ЖИРОВЛАГОСТОЙКИЙ 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 жировлагостойкие и влагопрочные свойства. Такой картон предназначен для изготовления упаковочной тары в виде ящиков.
Из уровня техники известны упаковочные материалы, которые обладают свойствами жиро - и/или влагостойкости.
Так, например, известны картон и бумага, не пропускающие масло и воду благодаря образованию на них путем расплава или приклеивания ламинированной пленки из ПЭ или ПП
(cм. http://www.glvr.m/laminirovanniy_gofrokarton/).
На бумагу или картон могут быть нанесены латексы (полимерные эмульсии), которые при высыхании также формируют практически непроницаемую полимерную пленку.
Недостаток таких материалов состоит в том, что под пленкой конденсируется влага, которая разрушает картон.
Кроме того, известен жиростойкий картон, к которому не приклеена защитная пленка, а в него введены специальные препараты, благодаря которым бумага становится устойчивой к жирным или маслянистым продуктам (см. http://fili-blister.ru/permskaya-cellvuloznaya-bumazhnaya-fabrika-vypustila-zhirostojkij-karton/).
Известный жиростойкий картон не обладает ни повышенной водостойкостью (или пониженной впитываемостью), ни повышенной влагопрочностью.
Вместе с тем известен, выбранный в качестве ближайшего аналога полезной модели, влагопрочный гофрированный картон, содержащий скрепленные между собой крахмальным клеем два плоских слоя картона и один внутренний гофрированный слой бумаги, при этом слои картона и бумаги включают гидрофобные и влагопрочные добавки, а упомянутый клей содержит влагопрочную добавку (RU 143131, кл. D21F 11/12, опубликован 20.07.2014).
Известный картон обладает достаточными влагопрочными свойствами, но не обладает жиростойкостью.
Задачей полезной модели является повышение эксплуатационных свойств гофрированного картона.
Эта задача обеспечена техническим результатом, направленным на придание гофрированному картону одновременно жировлагостойких (жироотталкивающих и влагоотталкивающих) и влагопрочных свойств.
Названный технический результат достигнут в полезной модели благодаря тому, что жировлагостойкий влагопрочный гофрированный картон (гофрокартон) содержит скрепленные между собой крахмальным клеем два плоских слоя картона и один внутренний гофрированный слой бумаги, при этом слои картона и бумаги включают гидрофобные и влагопрочные добавки, а упомянутый клей содержит влагопрочную добавку, причем, по меньшей мере, один плоский слой картона, по крайней мере, с одной стороны выполнен жиростойким.
Жиростойкость, по крайней мере, одной стороны, по меньшей мере, одного слоя картона может быть достигнута путем включения добавки, представляющей собой фторированное полимерное соединение.
Кроме того, по меньшей мере, один плоский слой не менее чем на 50% может состоять из макулатуры.
В предложенной полезной модели возможна различная комбинация состава слоев гофрокартона. Так, один из двух плоских слоев (или оба плоских слоя) трехслойного гофрокартона может содержать не менее 50% макулатуры, а внутренний гофрированный слой бумаги - не менее 50% полуцеллюлозы или 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, в том числе из беленой целлюлозы. Возможны и другие подходящие комбинации состава слоев гофрокартона на основе макулатуры, термомеханической или химикотермомеханической массы, целлюлозы или полуцеллюлозы. 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 жировлагостойких и влагопрочных свойств, как для отдельных слоев, так и для всего гофрокартона в целом.
Слои картона и бумаги включают гидрофобные и влагопрочные добавки. Также плоский слой картона на одной своей стороне или на обеих своих сторонах включает жиростойкую (или жировлагостойкую) добавку. Такую жиростойкую добавку на одной или обеих сторонах могут включать как один из плоских слоев картона, так и оба плоских слоя картона.
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) алкил 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.
В качестве гидрофобной добавки может быть использован клей типа АКД (димер алкилкетена), или канифольный, или ангидрид алкенилянтарной кислоты, а в качестве влагопрочной добавки в составе слоев картона и бумаги - полиамин-полиамидэпихлоргидринная смола. Формальдегидные влагопрочные смолы для пищевой тары не используются.
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.
Слои картона предварительно могут быть проклеены с поверхности составом на основе гидролизованного (окисленного или обработанного энзимами) крахмала, содержащим гидрофобную добавку. Крахмальный клей, скрепляющий плоские и гофрированный слои содержит влагопрочную добавку. 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 «СР-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. 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.
