Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство науки и образования Российской Федерации

Северо-западный институт печати

Санкт-петербургский государственный университет технологии и дизайна

Факультет полиграфических технологий и оборудования

Специальность 261202 «Технология полиграфического производства»

Форма обучения: заочная

Кафедра "Технологии полиграфического производства"

Курсовая работа

По дисциплине: «Материаловедение»

Тема работы: «Гофрокартон и особенности его производства»

Студент Юртаев С.В.

Группа ТЗ-4

Руководитель Груздева И.Г.

Санкт-Петербург, 2010

Содержание

• Введение
• 1 Виды гофрокартона
• 1.1 Форма гофры
• 2 Особенности производства гофрокартона
• 2.1 История развития гофрокартона
• 2.2 Производство гофрокартона
• 2.3 Картон
• 2.4 Клей для производства гофро картона
• 3 Применение и переработка
• 3.1 Технология производства гофротары
• Заключение
• Список используемых источников

Введение

В данной курсовой работе исследован такой материал, как гофро картон, собрана техническая информация по изготовлению, различных видов, марок, гофрокартона. Описана технология приготовления клея, некоторые компоненты, которые применяются для изготовления специальных видов гофрокартона. В рамках данной курсовой работы были изучены широкие возможности применения гофрокартона в различных сферах жизни. Характеризованы свойства различных марок гофрокартона и их назначения. В одних целях используют гофрокартона с высоким гофрированным слоем, для других, наоборот, с низким, также применяется различный шаг гофры, для придания требуемых характеристик. Гофрокартона, как упаковочный материал, может обладать широчайшими свойствами и характеристиками, которые зависят от способа производства, применяемого сырья бумаги и картона, клеев, технологии изготовления. Из одинаковых исходных материалов, можно получить совершенно разные гофрокартоны. Здесь многое зависит от соблюдения технологических инструкция в производственном процессе, от правильного выбора композиции трех слоем, и применяемого клея.

1 Виды гофрокартона

Гофрокартон -- наиболее часто используемый в промышленности упаковочный материал, отличающийся малым весом, стоимостью, но высокими физическими параметрами. Является одним из наиболее распространённых материалов в мире для использования в качестве упаковки. Особенностью производства гофрокартона является возможность использовать бумагу и картон, полученные из макулатуры, что позитивно с точки зрения экономии ресурсов и защиты окружающей среды.

Гофрокартон состоит, как правило, из трёх слоёв: двух плоских слоёв картона (топлайнеры) и одного слоя бумаги между ними, имеющего волнообразную (гофрированную) форму (флютинг). Такая композиция слоёв делает гофрокартон, несмотря на характеристики его компонентов, особенно жёстким, обладающим сопротивлением как в направлении, перпендикулярном плоскости картона, так и в направлениях вдоль плоскостей. Для дальнейшего улучшения физических свойств упаковки из гофрокартона применяются пяти- и семислойный гофрокартон -- материал, при котором слои картона и бумаги чередуются один за другим. Размеры, качество и прочие параметры упаковки из гофрокартона устанавливаются отраслевыми стандартами, накладывающими также свои требования к процессу производства.

История гофрокартона

Гофрированная бумага была запатентована в 1856 году в Великобритании и использовалась как подкладка под шляпы. Гофрокартон в сегодняшнем понимании этого слова был запатентован двадцатью пятью годами позже, 20 декабря 1871 года, американцем Альбертом Джонсом из Нью-Йорка. Это был двухслойный гофрокартон: картон, у которого отсутствовал один из плоских слоёв. Первая машина для производства гофрокартона была построена в 1874 году -- с этого момента началось массовое производство, постепенно распространившееся на весь мир. В том же году впервые был произведён трёхслойный гофрокартон. В настоящее время по всему миру в производстве гофроупаковки занято более трёхсот тысяч человек, в мире насчитывается более полутора тысяч производств.

В 2005 году на душу населения производилось следующее количество гофрированного картона (в килограммах) :

США 77

Япония 69

Италия 64

Испания 55

Бельгия 54

Австрия 52

Германия 49

Дания 49

Франция 48

Нидерланды 43

Ирландия 39

Великобритания 38

Швеция 38

Марки гофрокартона

По своим физическим свойствам и строению гофрокартон делится на классы, маркируемые буквой, обозначающей количество слоёв и номером класса. Наиболее употребляемый в промышленности трёхслойный гофрокартон классов Т-21, Т-22, Т-23, Т-24. Пятислойный гофрокартон обозначают буквой П, двухслойный - буквой Д.

Гофрокартон различают по виду профиля - геометрическим размерам внутренних волн, определяющим геометрические и физические характеристики гофрокартона. Диапазоны размеров высоты и ширины волн группируют по классам, обозначаемым латинскими буквами A, B, C и т.д. Ниже приведена таблица профилей гофрокартона

Таблица 1

Название материала	Высота волны	Повторяемость волны	Количество волн/мм	Макс. толщина
С - профиль	3,66	7,95	126	4,20
В - профиль	2,50	6,50	153	3,00
Е - профиль	1,16	3,50	285	1,60
F - профиль	0,75	2,40	415	1,20
G - профиль	0,55	1,80	555	0,98
N - профиль	0,40	1,50	666	0,83

Марки картона отличаются друг от друга абсолютным сопротивлением продавливанию (МПа), удельным сопротивлением разрыва с приложением разрушающего усилия вдоль гофров (кН/м), сопротивлением торцевого сжатия гофров (кН/м).

Микрогофрокартон

Микрогофрокартон -- трехслойный гофрированный картон толщиной от 1,5 до 1,8 мм. В отличие от гофрокартона, микрогофрокартон за счет меньшей толщины имеет несколько меньшие прочностные характеристики, применяется для более легких конструкций, требующих товарного вида. Микрогофрокартон имеет более низкие амортизирующие качества по сравнению с гофрокартоном и поэтому при выборе материала для хрупкой упаковки данный недостаток стоит учитывать.

