ВЛАГОПРОЧНЫЙ ГОФРИРОВАННЫЙ КАРТОН

Полезная модель относится к целлюлозно-бумажной промышленности, а именно к изготовлению трехслойного гофрированного картона с большим содержанием макулатурного волокна и имеющим повышенные влагопрочные свойства. Такой картон предназначен для изготовления упаковочной тары в виде ящиков.
Как известно, гофрированный картон, в данном случае трехслойный, состоит из двух плоских слоев картона, соединенных с одним гофрированным слоем бумаги. Такой картон, один из плоских слоев которого выполнен с силиконизированным покрытием, описан в патенте на полезную модель RU 62610, кл. D21F 11/12, опубликованном 27.04.2007.
Известный картон обладает антиадгезионными свойствами, но не обладает достаточными водостойкими свойствами.
Для повышения свойств влагостойкости и влагопрочности, в том числе снижения впитывания влаги и повышения механической прочности во влажном состоянии, в состав картона и в состав бумаги могут быть добавлены как гидрофобные (отталкивающие воду) добавки - гидрофобные клеи, например, канифольный или алкилкетен димер, так и влагопрочные добавки - полимерные влагопрочные термореактивные смолы, например, полиамин-полиамидэпихлоргидринные, которые образуют дополнительные водостойкие (сохраняющие прочность во влажном состоянии) химические связи между целлюлозными волокнами.
Так, в качестве ближайшего аналога полезной модели, выбран гофрированный картон, состоящий из плоских и гофрированных листов, по меньшей мере один из которых проклеен и/или пропитан в массе влагопрочной смолой и гидрофобным клеем. В качестве влагопрочной смолы используют полиамидаминэпихлоргидриновые или формальдегидные смолы, а в качестве гидрофобного клея используют димеры алкил- или алкенилкетена или алкенилянтарные ангидриды, канифоль, крахмал, малеиновый ангидрид, акриловую кислоту, акриламид (RU 121512, кл. D21H 27/18, опубликован 27.10.2012).
Ближайший аналог также не обладает достаточными влагозащитными свойствами, так как в аналоге, предполагающем использование влагопрочных слоев картона и бумаги, сам крахмальный клей, которым они склеены, остается не влагопрочным и при воздействии влаги слои могут расклеиваться, что снижает прочность готового гофрокартона и тары, изготовленной из него.
Так, в ближайшем аналоге ничего не сказано о составе крахмального клея, однако если такой клей не содержит влагопрочной добавки, то клеевые швы гофрокартона в воде или во влажной среде могут набухать и расходиться, при этом гофрокартон может частично или полностью расслаиваться на составные слои: картон и бумагу уже через 3-15 мин. При этом влагопрочные и гидрофобные добавки в составе самих слоев гофрокартона не решают проблемы расклейки клеевых швов в воде или во влажной среде.
В описании ближайшего аналога упоминается, что входящие в состав гофрокартона картон и бумага - это целлюлозный продукт. Следует отметить, что первичная целлюлоза по своим свойствам является более гидрофобным и влагостойким материалом чем, например, макулатурное (то есть вторичное) волокно и поэтому гофрокартон, изготовленный из первичной целлюлозы, в аналогичных условиях, проявляет большую влагопрочность, чем гофрокартон, изготовленный из макулатуры и использование макулатуры требует дополнительного упрочнения во влажном состоянии.
В ближайшем аналоге ничего не сказано о количестве влагопрочной добавки в составе листов картона или бумаги. А это важно. Например, если добавить 40 кг влагопрочной смолы на 1 т картона или бумаги, то такой картон из-за очень высокой влагопрочности будет очень трудно распускаться при вторичной переработке, и нераспущенные обрывки будут забивать различные узлы и вызывать трудности в работе бумагоделательного оборудования. То есть указание на добавку влагопрочной смолы без указания на ее количество не корректно.