В качестве жиростойкой добавки используют жироотталкивающий или жировлагоотталкивающий химикат в виде фторированного жиростойкого полимерного соединения. Жировлагостойкость достигается комбинированием жировлагостойкого химиката и/или добавлением проклеивающего химиката. Жироотталкивание данным химикатам придает фтор, который вводят в молекулы химикатов и который резко снижает поверхностное натяжение обработанной поверхности, что и придает жироотталкивающие свойства.
В случае использования жировлагоотталкивающего химиката (а не просто жироотталкивающего), другие гидрофобные добавки можно не вводить в состав поверхностной обработки слоев гофрокартона.
В предложенной полезной модели очень малое количество жировлагоотталкивающего фторполимера (около 1 кг на 1 т картона) в виде микрочастиц наносится на поверхность картона, частично садится на волокна и придает им жироотталкивающие и водоотталкивающие свойства, а влагопрочность придает влагопрочная смола, которая подается еще на стадии отлива в бумажную массу. Такая технология применяется непосредственно в ходе изготовления картона на буммашине (в клеильном прессе Б ДМ). Благодаря этому картон приобретает одновременно три важных свойства: жиростойкость (жироотталкивание), влагостойкость (снижение впитываемости воды) и влагопрочность (прочность во влажном состоянии).
Обработка поверхностей плоских слоев картона с одной стороны или с обеих сторон жиростойкими (жироотталкивающими или жировлагоотталкивающими) химикатами (добавками) позволяет придать слоям картона дополнительные свойства, которые позволяют не впитывать (отталкивать) влагу и жир, в результате чего гофрированный картон приобретает дополнительные прочностные характеристики, а также позволяют гофрированному картону находится в товарном виде при контакте как с водой (или другой жидкостью), так и с любыми жирными веществами (продуктами).
В качестве жироотталкивающего химиката может быть использован, например, препарат "SOLVERA РТ 5060" (фирма SOLVEY), который является 25%-ной анионной дисперсией PFPE (перфторполиэфира) http://www.solvavplastics.com/sites/solvavplastics/EN/specialty_polymers/Fluorinated_Fluids/Pages/Solvera-PFPE.aspx.
В качестве жировлагоотталкивающего препарата может быть использован препарат "FORLAPERL 321" (фирма DuPont), представляющий собой 25%-ную дисперсию катионного фторированного акрилового сополимера. Химический состав подобного класса сополимеров описан, в частности, в патенте US 20070015867.
Таким образом, благодаря включению в слои картона и бумаги влагопрочных и жиростойких (жировлагоотталкивающих) химикатов (добавок), предложенный гофрированный картон приобретает дополнительные свойства, обеспечивающие возможность картону одновременно препятствовать впитыванию воды (водоотталкивающие свойства), сохранять повышенную прочность в случае контакта с влагой (влагопрочные свойства) и препятствовать впитыванию жиров и масел, сохраняя товарный вид упаковки (жироотталкивающие свойства).
Примеры.
Пример 1. Влагопрочный гофрокартон (по ближайшему аналогу).
Гофрированный картон изготавливают из одного плоского слоя картона, состоящего на 100% из макулатуры, второго слоя картона, состоящего на 70% макулатуры и на 30% из полу целлюлозы и бумаги для гофрирования, состоящей на 75% из полуцеллюлозы и на 25% из макулатуры.
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.
Кроме клея в бумажную массу как картона, так и бумаги добавляют влагопрочную ППЭ-смолу в количестве 1,5 кг/т по сухим веществам.
При производстве гофрокартона из данных слоев используют крахмальный клей по распространенной рецептуре типа Стейн-Холл. В состав крахмального клея на 1000 л клея добавляют 12 кг товарного продукта «CORAGUM WP» - на основе кетон-альдегидной смолы.
2
2
2
Масса каждого из слоев картона 150 г/м, масса бумаги для гофри-рования 125 г/м. Получаемый гофрокартон имеет обитую массу 465 г/м.