Микрогофрокартон маркируется буквой «Е» и имеет свою историю от первоначального наименования марки микрогофрокартона «Элита» (Elite), производство которого было налажено в США. Малая высота гофры и меньшая ширина гофров у этой марки, позволяет получить ровную поверхность и высокую плоскостную жесткость.

Используется микрогофрокартон для индивидуальной, презентабельной картонной упаковки, как правило, с офсетной и флексо печатью.

Преимущества использования микрогофрокартона: Легкая и прочная конструкция, которая лучше защищает находящийся внутри товар; Подходит как для упаковки крупных, так и небольших по размерам товаров в любой отрасли промышленности и для пищевых продуктов. Этот вид гофры позволяет создавать даже очень маленькие коробки, которые имеют достаточно привлекательный внешний вид.

Двухслойный гофрокартон

Маркируется буквой «Д» -- (так называемая, «двухслойка»), (рисунок 1), состоит из одного плоского и одного гофрированного слоев. Этот вид гофрированного картона гибкий, сматывается в рулон, хотя может быть изготовлен и в листах.

Рис.1

Пятислойный гофрокартон

«П» -- пятислойный гофрокартон, состоящий из трех плоских (двух наружных и одного внутреннего) и двух гофрированных слоев. Возможно изготовление пятислойного гофрокартона типа «В+В», «В+С» «В+Е» и т. д.

Редко применяемые виды гофрокартона

Четырехслойный гофрированный картон -- это сочетание одного наружного и одного внутреннего лайнера и двух гофрированных сред. Этот вид гофрокартона изготавливается в листах и используется, как правило, для каширования. В России наиболее популярен четырёхслойный гофрокартон с профилем «С+Е».

Семислойный гофрированный картон состоит из трех гофрированных, двух плоских наружных и двух плоских внутренних слоев

1.1 Форма гофры

Более 90% производимого гофрокартона в мире имеет синусообразную форму гофры (рисунок 2). Иногда для специальных целей производится V-образная гофра.



Рис.2

Преимущества гофрокартона по сравнению с другими упаковочными материалами.

Плюсы

Основные преимущества картона всем известны. Он легок (ящик из гофрированного картона в три-четыре раза легче аналогичного пластмассового, в три раза - ящика из дерева). Соответственно, при транспортировке упакованного в картонные ящики товара экономится, горючее сами ящики могут доставляться заказчику в сложенном виде. Картон многофункционален - его можно использовать для упаковки различных товаров.

Картон пригоден для вторичной переработки. При должной организации достигается многократный возврат в экономический цикл использованной при производстве картона первичной целлюлозы, что существенно экономит материальные ресурсы производителей. Кроме макулатурного картона, из вторсырья также изготавливаются различные волокнистые плиты, бугорчатые прокладки и другие, как правило, строительные материалы. Макулатура является заменителем целлюлозы, древесной и бумажной массы, что благоприятно отражается на экологической обстановке.

Важным плюсом картона является его привычность для потребителей, которые доверяют упаковке, сделанной из целлюлозного сырья. Имидж картона как экологически чистого материала, часто является важным фактором в выборе упаковки.

Минусы

К недостаткам картона относятся более высокая себестоимость, чем у некоторых видов пластика, высокая газо- и влагопроницаемость большинства его видов; негибкость картона как материала, плохая устойчивость к механическим и, особенно, химическим воздействиям. К недостаткам, присущим отечественному картону, также очень часто относится низкое качество.

Картон обладает несколькими серьезными преимуществами перед своим основным конкурентом - пластиком. Его производство требует меньшего расхода электроэнергии и других ресурсов, кроме того, оно более экологично. На картоне легко напечатать различными способами (офсетом, флексографией, шелкографией) любое нужное изображение.

Вместе с тем, пластик заведомо превосходит картон по следующим пунктам:

1) возможность создания упаковки практически любой конфигурации и размера, удобной для транспортировки и хранения;

2) стойкость к химическому воздействию, пыле- и влагонепроницаемость.

Пластик по своей природе больше подходит для создания упаковки, которая используется многократно, каждый день. Картонная упаковка в таких условиях быстро приходит в негодность. Во многом, именно с этим связан переход на использование пластика для упаковки видеокассет, книг, бумажных документов. Нельзя забывать и о том, какие огромные возможности, в сравнении с картоном, предоставляет полимерная упаковка для дизайнерских экспериментов.

Современные технологии позволяют создавать из пластика упаковку, которая будет обладать заданными свойствами - например, пропускать кислород и выпускать углекислый газ, что будет способствовать сохранению продуктов питания, прежде всего фруктов, в идеальном состоянии. Активная упаковка содержит функциональные добавки (поглотители газов и влаги, антимикробные препараты, ароматизаторы и т. д.), способствующие улучшению товарного вида и сохранению заданных органолептических свойств пищевой продукции. Сегодня проводится разработка и внедрение биологически активных упаковочных материалов с ферментами, иммобилизованными на полимерном носителе. Такие материалы будут способны регулировать состав, биологическую и вкусовую ценность продуктов питания, ускорять процессы получения пищевой продукции.

Казалось бы, сам собой напрашивается вывод: картон не в состоянии выдержать соревнование с полимерами на рынке упаковки. Но это далеко не так. Конечно, конкурировать с полимерной упаковкой картон не может, но часто этого и не требуется.