С другой стороны, использование одной влагопрочной добавки только в составе крахмального клея, который склеивает стандартные, не влагопрочные слои картона и бумаги также не решает проблемы, так как в этом случае слабым местом остаются невлагопрочные слои картона и бумаги, которые в значительной степени теряют жесткость при контакте с водой или с влажными продуктами.
Таким образом использование умеренного количества влагопрочных добавок не только в сами слои картона и бумаги, но также в состав крахмального клея обеспечивает равномерную влагопрочную структуру без слабых мест, при этом влагопрочный гофрокартон сохраняет удовлетворительную способность ко вторичной переработке.
Технический результат полезной модели состоит в повышении прочностных свойств гофрированного картона во влажном состоянии (влагопрочности) путем добавления влагопрочных химикатов не только в слои картона и гофрированную бумагу, но и в крахмальный клей, при этом полезная модель обеспечивает возможность несложной вторичной переработки изделий из предложенного гофрокартона, используемый на гофроагрегатах для склейки картона и гофрированной бумаги.
Названный технический результат достигнут в полезной модели благодаря следующей совокупности признаков.
Также как в ближайшем аналоге влагопрочный гофрированный картон содержит скрепленные (склеенные) между собой крахмальным клеем два плоских (наружных) слоя картона и один внутренний гофрированный слой бумаги. Упомянутые слои картона и бумаги включают гидрофобные и влагопрочные добавки.
В отличие от ближайшего аналога упомянутый крахмальный клей содержит влагопрочную добавку в виде кетон-альдегидной смолы.
Содержание влагопрочной добавки в слоях картона и бумаги составляет 0,5÷3,0 кг/т в расчете на сухие вещества этой добавки.
В качестве гидрофобной добавки может быть использован клей типа АКД (димер алкилкетена), или канифольный, или ангидрид ялкенилянтарной кислоты, а в качестве влагопрочной добавки в составе слоев картона и бумаги - полиамин-полиамидэпихлоргидринная смола. Формальдегидные влагопрочные смолы для пищевой тары не используются.
Слои картона предварительно могут быть проклеены с поверхности составом на основе гидролизованного (окисленного или обработанного энзимами) крахмала, содержащим гидрофобную добавку.
В предложенной полезной модели возможна различная комбинация состава слоев гофрокартона. Так каждый из двух плоских слоев трехслойного гофрокартона может содержать не менее 50% макулатуры, а внутренний гофрированный слой бумаги - не менее 50% полуцеллюлозы или небеленой целлюлозы.
Последний вид волокнистого сырья традиционно рекомендуется прежде всего для производства бумаги для гофрирования, так как формирует более жесткую структуру, необходимую для гофрированной бумаги.
Также возможно использование для одного из плоских слоев гофрокартона макулатуры, а для другого - первичной целлюлозы.
Возможны и другие подходящие комбинации состава слоев гофрокартона на основе макулатуры, термомеханической или химикотермомеханической массы, целлюлозы или полуцеллюлозы.
Использование влагопрочной добавки в крахмальный клей для склейки гофрокартона, например, такой как кетон-альдегидная полимерная смола, образующей дополнительные влагостойкие химические связи между молекулами крахмального клея, позволяет повысить влагопрочность клеевых швов гофрокартона в 10-40 раз и в итоге повышает влагопрочность самого гофрокартона. В качестве влагопрочной добавки в крахмальный клей могут использоваться, например, товарные продукты на основе кетон-альдегидных смол типа «CP-88» или «CORAGUM WP», предназначенные для добавления в крахмальный клей для производства гофрокартона.
Если крахмальный клей, которым склеены влагопрочные слои гофрокартона, а именно картон для плоских слоев (тест лайнер) и гофрированная бумага (флютинг) не содержит такой влагопрочной добавки, то клеевые швы гофрокартона в воде или во влажной среде частично растворяются и гофрокартон при воздействии даже небольшого разделяющего усилия (20-40 г/см) может расползаться в воде на составные слои, как было упомянуто выше.
При добавлении влагопрочной смолы в клей гофрокартон, помещенный в воду, сохраняет склеенные слои в течение нескольких часов и даже суток.
