Гофрокартон является наиболее выгодным современным упаковочным материалом, из которого можно создавать тару любой конфигурации, прочности и отделки. Кроме относительной простоты изготовления, гофрокартон отличается своей универсальностью. Этот материал востребован во многих сферах промышленности.
Оценивая потенциал российского упаковочного рынка, уместно отметить тот факт, что, по оценке Всемирной организации упаковщиков (WРO), на мировом рынке упаковки из бумаги и картона Россия занимает почетное десятое место с объемом 4768 млн долл. По данным Росстата, производство гофропродукции в 2010 году составило около 3800 млн м2 и выросло по сравнению с 2009 на 6,5 %. В 2011 году темпы роста несколько сократились, но все равно превысили мировые [1].
На гофрированный картон приходится около 70 % общего объема упаковочного производства в России. В этом секторе упаковочной отрасли в стране самые надежные позиции: более 95 % потребляемого рынком гофрокартона производится в России. В целом, доля бумаги и картона в потребительской таре на сегодня составляет 15,1 % общего объема потребления, в производственной таре – 78,3 %. На долю картона для упаковки приходится более 80 % всего объема производства картона в России. Примерно 80 % гофрокартона используется для производства транспортной упаковки [6].
Статистика последних лет показывает, что у гофрокартона перспективы применения по-прежнему остаются радужными. По оценкам Всемирной организации производителей картона (WCO), Россия – единственная страна, где ожидается ежегодный прирост потребления тарного картона на уровне 6,5–7 % в год. По прогнозам экспертов рост на упаковку из гофрокартона в ближайшей перспективе будет составлять около 4,7 % в год. Особенно популярна тара и упаковка из мелованного картона. Она придает дополнительную привлекательность любому товару. При этом качество покрытия лицевой стороны картонов играет важнейшую роль для полноцветной печати, в особенности, если предполагается лакирование или тиснение [1].
При разработке технологических режимов производства упаковки из мелованного картона (гофрокартона) следует учитывать что, при нанесении меловальных покрытий бумага–основа изменяет свои исходные влагопрочностные, механические и геометрические показатели [4, 5]. Так, поверхность бумаги становится из макропористой – микропористой, что повышает гладкость бумаги в несколько раз [2]. Кроме того, пигментное покрытие снижает прозрачность бумаги, что дает возможность снизить массу и толщину бумаги, а также заменить часть целлюлозы древесной массой без ущерба для свойств бумаги [3].
Вязкость меловального покрытия важна для качества покровного состава: чем больше вязкость, тем поверхность ровнее и обладает лучшей гладкостью, сомкнутостью, благодаря чему улучшаются печатные свойства готовой продукции. В практических условиях больше интересует кинематическая вязкость ν. Кинематическая вязкость дает понятие о вязкости среды в определенных условиях — под действием силы тяжести.
В работе в качестве меловальной суспензии использовали водные растворы: 1 образец – состав на основе смеси двуокиси титана и CaCO3; 2 образец – состав на основе двуокиси титана, эмульгированный в поливинилацетатной основе (очень похоже на краску – эмульсию для стен), 3 образец – состав на основе смесей сатинвайса (21 %), каолина (5,3 %), барий сернокислый (0,7 %). Для исследования использовались различные меловальные составы с показателями вязкости 20 %, 30 % и 100 %. Сравнительный анализ показателей кроющей способности используемых мелованных покрытий представлены в табл. 1 и на рисунке.
Таблица 1
Реологические характеристики исследуемых покровных составов
|
Образец |
Время истечения образца при различной плотности состава, с |
Вязкость образца при различной плотности состава, мм2/с |
||||
|
ρ (100 %) |
ρ (20 %) |
ρ (30 %) |
ρ (100 %) |
ρ (20 %) |
ρ (30 %) |
|
|
Образец 1 (TiO2 и CaCO3) |
43,00 |
2,50 |
1,50 |
42,91 |
2,49 |
1,49 |
|
Образец 2 (TiO2 в эмульгаторе) |
72,00 |
2,50 |
2,00 |
70,85 |
2,49 |
1,99 |
|
Образец 3 (смесь сатинвайса, каолина, BaSО4) |
106,00 |
3,00 |
2,50 |
106,88 |
2,99 |
2,49 |
Анализ полученных результатов показал, что максимальной кроющей способностью характеризуется образец № 3. Визуальные наблюдения кроющей способности используемых меловальных составов представлены на рисунке.
а) Образец 1 б) Образец 2 в) Образец 3
Визуальные наблюдения кроющей способности используемых меловальных составов
На основании полученных данных в дальнейших исследованиях использовали меловальный состав образца № 3 с вязкостью суспензии 20 %.
В работе был проведен анализ влияния параметров температуры и влажности на качество меловального покрытия. Исследования проводились при различных температурных режимах: 60 ºС, 80 ºС, 100 ºС и времени обработки: 30 с, 60 с, 90 с, 120 с. При этом, учитывая особенности процесса гофрирования температурную обработку мелованного лайнера проводили как при атмосферной, так и при повышенной влажности.
Сравнительный анализ полученных результатов показал что, при паровой обработке с повышением температуры наблюдается увеличение диффузии частиц пигмента в межволоконном пространства картона, что, в свою очередь, снижает белизну и сомкнутость получаемого мелованного покрытия. Следовательно, учитывая, что технологический процесс получения гофрокартона предусматриваем высокотемпературный режим и повышенную влажность, масса, наносимого меловального покрытия должна быть не менее 180 г/м3.
Учитывая возможность изменения прочностных свойств и впитывающей способности лайнера, в результате нанесения меловального покрытия, в работе были проведены исследования, направленные на установление влияния технологических параметров процесса мелования на эффективность адгезии склеиваемых образцов флютинга и лайнера. Полученные результаты исследований представлены в табл. 2.
Таблица 2
Результаты исследования влияния температуры и влажности на адгезию склеиваемых образцов гофрокартона при нанесении меловальных составов
|
t, ºС |
Разрушающее усилие для образцов, без паровой обработки, Н |
Разрушающее усилие для образцов, с паровой обработкой, Н |
||||||
|
30 с |
60 с |
90 с |
120 с |
30 с |
60 с |
90 с |
120 с |
|
|
60 |
105,5 |
100,7 |
91,3 |
51,5 |
151,3 |
136,1 |
100,5 |
87,3 |
|
80 |
120,6 |
118,3 |
100,3 |
65,4 |
130,3 |
154,05 |
133,1 |
121,2 |
|
100 |
136,1 |
131,0 |
91,5 |
68,6 |
127,3 |
118,8 |
97,3 |
77,6 |
Анализ полученных результатов показал, что максимальные показатели эффективности процесса адгезии склеиваемых образцов гофрокартона характеризуются при температуре 80 °С, при времени обработки 60 с при паровой обработке (при повышенной влажности). Данные параметры технологического режима не отклоняются от параметров реального производственного режима, следовательно, данный режим эффективен.
Таким образом, полученные результаты исследования показали что, для получения высококачественного мелованного гофрокартона необходимо соблюдать следующие технологические параметры процесса – узел гофрирования: Т = 80 °С, время сушки 60 секунд; – узел мелования: Т = 80 °С, время сушки не менее 60 секунд, масса мелованного покрытия в пределах 180–245 г/м3. Кроме того на установке мелования необходимо увеличить слой наносимой меловальной суспензии.