2 Особенности производства гофрокартона

2.1 История развития гофрокартона

Возможность применения гофрокартона в качестве упаковки впервые была определена владельцем американского патента по применению материала для упаковки стеклянных колб и бутылок Альбертом Джонсом из Нью-Йорка в 1871 г. Рекомендованный автором патента способ применения гофробумаги с изгибом поперек незакрепленных гофров в дальнейшем потребовал усовершенствования. Патент США № 122 023 под названием «Усовершенствованная бумага на упаковочных предприятиях».

25 августа 1874 г. был выдан патент № 154498 на двухслойный гофрокартон. Владелец патента американец Оливер Лонг предлагал приклеивать к гофрированному картону плоский слой бумаги, располагая его на поверхности упаковываемого сосуда. Главным его предназначением тогда была упаковка стеклянных бутылей. В 1875 г. в Нью-Йорке была образована фирма «Томпсон и Норрис», которая с 1882 г. производила двух- и трехслойный гофрокартон. В 1882 г. в США была выпущена машина с механическим приводом для изготовления двухслойного гофокартона и сматывания его в рулон.

17 января 1882 г. американец Роберт Томпсон получил патент на трехслойный гофрокартон. Трехслойный гофрированный картон первоначально изготовлялся путем приклеивания вручную плоского слоя в виде листов или формы заготовок. В 1883 г. фирма «Томпсон и Норрис» открывает первую в Европе фабрику по производству гофрокартона. В 1886 г. эта фирма строит завод по производству гофрокартона в г. Кирхберге (Германия), а в 1888 г. -- во Франции.

В 1895 г. американец Сефтон создал первую комбинированную машину для производства гофрокартона (по патенту Томпсона). Машины для производства гофрокартона поставлялись в Европу из Лондона. В 1899 г. служащий фирмы «Томпсон и Норрис» Л. Л. Дуерден зарегистрировал патент США № 620750 о производственном процессе. Он использовал нагревательный стол, длинную транспортировочную ленту и «застуденевающий» под воздействием жара «сильный» клей.

В конце XIX в. немецкие фирмы начали производить гофроагрегаты. Некие Густав Леске и Оскар Сперлинг создают фирму «Лейпцигский машиностроительный завод и гофрокартонная фабрика Спеллинга» (после 1910 г. эта фабрика обанкротилась). С начала XX столетия производство гофрированного картона охватило весь мир. С 1907 г. он стал известен в России (кстати, в Италии, Финляндии и Дании он появился на несколько лет позднее). Важным шагом в ходе дальнейшего совершенствования конструкции явилось внедрение в 1916 г. пятислойного (двухволонового) гофрированного картона, а в 1953 г. -- семислойного (три гофрированных слоя и четыре плоских). Постепенно изменялись виды и размеры гофров. Первоначально они примерно соответствовали современному гофру А, в 1905-1906 гг. появился гофр В, в 1925 г. гофр С, в 1951 г. гофр Е.

После 1917 г. производство гофрокартона в России было полностью приостановлено. В середине 80-х гг. в СССР решением партии (КПСС) и правительства было принято постановление о необходимости полного «перехода на гофрокартонную тару» (в основном тогда в СССР использовалась деревянная). По мнению специалистов, этот «переход» завершился уже после распада СССР, в середине 90-х гг. XX в.

2.2 Производство гофрокартона

Для производства гофрокартона используется бумага для гофрирования, имеющая массу от 100 до 140 г/мІ, картон для плоских слоев массой от 150 до 235 г/мІ бурого или белого цвета, а также крахмальный или силикатный клей.

Производство гофрокартона осуществляется в специальном помещении, площадь которого должна оставлять около 800 мІ. Необходимо наличие подъемного механизма (тельфера или электропогрузчика). Температура в производственном помещении должна быть не ниже 18°C, влажность -- не более 80%.

Описание технологического процесса

Перед началом производственного процесса рулоны бумаги для гофрирования и картона для плоских слоев должны в течение суток находиться в помещении с температурой воздуха не ниже 15°С, где происходит процесс их кондиционирования.

Затем рулоны закрепляются на размоточном станке (раскате), после чего бумага и картон поступают на специальные разогревающие цилиндры и промежуточные валики, где происходит их увлажнение и равномерный нагрев. Это способствует более глубокому проникновению клея в толщину бумаги и лучшему склеиванию с картоном.

Далее бумага для гофрирования поступает в гофрировальную машину (гофрирующий пресс). Здесь она проходит между нагретых до 150-180°С зубчатых гофрирующих валов, в результате чего образуется волнистый слой заданного профиля. Размеры гофров зависят от конфигурации зубьев валов.

После этого гофрированная бумага поступает в клеенаносящую машину. При помощи клеевого вала на вершины гофров одной из сторон наносится клеевая пленка (количество наносимого клея регулируется изменением положения дозирующего вала). Затем гофрированный слой совмещается с плоским картоном, который под действием прижимного вала плотно приклеивается к вершинам гофров. Этот этап завершает процесс производства двухслойного гофрокартона.

Получившийся двухслойный гофрокартон по наклонной транспортерной ленте подается на накопительный мост, а затем в клеильную машину, где происходит нанесение клея на свободную сторону гофрированной бумаги.

После этого гофрированный картон подается в сушильное устройство, где происходит его склеивание и сушка. Процесс сушки осуществляется при помощи сушильных плит и сушильной машины. Нагрев может производиться при помощи пара или электричества.

В процессе сушки из слоев гофрокартона удаляется лишняя влага, происходит окончательное затвердевание клея. Далее гофрокартон поступает на охлаждающую часть линии. Процесс сушки с последующим охлаждением во многом определяет качество получившегося гофрокартона. После этого гофрокартон подается в секцию продольно-поперечной резки, где он раскраивается и разрезается при помощи системы дисковых ножей. Процесс резки часто сочетается с рилеванием, или уплотнением гофрокартона на прямолинейном участке определенной ширины. В результате образуются линии рилевки, вдоль которых осуществляется перегиб листов гофрокартона. Рилевание производится при помощи так называемых рилевочных муфт. Затем гофрокартон нарезается на листы необходимой длины, из которых в дальнейшем изготавливается тара.