Картон в процессе его изготовления может подвергаться поверхностной обработке и гидрофобный клей в этот картон вводится с поверхности, или же вводится в поверхностный слой дополнительно к традиционной технологии введения гидрофобного клея в массу картона.
Следует также учесть, что предложенный гофрокартон в целях снижения его стоимости в значительной мере состоит из вторичного макулатурного волокна (преимущественно на 50% и более), которое является более слабым, чем целлюлозное волокно, поэтому в предложенном решении стояла задача обеспечить повышение влагопрочных свойств, как для отдельных слоев, так и для всего гофрокартона в целом.
Содержание влагопрочной добавки в виде полиамин-полиамидэпихлоргидринной смолы (общепринятое сокращение ППЭ-смолы) в слоях предложенного гофрокартона составляет 0,5÷3,0 кг/т в расчете на массу сухих веществ влагопрочной ППЭ-смолы по отношению к массе картона. Это объясняется тем обстоятельством, что при добавке менее 0,5 кг/т эффект повышенной влагопрочности почти не ощущается, а при добавке более 3 кг/т в расчете на сухие вещества смолы вторичная переработка использованных изделий из гофрокартона сильно затрудняется и нераспущенные обрывки этих изделий будут забивать оборудование при вторичной переработке утилизированных изделий. В товарном виде ППЭ-смолы выпускаются обычно при содержании сухих веществ от 15 до 27%, например такие товарные марки ППЭ-смол, как ”Kymene”, ”Biores” и аналогичные.
В качестве гидрофобных добавок для слоев картона и гофробумаги в предложенном решении используют димер алкилкетена (АКД) аликл или алкенил кетена, алкенилянтарный ангидрид и канифольный клей, которые добавляются преимущественно в бумажную массу. А также гидрофобные клеи на основе АКД, сополимеров стирола и малеинового ангидрида и других видов, предназначенные для добавки в составы для поверхностной проклейки картона на картоноделательной машине, например, такие товарные марки, как ”Basoplast 8267” или аналогичные.
2
2
Расход гидрофобной добавки обычно не ограничивают, а используют, ориентируясь на показатель впитываемости воды картоном или бумагой. Существует метод односторонней впитываемости для картона Кобб-60 и для гофробумаги Кобб-30 (60 сек и 30 сек контакта с водой). Этот уровень впитываемости обычно составляет от 20-35 г/м для картона и от 30 до 90 г/м для гофробумаги. Гидрофобная добавка (или гидрофобный клей типа АКД, канифольный) в значительно меньшей степени затрудняют вторичный роспуск гофрокартона, чем влагопрочные смолы типа ГШЭ.
Примеры.
Пример 1 (контрольный, без влагопрочных добавок в слои у картона и в клей).
Гофрированный картон изготавливают из одного плоского слоя картона, состоящего на 100% из макулатуры, второго слоя картона, состоящего на 80% макулатуры и на 20% из полуцеллюлозы и бумаги для гофрирования, состоящей на 80% из полуцеллюлозы и на 20% из макулатуры.
2
2
Слои картона проклеивают в массе клеем на основе АКД типа «Аквапел 320», и с поверхности картон проклеивают в клеильном прессе окисленным крахмалом с добавлением гидрофобного клея типа ”Basoplast 8267”. Бумагу для гофрирования проклеивают в массе канифольным клеем. Получаемый картон имеет впитываемость поверхностного слоя по методу Кобб-60 30 г/м, а впитываемость бумаги по методу Кобб-30 на уровне 50 г/м. Эти показатели соответствуют традиционным показателям картона и бумаги для гофрирования. При производстве гофрокартона из данных слов используют крахмальный клей по распространенной рецептуре типа Стейн-Холл.
