2,45 3,16

Замеченная выше закономерность улучшения показателей качества целлюлознобумажного материала наблюдается и при испытаний образцов ламинированного гофрокартона (табл. 2). Поверхностная обработка полипропиленом повышает значения сопротивления торцевому сжатию на 14%. Повышенные значения прочности наблюдаются и в условиях длительного погружения в воду: при контакте с водой прочность на сопротивление

торцевому сжатию ламинированных образцов гофрокартона на 29% превосходят трехслойный гофрокартон.

Известно, что прочность целлюлозно-бумажных материалов снижается при действии влаги. На примере изменения разрушающего усилия при сжатии кольца в поперечном направлении наблюдается снижение прочности лайнера на 89% (табл. 1). Вышеуказанная закономерность имеет место и для гофрокартона. Ухудшение сопротивления торцевому сжатию составляет 30% (табл. 2).

Применение поверхностной обработки полипропиленом приводит к уменьшению потерь прочностных свойств при воздействии влаги для лайнера на 83% и для гофрокартона на 21%. Улучшение прочностных свойств при ламинировании связано с тем, что при контакте с водой лайнер и гофрокартон имеют защитное полимерное покрытие. Полимерный слой снижает поверхностную впитываемость материала. Это происходит за счет того, что расплав полимера затекает в пространство между волокнами и фибрилами лайнера, тем самым, препятствуя проникновению влаги в структуру лайнера, и соответственно всего гофрокартона.

В результате испытаний можно отметить положительную закономерность применения поверхностной обработки полипропиленом на улучшение параметров прочности гофрокартона и лайнера. Применение полипропилена для гофрокартона или лайнера способствует упрочнению структуры межволоконных связей целлюлозно-бумажного материала и повышению сопротивления проникновению влаги в его структуру. Увеличение значений сопротивления гофрокартона и лайнера при ламинации статическим нагрузкам происходит следующим образом: расплав полимера, проникая в межволоконные области целлюлозно-бумажного материала, уменьшает степень свободы фибрилл и волокон. Такая структура обуславливает повышение жесткости и снижение впитывающей способности лайнера (в т.ч. как одного из слоев гофрокартона) и возрастание жесткости гофрокартона в целом.

Поскольку основными критериями, характеризующим качество гофроящиков, является сопротивление торцевому сжатию гофрокартона и разрушающее усилие при сжатии кольца в поперечном направлении картона для плоских слоев, увеличение этих показателей при применении поверхностной обработки полипропиленом позволит решить задачи оптимизации эксплуатационных характеристик и повышения качества упаковки, увеличить объемы использования сырья из макулатуры, повысить конкурентоспособность продукции на рынке сбыта и, тем самым, улучшить экономические показатели производства.

Литература

1. Южанинова, Л.А. Особенности технологии бумаги-основы для гофрирования из макулатуры и требования к ее потребительским свойствам. / Л.А.Южанинова, Д.А.Дулькин, В.А.Спиридонов, В.И.Комаров. - Архангельск: изд-во Арханг. гос. техн. ун-та, 2007. - 103 с.

2. Шабиев, Р.О. Некоторые особенности методов и средств лабораторного контроля качества при производстве гофрокартона. / Р.О. Шабиев, А.Е. Овсянников // материалы 4-ой международной научнопрактической конференции «Гофроиндустрия на современном этапе развития». - СПб, 2010. - С. 59-64.

3. Исаев, Б. Жесткость ящиков из гофрированного картона. / БИсаев// Тара и упаковка. - 2008. - № 1. - С. 35-37.

4. Мусина, Л.Р. Практические решения повышения физико-механических и барьерных свойств целлюлозно-бумажного материала с применением полимерного покрытия / Л.Р. Мусина, М.Ф. Галиханов // Вестник Казан. технол. ун-та. - 2011. - № 2. - С. 86-90.

© Л. Р. Мусина - асп. каф. технологии переработки полимеров и композиционных материалов КГТУ; М. Ф. Галиханов - д-р технических наук, проф. каф. технологии переработки полимеров и композиционных материалов КГТУ, mgalikhanov@yandex.ru.