2.3 Картон

гофрокартон упаковочный клей гофротара

Картон является многослойным материалом с ярко выраженной анизотропией свойств. Для анализа характеристики картона можно выделить четыре основных слоя: поверхностный, промежуточный, прослойку и внутренний. Поверхностный слой вместе с промежуточным составляют около 25% от общей толщины картона, прослойка - около 55%, внутренний слой - около 20%.

Поверхностный слой картона предназначен для обеспечения необходимой твердости, прочности, жесткости, износостойкости, стойкости к истиранию и к царапинам поверхности картона. Этот слой определяет внешний вид тары и способность воспринимать различные способы печати.

Наилучшей способностью к получению высококачественных изображений отличаются сорта картона с мелованным покрытием. Покрытие состоит из пигментов и связующего. В качестве пигментов могут применяться сульфат бария, оксид титана, белый цинк, карбонат кальция, тальк и др. Связующими могут быть казеин, дисперсии полимеров, целлюлозный клей и др. Величину мелованного слоя выражают в граммах на квадратный метр поверхностей картона. Обычно она составляет от 160 до 200 г/мІ. Мелованные сорта картона называют хромокартоном.

Для получения поверхностных слоев используют самые высококачественные полуфабрикаты, для прослойки - самые дешевые. Например - макулатуру.

По составу слои подразделяют на не содержащие древесину массу, с малым и большим содержанием древесиной массы и на сырье. Не содержащие древесную массу слои состоят преимущественно из целлюлозы с незначительными примесями древесной массы, не превышающими 5 %. Слои с малым содержанием древесной массы состоят из целлюлозы с древесной массой не более 30%. В слоях с большим содержанием количество древесной массы превышает 30%. Серые слои состоят из полуфабрикатов макулатуры и древесной массы или только из древесной массы.

Белыми называют слои из отбеленных полуфабрикатов, светлыми - из неотбеленных.

По отделки поверхности сорта картона подразделяют на три группы: литого мелования, мелованные, немелованные.

Повышение влагостойкости плоского склеенного картона является предметом современных исследований. Исследования направлены на повышение влагостойкости материалов слоев и влагостойкости клеев. Для этого материалы слоев получают из массы, пропитанной различными растворами. В качестве влагостойких клеев применяют поливинилацетатные эмульсии, латексы, битумные клеи.

На основе анализа нагрузок, которые воспринимает картонная тара в процессе ее изготовления, транспортирования, складирования, погрузочно-разгрузочных работ, установлены основные виды напряжений, возникающих в отдельных элементах картонной тары.

1. Сжатие в вертикальном направлении возникает в материале корпуса тары при операциях затаривания, закрывания тары, а также при штабелировании тары с продуктом, в процессе хранения и транспортирования. Это наиболее характерный вид напряжения, вызывающий при недостаточной прочности материала разрушение тары.

2. Сжатие в горизонтальном направлении возникает в основном при транспортировании, а также при погрузочно-разгрузочных работах.

3. Сжатие в тангенциальном направлении возникает при образовании кольцевого профиля на круглой таре.

4. Растяжение в осевом направлении возникает в процессе эксплуатации тары при динамичных нагрузках, при падении тары с сыпучим, пастообразным или другим продуктом, а также при технологических операциях изготовления тары.

5. Раздирание кромки возникает в процессе затаривания продукта, а также при эксплуатации.

Исследование процессов изготовления и эксплуатации картонной тары, а также лабораторные испытания механической прочности тары показали, что основными видами деформации картона являются:

- деформация от воздействия сжимающих усилий, возникающих от статических и динамических нагрузок в процессе транспортирования и эксплуатации тары;

- деформация материала на отдельных участках от действия сосредоточенных нагрузок, при которых происходит разрушение тары или возникает остаточная деформация.

Итак, прочные свойства картонной тары определяются, прежде всего, свойствами материала в исходном состоянии, а так же теми изменениями, которые происходят в материале в процессе изготовления тары.

В производстве гофрокартона принято употреблять такие термина как «лайнер» и «флютинг»

Лайнер

Лайнер (от англ. liner -- прямой, ровный, гладкий) -- это обобщенное название картона для плоских слоев гофрированного картона. В нормативной документации (НД) термин «лайнер» отсутствует. Он перекочевал в наш лексикон из англоязычных стран и, видимо, прижился надолго. По классификации (FEFCO) лайнеры подразделяются на крафт и тест лайнеры.

Крафт-лайнер (от нем. kraft -- сила) -- это картон, состоящий не менее чем на 80% из волокон лиственной целлюлозы. Оставшиеся 20% -- любая смесь из первичных волокон (целлюлозы разных способов варки, полуцеллюлозы, древмассы, макулатуры, соломы, тростника, льна, конопли и т.д.). Т.е. композиция картона многокомпонентна, однако, чтобы называться крафт-лайнером, процент вторичных волокон в нем должен быть минимальным.

В международной практике крафт-лайнер, на 100% состоящий из крафт-целлюлозы (полученной сульфатным способом), также называют топ-лайнером.

Крафт-лайнер -- это многослойный материал. Количество слоев колеблется от двух до восьми в зависимости от возможностей картоноделательной машины. Чаще всего производят двухслойный крафт-лайнер - базовый коричневый слой состоит из вторичного волокна, а наружный слой, в основном, из длинноволокнистых первичных волокон. Крафт-лайнер, как правило, используют для производства изделий и тары с повышенными требованиями к механическим показателям.

