Курсовая работа: Гофрокартон и особенности его производства

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 38–42ºС, 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.

Страницы: 1, 2, 3