Гофрокартон испытывают на следующие показатели:
- сопротивление торцевому сжатию вдоль гофров - он же международный метод ЕСТ (Edge Crush Test). При этом вырезают полоски гофрокартона размером 25×100 мм и испытывают их на сжатие в прессе для испытания гофрокартона - определяют максимальное усилие при разрушении (в сухом состоянии);
- торцевое сжатие вдоль гофров во влажном состоянии. При этом также вырезают полоски гофрокартона размером 25×100 мм и испытывают их на сжатие в прессе для испытания гофрокартона после намокания в воде в течение 30 с - метод ЕСТ во влажном состоянии;
- Впитываемость воды при одностороннем смачивании с одной и другой стороны гофрокартона по методу Кобб-60;
- Жиростойкость по Кит с одной и с другой стороны гофрокартона.
Для испытаний гофрокартона на жиростойкость по международному методу Кит готовят 12 тестовых растворов, где раствор с каждым следующим номером обладает более низким поверхностным натяжением и более высокой смачивающей и проникающей способностью.
Состав тестовых растворов (в мл) для определения жиростойкости по методу Кит представлен в таблице 1.
В ходе испытаний жиростойкости вырезают образец гофрокартона размером примерно 50×50 мм и на его поверхность с высоты около 4-5 см капают каплю тестового раствора, обычно с высоким номером, например, №12. Через 15 с каплю удаляют мягкой бумажной салфеткой. Место, где была капля осматривают. Если капля оставила темное пятно (проникновение тестового раствора вглубь картона), то считается, что картон не выдержал тест с данным номером раствора. Далее капают каплю тестового раствора с более низким номером, например, №11 и т.д. Считается, что картон выдержал тест на жиростойкость по Кит с тем максимальным номером раствора, который не оставляет темного пятна на поверхности картона после удаления капли через 15 с. Например, если после нанесения и последующего удаления капли раствора №9 пятно на картоне остается, а после нанесения и удаления раствора №8 темного пятна не остается - это значит, что данный картон имеет жиростойкость №8 по методу Кит.
Результаты испытаний гофрокартона по примеру 1 представлены в таблице 2.
Пример 2. (По предложенному решению с использованием жироотталкивающего химиката).
Гофрированный картон изготавливают по примеру 1 с тем различием, что взамен гидрофобного клея типа "Basoplast 8267" при проклейке в клеильном прессе плоских слоев картона совместно с окисленным крахмалом используют жироотталкивающий препарат "SOLVERA РТ 5060" в количестве 1,25 кг сухих веществ препарата на 1 т плоского слоя картона.
2
2
2
Масса каждого из слоев картона 150 г/м, масса бумаги для гофрирования 125 г/м. Получаемый гофрокартон имеет общую массу 467 г/м.
Показатели впитываемости, влагопрочности и жиростойкости гофрокартона по примеру 2 представлены в таблице 2.
Пример 3. (По предложенному решению с использованием жировлагоотталкивающего химиката).
Гофрированный картон изготавливают по примеру 2 с тем различием, что взамен жироотталкивающего препарата "SOLVERA РТ 5060" при проклейке в клеильном прессе плоских слоев картона совместно с окисленным крахмалом используют
жировлагоотталкивающий препарат "FORAPERL 321". Последний наносят на поверхность плоских слоев картона из расчета 1,25 кг сухих веществ фторполимера на 1 т картона.
2
2
2
Масса каждого из слоев картона 150 г/м, масса бумаги для гофрирования 125 г/м. Получаемый гофрокартон имеет общую массу 466 г/м.
Показатели впитываемости, влагопрочности и жиростойкости гофрокартона по примеру 3 представлены в таблице 2.
Из примеров 1-3 следует, что:
- гофрокартон, изготовленный по примеру 1 (по ближайшему аналогу) обладает достаточно низкой впитываемостью, повышенной прочностью во влажном состоянии, но не обладает жиростойкостью, так как не выдерживает даже тестового раствора по Кит с №1;
- гофрокартон, изготовленный по примеру 2 (по предложенному решению с использованием жироотталкивающего препарата) обладает удовлетворительной, но более высокой впитываемостью воды по Кобб-60, повышенной, но несколько более низкой чем по примеру 1 прочностью во влажном состоянии, и одновременно обладает средней жиростойкостью №6 по Кит;
- гофрокартон, изготовленный по примеру 3 (по предложенному решению с использованием жироводоотталкивающего препарата) обладает низкой впитываемостью и высокой прочностью во влажном состоянии, и одновременно обладает весьма высокой жиростойкостью №9 по Кит.