Тест-лайнер также многослойный материал. Он изготавливается, в основном, из тех же компонентов, что и крафт-лайнер, но в другом соотношении. Обычно наружный слой подвергают специальной обработке: поверхностной проклейке, кашированию; всевозможные добавки придают тест-лайнеру специальные водоотталкивающие, морозостойкие, антикоррозионные и др. свойства.

ГОСТы

Картоны для плоских слоев (лайнеры) должны отвечать требованиям ГОСТ 7420, где марка картона К-1 -- высшей, К-2 и К-3 -- первой категории качества.

Международная практика подразделяет лайнер на:

К (kraft) -- лайнер, состоящий из целлюлозных волокон;

Т2 (test 2) -- лайнер, состоящий из частично переработанных волокон;

Т (test 3) -- лайнер, волокнистая композиция которого полностью состоит из вторичных волокон;

С (chip) -- лайнер на основе макулатуры;

BW (fully bleached white) -- крафт-лайнер из беленой целлюлозы;

WT (white top) -- лайнер из вторичных волокон с верхним мелованным слоем;

MK (mottled kraft) -- крафт-лайнер белого цвета с вкраплениями;

OY (oyster) -- крапчатый тест-лайнер.

Для лайнеров нормируемыми являются показатели: сопротивление продавливанию, торцовому сжатию, излому в поперечном направлении.

Флютинг

Термин «флютинг» так же, как и «лайнер», в НД не фигурирует. Однако, уже довольно давно он прочно вошел в обиход людей, связанных с гофроиндустрией. Официальное название флютинга согласно ГОСТ -- «бумага для гофрирования, предназначенная для изготовления гофрированного слоя гофрированного картона».

На Западе флютингом называют бумагу для гофрирования, произведенную из полуцеллюлозы (Semichemical fluting, SF). В основном, это масса, полученная путем неглубокой химической обработки хвойной древесины. Бумага для гофрирования, почти на 100% состоящая из вторичного сырья (макулатуры), называется веленштофф (Wellenstoff, WS). Рекуперационные волокна в среднем проходят трехступенчатую переработку, поэтому в волокнистой композиции веленштоффа все равно присутствует некоторый процент первичного волокна, что обеспечивает жесткость флютинга.

Шренц (Schrenz) это бумага для гофрирования, а также материал для тест-лайнера самого низшего сорта с низкими техническими характеристиками, к которым выдвигают не столь жесткие требования.

Флютинг отличается очевидной грубостью поверхности на ощупь и менее эстетичен на вид, т.к. он предназначен для изготовления внутреннего слоя гофрокартона. Чаще всего состав по волокну флютинга аналогичен материалам, которые используются для изготовления тест-лайнера (Waste based fluting, WBF). Однако, при производстве гофрокартона и тары из него флютинг играет, пожалуй, самую важную роль -- гофр принимает на себя основную нагрузку, и именно от технических характеристик бумаги для гофрирования зависят амортизационные свойства гофрокартона и тары из него.

ГОСТы регламентирующие производство гофрокартона включают в себя требования которым должен соответствовать данный продукт.

Бумага для гофрирования должна соответствовать требованиям ГОСТ 7377, согласно которого это бумага-основа, используемая для внутреннего слоя гофрокартона. Она изготавливается марок Б-0, Б-1, Б-2 и Б-3. Флютинг марки Б-1, в основном, изготавливается из сульфатной небеленой целлюлозы; Б-2 -- преимущественно из смеси сульфатной небеленой целлюлозы и других ненормированных материалов; Б-3 -- из ненормированных волокнистых материалов. Поскольку бумага для гофрирования используется для изготовления внутреннего слоя гофрированного картона, ее физико-механические показатели должны обеспечивать стабильное качество при возникающих статических и динамических нагрузках (при складировании, штабелировании, хранении и т.д.) и главное, обеспечивать сохранность гофра.

2.4 Клей для производства гофрокартона

Для производства гофрокартона используются различные клея, в зависимости от способа нанесения, возможностей предприятия для его приготовления, либо используется готовый клей.

На производственном предприятии используется два вида клея, один для склейки слоев гофрокартона, другой для склейки продукции из гофрокартона. Склеивание коробов производится как воднодисперсионными, так и термоплавкими клеями. Для каждого из типов клеев характерны свои клеевые системы. А для клеевых систем характерен свой способ нанесения клея. На современном этапе скрепление коробов скобами отходит в прошлое, а на передний план выходят два основных способа склеивания коробов и гофрокоробов: контактный и бесконтактный. Есть еще роликовый способ нанесения, но он не пользуется популярностью у специалистов, так как не позволяет быстро переналаживать систему под новый заказ, под новые параметры.

Контактный способ - это системы низкого давления клея с простой клеевой головкой, обычно входящей в контакт с обрабатываемой поверхностью под определенным углом. Бесконтактный способ нанесения стал возможен после изобретения быстродействующих электрических клапанов. Это позволило наносить клей с некоторого расстояния от картона.

Контактная система часто используется при склеивании гофрокартона, а бесконтактная - для склеивания тары из картона.

Каждый из способов имеет свои преимущества. И нельзя сказать, что какой-то способ однозначно лучше, а какой-то хуже. Просто каждый из них выполняет свои задачи. Выбранный способ нанесения определяет выбор клея. Правильный подбор клея - важнейшее из условий четкой и бесперебойной работы клеевой системы.

Рассмотрим принципы работы и преимущество каждого из методов.