2
2
2
Масса каждого из слоев картона 150 г/м, масса бумаги для гофрирования 125 г/м. Получаемый гофрокартон имеет общую массу 465 г/м. При испытании традиционного прочностного показателя гофрокартона - сопротивления торцевому сжатию вдоль гофров он показывает значение около 5,1 кН/м, что является высоким показателем (в сухом состоянии). Однако, после намокания испытуемого образца гофрокартона в воде в течение 30 с, тот же показатель составляет лишь 0,22 кН/м, при этом в клеевые швы гофрокартона в ходе испытания на сжатие частично расклеиваются и частично промокают.
Пример 2 (контрольный с добавлением влагопрочной кетон-альдегидной смолы в состав крахмального клея).
Гофрированный картон изготавливают из тех же самых видов картона для плоских слоев и склеивают аналогичным крахмальным клеем по рецептуре «Стен-Холл», однако в состав крахмального клея на 1000 л клея добавляют 12 кг товарного продукта «CORAGUM WP» - на основе кетон-альдегидной смолы.
2
Полученный гофрокартон также имеет общую массу 465 г/м. При испытании традиционного прочностного показателя гофрокартона - сопротивления сжатию вдоль гофров он показывает значение 5,2 кН/м, что также является высоким показателем (в сухом состоянии). После намокания испытуемого образца гофрокартона в воде в течение 30 с, он показывает более высокое значение сопротивления сжатию во влажном состоянии на уровне 0,38 кН/м, при этом в клеевые швы гофрокартона в ходе испытания на сжатие не расклеиваются, однако, частично промокают.
Пример 3 (ближайший аналог с добавлением влагопрочной ППЭ-смолы в картон и бумагу, без влагопрочных добавок в клей).
Гофрированный картон изготавливают по примеру 1 из аналогичных по составу и по массе плоских слоев картона и бумаги для гофрирования. Отличие в том, что в бумажную массу как картона, так и бумаги добавляют влагопрочную ППЭ-смолу в количестве 1,5 кг/т по сухим веществам.
2
2
Получаемый картон имеет впитываемость поверхностного слоя по методу Кобб-60 27 г/м, а впитываемость бумаги по методу Кобб-30 на уровне 36 г/м. При производстве гофрокартона из данных слов используют крахмальный клей по распространенной рецептуре типа Стейн-Холл без влагопрочных добавок.
2
Получаемый гофрокартон имеет общую массу 467 г/м. При испытании традиционного прочностного показателя гофрокартона - сопротивления торцевому сжатию вдоль гофров он показывает значение около 5,4 кН/м (в сухом состоянии). После намокания испытуемого образца гофрокартона в воде в течение 30 с, тот же показатель составляет 0,52 кН/м, при этом в клеевые швы гофрокартона в ходе испытания на сжатие частично расклеиваются, хотя и промокают значительно меньше, чем в примерах 1 и 2.
Пример 4 (по формуле полезной модели с добавлением влагопрочной ППЭ-смолы в картон и бумагу, и с добавлением влагопрочной добавки в клей).
Гофрированный картон изготавливают по примеру 3 из аналогичных по составу и по массе плоских слоев картона и бумаги для гофрирования с добавлением в бумажную массу как картона, так и бумаги влагопрочной ППЭ-смолы в количестве 1,5 кг/т по сухим веществам.
Дополнительно в состав крахмального клея на 1000 л клея добавляют 12 кг товарного продукта «CORAGUM WP» - на основе кетон-альдегидной смолы.
2
Получаемый гофрокартон имеет общую массу 466 г/м. При испытании традиционного прочностного показателя гофрокартона - сопротивления торцевому сжатию вдоль гофров он показывает значение около 5,4 кН/м (в сухом состоянии). После намокания испытуемого образца гофрокартона в воде в течение 30 с, тот же показатель составляет 0,75 кН/м, при этом в клеевые швы гофрокартона в ходе испытания на сжатие не расклеиваются и визуально практически не промокают.
Из примеров 1-4 следует, что предложенный гофрокартон показывает наиболее высокие значения прочности во влажном состоянии (сопротивление торцевому сжатию вдоль гофров в увлажненном состоянии).