Контактный способ нанесения клея

В основе клеев, используемых для контаткного метода, лежат клеи с высокой вязкостью. Головка в такой клеевой системе имеет довольно большие размеры (диаметр от 1 до 1.5 мм). И только при достаточной вязкости возможна бесперебойная подача достаточного количества клея в зону контакта форсунки и картона при работе на давлении 1:1

В случае контактного нанесения сам контакт с обрабатываемой поверхностью помогает "вытягивать" клей из клапана на поверхность картона. Данный метод требует полного контакта форсунки и картона. При его нарушении клей не всегда попадает на картон и часто выбрасывается из клеенаносящей установки в направлении движения картона, что вызывает загрязнение установки и клеевые следы на полу. Поэтому важным элементом является правильная настройка направляющих и пружин, которые обеспечивают возможность правильного нанесения клея. На оборудовании, работающем на скоростях до 20000 коробок/час, обязательно используются направляющие.

Емкость с клеем обычно устанавливается отдельно от клеенаносящих систем в удобное место в цехе. От этой емкости клей по ПВХ трубопроводу подается к оборудованию. И распределяется по клеенаносящим системам, в которых устанавливается необходимое для нанесения клея низкое давление.

Если ширину наносимого клеевого рисунка необходимо расширить, то для контактных систем характерно добавление специальных аппликаторов, которые позволяют расширить клеевой рисунок до 10 см на обычных машинах и до 15 см на больших машинах. Это очень удобно при склеивании тары больших размеров. Контактный метод обеспечивает очень точное нанесение клея на гофрокартон. При этом форсунки чистятся автоматически.

Бесконтактный способ нанесения клея

При бесконтактном нанесении необходим выброс клея на расстояние приблизительно 10 мм. Соответственно, требуется создание довольно высокого давления для придания достаточной скорости потоку клея, чтобы обеспечить его нанесение в нужное место на поверхности картона. При недостаточном давлении клея возможна закупорка форсунки. Поэтому для этого метода используются жидкие клеи на основе каучука. Только при низкой вязкости в данных условиях можно обеспечить чистоту нанесения и прерывание на головке. Низкая вязкость клея обусловлена также, меньшим размером отверстий в форсунках и большими скоростями.

Бесконтактные системы обычно основаны на использовании одного большого клапана и специальных насадок с несколькими отверстиями, или нескольких клапанах, встроенных в одну линию. В результате ширина клеевого рисунка ограничена 2-4 линиями (каплями) с расстоянием 0,6 см между их центрами или суммарной шириной рисунка в 2,5 см. Данные характеристики очень хороши при работе на малых машинах и с небольшими коробками, но для коробок большего размера покрытия не хватает.

Для бесконтактного метода характерны высокие скорости производства и соответственно - высокая производительность. В бесконтактном методе нанесения есть особенность - диаметр отверстия форсунки меньше, а само малое отверстие, через которое проходит клей - длиннее, чем в контактных системах. При простое в течение нескольких минут в головке может застыть достаточное количество клея, что, в свою очередь, может испортить первую коробку, которая будет обрабатываться после запуска системы.

Для предотвращения этого недостатка используется специальный изолятор, который накрывает форсунку, когда на входе нет картона, и оборудование простаивает. После запуска конвейера изолятор открывается, свежий клей поступает на обрабатываемый материал, и первая коробка отлично склеивается.

Готовый клей для производства гофрокартона

Главными предпосылками создания новых клеев являются следующие:

в связи с увеличением производства гофротары в составе макулатурного сырья для производства картона и бумаги растет доля гофрокартона, который 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;

растет производительность линий по производству гофрокартона и растут требования к клеям -- время схватывания клея должно сокращаться, а качество склейки -- улучшаться.

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.

В случаях плохой склейки нельзя назвать определенно одну причину, все же можно отметить, что чаще всего плохая склейка гофрокартона происходит оттого, что суспендированный крахмал в составе клея не успевает клейстеризоваться. На то есть две основные причины:

недостаточная водоудерживающая способность той части клея, которую принято называть «носителем»;

недостаточная скорость набухания крахмальных зерен, составляющих суспендированную часть крахмала.

При недостаточной водоудерживающей способности клея происходит быстрая потеря первых порций влаги. При дефиците влаги 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 клея входят модифицированные крахмалы, водоудерживающие добавки и добавки, которые ускоряют высыхание клея на стадии досыхания клеевого шва.

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). Явление неполного заваривания крахмала хорошо видно и на некоторых промышленных гофрокартонах. Признаком этого является белёсый клеевой шов в гофрокартоне.

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.

На производстве фирмы ООО «Аполинария» используется крахмальный клей, из привозного сырья в основном ООО «Крахмальный завод «Гулькевичский» Клей вариться в специальной клее варочной установке, которая обеспечивает бесперебойную подачу клея на гофро агрегат.

Компоненты, из которых состоит крахмальный клей.

Обязательными компонентами приготовления крахмального клея для производства гофрокартона являются крахмал, вода, бура и каустическая сода. Кроме них могут использоваться дополнительные компоненты.



Рис. 3

Состав 1 тонны клея для производства гофрокартона выглядит так:

вода -- 767 кг,

крахмал -- 225 кг,

каустическая сода -- 5 кг,

бура -- 3 кг (Рисунок 3).

Функцию клейкого вещества выполняет крахмал. Приготовить клей для гофрокартона можно из любого крахмала: кукурузного, картофельного, тапиокового, пшеничного.

Поскольку прочность клеевой пленки любого крахмального клея значительно превосходит прочность соединения волокон в бумаге.

Клей готовится 15-27 процентной концентрации по всему крахмалу, из которого 10-25% составляет крахмал клейстеризованный и, соответственно, 90-75% крахмальные зерна.

Зерна крахмала являются основным адгезивом, а также выполняют функцию поглотителя воды из раствора. За счет этого на гофропрессе или на сушильном столе в условиях высокой температуры происходит быстрое схватывание клея в месте контакта гофробумаги и плоского картонного слоя. Вода служит растворителем крахмального клея. Содержание воды в клее составляет от 73 до 85% и вся она, за исключением молекулярно связанной с крахмалом (примерно 12%), должна быть удалена на гофроагрегате. Каустическая сода снижает температуру клейстеризации крахмала, ускоряет набухание крахмальных зерен. Бура способствует образованию поперечных связей в клее, повышая вязкость дисперсии. Бура сообщает клею «короткую» структуру, клей не образует капелек при нанесении его на вершины гофров и не пачкает гофровалы. Бура повышает липкость клея и выполняет роль антисептика.

Добавки

Для придания клеевому шву водостойких свойств в пропорции от 5% до 15% к содержанию всего крахмала в готовый клей добавляют ацетоно и мочевиноформальдегидные смолы, латексы бутадиенового, изопренового и бутадиенстирольного каучуков и некоторые другие химикаты. В весеннее-летний период для борьбы с микробиологическими организмами в клей целесообразно периодически добавлять биоциды вколичестве до 1% от содержания крахмала.

Вид крахмала -- нативный или модифицированный -- не играет особой роли при изготовлении клея для гофрокартона. Заявления некоторых фирм об особой стабильности клея, приготовленного с использованием холодно растворимого или окисленного крахмала, являются скорее маркетинговым ходом, чем техническим решением. Модификацию крахмала можно выполнить самостоятельно при обработке его щелочью совместно с интенсивным перемешиванием. Модификации крахмала щелочью достаточно для получения гофрированного картона на любой скорости гофроагрегата. Однако на производствах, где нет мешалки со скоростью перемешивания более 400 об./мин. (оптимальный вариант -- не менее 750 об./мин.) или отсутствует пар, модифицированные крахмалы могут найти свое применение. Классическим способом получения современного крахмального клея считается метод Штайн Холла. Для применения этого способа необходимо иметь две мешалки. В одной -- с помощью каустической соды (гидроксида натрия) и острого пара готовится щелочной крахмальный раствор (клейстер). В другой крахмальная суспензия с добавкой буры (тетрабората натрия десятиводного или пятиводного). Затем в одной из мешалок приготовленные дисперсии смешиваются. Перемешивающее устройство для получения стабильного клея должно работать со скоростью не менее 400 об./мин.Также хорошо известен способ приготовления клея в одной мешалке. В мешалку турбинного типа, содержащую крахмальную суспензию с температурой 38-42єС, заливается заданное количество раствора едкого натра, и смесь подвергается интенсивному перемешиванию со скоростью порядка 1500-3000 об./мин. Происходит процесс физико-химической модификации крахмала, в результате которого часть крахмала клейстеризуется, и дисперсия из за этого постепенно становится все более вязкой. По достижении заданного уровня вязкости процесс модификации прекращается путем разбавления дисперсии холодной водой или кислым раствором. Затем добавляется бура, и дисперсия интенсивно перемешивается до готовности. Готовность определяется по вязкости клея. Вискозиметр для непрерывного измерения вязкости закреплен на стенке мешалки и измеряет ориентировочный уровень вязкости клея. Окончательное значение вязкости определяется с помощью воронкообразного вискозиметра путем отбора пробы клея из мешалки. Другие способы получения крахмального клея для производства гофрокартона в одной мешалке, отличаются лишь некоторыми деталями, но в принципиальном плане идентичны. Таким образом, главное условие получения клея со стабильной вязкостью - это наличие мешалки с интенсивным перемешиванием. Перемешивание должно заканчиваться, когда после первоначального падения вязкость клея начнет выравниваться, и стабилизируется на заданном уровне, например, 40-50 сек. по ВЗ 4. Такой клей может свободно циркулировать в системе, перекачиваться из емкости в емкость и храниться в течение суток.

Контроль качества крахмального клея осуществляется измерением концентрации, температуры, вязкости и температуры клейстеризации. Концентрация, при которой клей гарантированно склеивает слои картона, составляет по сухому остатку от 15% до 27%. Нижний предел концентрации ограничивается из-за замедления скорости схватывания и скорости высыхания клея, а также короблением гофрокартонного листа. Верхний предел ограничивается дефицитом воды, необходимой для клейстеризации крахмальных зерен. Современные быстроходные гофроагрегаты имеют клеенаносные устройства, способные нанести тонкий слой клея на вершины гофров, поэтому можно использовать клей повышенной концентрации. Такой клей содержит минимальное количество воды, что уменьшает затраты на сушку картона, способствует работе гофроагрегата на высоких скоростях и облегчает решение проблемы коробления гофрокартона. Верхний предел концентрации клея можно повысить путем использования в качестве дисперсной среды клейстера из модифицированного крахмала, например, окисленного. При раздельном приготовлении суспензии и клейстера это может быть выполнено достаточно просто и с небольшими дополнительными затратами. Достаточно заменить на модифицированный крахмал только ту часть ранее применяемого нативного крахмала, которая предназначалась для носителя, т. е. клейстеризовалась. При приготовлении клея в одной мешалке требуется использовать модифицированный крахмал в полном объеме.

Температура клея при нахождении его в любом месте, кроме вершин гофров (в мешалке, расходном баке, трубопроводе, насосе, клеевой ванне и т. д.), должна быть на10-15 градусов ниже температуры его клейстеризации. Особенно это актуально для клеевой ванны гофропресса. Чтобы предотвратить образование студнеобразных сгустков, которые могут усложнить работу агрегата, ванну охлаждают холодной водой или экранируют от теплового потока. Вязкость клея определяется на вискозиметрах, работающих по принципу истечения определенного объема жидкости через калиброванные отверстия.

Наибольшее распространение в России получил прибор ВЗ 246, где 2,4 и 6 -- диаметры сменных отверстий в мм. Наиболее часто употребляется насадка диаметром 4 мм. Вязкость, определяемая с помощью этой насадки, получила название «вязкость по ВЗ 4». Другие известные вискозиметры, такие как Штайн Холла, Бауэра, Лори, Форда, кружка ВМС и другие принципиально не отличаются от ВЗ 4, и несмотря на некоторые конструктивные отличия, дают сопоставимые по величине измерения вязкости. Обычный уровень вязкости клея по ВЗ 4, составляет 40-60 сек. Нижний предел вязкости клея не должен быть ниже 20 сек., верхний может быть близким к 75-90 сек., т. е. к максимально возможному значению вязкости, определяемому с помощью насадки с диаметром 4 мм. При большей вязкости в конце измерения на воронке ВЗ 4 клей уже не течет, а капает, что нарушает условия точного определения показателя. Температура клейстеризации клея должна быть как можно ниже, т. к. это имеет большое значение при недостаточном давлении пара, питающего гофроагрегат, а также в случае быстроходных гофроагрегатов. Температура клейстеризации зависит от типа крахмала и количества гидроксида натрия. Например, нативный кукурузный крахмал имеет температуру клейстеризации 72-75єС. Но благодаря содержанию в клее гидроксида, натрия, температура клейстеризации готового клея из кукурузного крахмала обычно составляет 58-62єС. Важно при этом следовать следующим простым правилам:

1) Изменение режима варки должно проводиться небольшими шагами при внимательном наблюдении за результатами изменений.

2) Изменение количества компонентов клея нужно проводить при неизменном количестве воды.

3) При необходимости уменьшить вязкость клея сначала стоит попробовать интенсивное перемешивание, а уже потом разбавление очень небольшими порциями воды.

4) Увеличивать вязкость клея надежнее всего смешиванием с вновь сваренной партией заведомо более густого клея.

Расход клея и, соответственно, крахмала для склейки 1 м2 гофрированного картона зависит, прежде всего, от толщины слоя клея на клеенаносном валу, т. е. на том валу, который контактирует с вершинами гофрированной бумаги. На большинстве современных клеенаносных устройств толщина этого слоя поддерживается на уровне 0,15-0,25 мм и регулируется с помощью шаберного валика. Изменение зазора между валами является основным способом оперативного влияния на расход крахмала при склейке гофрокартона. Вторым фактором, от которого зависит расход крахмала, выступает концентрация клея по крахмалу. В процессе склейки участвует весь крахмал, который находится между бумажными слоями, но при условии, что он весь клейстеризовался. Неклейстеризованный крахмал сразу обнаружит себя по расклейке гофрокартона и по белым полоскам на картоне лайнере от крахмальных зерен. Зерна не способны склеивать бумажные слои, они в местеконтакта вершин гофробумаги с плоским слоем мешают образованию клеевого шва из клейстеризованной части крахмала. Если на гофроагрегате изготавливается пятислойный или семислойный картон, то условия для приклеивания внутренних «нижних» слоев на склеивающем станке становятся еще более напряженными, т. к. прогреть клеевой шов до температуры клейстеризации на расстоянии 3-7 мм от сушильных плит -- задача непростая. Решить ее обычно удается за счет снижения скорости гофроагрегата. Упростить решение задачи помогает использование для склейки внутренних слоев специального клея с пониженной температурой клейстеризации до 52єС за счет введения дополнительного количества гидроокиси натрия при варке клея.

Время хранения клея может исчисляться часами при нормальной работе гофроагрегата или сутками при авариях, остановке гофроагрегата по причине выходных или по причине отсутствия заказов. Из практики можно сказать, что хранение крахмального клея в течение 12 часов существенно не меняет его характеристик. При этом неважно, хранился клей при легком перемешивании или находился в покое. В последнем случае нужно перемешать клей перед подачей в производство. При хранении клея свыше суток вязкость может понизиться. Хранение от 2 до 3 суток приводит к существенному снижению вязкости и увеличению температуры клейстеризации клея. Но, как правило, такой клей еще можно использовать. Если клей хранился более 3 суток, то происходит расслоение дисперсии, значительное понижение вязкости и появление гнилостного запаха. Такой клей можно не большими порциями подмешивать к вновь приготовленному. Но лучше его не использовать, т. к. использование такого клея в любом режиме может привести к заражению технологических потоков микроорганизмами, со всеми вытекающими отсюда последствиями. Установлено, что при хранении клея открытым в течение 10 суток, вязкость клея уменьшилась и на 6-й день становилась равной вязкости воды. При этом температура клейстеризации увеличивалась и в конце срока становилась равной темпера туре клейстеризации исходного крахмала.

Уменьшение вязкости объясняется тем, что клейстеризованный крахмал полностью гидролизовался, и клей стал простой крахмальной суспензией. Вязкость таких систем определяется вязкостью дисперсной среды, т. е. воды. Увеличение температуры клейстеризации происходило, по видимому, за счет связывания щелочи двуокисью углерода, входящей в состав воздуха. Этот эксперимент хорошо объясняет возможные причины расклейки гофрокартона при работе со старым клеем, а также феномен расклейки по понедельникам.

Современные химические разработки в области клеевых добавок предлагают новый компонент, добавку СР-88 которая вызвала интерес у специалистов гофропроизводств ( Журнал «Гофро пресса» №9 сентябрь 2008).

Гидрофобная добавка - изготавливается на основе кетональдегидной смолы, добавляется в готовый крахмальный клей. Придаёт влагостойкие свойства клеевому шву в гофрокартоне, что особенно важно при упаковке фруктов, овощей, цветов, замороженных продуктов, при наружном хранении упаковки в плохих погодных условиях, при хранении и перевозке в холодильниках.